JP4604045B2 - 古典的なビット暗号化を有するqkd - Google Patents
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Description
上述の文献は、それぞれ、いわゆる「一方向」型QKDシステムについて述べている。一方向型QKDシステムとは、アリスが単一光子の偏光又は位相をランダムに符号化して、ボブがそれら光子の偏光又は位相をランダムに測定するものである。非特許文献3に述べられている一方向型システムは、二光束マッハ・ツェンダー干渉計に基づいている。アリス及びボブは、各々が干渉計の位相を制御できるように、干渉システムの各部にアクセス可能となっている。アリスからボブに送られる信号(パルス)は、時間多重分割されて異なる経路をたどる。その結果、干渉計は、熱的ドリフトを補償するために、伝送中は数十ナノ秒内で動的に安定する必要がある。
QKDを実行する一般的なプロセスは、ボーミスターの著作(非特許文献4参照)に記載されている。QKDプロセス中は、アリスは真の乱数発生器(TRNG)を用いて、基底(「基底ビット」)のためのランダム・ビットと鍵(「鍵ビット」)のためのランダム・ビットとを発生させ、それによって、量子ビットを作り出して(例えば、偏光又は位相符号化を用いて)それをボブに送る。
ki XOR pi = ci
アリスは、さらに、一つの量子ビットにおけるciを(kiではなく)符号化するために自らの位相変調器PM1を設定する。このプロセスは、図3のフロー図に例示されている。この結果は、ここで「暗号化された量子ビット」又は「符号化された量子ビット」と呼ばれるものである。
図4のフロー図に例示するように、暗号化された量子ビットから対応する鍵ビットk*iを復帰させるため、ボブはこれらのビットをe/dモジュール140でパッドpiを用いて次のような排他的論理和演算を行う必要がある。
鍵ビットのセットk*iは、量子チャンネル200を通過する際の暗号化された量子ビットの損失によって、通常は元の鍵ビットのセットのサブセットである。
この時点で、ボブとアリスは標準QKD手続きを実行する(例えば、ふるいかけ、エラー訂正、プライバシ増幅)。後者の手続き中に送られる全ての情報は、ストリーム暗号より低くない暗号化強度の暗号によって暗号化されるのが好ましい。BB84プロトコルで要求されているように、認証が必要な情報もある。
上述のように動作するQKDシステム10に対してサイド・チャンネル又はいかなる光学的な攻撃を仕掛けることで盗聴者が得ることができるいずれの情報も、実際の鍵ビットkiではなく、暗号化された鍵ビットciについての情報を生み出すことができるだけである。
本発明は、説明のために一方向型QKDシステム関連づけて説明された。当業者にとっては、本発明が量子暗号化全般に適用可能なこと、特に、双方向型QKDシステム、さらには変調器タイプ・エレメントを用いる弱いパルスの位相又は偏光を符号化するいかなるQKDシステムにも適用できることは明白である。
前述の実施形態においては、理解を簡単にするために様々な実施例において様々な特徴をまとめた。本発明の特徴及び効果の多くは詳細な明細書から明らかであり、それ故、添付の明細書は、本発明の真の趣旨及び範囲に従う開示された装置のそのような特徴及び効果を全て網羅することを意図している。さらに、当技術分野の技術者ならば多くの修正や変更を容易に思いつくであろうから、本発明は、ここで述べた構成、動作、及び実施例に厳密に限定されるものではない。従って、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲に含まれる。
Claims (7)
- 量子鍵配送(QKD)を実行する方法であって、
第1QKDステーションにおいて、
a)基底ビットのランダム・セットを生成すること、
b)鍵ビットのランダム・セットを生成すること、
c)所定のパスワードからパッドを生成すること、
d)前記鍵ビットと前記パッドとを排他的論理和演算して暗号化された鍵ビットを得ること、
e)前記基底ビットおよび前記暗号化された鍵ビットのうち、少なくとも前記暗号化された鍵ビットを用いて弱い光パルスを変調して、暗号化された量子ビットを生成すること、
を含み、
前記第1QKDステーションに光学的に連結された第2QKDステーションにおいて 、 a)前記暗号化された量子ビットを受信すること、
b)前記暗号化された量子ビットをランダムな基底を用いて測定すること、
c)前記所定のパスワードからパッドを生成すること、
d)前記測定された暗号化された量子ビットと前記パッドとを排他的論理和演算をすることにより、前記測定された暗号化された量子ビットから前記鍵ビットの少なくとも一つのサブセットを復帰させること、
を含む、
方法。 - 前記所定のパスワードからパッドを生成することは、ストリーム暗号を用いて行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記所定のパスワードは、QKD鍵の断片から形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記第2QKDステーションにおいて、前記暗号化された量子ビットは、ストリーム暗号を用いて解読することを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記第1QKDステーションで生成された前記鍵ビットと前記第2QKDステーションで復帰された前記鍵ビットに基づいて、前記第1及び第2QKDステーション間にふるいにかけられた鍵を確立することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1QKDステーションにおいて、前記基底ビットは暗号化されること、
前記第2QKDステーションにおいて、前記暗号化された基底ビットを受信すること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - a)第1QKDステーションと、b)前記第1QKDステーションに光学的に連結された第2QKDステーションとを備え、
a)前記第1QKDステーションは、
a.放射の弱い光パルスを発射する光学的放射線源と、
b.基底ビットとして用いられる乱数および第1鍵ビットとして用いられる乱数を発生させる乱数発生器と、
c.前記乱数発生器に連結され、所定のパスワードからパッドを生成し、前記第1鍵ビットを暗号化しそれによって暗号化された鍵ビットを生成する第1e/dモジュールと、
d.前記弱い光パルスを受信するように構成され、前記基底ビットおよび前記暗号化された鍵ビットのうち、少なくとも前記暗号化された鍵ビットに基づいて前記弱い光パルスの前記偏光又は位相を変調して、暗号化された量子ビットを生成する変調器と、
を有しており、
b)前記第2QKDステーションは、
a.前記暗号化された量子ビットを受信し及びランダムに偏光変調もしくは位相変調する第2変調器と、
b.前記変調されて暗号化された前記量子ビットを検出するための検出器と、
c.前記検出器に連結され、前記所定のパスワードからパッドを生成し、前記パッドと前記変調された暗号化された量子ビットとから前記第1鍵ビットに対応する第2鍵ビットを復帰させる第2e/dモジュールとを、有している、
QKDシステム。
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