JP5366024B2 - 秘匿通信ネットワークにおける共有乱数管理方法および管理システム - Google Patents
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Description
本発明は秘匿通信ネットワークに係り、特にノード間で使用される暗号鍵などの共有乱数を管理する方法およびシステムに関する。
1.1)ネットワーク構成
図1は本発明の一実施形態による共有乱数管理システムを適用した秘匿通信ネットワークの物理的な構成を概略的に示すネットワーク図である。ここでは、1つのセンタノードと複数のリモートノードとからなる1対多接続ネットワークが量子鍵配送ネットワークとして構成され、複数の1対多接続ネットワークにより秘匿通信ネットワークが構成されているものとする。
図2は本実施形態による量子鍵配送ネットワークの鍵管理システムの機能的構成を説明するための模式図である。鍵管理システムは、センタノードCN、(n−1)個のリモートノードRN(1)〜RN(n−1)、仮想リモートノードRN(n)および鍵管理サーバ30から構成されている。
図3は図2に示す鍵管理システムの鍵共有手順を説明するための模式図である。ここでは、2つのリモートノードRN(i)およびRN(j)と仮想リモートノードRN(n)との間での鍵共有プロセスを例示する(i,jはn以下の任意の異なる自然数である)。
本実施形態によれば、センタノード内に仮想的なリモートノードを設け、センタノード−リモートノード間の通信を仮想リモートノード−リモートノード間の通信として扱うことができる。したがって、鍵管理サーバ30は、センタノードCN内の量子鍵プールQKPCN1〜QKPCNnの鍵量をモニタするだけで、リモートノード間の鍵消費だけでなく、センタノードとリモートノードとの間の通信で使用される暗号鍵の消費をも同様に管理することができ、通信用の鍵管理が単純になる。
2.1)構成
図4は本発明の第1実施例による量子鍵配送ネットワークの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、図1に示すネットワークの一部を切り出して図示されており、(n−1)個のリモートノードRN(1)〜RN(n−1)のそれぞれが光ファイバによってセンタノードCNに接続され、各リモートノードRN(i)とセンタノードCNとの間で量子鍵の生成、共有およびそれを用いた暗号化通信を行う。
センタノードCNの制御部105および各リモートノードRN(i)の制御部203は、それぞれのノードの全体的な動作を制御するが、ここでは特に鍵生成機能について説明を行なう。制御部105および203は所定の鍵生成シーケンスを実行することで乱数列をセンタノードCNと各リモートノードRN(i)の間で共有する。代表的なものとしては、BB84プロトコル(非特許文献1参照)、誤り検出・訂正、秘匿増強を行って鍵を生成・共有する。一例としてリモートノードRN(1)との間で共有される量子鍵Q1の乱数列を生成する場合を説明する。
次に、One−Time−Pad鍵配送を行ってセンタノード−リモートノード間およびリモートノード間で論理安全鍵を共有する際の鍵管理手法について説明する。
なお、センタノードCNの制御部105がセンタノード内の量子鍵Qの鍵ファイルを仮想リモートノードRN(3)へ送付する場合、センタノード内での転送であるからOne−Time−Pad暗号化は不要である。ただし、仮想リモートノードRN(3)を他のリモートノードRN(1)およびRN(2)と同様に取り扱うことで、リモートノードの種別で転送手順を切り換える必要がなくなり制御を簡略化することができるという利点がある。
以上の論理安全鍵の共有プロセスにより、たとえば図8に示すように各リモートノードの個別通信鍵プールに論理安全鍵が格納されたものとすれば、リモートノード間およびセンタノード−リモートノード間のOne−Time−Pad暗号通信は次のように実行される。
このように、本実施例によれば、センタノード内に仮想的なリモートノードを設けて、センタノード−リモートノード間の通信を仮想リモートノード−リモートノード間の通信として扱うことができる。これにより通信用の鍵管理が単純になり、また、量子鍵もすべて論理安全鍵共有用として扱うことができるため、量子鍵の管理も単純になる。
図9は、本実施形態の変形例による共有乱数管理システムを適用した秘匿通信ネットワークの物理的な構成を概略的に示すネットワーク図である。なお、図1に示すネットワークと同一の構成要素には同一の参照番号あるいは参照符号を付して説明は省略する。
20 リモートノード
RN(1)〜RN(n−1) リモートノード
RN(n) 仮想リモートノード
30 鍵管理サーバ
101 スイッチ部
102 量子チャネルユニット
103 スイッチ部
104 古典チャネルユニット
105 制御部
106 量子鍵メモリ
107 乱数生成器
108 仮想リモートノード用メモリ
201 量子チャネルユニット
202 古典チャネルユニット
203 制御部
204 量子鍵メモリ
Claims (29)
- 秘匿通信ネットワークにおいてセンタノードと前記センタノードに接続された複数のリモートノードの各々との間で共有された共有乱数を管理するシステムであって、
前記センタノードは前記複数のリモートノードの各々と同様に機能する仮想リモートノードを含み、
管理手段が、前記センタノード内の前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードにそれぞれ対応する共有乱数の蓄積量に基づいて前記共有乱数の生成と消費を管理することを特徴とする共有乱数管理システム。 - 前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信が要求されると、前記リモートノードの共有乱数列および前記仮想リモートノードの共有乱数列のうち、一方のノードの共有乱数列を他方のノードの共有乱数列で暗号化して前記他方のノードへ配送し、前記リモートノードおよび前記仮想リモートノードの間で暗号化通信用乱数列を共有することを特徴とする請求項1に記載の共有乱数管理システム。
- 前記センタノードは乱数生成手段を有し、前記センタノードと前記仮想リモートノードとの間で共有される乱数列は前記乱数生成手段により生成された乱数列であることを特徴とする請求項1または2に記載の共有乱数管理システム。
- 前記センタノードは、前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々との間で共有する乱数列を格納する第1格納手段をさらに有し、
前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々は、
前記センタノードと共有する前記共有乱数を格納するための第2格納手段と、
他のリモートノードとの通信用に使用されるべき通信用乱数列を格納するための第3格納手段と、
を有することを特徴とする請求項1−3のいずれか1項に記載の共有乱数管理システム。 - 前記第3格納手段は他のリモートノードとの暗号化通信用に共有する乱数列を個別に格納することを特徴とする請求項4に記載の共有乱数管理システム。
- 前記個別に格納される乱数列は、当該他のリモートノードとの通信に用いられる暗号鍵あるいは復号鍵であることを特徴とする請求項5に記載の共有乱数管理システム。
- 前記センタノードと前記複数のリモートノードの各々との間で共有される共有乱数は量子鍵配送システムによって生成されることを特徴とする請求項1−6のいずれか1項に記載の共有乱数管理システム。
- 秘匿通信ネットワークにおいてセンタノードと前記センタノードに接続された複数のリモートノードの各々との間で共有された共有乱数を管理する方法であって、
前記センタノード内に前記複数のリモートノードの各々と同様に機能する仮想リモートノードを設け、
管理手段が、前記センタノード内の前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードにそれぞれ対応する共有乱数の蓄積量に基づいて前記共有乱数の生成と消費を管理する、
ことを特徴とする方法。 - 前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信が要求されると、前記リモートノードの共有乱数列および前記仮想リモートノードの共有乱数列のうち、一方のノードの共有乱数列を他方のノードの共有乱数列で暗号化して前記他方のノードへ配送し、前記リモートノードおよび前記仮想リモートノードの間で暗号化通信用乱数列を共有することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記センタノードは乱数生成手段を有し、前記センタノードと前記仮想リモートノードとの間で共有される乱数列は前記乱数生成手段により生成されることを特徴とする請求項8または9に記載の方法。
- 前記センタノードで、
前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々との間で共有する乱数列を第1格納手段に格納し、
前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々で、
前記センタノードと共有する前記共有乱数を第2格納手段に格納し、
他のリモートノードとの通信用に使用されるべき通信用乱数列を第3格納手段に格納する、
ことを特徴とする請求項8−10のいずれか1項に記載の方法。 - 他のリモートノードとの暗号化通信用に共有する乱数列を前記第3格納手段に個別に格納することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記個別に格納される乱数列は、当該他のリモートノードとの通信に用いられる暗号鍵あるいは復号鍵であることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記センタノードと前記複数のリモートノードの各々との間で共有される共有乱数は量子鍵配送システムによって生成されることを特徴とする請求項8−13のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つのセンタノードと、
前記センタノードに接続された複数のリモートノードと、
乱数管理手段と、
を有し、
前記センタノードが前記複数のリモートノードの各々と同様に機能する仮想リモートノードを含み、
前記乱数管理手段が前記センタノード内の前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードにそれぞれ対応する共有乱数の蓄積量に基づいて前記共有乱数の生成と消費を管理する、
ことを特徴とする秘匿通信ネットワーク。 - 前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信が要求されると、前記リモートノードの共有乱数列および前記仮想リモートノードの共有乱数列のうち、一方のノードの共有乱数列を他方のノードの共有乱数列で暗号化して前記他方のノードへ配送し、前記リモートノードおよび前記仮想リモートノードの間で暗号化通信用乱数列を共有することで、前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信を実行することを特徴とする請求項15に記載の秘匿通信ネットワーク。
- 前記センタノードは乱数生成手段をさらに有し、前記センタノードと前記仮想リモートノードとの間で共有される共有乱数は前記乱数生成手段により生成されることを特徴とする請求項15または16に記載の秘匿通信ネットワーク。
- 前記センタノードは、前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々との間で共有する乱数列を格納する第1格納手段をさらに有し、
前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々は、
前記センタノードと共有する前記共有乱数を格納するための第2格納手段と、
他のリモートノードとの通信用に使用されるべき通信用乱数列を格納するための第3格納手段と、
を有することを特徴とする請求項15−17のいずれか1項に記載の秘匿通信ネットワーク。 - 秘匿通信ネットワークにおいて複数のリモートノードと接続されたノードであって、
前記複数のリモートノードの各々と同様に機能する仮想リモートノードと、
前記センタノード内の前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードにそれぞれ対応する共有乱数の蓄積量に基づいて前記共有乱数の生成と消費を管理する管理手段と、
を有することを特徴とするノード。 - 前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信が要求されると、前記リモートノードの共有乱数列および前記仮想リモートノードの共有乱数列のうち、一方のノードの共有乱数列を他方のノードの共有乱数列で暗号化して前記他方のノードへ配送し、前記リモートノードおよび前記仮想リモートノードの間で暗号化通信用乱数列を共有することで、前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信を実行することを特徴とする請求項19に記載のノード。
- 乱数生成手段を更に有し、前記乱数生成手段が前記仮想リモートノードとの間で共有される共有乱数を生成することを特徴とする請求項19または20に記載のノード。
- 前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードの各々との間で共有する共有乱数を格納する格納手段をさらに有することを特徴とする請求項19−21のいずれか1項に記載のノード。
- 秘匿通信ネットワークにおいて複数のリモートノードと接続されたセンタノードとしてプログラム制御プロセッサを機能させるための、格納装置に記録されたプログラムであって、
前記複数のリモートノードの各々と同様に機能する仮想リモートノードを提供し、
管理手段が、前記センタノード内の前記複数のリモートノードおよび前記仮想リモートノードにそれぞれ対応する共有乱数の蓄積量に基づいて前記共有乱数の生成と消費を管理する、
ように前記プログラム制御プロセッサを機能させることを特徴とするプログラム。 - 前記リモートノードと前記仮想リモートノードとの間の通信が要求されると、前記リモートノードの共有乱数列および前記仮想リモートノードの共有乱数列のうち、一方のノードの共有乱数列を他方のノードの共有乱数列で暗号化して前記他方のノードへ配送し、前記リモートノードおよび前記仮想リモートノードの間で暗号化通信用乱数列を共有することを特徴とする請求項23に記載のプログラム。
- 前記管理手段は、前記センタノードと1つのリモートノードとの間の暗号化通信を前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信として扱い、前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信で使用された乱数列を一回限りで使い捨てることを特徴とする請求項1−7のいずれか1項に記載の共有乱数管理システム。
- 前記管理手段は、前記センタノードと1つのリモートノードとの間の暗号化通信を前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信として扱い、前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信で使用された乱数列を一回限りで使い捨てることを特徴とする請求項8−14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記乱数管理手段は、前記センタノードと1つのリモートノードとの間の暗号化通信を前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信として扱い、前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信で使用された乱数列を一回限りで使い捨てることを特徴とする請求項15−18のいずれか1項に記載の秘匿通信ネットワーク。
- 前記管理手段は、前記センタノードと1つのリモートノードとの間の暗号化通信を前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信として扱い、前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信で使用された乱数列を一回限りで使い捨てることを特徴とする請求項19−22のいずれか1項に記載のノード。
- 前記管理手段は、前記センタノードと1つのリモートノードとの間の暗号化通信を前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信として扱い、前記仮想リモートノードと前記リモートノードとの間の暗号化通信で使用された乱数列を一回限りで使い捨てることを特徴とする請求項23−24のいずれか1項に記載のプログラム。
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