JP6400513B2 - 量子鍵配送装置、量子鍵配送方法およびプログラム - Google Patents
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Description
図1は、実施形態の量子鍵配送システムの構成の一例を示す図である。図1を参照しながら、量子鍵配送システム100の構成について説明する。
光子送信部10は、例えば、乱数によって発生させたビット情報である光子ビット列に対して、ランダムに選択した基底により生成した基底情報に基づく偏光状態となるように生成した単一光子から構成される光子列を、量子通信路を介して、受信機2の光子受信部20に送信して光子列を光子受信部20と共有する。光子送信部10は、生成した基底情報および光子ビット列をシフティング処理部11に送る。なお、光子送信部10は、生成した基底情報および光子ビット列を、記憶部17に記憶させるものとしてもよい。
光子受信部20は、量子通信路を介して、送信機1の光子送信部10から光子列を受信して光子列を光子送信部10と共有し、受信した光子列を、ランダムに選択した基底により生成した基底情報に基づいて読み取ることによってビット情報である光子ビット列を得る。光子受信部20は、生成した基底情報および光子ビット列をシフティング処理部21に送る。なお、光子受信部20は、生成した基底情報および光子ビット列を、記憶部27に記憶させるものとしてもよい。
シフティング処理部11は、受信機2の光子受信部20が生成した基底情報を、受信機2のシフティング処理部21から古典通信路を介して受信し、受信した基底情報と、光子送信部10が生成した基底情報とを比較して、一致する部分に対応するビットを光子ビット列から抽出して、共有ビット列を生成するシフティング処理を実行する。シフティング処理部11は、生成した共有ビット列を誤り訂正処理部12に送る。なお、シフティング処理部11は、生成した共有ビット列を、記憶部17に記憶させるものとしてもよい。
シフティング処理部21は、送信機1の光子送信部10が生成した基底情報を、送信機1のシフティング処理部11から古典通信路を介して受信し、受信した基底情報と、光子受信部20が生成した基底情報とを比較して、一致する部分に対応するビットを光子ビット列から抽出して、共有ビット列を生成するシフティング処理を実行する。シフティング処理部21は、生成した共有ビット列を誤り訂正処理部22に送る。なお、シフティング処理部21は、生成した共有ビット列を、記憶部27に記憶させるものとしてもよい。
誤り訂正処理部12は、古典通信路を介して、受信機2の誤り訂正処理部22と制御データ(EC情報)を交換することにより、シフティング処理部11により生成された共有ビット列のビット誤りを訂正して訂正後ビット列を生成する誤り訂正処理を実行する。誤り訂正処理部12は、生成した訂正後ビット列を秘匿性増強処理部13に送る。なお、誤り訂正処理部12は、生成した訂正後ビット列を、記憶部17に記憶させるものとしてもよい。
誤り訂正処理部22は、古典通信路を介して、送信機1の誤り訂正処理部12と制御データ(EC情報)を交換することにより、シフティング処理部21により生成された共有ビット列のビット誤りを訂正して訂正後ビット列を生成する誤り訂正処理を実行する。誤り訂正処理部22は、生成した訂正後ビット列を秘匿性増強処理部23に送る。なお、誤り訂正処理部22は、生成した訂正後ビット列を、記憶部27に記憶させるものとしてもよい。
秘匿性増強処理部13は、古典通信路を介して、受信機2の秘匿性増強処理部23から制御データ(PA情報)を受信して、このPA情報に基づいて、誤り訂正処理部12により生成された訂正後ビット列に対して、誤り訂正処理部12により訂正した誤りの数から、光子送信部10および誤り訂正処理部12の処理の際に盗聴者により盗聴された可能性のあるビットを打ち消すための鍵圧縮処理(秘匿性増強処理)を行って暗号鍵を生成する。秘匿性増強処理部13は、生成した暗号鍵を、記憶部17に記憶(蓄積)させる。
秘匿性増強処理部23は、古典通信路を介して、制御データ(PA情報)を生成して送信機1の秘匿性増強処理部13に送信し、このPA情報に基づいて、誤り訂正処理部22により生成された訂正後ビット列に対して、誤り訂正処理部22により訂正した誤りの数から、光子受信部20および誤り訂正処理部22の処理の際に盗聴者により盗聴された可能性のあるビットを打ち消すための鍵圧縮処理(秘匿性増強処理)を行って暗号鍵を生成する。秘匿性増強処理部23は、生成した暗号鍵を、記憶部27に記憶(蓄積)させる。
本変形例に係るQKD装置について、上述の実施形態に係るQKD装置(送信機1および受信機2)と相違する点を中心に説明する。本変形例に係るQKD装置は、上述の実施形態に係るQKD装置が備える各機能部に加えて、さらに表示部を備えるものである。
本変形例に係るQKD装置について、上述の変形例1に係るQKD装置(送信機1aおよび受信機2a)と相違する点を中心に説明する。本変形例に係るQKD装置は、上述の変形例1に係るQKD装置が備える各機能部に加えて、さらに判定部および報知部を備えるものである。
2、2a、2b 受信機
3 光ファイバリンク
10 光子送信部
11 シフティング処理部
12 誤り訂正処理部
13 秘匿性増強処理部
14 制御部
15 推定部
16 入力部
17 記憶部
18 表示部
19a 判定部
19b 報知部
20 光子受信部
21 シフティング処理部
22 誤り訂正処理部
23 秘匿性増強処理部
24 制御部
25 推定部
26 入力部
27 記憶部
28 表示部
29a 判定部
29b 報知部
80 CPU
81 ROM
82 RAM
83 入力装置
84 表示装置
85 通信I/F
86 補助記憶装置
87 光学処理装置
88 スピーカ
89 バス
100 量子鍵配送システム
Claims (11)
- 光子に対する量子通信路を介した量子鍵配送によって、他の量子鍵配送装置と光子列を共有する光子共有処理を実行し、生成した基底情報に基づいて前記光子列に対応した光子ビット列を取得する量子鍵共有手段と、
前記光子ビット列から、前記量子鍵共有手段および前記他の量子鍵配送装置の基底情報に基づいたシフティング処理によって共有ビット列を生成するシフティング手段と、
前記共有ビット列に含まれる誤りを誤り訂正処理により訂正することによって訂正後ビット列を生成する訂正手段と、
前記誤りの数に基づいて、前記訂正後ビット列を圧縮する秘匿性増強処理によって暗号鍵を生成する秘匿性増強手段と、
前記光子共有処理、前記シフティング処理、前記誤り訂正処理、および前記秘匿性増強処理の各処理の実行段階で、前記各処理のうち実行されている処理で出力される出力値、および、前記各処理のうち実行されていない処理の出力値に対応する所定値に基づいて、単位時間あたりの前記暗号鍵の生成量を示す暗号鍵生成速度を推定する推定手段と、
を備えた量子鍵配送装置。 - 前記量子鍵共有手段は、前記光子共有処理の実行によって、共有した前記光子列の光子数を前記出力値として出力し、
前記訂正手段は、前記誤り訂正処理の実行によって、前記誤りの数から前記量子通信路での誤り率を算出し、前記誤り率を前記出力値として出力し、
前記秘匿性増強手段は、前記秘匿性増強処理の実行によって、前記光子列に基づいて前記暗号鍵が生成されるまでの処理時間を前記出力値として出力する請求項1に記載の量子鍵配送装置。 - 前記シフティング手段は、前記シフティング処理の実行によって生成した前記共有ビット列の一部のビット情報に基づいて、前記量子通信路での仮誤り率を算出し、前記仮誤り率を前記出力値として出力する請求項2に記載の量子鍵配送装置。
- 前記推定手段により推定された前記暗号鍵生成速度の推定値に関する情報を表示する表示手段を、さらに備えた請求項1に記載の量子鍵配送装置。
- 前記推定手段により推定された前記暗号鍵生成速度の推定値と、前記各処理がすべて実行されていない場合の該各処理に対応する前記所定値に基づいて求まる前記暗号鍵生成速度の値との差分に基づいて、前記各処理のうち前記推定手段により前記推定値が推定された際に実行されている処理であり、かつ、後段側の処理の動作の調整を行う制御手段を、さらに備えた請求項1に記載の量子鍵配送装置。
- 操作入力を受け付ける入力手段と、
前記推定手段により推定された前記推定値に関する情報を表示する表示手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記表示手段に表示された前記推定値に関する情報に基づいて前記入力手段により受け付けられた操作入力に従って、前記調整を行う請求項5に記載の量子鍵配送装置。 - 前記所定値は、対応する前記出力値のうち過去の出力値に基づいて定められた値である請求項1に記載の量子鍵配送装置。
- 前記表示手段は、前記推定値に関する情報として、前記推定値の時系列の推移を示す情報を表示する請求項4または6に記載の量子鍵配送装置。
- 前記推定値が所定の条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記推定値が前記所定の条件を満たすと判定された場合、その旨を報知する報知手段と、
をさらに備えた請求項6に記載の量子鍵配送装置。 - 光子に対する量子通信路を介した量子鍵配送によって、他の量子鍵配送装置と光子列を共有する光子共有処理を実行し、生成した基底情報に基づいて前記光子列に対応した光子ビット列を取得する量子鍵共有ステップと、
前記光子ビット列から、前記量子鍵共有ステップの基底情報および前記他の量子鍵配送装置の基底情報に基づいたシフティング処理によって共有ビット列を生成するシフティングステップと、
前記共有ビット列に含まれる誤りを誤り訂正処理により訂正することによって訂正後ビット列を生成する訂正ステップと、
前記誤りの数に基づいて、前記訂正後ビット列を圧縮する秘匿性増強処理によって暗号鍵を生成する秘匿性増強ステップと、
前記光子共有処理、前記シフティング処理、前記誤り訂正処理、および前記秘匿性増強処理の各処理の実行段階で、前記各処理のうち実行されている処理で出力される出力値、および、前記各処理のうち実行されていない処理の出力値に対応する所定値に基づいて、単位時間あたりの前記暗号鍵の生成量を示す暗号鍵生成速度を推定する推定ステップと、
を有する量子鍵配送方法。 - コンピュータを、
光子に対する量子通信路を介した量子鍵配送によって、他の量子鍵配送装置と光子列を共有する光子共有処理を実行し、生成した基底情報に基づいて前記光子列に対応した光子ビット列を取得する量子鍵共有手段と、
前記光子ビット列から、前記量子鍵共有手段および前記他の量子鍵配送装置の基底情報に基づいたシフティング処理によって共有ビット列を生成するシフティング手段と、
前記共有ビット列に含まれる誤りを誤り訂正処理により訂正することによって訂正後ビット列を生成する訂正手段と、
前記誤りの数に基づいて、前記訂正後ビット列を圧縮する秘匿性増強処理によって暗号鍵を生成する秘匿性増強手段と、
前記光子共有処理、前記シフティング処理、前記誤り訂正処理、および前記秘匿性増強処理の各処理の実行段階で、前記各処理のうち実行されている処理で出力される出力値、および、前記各処理のうち実行されていない処理の出力値に対応する所定値に基づいて、単位時間あたりの前記暗号鍵の生成量を示す暗号鍵生成速度を推定する推定手段と、
して機能させるためのプログラム。
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