東北大など、量子雑音ストリーム暗号と量子鍵配送を組み合わせた高速・大容量秘匿光通信システムを世界で初めて実現 量子雑音ストリーム暗号と量子鍵配送を組み合わせた高速・

東北大など、量子雑音ストリーム暗号と量子鍵配送を組み合わせた高速・大容量秘匿光通信システムを世界で初めて実現 量子雑音ストリーム暗号と量子鍵配送を組み合わせた高速・ 大容量秘匿光通信システムを世界で初めて実現 【概要】 インターネット、携帯電話、光通信などのICT技術の発展と共に、高速・大容量な通信システムがグローバルに運用されています。そのような中で情報量は益々増え、やり取りする情報の安全性を確保することが極めて重要になってきています。 東北大学電気通信研究所の中沢正隆教授と学習院大学の平野琢也教授のグループは、QAM(Quadrature Amplitude Modulation:直交振幅変調)と呼ばれるコヒーレントな多値信号を量子雑音の中に隠すQAM量子雑音暗号伝送技術(QAM/QNSC:QAM/Quantum NoiseStream Cipher)と、単一フォトンに近い極めて微弱なレーザー光で暗号の生成と解読のための鍵を安全に配信する量子鍵配送(QKD:Quantum Key Distribution)技術を組み合わせることにより、極めて安全でかつ高速・大容量な秘匿光通信システムを世界で初めて実現しました。量子暗号伝送において世界最速の単一チャンネル70Gbit/sのデータ速度で100kmの伝送に成功し、その有用性を実証しました。周波数利用効率も10.3bit/s/Hzと極めて高いものです。この新暗号技術は9月21日にドイツ Dusseldorf で開催されるヨーロッパ光通信国際会議(ECOC)で発表されます。 【背景】 情報化社会の発展と共に、インターネット上での安全な商取引、個人情報の保護、機密情報の漏洩防止など、ネットワークのセキュリティに対する要求が益々高まっています。現在は安全性の高い通信方式としてAES(Advanced Encryption Standard)や公開鍵暗号のように解読に膨大な計算量を要する数理暗号(ソフトウェア暗号)が用いられています。今日の大容量通信の主流は光ファイバ通信ですが、光ファイバ通信にも高い秘匿性が求められています。しかし、光ファイバは極端な曲げを与えると光が漏洩することから、数理暗号で秘匿化しても今後コンピュータの計算能力が飛躍的に向上すると短時間で解読されてしまう恐れがあります。そのため最近では、原理的に解読を不可能にする物理的暗号化方式(ハードウェア暗号)あるいは秘密鍵を安全に配信する技術(受信した信号の振幅分布の形状変化から盗聴を見破る技術)の研究開発が世界各国で進められています。 【従来の技術】 盗聴者が絶対に解読することの出来ない完全秘匿暗号方式として、今までにBB84(1984年に提案されている)を代表とする量子鍵配送(QKD:Quantum Key Distribution)が提案されています。QKDでは、量子力学の原理(不確定性原理)を利用してまず盗聴を検出できる通信チャンネルを作製し、そのうえで鍵の情報を送受信します。もし、盗聴が検出された場合には、その鍵を破棄して、違うタイミングで再度新たな鍵を送付します。ひとたび送受信者間で安全な鍵が共有出来れば、使い捨て鍵暗号(One time pad暗号)方式を用いて絶対に安全な暗号通信が可能となります。このQKDシステムにおいて、送信者は単一光子あるいは微弱なコヒーレント光の直交する偏光や位相に鍵の情報を乗せて正規受信者へ送付します。例として鍵配送に位相を用いる場合の鍵の割り振り方を図1に示します。送信者は、IとQの直交関係にある2つの振幅情報(以降、モードと呼ぶ)のいずれかをランダムに選択し、Iモードでは、0度でビット情報“1”、180度で“0”を送り、Qモードでは、90度で“1”、270度で“0”を送ります。もしIモードだけで鍵を送付した場合、Iモードと同位相の関係にある局発光信号とのホモダイン検出により、鍵が“0”であるか“1”であるか容易に検出することができます。しかし、直交関係にあるQモードの光子が混在する場合には、そのQモードで送付された信号をIモードと同位相の局発光信号で検出すると、Qモードの位相を検出出来ないため、その検出結果は確率1/2でランダムに“0”または“1”となります。このような検出の誤りが発生する要因は、直交するIとQモード間の不確定性にあり、この不確定性の関係が成り立つ2つのモードを利用して鍵の情報を送付することで安全な鍵配送を実現しています。さらに、盗聴により単一光子の位相を測定し、測定後になりすまして単一光子を送り出しても、受信時の不確定性により同じ位相を配送することが出来ません。即ち、万が一盗聴されても必ず位相の分布にその痕跡が残り、盗聴されていることを見破ることが出来ます。(このQKDの原理の詳細な説明は補足に譲ります。) http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=423341&lindID=5

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暗号通信の最先端は軍事技術として秘匿されていることに鑑みて、 多分、この程度は既に実現されているでしょうね。 ストリーム暗号の起源は 1919年に米国特許が取得されたバーナム暗号にまで遡ります。 また、単一フォトンに近い微弱なレーザー光で 信号を送信するのでしょうが、 レーザーから単一フォトンを照射するというのも かなり昔から可能になっています。 例えば、富士通は2005年に単一フォトンを 発生する装置を公表しています(下記サイト)。 http://www.fujitsu.com/downloads/JP/archive/imgjp/jmag/vol56-4/paper15.pdf このような単一フォトンを発生させる パルスレーダーを使えばよいだけのこと。 QAMは携帯電話に使われている通信方式であり、 格別に目新しさはないです。 大学の研究レベルが いかに遅れているかを示す記事ですね。