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
【課題】複数ノードで乱数列を効率的かつ安全に共有でき、容易に管理できる共有乱数管理方法およびシステムを提供することにある。
【解決手段】少なくとも１つのセンタノードＣＮとセンタノードＣＮに接続された複数のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎとを有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理方法は、センタノードＣＮと複数のリモートノードの各々との間で乱数列Ｑ１〜ＱＮを共有し、第１リモートノードＲＮ−１と第２リモートノードＲＮ−２との間で通信を行う場合、第２リモートノードの第２乱数列の一部Ｋ２＿１．ｅｎｃをセンタノードＣＮから第１リモートノードＲＮ−１へ配送し、第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは第２乱数列の一部を共有する。
【解決手段】少なくとも１つのセンタノードＣＮとセンタノードＣＮに接続された複数のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎとを有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理方法は、センタノードＣＮと複数のリモートノードの各々との間で乱数列Ｑ１〜ＱＮを共有し、第１リモートノードＲＮ−１と第２リモートノードＲＮ−２との間で通信を行う場合、第２リモートノードの第２乱数列の一部Ｋ２＿１．ｅｎｃをセンタノードＣＮから第１リモートノードＲＮ−１へ配送し、第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは第２乱数列の一部を共有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
インターネットは様々なデ−タが行き交う経済社会インフラとなっており、それゆえにネット上を流れるデ−タを盗聴リスクから事前に守る予防策を整えることが重要な課題となっている。予防策の一つとして、通信するデ−タを暗号化する秘匿通信システムが挙げられる。暗号化の方法としては、共通鍵暗号と公開鍵暗号の二種類がある。
【０００３】
共通鍵暗号は、ＡＥＳ(Advanced Encryption Standard)に代表されるように暗号化と復号化に共通の暗号化鍵を用いる方式で高速処理が可能である。そのため本方式はデータ本体の暗号化に用いられている。
【０００４】
一方、公開鍵暗号はＲＳＡ暗号方式に代表されるように一方向性関数を用いた方式で、公開鍵によって暗号化を行い、秘密鍵によって復号化を行う。高速処理には適していないため、共通鍵方式の暗号鍵配送などに用いられている。
【０００５】
デ−タの暗号化によって秘匿性を確保する秘匿通信において、秘匿性を確保するために重要なことは、たとえ盗聴者によって暗号化デ−タを盗聴されたとしても、その暗号化デ−タを解読されないことである。そのため、暗号化に同じ暗号鍵を使い続けないことが必要である。それは、同じ暗号鍵を使い続けて暗号化していると、盗聴された多くのデ−タから暗号鍵を推測される可能性が高くなるからである。
【０００６】
そこで送信側と受信側で共有している暗号化鍵を更新することが求められる。鍵更新時には更新する鍵を盗聴・解読されないことが必須であるので、（１）公開鍵暗号によって暗号化して送る方法、（２）予め鍵更新用に設定した共通鍵であるマスタ鍵を用いて暗号化して送る方法、の大きく二通りがある（たとえば特開２００２−３４４４３８号公報（特許文献１）および特開２００２−３００１５８号公報（特許文献２）を参照）。これらの方法における安全性は、解読するための計算量が膨大であることに依っている。
【０００７】
一方、量子暗号鍵配布技術（ＱＫＤ）は、通常の光通信とは異なり、１ビットあたりの光子数を１個として伝送することにより送信−受信間で暗号鍵を生成・共有する技術である（非特許文献１および２参照）。この量子暗号鍵配布技術は、上述した計算量による安全性ではなく、量子力学によって安全性が保証されており、光子伝送部分での盗聴が不可能であることが証明されている。さらに、一対一の鍵生成・共有だけでなく、光スイッチング技術やパッシブ光分岐技術により一対多あるいは多対多ノード間での鍵生成および鍵共有を実現する提案もされている（非特許文献３参照）。
【０００８】
このようなＱＫＤ技術では、光子１個に暗号鍵の基となる情報を載せて伝送するので、光子伝送を行なう限り暗号鍵を生成し続けることができる。たとえば、１秒あたり数１０ｋビットの最終鍵を生成することが可能である。
【０００９】
さらに、ＱＫＤ技術によって生成した暗号鍵を、解読不可能なことが証明されているワンタイムパッド（OTP: One-Time-Pad）暗号に使用することで、絶対安全な暗号通信を提供することができる。ワンタイムパッド暗号により暗号化通信を行うと、暗号鍵はデータと同じ容量分だけ消費され、しかも一回限りで必ず使い捨てされる。例えば、１Ｍビットのファイルをワンタイム暗号化して送受信すると、１Ｍビットの暗号鍵が消費される。
【００１０】
このように大量に暗号鍵を生成し消費する量子暗号システムでは、記憶媒体に格納されている暗号鍵の管理が必須といえる。特に、ＱＫＤ技術において、非特許文献３で提案されているような光スイッチング技術やパッシブ光分岐技術によって一対多あるいは多対多の鍵生成・共有への拡張を実現するためには、多ノード間での暗号鍵の管理が重要となる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３４４４３８号公報
【特許文献２】特開２００２−３００１５８号公報
【非特許文献１】“QUANTUM CRYPTOGRAPHY: PUBLIC KEY DISTRIBUTION AND COIN TOSSING” C. H. Bennett and G. Brassard, IEEE Int. Conf. on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, December １０−１２, １９８４ pp.１７５−１７９
【非特許文献２】“Automated ‘plug & play’ quantum key distribution” G. Ribordy, J. Gauiter, N. Gisin, O. Guinnard and H. Zbinden, Electron. Lett., Vol. ３４, No. ２２ pp.２１１６−２１１７, (１９９８)
【非特許文献３】“Quantum cryptography on multiuser optical fibre Networks” P. D. Townsend, Nature vol. ３８５, ２ January １９９７ pp. ４７−４９
【非特許文献４】“Temperature independent QKD system using alternative−shifted phase modulation method” A.Tanaka, A.Tomita, A.Tajima, T.Takeuch, S.Takahashi, and Y.Nambu, Proc. of ECOC ２００４, Tu４.５.３.
【非特許文献５】“Single−photon Interference over 150km Transmission Using Silica−based Integrated−optic Interferometers for Quantum Cryptography” T.Kimura, Y.Nambu, T.Hatanaka, A.Tomita, H.Kosaka and K.Nakamura, Japanese Journal of Applied Physics Lett. Vol. ４３, No. 9A/B, ２００４, pp. Ｌ１２１７−Ｌ１２１９.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これまでの技術では暗号鍵などの共有情報を生成することにのみ重点を置き、消費することも考慮した管理はほとんど行なわれていない。上述したように、各ノードにおける暗号鍵の蓄積量は、鍵生成・共有プロセスにより増加すると共に暗号通信を実行する毎に消費されて減少する。また、鍵生成・共有プロセスによる暗号鍵の生成速度は、ノード間の距離や通信品質などにも依存するために、一般にノード間で一定ではない。このために各ノードでの鍵蓄積量は時事刻々と増減することとなり、ノード数が増えるに従って暗号鍵の管理は益々複雑化する。
【００１３】
また、１対多接続のようなセンタ・リモート構成のネットワークでは、センタノードと各リモートノードとの間で暗号鍵が生成・共有される。従って、リモートノード間で暗号鍵が共有されていないために暗号化通信を行うことができない。同様に、多対多接続のネットワークにおいても、鍵生成・共有プロセスを実行するノード間では暗号化通信を行うことができるが、それ以外のノードとの間では暗号鍵が共有されていないので暗号化通信を行うことができない。
【００１４】
特にＯＴＰ（Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ）暗号化通信を行う場合、固定長の鍵を使いまわす場合と異なり、暗号化に使用した鍵は復号化に用いることができない。このために暗号化用の鍵と復号化用の鍵とを分けて管理する必要があり、管理が二重に複雑化するという新たな問題が発生する。
【００１５】
さらに、運用中のネットワークにリモートノードが加入もしくは離脱した場合、ネットワーク全体の鍵管理に影響し、管理が更に複雑化するという問題もあった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、複数ノードで乱数列を効率的かつ安全に共有でき、容易に管理できる共有乱数管理方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による共有乱数管理方法は、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を有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理方法であって、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乱数列を共有し、第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの第２乱数列の一部を前記センタノードから前記第１リモートノードへ配送し、前記第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは前記第２乱数列の一部を共有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数ノードで乱数列を効率的かつ安全に共有でき、容易に管理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は秘匿通信ネットワークに適用可能であり、共有乱数はノード間で共有される秘匿情報である。以下、秘匿通信ネットワークとして量子鍵配送ネットワークを取りあげ、ノード間で乱数列を共有して暗号通信を可能にするシステムについて詳述する。
【００２０】
１．一実施形態
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概略的構成を示すネットワーク図である。ここではセンタノードとリモートノードとが１：Ｎネットワークとして構成されている量子鍵配送ネットワークを概略的に示している。
【００２１】
量子鍵配送ネットワークは、複数のセンタノードＣＮ−１〜ＣＮ−Ｍを含むセンタノード群１０と、それぞれのセンタノードに接続した複数のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎと、各センタノードの暗号鍵の管理を行う鍵管理サーバ３０とを有する。
【００２２】
センタノード群１０は、センタノードＣＮ−１〜ＣＮ−Ｍが鍵管理サーバ３０により管理されることで形成され、ここでは、各センタノードと鍵管理サーバ３０との間が閉じた通信経路（図中の二重実線）により安全に接続されることで形成されている。なお、鍵管理サーバ３０はセンタノード群１０内に組み込まれてもよい。たとえば、センタノードＣＮ−１〜ＣＮ−Ｍの間が閉じた通信経路（図中の二重破線）により安全に接続されることで、相互通信によりセンタノード群１０に鍵管理サーバ３０と同様の機能を組み込むことも可能である。
【００２３】
量子鍵配送ネットワークとしては、１個のセンタノード群１０に複数（Ｎ）個のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎが接続された１：Ｎ構成として論理的に認識されるので、図１に示す実際の物理ネットワークは１：Ｎネットワークの集合体とみなすことできる。そこで、以下、１つのセンタノードＣＮと複数のリモートノードとからなる１：Ｎネットワークに本実施形態による鍵管理システムを適用した場合について説明する。
【００２４】
１．２）鍵管理システム
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概略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個のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎおよび鍵管理サーバ３０から構成されている。
【００２５】
センタノードＣＮと各リモートノードとの間で、量子鍵配送プロセスにより生成された量子鍵Ｑが第１共有乱数として共有されているものとする。各リモートノードには量子鍵プールＱＫＰが設けられ、センタノードＣＮとの間で共有された量子鍵Ｑが格納される。たとえばリモートノードＲＮ−１の量子鍵プールＱＫＰ１には、センタノードＣＮの対応する量子鍵プールＱＫＰCN1と同じ量子鍵Ｑ１が対応付けられて格納される。
【００２６】
さらに、各リモートノードには通信鍵プールＳＫＰが設けられ、ＯＴＰ暗号通信を行う他のリモートノード毎に設けられた個別通信鍵プールＫが格納される。個別通信鍵プールＫには、通信相手となるリモートノード毎に使用される鍵（乱数列）が後述する手順により共有され、リモートノード間の暗号通信が可能となる。たとえばリモートノードＲＮ−１とＲＮ−３との間で暗号通信を行う場合には、リモートノードＲＮ−１の個別通信鍵プールＫ１−３に鍵が格納され、リモートノードＲＮ−３の個別通信鍵プールＫ３−１に同じ鍵が格納される。一般化すれば、リモートノードＲＮ−ｉとＲＮ−ｊとの間で暗号通信を行う場合には、リモートノードＲＮ−ｉの個別通信鍵プールＫｉ−ｊに鍵が格納され、リモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｉに同じ鍵が格納される。
【００２７】
具体的には、各リモートノードの量子鍵ＱとセンタノードＣＮの対応する量子鍵プールＱＫＰCNに格納されている量子鍵は同じ乱数列なので、各リモートノードの量子鍵プール量子鍵プールＱＫＰとセンタノードＣＮの対応する量子鍵プールＱＫＰCNとの内容は全く同じである。
【００２８】
ただし、以下、便宜上、センタノードＣＮの量子鍵を暗号化鍵、リモートノードの量子鍵を復号化鍵とし、図２に例示するように、一定の容量（例えば３２バイトなど）でファイル化され、ファイル番号を付けて管理されるものとする。なお、このファイル化に関しては、本出願人により２００６年１２月１９日に出願されている（特願２００６−３４０７５０号）。
【００２９】
たとえば、センタノードＣＮの量子鍵プールＱＫＰCNの鍵ファイルには拡張子“ｅｎｃ”を付加し、リモートノードＲＮ−１に対応する量子鍵プールＱＫＰCNのファイル名はＫ１＿１．ｅｎｃ，Ｋ１＿２．ｅｎｃ，・・・のように生成順にファイル番号を付与する。
【００３０】
同様に、たとえばリモートノードＲＮ−１の量子鍵プールＱＫＰ１の鍵ファイルは拡張子を“ｄｅｃ”を付加し、ファイル名はＫ１＿１．ｄｅｃ，Ｋ１＿２．ｄｅｃ，・・・のように生成順にファイル番号を付与する。ただしｅｎｃおよびｄｅｃは便宜上の拡張子に過ぎず、実体的にはＫ１＿１．ｅｎｃとＫ１＿１．ｄｅｃとは同じ乱数列である。
【００３１】
以下の説明では、リモートノード間での暗号通信用に用いられる鍵をリモートノード間で安全に共有する操作を鍵配送という。具体例としてはワンタイムパッド（ＯＴＰ）鍵配送である。以下、この鍵配送で共有したリモートノード間の通信鍵を論理安全鍵ともいう。
【００３２】
１．３）リモートノード間の鍵共有
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、３つのリモートノードＲＮ−ｉ、ＲＮ−ｊおよびＲＮ−ｐの間での鍵共有プロセスを説明する（ｉ，ｊ，ｐはＮ以下の任意の自然数である）。
【００３３】
まず、リモートノードＲＮ−ｉがリモートノードＲＮ−ｊへのデータ送信を鍵管理サーバ３０へ要求したとする（送信要求Ｓ１）。鍵管理サーバ３０は、送信要求Ｓ１の送信元（ＲＮ−ｉ）と送信先（ＲＮ−ｊ）とにそれぞれ対応する量子鍵プールＱＫＰCNiおよびＱＫＰCNjを制御し、送信先に対応する量子鍵プールＱＫＰCNjの鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃを送信元のリモートノードＲＮ−ｉの個別通信鍵プールＫｉ−ｊへ配送する（鍵配送Ｓ２）。その際、後述するように、配送される鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃは、送信元に対応する量子鍵プールＱＫＰCNiの鍵ファイルＫｉ＿１．ｅｎｃにより暗号化され、リモートノードＲＮ−ｉの量子鍵プールＱＫＰiの同じ鍵ファイルＫｉ＿１．ｄｅｃにより復号化される。
【００３４】
同時に、送信先のリモートノードＲＮ−ｊでは、量子鍵プールＱＫＰｊの鍵ファイルＫｊ＿１．ｄｅｃが個別通信鍵プールＫｊ−ｉに転送される（転送Ｓ３）。
【００３５】
上述したように、センタノードＣＮにおける量子鍵プールＱＫＰCNjの鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃとリモートノードＲＮ−ｊにおける量子鍵プールＱＫＰｊの鍵ファイルＫｊ＿１．ｄｅｃとは同一であるから、送信側リモートノードＲＮ−ｉの個別通信鍵プールＫｉ−ｊと受信側リモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｉとに同じ論理安全鍵が格納されたことになる。上述したように、この論理安全鍵は同一の乱数列である。
【００３６】
同様に、リモートノードＲＮ−ｊがリモートノードＲＮ−ｐへのデータ送信を鍵管理サーバ３０へ要求した場合（送信要求Ｓ４）、鍵管理サーバ３０は、送信要求Ｓ４の送信先に対応する量子鍵プールＱＫＰCNpの鍵ファイルＫｐ＿１．ｅｎｃを送信元のリモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｐへ配送する（鍵配送Ｓ５）。その際、後述するように、配送される鍵ファイルＫｐ＿１．ｅｎｃは、送信元に対応する量子鍵プールＱＫＰCNjの鍵ファイルＫｊ＿２．ｅｎｃにより暗号化され、リモートノードＲＮ−ｊの量子鍵プールＱＫＰｊの同じ鍵ファイルＫｊ＿２．ｄｅｃにより復号化される。
【００３７】
同時に、送信先のリモートノードＲＮ−ｐでは、量子鍵プールＱＫＰｐの鍵ファイルＫｐ＿１．ｄｅｃが個別通信鍵プールＫｐ−ｊに転送される（転送Ｓ６）。送信側リモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｐとリモートノードＲＮ−ｐの個別通信鍵プールＫｐ−ｊとに同じ論理安全鍵が格納されたことになる。
【００３８】
こうしてリモートノードＲＮ−ｉは、鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃ（論理安全鍵）を用いて送信データを暗号化し、リモートノードＲＮ−ｊは受信した暗号化データを同じ鍵ファイルＫｊ＿１．ｄｅｃ（論理安全鍵）を用いて復号化することができる。また、リモートノードＲＮ−ｊは、鍵ファイルＫｐ＿１．ｅｎｃ（論理安全鍵）を用いて送信データを暗号化し、リモートノードＲＮ−ｐは受信した暗号化データを同じ鍵ファイルＫｐ＿１．ｄｅｃ（論理安全鍵）を用いて復号化することができる。
【００３９】
１．４）鍵配送と鍵消費
図４は図２に示す鍵管理システムの鍵配送手順を説明するための模式図である。ここでは、説明を複雑化しないために、リモートノードＲＮ−１からＲＮ−２へ送信する場合の鍵配送について説明する。
【００４０】
リモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２へのデータ送信を鍵管理サーバ３０へ要求すると、上述したように、センタノードＣＮは送信先に対応する量子鍵プールＱＫＰCN2の鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを読み出し、それを送信元に対応する量子鍵プールＱＫＰCN1の鍵ファイルＫ１＿１．ｅｎｃで暗号化し、この暗号化された量子鍵Ｋ２＿１．ｅｎｃと暗号鍵のファイル番号とを送信元のリモートノードＲＮ−１へ送信する。
【００４１】
リモートノードＲＮ−１では、センタノードＣＮの量子鍵プールＱＫＰCN1と同じ量子鍵Ｑ１を格納する量子鍵プールＱＫＰ１から同じファイル番号の鍵ファイルＫ１＿１．ｄｅｃを読み出し、受信した鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ１−２に論理安全鍵として格納する。
【００４２】
他方、リモートノードＲＮ−２は、配送された鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃのファイル番号がセンタノードＣＮから通知され、それと同じファイル番号の鍵ファイルＫ２＿１．ｄｅｃを量子鍵プールＱＫＰ２から読み出して個別通信鍵プールＫ２−１に論理安全鍵として格納する。
【００４３】
こうして、送信側のリモートノードＲＮ−１の個別通信鍵プールＫ１−２と受信側のリモートノードＲＮ−２の個別通信鍵プールＫ２−１に、同じ論理安全鍵が格納される。さらに、この鍵配送共有プロセスでは、送信側における量子鍵プールＱＫＰCN1およびＱＫＰ１の鍵ファイルＫ１＿１．ｅｎｃおよびＫ１＿１．ｄｅｃと、受信側における量子鍵プールＱＫＰCN2およびＱＫＰ２の鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃおよびＫ２＿１．ｄｅｃとは、同様に消費される。したがって、たとえばリモートノードＲＮ−１からリモートノードＲＮ−２へのデータ送信回数が一方的に多い場合であっても、暗号鍵／復号鍵の区別なく送信側および受信側の双方の量子鍵は同等に消費され、鍵量の偏りが生じない。
【００４４】
１．５）効果
上述したように、本実施形態によれば、センタノードとリモートノードの間で量子鍵を共有しているネットワークにおいて、センタノードの量子鍵を暗号化鍵（または復号化鍵）、リモートノードの量子鍵を復号化鍵（または暗号化鍵）とし、暗号化鍵を安全にリモートノードへ配送することによってリモートノード間の暗号化鍵および復号化鍵の管理を大幅に簡略にすることが可能となる。
【００４５】
たとえばＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信するリモートノード間で通信量非対称な場合でも、暗号化鍵または復号化鍵を効率的に共有することが可能となる。
【００４６】
また、リモートノード数に従って論理安全鍵を個別に格納する通信鍵プールを設けることで、リモートノード数にかかわらず同じ方式で簡単に鍵を管理することができる。
【００４７】
さらに、ネットワーク内にリモートノードが参加または離脱した場合も、個別通信鍵プールの増減のみで対応可能であり、ネットワークの変更も簡単に行うことができる。
【００４８】
２．第１実施例
２．１）構成
図５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個（複数）のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎ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。
【００４９】
リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎの各々は同様の構成を有し、量子チャネルユニット２０１、古典チャネルユニット２０２、それらを制御する制御部２０３、鍵を格納するための鍵メモリ２０４を有する。
【００５０】
リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎの鍵メモリ２０４には、量子鍵プールＱＫＰ１〜ＱＫＰＮがそれぞれ設けられ、各リモートノードＲＮ−ｉとセンタノードＣＮとの間で生成・共有された量子鍵Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮがそれぞれ格納されている。また、鍵メモリ２０４には、通信鍵プールＳＫＰ１〜ＳＫＰＮも設けられており、リモートノードごとに、要求に応じてリモートノード間のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信用の論理安全鍵が格納される。例えば、リモートノードＲＮ−１の通信鍵プールＳＫＰ１には、リモートノードＲＮ−２との通信に利用される個別通信鍵プールＫ１−２が設けられる。
【００５１】
制御部２０３は、センタノードＣＮとの間で共有乱数の生成、共有乱数を用いた暗号化／復号化などを実行する。制御部２０３はプログラム制御プロセッサでもよく、図示しないメモリから読み出されたプログラムを実行することで、上記共有乱数生成機能および暗号化／復号化機能を実現することもできる。
【００５２】
センタノードＣＮは、量子チャネル用のスイッチ部１０１およびユニット１０２と、古典チャネル用のスイッチ部１０３およびユニット１０４と、それらを制御する制御部１０５、および、鍵を格納するための鍵メモリ１０６を有する。センタノードの量子鍵メモリ１０６には、量子鍵プールＱＫＰCN1〜ＱＫＰCNNが設けられ、各リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎとの間でそれぞれ共有された共有乱数Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮが格納されている。制御部１０５は、各リモートノートの間での共有乱数の生成、スイッチ部１０１および１０３の切り替え制御、共有乱数を用いた暗号化／復号化、鍵メモリ１０６に格納された各鍵量のモニタなどを実行する。
【００５３】
各リモートノードの量子チャネルユニット２０１とセンタノードＣＮの量子チャネルユニット１０２とは、量子チャネルおよびスイッチ部１０１を通して単一光子レベル以下の微弱光信号を送信し、両者で共有するべき乱数列を生成する。また、各リモートノードの古典チャネルユニット２０２とセンタノードＣＮの古典チャネルユニット１０４とは、共有乱数を生成、共有するためのデータやファイル番号などをスイッチ部１０３および古典チャネルを通して相互に送受信し、共有された乱数列に基づいて暗号化したデータをスイッチ部１０３および古典チャネルを通して相互に送受信する。
【００５４】
制御部１０５は、スイッチ部１０１を制御することで、リモートノードＲＮ１〜ＲＮ−Ｎから選択された１つのリモートノードの量子チャネルを量子チャネルユニット１０２に接続することができる。この量子チャネルの切替制御とは独立に、制御部１０５は、スイッチ部１０３を制御することで、リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎから選択された１つのリモートノードの古典チャネルを古典チャネルユニット１０４に接続することができる。
【００５５】
鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの鍵メモリ１０６を監視する。図５に示す例では、センタノードＣＮは一つしかないので、鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの鍵メモリ１０６のみ監視する。
【００５６】
各リモートノードＲＮ−ｉは、生成した乱数列を量子鍵メモリ２０４の量子鍵プールＱＫＰｉに格納する。センタノードＣＮは、リモートノードＲＮ１〜ＲＮ−Ｎとの間でそれぞれ生成したすべての乱数列を量子鍵メモリ１０６に格納する。このように、センタノードＣＮは、自身に従属するリモートノードのすべての量子鍵を把握しているので鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの鍵メモリ１０６だけを監視すればよい。
【００５７】
なお、量子チャネルと古典チャネルとはチャネルとして区別できればよく、量子ャネルは量子鍵の生成に利用されるチャネルであり、古典チャネルは通常の光パワー領域での通信チャネルである。古典チャネルは、共有乱数を生成するためのデータ送受信および暗号化されたデータの送受信のために利用される。量子チャネルは、パワーが１ｐｈｏｔｏｎ／ｂｉｔ以下の微弱な状態の光信号を送信器（Ａｌｉｃｅ）から受信器（Ｂｏｂ）へ送信するが、通常の光通信で使用される光パワーの光信号を伝送することもできる。
【００５８】
また、本実施例において量子チャネルと古典チャネルとは多重化されているが、多重化方式を特定するものではない。波長分割多重方式であれば、各リモートノードに対応するスイッチ部１０１および１０３の前段に波長多重分離部を設けて、量子チャネルの波長信号をスイッチ部１０１へ、古典チャネルの波長信号をスイッチ部１０３へそれぞれ分離するように構成すればよい。
【００５９】
２．２）量子鍵生成
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。
【００６０】
まず、リモートノードＲＮ−１の量子ユニット２０１とセンタノードＣＮの量子ユニット１０２は量子チャネルを介して単一光子伝送を行なう。センタノードＣＮの量子ユニット１０２では光子検出を行い、この結果を制御部１０５へ出力する。両ノードの制御部１０５、２０３は、古典チャネルを介して基底照合、誤り訂正および秘匿増強の処理を光子検出の結果に基づいて行なう。センタノードＣＮでは、このようにして共有した共有乱数列Ｑ１をリモートノードＲＮ−１と対応付けて量子鍵メモリ１０６に格納する。その他のリモートノードＲＮ−２〜ＲＮ−Ｎの共有乱数列Q２〜QNについても同様のプロセスにより順次生成される。
【００６１】
リモートノードＲＮ−１の量子ユニット２０１とセンタノードCNの量子ユニット１０２とは、Ａｌｉｃｅ（微弱光信号の送信器）、Ｂｏｂ（微弱信号の受信器）のどちらでもよい。しかし、Ｂｏｂは光子検出器を含むため、消費電力および監視制御の観点からＢｏｂがセンタノードＣＮに配置されることが望ましい。
【００６２】
次に、一例として、量子ユニットにＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式を用いて量子鍵配送を行うＱＫＤシステムに本実施例を適用した場合ついて詳細に説明する。
【００６３】
図６は本実施例を適用したＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式ＱＫＤシステムの一例を示すブロック図である。ここでは、センタノードＣＮと任意のリモートノードＲＮ−ｘとが光ファイバ伝送路で接続されているものとし、Ａｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子ユニット２０１の一例と、Ｂｏｂ側（センタノード側）の量子ユニット１０２の一例とを示す。この例における量子ユニット系は、交互シフト位相変調型Ｐｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式である(非特許文献２および４を参照)。
【００６４】
この例において、送信側量子ユニット２０１は、偏光ビ−ムスプリッタ（ＰＢＳ）２１、位相変調部２２および乱数発生部２３を有し、光ファイバ伝送路に接続されている。位相変調器２２および偏光ビームスプッタ（ＰＢＳ）２１はＰＢＳループを構成する。ＰＢＳループはファラデーミラーと同様の機能を有し、入射光の偏光状態が９０度回転して送出される（非特許文献４を参照）。
【００６５】
位相変調器２２は、古典チャネルユニットから供給されるクロック信号に従って、通過する光パルス列に対して位相変調を行う。位相変調の深さは、ここでは乱数発生部２３から供給される２つの乱数ＲＮＤ１およびＲＮＤ２の４通りの組み合わせにそれぞれ対応する４通りの深さ（０、π／２、π、３π／２）となり、光パルスが位相変調器２２を通過するタイミングで位相変調が行われる。
【００６６】
受信側量子ユニット１０２は、偏光ビ−ムスプリッタ（ＰＢＳ）１１、位相変調部１２、乱数発生部１３、光カプラ１４、光サーキュレータ１５、光子検出器１７、およびパルス光源１６を有し、光ファイバ伝送路に接続されている。古典チャネルユニットから供給されるクロック信号に従ってパルス光源１６により生成された光パルスＰは、光サーキュレータ１５により光カプラ１４へ導かれ、光カプラ１４により２分割される。分割された一方の光パルスＰ１は短いパス(Short Path)を通ってＰＢＳ１１へ送られる。分割された他方の光パルスＰ２は長いパス(Long Path)に設けられた位相変調器１２を通してＰＢＳ１１へ送られる。これら光パルスＰ１およびＰ２はＰＢＳ１１で合波され、ダブルパルスとして光ファイバ伝送路を通して送信側の量子ユニット２０１へ送信される。
【００６７】
送信側量子ユニット２０１において、光ファイバ伝送路を通して到来したダブルパルスＰ１およびＰ２は、ＰＢＳ２１でさらに分離され、時計回りのダブルパルスＰ１CWおよびＰ２CWと反時計回りのダブルパルスＰ１CCWおよびＰ２CCWの４つのパルス、すなわちカルテットパルスとなって位相変調器２２をそれぞれ反対方向で通過し、それぞれ出射したポートとは反対のＰＢＳポートへ入射する。
【００６８】
位相変調器２２は時計回りのダブルパルスの後方のパルスＰ２CWを前方のパルスＰ１CWに対して位相変調するとともに、反時計回りのダブルパルスと時計回りのダブルパルスとの間にπの位相差を与える。このように、必要に応じて位相変調されたカルテットパルスはＰＢＳ２１で合波され再びダブルパルスに戻る。上述したように後方のパルスのみが伝送情報により位相変調されたので、出射ダブルパルスをＰ１およびＰ２*aと記す。このときＰＢＳループ入射時に対して出射時は偏波が９０°回転しているので、結果的にファラデーミラーと同等の効果が得られる。
【００６９】
受信側の量子ユニット１０２のＰＢＳ１１は、量子ユニット２０１０から受信した光パルスＰ１およびＰ２*aの偏光状態が９０度回転していることから、これら受信パルスをそれぞれ送信時とは異なるパスへ導く。すなわち受信した光パルスＰ１は長いパスを通り、位相変調器１２によって乱数生成部１３からの乱数ＲＮＤ２に従った位相変調が施され、位相変調された光パルスＰ１*bが光カプラ１４に到達する。他方、光パルスＰ２*aは送信時とは異なる短いパスを通って同じく光カプラ１４に到達する。
【００７０】
こうして量子ユニット２０１で位相変調された光パルスＰ２*aと量子ユニット１０２で位相変調された光パルスＰ１*bとが干渉し、その結果が光子検出器１７により検出される。光子検出器１７は、古典チャネルユニットから供給されるクロック信号に従ってガイガーモードで駆動され、光子の高感度受信が可能となる。このような量子ユニット２０１と量子ユニット１０２によって光子伝送が行われる。
【００７１】
本実施例によれば、リモートノードＲＮ−ｘの制御部２０３とセンタノードＣＮの制御部１０５は古典チャネルを通して同期し、送信側量子ユニット２０１から受信側量子ユニット１０２へ原情報をフレーム単位で送信し、受信側量子ユニット１０２が受信できた情報に基づいて、両ノード間の共有乱数を所定サイズのファイル単位で順次生成する。こうしてファイル単位で一致した乱数列は、さらに古典チャネルを通して対応付けられ、リモートノードＲＮ−ｘでは鍵メモリ２０４の量子鍵プールメモリに、センタノードＣＮでは量子鍵メモリ１０６に、それぞれ蓄積される。
【００７２】
図６に示すＱＫＤ技術のような送信器および受信器が独立に暗号鍵を生成するシステムにおいて、送信器および受信器がほぼ同時に生成する鍵は同じ乱数列であることが保証されるが、こうして生成された暗号鍵に上述した対応付けによる共有処理を行なうことによって、送信器および受信器間での暗号鍵の共有を実現することができる。
【００７３】
２．３）鍵管理
次に、Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ鍵配送を行って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。
【００７４】
まず、Ｎ個のリモートノードのうち暗号化データの送信元のノードは鍵管理サーバ３０に対して送信先の論理安全鍵を要求する。共有した論理安全鍵は、送信元では暗号化鍵として、送信先では復号化鍵としてそれぞれの個別通信鍵プールに格納される。以下、リモートノード数Ｎ＝３とした場合の論理安全鍵の共有手順について図７〜図９を参照しながら具体的に説明する。図７、図８および図９はこの順で順次継起するものとする。
【００７５】
図７はリモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。鍵管理サーバ３０は、リモートノードＲＮ−１からリモートノードＲＮ−２への通信暗号化のための鍵の要求を受けると、センタノードＣＮへ指示して量子鍵Ｑ２の鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを量子鍵Ｑ１のＫ１＿１．ｅｎｃでＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化し、要求元のリモートノードＲＮ−１へ送付する。
【００７６】
リモートノードＲＮ−１は、量子鍵Ｑ１のＫ１＿１．ｄｅｃを用いて鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ１−２に格納する。また、送信先となるリモートノードＲＮ−２は、量子鍵Q2の鍵ファイルＫ２＿１．ｄｅｃを個別通信鍵プールＫ２−１へ復号化鍵として移動する。同様にして、リモートノードＲＮ−１からリモートノードＲＮ−２への論理安全鍵の共有は、センタノードＣＮからリモートノードＲＮ−１へ量子鍵Ｑ３のＫ３＿１．ｅｎｃ（暗号化鍵）が配送され、この際のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化により量子鍵Ｑ１のＫ１＿２．ｅｎｃとＫ１＿２．ｄｅｃとが消費される。また、リモートノードＲＮ−３では量子鍵Ｑ３のＫ３＿１．ｄｅｃ（復号化鍵）を個別通信鍵プールＫ３−１へ移動する。
【００７７】
こうして、リモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵がそれぞれの個別通信鍵プールに共有される。
【００７８】
図８はリモートノードＲＮ−２がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。鍵管理サーバ３０は、リモートノードＲＮ−２からリモートノードＲＮ−１への通信暗号化のための鍵の要求を受けると、センタノードＣＮへ指示して量子鍵Ｑ１の鍵ファイルＫ１＿３．ｅｎｃを量子鍵Ｑ２のＫ２＿２．ｅｎｃでＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化し、要求元のリモートノードＲＮ−２へ送付する。
【００７９】
リモートノードＲＮ−２は、量子鍵Ｑ２のＫ２＿２．ｄｅｃを用いてＫ１＿３．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ２−１に格納する。また、リモートノードＲＮ−１は量子鍵Ｑ１のＫ１＿３．ｄｅｃを個別通信鍵プールＫ１−２へ復号鍵として移動する。
【００８０】
同様にして、リモートノードＲＮ−２からリモートノードＲＮ−３への論理安全鍵の共有は、センタノードＣＮからリモートノードＲＮ−２へ量子鍵Ｑ３のＫ３＿２．ｅｎｃ（暗号化鍵）が配送され、この際のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化により量子鍵Ｑ２のＫ２＿２．ｅｎｃとＫ２＿３．ｄｅｃとが消費される。また、リモートノードＲＮ−３では量子鍵Ｑ３のＫ３＿２．ｄｅｃ（復号化鍵）を個別通信鍵プールＫ３−２へ移動する。
【００８１】
こうして、リモートノードＲＮ−２がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵がそれぞれの個別通信鍵プールに共有される。
【００８２】
図９はリモートノードＲＮ−３がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−２へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。鍵管理サーバ３０は、リモートノードＲＮ−３からリモートノードＲＮ−１への通信暗号化のための鍵の要求を受けると、センタノードＣＮへ指示して量子鍵Ｑ１の鍵ファイルＫ１＿４．ｅｎｃを量子鍵Ｑ３のＫ３＿３．ｅｎｃでＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化し、要求元のリモートノードＲＮ−３へ送付する。
【００８３】
リモートノードＲＮ−３は、量子鍵Ｑ３のＫ３＿３．ｄｅｃを用いてＫ１＿４．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ３−１に格納する。また、リモートノードＲＮ−１は量子鍵Ｑ１のＫ１＿４．ｄｅｃを個別通信鍵プールＫ１−３へ復号鍵として移動する。
【００８４】
同様にして、リモートノードＲＮ−３からリモートノードＲＮ−２への論理安全鍵の共有は、センタノードＣＮからリモートノードＲＮ−３へ量子鍵Ｑ２のＫ２＿４．ｅｎｃ（暗号化鍵）が配送され、この際のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化により量子鍵Ｑ３のＫ３＿４．ｅｎｃとＫ３＿４．ｄｅｃとが消費される。また、リモートノードＲＮ−２では量子鍵Ｑ２のＫ２＿４．ｄｅｃ（復号化鍵）を個別通信鍵プールＫ２−３へ移動する。
【００８５】
こうして、リモートノードＲＮ−３がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−２へ暗号化データを送信するための論理安全鍵がそれぞれの個別通信鍵プールに共有される。
【００８６】
２．４）効果
上述したように、リモートノード間、例えばリモートノードＲＮ−１とリモートノードＲＮ−２との間でＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信を行う場合、リモートノードＲＮ−１は個別通信鍵プールＫ１−２のｅｎｃファイルで暗号化し、リモートノードＲＮ−２は個別通信鍵プールＫ２−１のｄｅｃファイルで復号化すればよい。
【００８７】
逆に、リモートノードＲＮ−２が暗号化する場合は、個別通信鍵プールＫ２−１のｅｎｃファイルで暗号化し、個別通信鍵プールＫ１−２のｄｅｃファイルで復号化すればよい。よって、暗号通信するリモートノード間で通信量が非対称な場合でも、Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信のための鍵を効率的に共有することができる。
【００８８】
また、リモートノードＲＮ−２とリモートノードＲＮ−３、およびリモートノードＲＮ−１とリモートノードＲＮ−３の場合も同様である。このようにして量子鍵配送ネットワークにおいてＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信のための暗号化鍵および復号化鍵を安全に共有し、簡単に管理することができる。
【００８９】
３．第２実施例
図１０は本発明の第２実施例による秘匿通信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、ＱＫＤネットワークＡ（ＱＫＤ−ＮＷ−Ａ）ではＮ個のリモートノードとセンタノードが１：Ｎのネットワークを構成している。Ｎ個のリモートノードＲＮ−Ａ１〜ＲＮ−ＡＮのそれぞれが光ファイバによってセンタノードＣＮａに接続され、各リモートノードとセンタノードＣＮａとの間で暗号鍵の生成、共有およびそれを用いた暗号化通信を行なう。
【００９０】
なお、各リモートノードＲＮ−ＡおよびセンタノードＣＮａの構成は図５と同じであり、簡単のために量子ユニット、古典ユニットおよびリモートノードの制御部を省略している。
【００９１】
一方、ＱＫＤネットワークＢ（ＱＫＤ−ＮＷ−Ｂ）では、Ｍ個のリモートノードとセンタノードが１：Ｍのネットワークを構成している。Ｍ個のリモートノードＲＮ−Ｂ１〜ＲＮ−ＢＭのそれぞれが光ファイバによってセンタノードＣＮｂに接続され、各リモートノードとセンタノードＣＮｂとの間で暗号鍵の生成、共有およびそれを用いた暗号化通信を行なう。各リモートノードＲＮ−ＢとセンタノードＣＮｂの構成は図５と同じであり、簡単のため、量子ユニット、古典ユニットおよびリモートノードの制御部を省略している。
【００９２】
センタノードＣＮａの量子鍵メモリ１０６ａとセンタノードＣＮｂの量子鍵メモリ１０６ｂは安全に量子鍵のやり取りを行うことができる。例えば、センタノードＣＮａとセンタノードＣＮｂとは同じデータセンタ内に設置され、閉じたネットワーク内にあって、特に暗号化通信などを行なわなくても装置の設置・管理の面から安全であるとする。
【００９３】
鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮａおよびセンタノードＣＮｂの量子鍵メモリ１０６ａおよび１０６ｂを監視している。
【００９４】
各リモートノードは、生成した乱数列を量子鍵メモリ２０４ａおよび２０４ｂにそれぞれ格納する。センタノードＣＮａは、リモートノードＲＮ−Ａ１〜ＲＮ−ＡＮと生成したすべての乱数列を量子鍵メモリ１０６ａに格納している。また、センタノードＣＮｂは、リモートノードＲＮ−Ｂ１〜ＲＮ−ＢＭと生成したすべての乱数列を量子鍵メモリ１０６ｂに格納している。
【００９５】
このように、センタノードは自身に従属するリモートノードすべての量子鍵を把握しているので、鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの量子鍵メモリだけを監視すればよい。鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの量子鍵メモリにある量子鍵の残量に応じて制御部１０５ａおよび１０５ｂに指示を送り、量子チャネルのスイッチ部１０１ａおよび１０１ｂを制御して、意図するノード間の量子鍵を優先的に生成することが可能となる。
【００９６】
なお、ＱＫＤ−ＮＷ−Ａのノード数Ｎ＝２、ＱＫＤ−ＮＷ−Ｂのノード数Ｍ＝１とすると、上述した第１実施例と同様に、３個のリモートノード間でＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ鍵配送により論理安全鍵を共有することができる。
【００９７】
なお、量子暗号鍵配付技術は、Ｐｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式、単一方向型、差動位相シフト型でも構わない。量子暗号鍵配布プロトコルは、ＢＢ８４プロトコルに限らず、Ｂ９２でもＥ９１でもよく、本発明をこれらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、量子暗号鍵配付ＱＫＤに代表される共通暗号鍵配送技術を用いた１対多および多対多の秘匿情報通信に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】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概略的構成を示すネットワーク図である。
【図２】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概略的構成を説明するための模式図である。
【図３】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。
【図４】図２に示す鍵管理システムの鍵配送手順を説明するための模式図である。
【図５】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。
【図６】本実施例を適用したＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式ＱＫＤシステムの一例を示すブロック図である。
【図７】リモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。
【図８】リモートノードＲＮ−２がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。
【図９】リモートノードＲＮ−３がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−２へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施例による秘匿通信ネットワークの概略的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０ センタノード群
２０ 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
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
２０５ リモート鍵メモリ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
インターネットは様々なデ−タが行き交う経済社会インフラとなっており、それゆえにネット上を流れるデ−タを盗聴リスクから事前に守る予防策を整えることが重要な課題となっている。予防策の一つとして、通信するデ−タを暗号化する秘匿通信システムが挙げられる。暗号化の方法としては、共通鍵暗号と公開鍵暗号の二種類がある。
【０００３】
共通鍵暗号は、ＡＥＳ(Advanced Encryption Standard)に代表されるように暗号化と復号化に共通の暗号化鍵を用いる方式で高速処理が可能である。そのため本方式はデータ本体の暗号化に用いられている。
【０００４】
一方、公開鍵暗号はＲＳＡ暗号方式に代表されるように一方向性関数を用いた方式で、公開鍵によって暗号化を行い、秘密鍵によって復号化を行う。高速処理には適していないため、共通鍵方式の暗号鍵配送などに用いられている。
【０００５】
デ−タの暗号化によって秘匿性を確保する秘匿通信において、秘匿性を確保するために重要なことは、たとえ盗聴者によって暗号化デ−タを盗聴されたとしても、その暗号化デ−タを解読されないことである。そのため、暗号化に同じ暗号鍵を使い続けないことが必要である。それは、同じ暗号鍵を使い続けて暗号化していると、盗聴された多くのデ−タから暗号鍵を推測される可能性が高くなるからである。
【０００６】
そこで送信側と受信側で共有している暗号化鍵を更新することが求められる。鍵更新時には更新する鍵を盗聴・解読されないことが必須であるので、（１）公開鍵暗号によって暗号化して送る方法、（２）予め鍵更新用に設定した共通鍵であるマスタ鍵を用いて暗号化して送る方法、の大きく二通りがある（たとえば特開２００２−３４４４３８号公報（特許文献１）および特開２００２−３００１５８号公報（特許文献２）を参照）。これらの方法における安全性は、解読するための計算量が膨大であることに依っている。
【０００７】
一方、量子暗号鍵配布技術（ＱＫＤ）は、通常の光通信とは異なり、１ビットあたりの光子数を１個として伝送することにより送信−受信間で暗号鍵を生成・共有する技術である（非特許文献１および２参照）。この量子暗号鍵配布技術は、上述した計算量による安全性ではなく、量子力学によって安全性が保証されており、光子伝送部分での盗聴が不可能であることが証明されている。さらに、一対一の鍵生成・共有だけでなく、光スイッチング技術やパッシブ光分岐技術により一対多あるいは多対多ノード間での鍵生成および鍵共有を実現する提案もされている（非特許文献３参照）。
【０００８】
このようなＱＫＤ技術では、光子１個に暗号鍵の基となる情報を載せて伝送するので、光子伝送を行なう限り暗号鍵を生成し続けることができる。たとえば、１秒あたり数１０ｋビットの最終鍵を生成することが可能である。
【０００９】
さらに、ＱＫＤ技術によって生成した暗号鍵を、解読不可能なことが証明されているワンタイムパッド（OTP: One-Time-Pad）暗号に使用することで、絶対安全な暗号通信を提供することができる。ワンタイムパッド暗号により暗号化通信を行うと、暗号鍵はデータと同じ容量分だけ消費され、しかも一回限りで必ず使い捨てされる。例えば、１Ｍビットのファイルをワンタイム暗号化して送受信すると、１Ｍビットの暗号鍵が消費される。
【００１０】
このように大量に暗号鍵を生成し消費する量子暗号システムでは、記憶媒体に格納されている暗号鍵の管理が必須といえる。特に、ＱＫＤ技術において、非特許文献３で提案されているような光スイッチング技術やパッシブ光分岐技術によって一対多あるいは多対多の鍵生成・共有への拡張を実現するためには、多ノード間での暗号鍵の管理が重要となる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３４４４３８号公報
【特許文献２】特開２００２−３００１５８号公報
【非特許文献１】“QUANTUM CRYPTOGRAPHY: PUBLIC KEY DISTRIBUTION AND COIN TOSSING” C. H. Bennett and G. Brassard, IEEE Int. Conf. on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, December １０−１２, １９８４ pp.１７５−１７９
【非特許文献２】“Automated ‘plug & play’ quantum key distribution” G. Ribordy, J. Gauiter, N. Gisin, O. Guinnard and H. Zbinden, Electron. Lett., Vol. ３４, No. ２２ pp.２１１６−２１１７, (１９９８)
【非特許文献３】“Quantum cryptography on multiuser optical fibre Networks” P. D. Townsend, Nature vol. ３８５, ２ January １９９７ pp. ４７−４９
【非特許文献４】“Temperature independent QKD system using alternative−shifted phase modulation method” A.Tanaka, A.Tomita, A.Tajima, T.Takeuch, S.Takahashi, and Y.Nambu, Proc. of ECOC ２００４, Tu４.５.３.
【非特許文献５】“Single−photon Interference over 150km Transmission Using Silica−based Integrated−optic Interferometers for Quantum Cryptography” T.Kimura, Y.Nambu, T.Hatanaka, A.Tomita, H.Kosaka and K.Nakamura, Japanese Journal of Applied Physics Lett. Vol. ４３, No. 9A/B, ２００４, pp. Ｌ１２１７−Ｌ１２１９.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これまでの技術では暗号鍵などの共有情報を生成することにのみ重点を置き、消費することも考慮した管理はほとんど行なわれていない。上述したように、各ノードにおける暗号鍵の蓄積量は、鍵生成・共有プロセスにより増加すると共に暗号通信を実行する毎に消費されて減少する。また、鍵生成・共有プロセスによる暗号鍵の生成速度は、ノード間の距離や通信品質などにも依存するために、一般にノード間で一定ではない。このために各ノードでの鍵蓄積量は時事刻々と増減することとなり、ノード数が増えるに従って暗号鍵の管理は益々複雑化する。
【００１３】
また、１対多接続のようなセンタ・リモート構成のネットワークでは、センタノードと各リモートノードとの間で暗号鍵が生成・共有される。従って、リモートノード間で暗号鍵が共有されていないために暗号化通信を行うことができない。同様に、多対多接続のネットワークにおいても、鍵生成・共有プロセスを実行するノード間では暗号化通信を行うことができるが、それ以外のノードとの間では暗号鍵が共有されていないので暗号化通信を行うことができない。
【００１４】
特にＯＴＰ（Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ）暗号化通信を行う場合、固定長の鍵を使いまわす場合と異なり、暗号化に使用した鍵は復号化に用いることができない。このために暗号化用の鍵と復号化用の鍵とを分けて管理する必要があり、管理が二重に複雑化するという新たな問題が発生する。
【００１５】
さらに、運用中のネットワークにリモートノードが加入もしくは離脱した場合、ネットワーク全体の鍵管理に影響し、管理が更に複雑化するという問題もあった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、複数ノードで乱数列を効率的かつ安全に共有でき、容易に管理できる共有乱数管理方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による共有乱数管理方法は、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を有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理方法であって、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乱数列を共有し、第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの第２乱数列の一部を前記センタノードから前記第１リモートノードへ配送し、前記第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは前記第２乱数列の一部を共有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数ノードで乱数列を効率的かつ安全に共有でき、容易に管理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は秘匿通信ネットワークに適用可能であり、共有乱数はノード間で共有される秘匿情報である。以下、秘匿通信ネットワークとして量子鍵配送ネットワークを取りあげ、ノード間で乱数列を共有して暗号通信を可能にするシステムについて詳述する。
【００２０】
１．一実施形態
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概略的構成を示すネットワーク図である。ここではセンタノードとリモートノードとが１：Ｎネットワークとして構成されている量子鍵配送ネットワークを概略的に示している。
【００２１】
量子鍵配送ネットワークは、複数のセンタノードＣＮ−１〜ＣＮ−Ｍを含むセンタノード群１０と、それぞれのセンタノードに接続した複数のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎと、各センタノードの暗号鍵の管理を行う鍵管理サーバ３０とを有する。
【００２２】
センタノード群１０は、センタノードＣＮ−１〜ＣＮ−Ｍが鍵管理サーバ３０により管理されることで形成され、ここでは、各センタノードと鍵管理サーバ３０との間が閉じた通信経路（図中の二重実線）により安全に接続されることで形成されている。なお、鍵管理サーバ３０はセンタノード群１０内に組み込まれてもよい。たとえば、センタノードＣＮ−１〜ＣＮ−Ｍの間が閉じた通信経路（図中の二重破線）により安全に接続されることで、相互通信によりセンタノード群１０に鍵管理サーバ３０と同様の機能を組み込むことも可能である。
【００２３】
量子鍵配送ネットワークとしては、１個のセンタノード群１０に複数（Ｎ）個のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎが接続された１：Ｎ構成として論理的に認識されるので、図１に示す実際の物理ネットワークは１：Ｎネットワークの集合体とみなすことできる。そこで、以下、１つのセンタノードＣＮと複数のリモートノードとからなる１：Ｎネットワークに本実施形態による鍵管理システムを適用した場合について説明する。
【００２４】
１．２）鍵管理システム
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概略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個のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎおよび鍵管理サーバ３０から構成されている。
【００２５】
センタノードＣＮと各リモートノードとの間で、量子鍵配送プロセスにより生成された量子鍵Ｑが第１共有乱数として共有されているものとする。各リモートノードには量子鍵プールＱＫＰが設けられ、センタノードＣＮとの間で共有された量子鍵Ｑが格納される。たとえばリモートノードＲＮ−１の量子鍵プールＱＫＰ１には、センタノードＣＮの対応する量子鍵プールＱＫＰCN1と同じ量子鍵Ｑ１が対応付けられて格納される。
【００２６】
さらに、各リモートノードには通信鍵プールＳＫＰが設けられ、ＯＴＰ暗号通信を行う他のリモートノード毎に設けられた個別通信鍵プールＫが格納される。個別通信鍵プールＫには、通信相手となるリモートノード毎に使用される鍵（乱数列）が後述する手順により共有され、リモートノード間の暗号通信が可能となる。たとえばリモートノードＲＮ−１とＲＮ−３との間で暗号通信を行う場合には、リモートノードＲＮ−１の個別通信鍵プールＫ１−３に鍵が格納され、リモートノードＲＮ−３の個別通信鍵プールＫ３−１に同じ鍵が格納される。一般化すれば、リモートノードＲＮ−ｉとＲＮ−ｊとの間で暗号通信を行う場合には、リモートノードＲＮ−ｉの個別通信鍵プールＫｉ−ｊに鍵が格納され、リモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｉに同じ鍵が格納される。
【００２７】
具体的には、各リモートノードの量子鍵ＱとセンタノードＣＮの対応する量子鍵プールＱＫＰCNに格納されている量子鍵は同じ乱数列なので、各リモートノードの量子鍵プール量子鍵プールＱＫＰとセンタノードＣＮの対応する量子鍵プールＱＫＰCNとの内容は全く同じである。
【００２８】
ただし、以下、便宜上、センタノードＣＮの量子鍵を暗号化鍵、リモートノードの量子鍵を復号化鍵とし、図２に例示するように、一定の容量（例えば３２バイトなど）でファイル化され、ファイル番号を付けて管理されるものとする。なお、このファイル化に関しては、本出願人により２００６年１２月１９日に出願されている（特願２００６−３４０７５０号）。
【００２９】
たとえば、センタノードＣＮの量子鍵プールＱＫＰCNの鍵ファイルには拡張子“ｅｎｃ”を付加し、リモートノードＲＮ−１に対応する量子鍵プールＱＫＰCNのファイル名はＫ１＿１．ｅｎｃ，Ｋ１＿２．ｅｎｃ，・・・のように生成順にファイル番号を付与する。
【００３０】
同様に、たとえばリモートノードＲＮ−１の量子鍵プールＱＫＰ１の鍵ファイルは拡張子を“ｄｅｃ”を付加し、ファイル名はＫ１＿１．ｄｅｃ，Ｋ１＿２．ｄｅｃ，・・・のように生成順にファイル番号を付与する。ただしｅｎｃおよびｄｅｃは便宜上の拡張子に過ぎず、実体的にはＫ１＿１．ｅｎｃとＫ１＿１．ｄｅｃとは同じ乱数列である。
【００３１】
以下の説明では、リモートノード間での暗号通信用に用いられる鍵をリモートノード間で安全に共有する操作を鍵配送という。具体例としてはワンタイムパッド（ＯＴＰ）鍵配送である。以下、この鍵配送で共有したリモートノード間の通信鍵を論理安全鍵ともいう。
【００３２】
１．３）リモートノード間の鍵共有
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、３つのリモートノードＲＮ−ｉ、ＲＮ−ｊおよびＲＮ−ｐの間での鍵共有プロセスを説明する（ｉ，ｊ，ｐはＮ以下の任意の自然数である）。
【００３３】
まず、リモートノードＲＮ−ｉがリモートノードＲＮ−ｊへのデータ送信を鍵管理サーバ３０へ要求したとする（送信要求Ｓ１）。鍵管理サーバ３０は、送信要求Ｓ１の送信元（ＲＮ−ｉ）と送信先（ＲＮ−ｊ）とにそれぞれ対応する量子鍵プールＱＫＰCNiおよびＱＫＰCNjを制御し、送信先に対応する量子鍵プールＱＫＰCNjの鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃを送信元のリモートノードＲＮ−ｉの個別通信鍵プールＫｉ−ｊへ配送する（鍵配送Ｓ２）。その際、後述するように、配送される鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃは、送信元に対応する量子鍵プールＱＫＰCNiの鍵ファイルＫｉ＿１．ｅｎｃにより暗号化され、リモートノードＲＮ−ｉの量子鍵プールＱＫＰiの同じ鍵ファイルＫｉ＿１．ｄｅｃにより復号化される。
【００３４】
同時に、送信先のリモートノードＲＮ−ｊでは、量子鍵プールＱＫＰｊの鍵ファイルＫｊ＿１．ｄｅｃが個別通信鍵プールＫｊ−ｉに転送される（転送Ｓ３）。
【００３５】
上述したように、センタノードＣＮにおける量子鍵プールＱＫＰCNjの鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃとリモートノードＲＮ−ｊにおける量子鍵プールＱＫＰｊの鍵ファイルＫｊ＿１．ｄｅｃとは同一であるから、送信側リモートノードＲＮ−ｉの個別通信鍵プールＫｉ−ｊと受信側リモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｉとに同じ論理安全鍵が格納されたことになる。上述したように、この論理安全鍵は同一の乱数列である。
【００３６】
同様に、リモートノードＲＮ−ｊがリモートノードＲＮ−ｐへのデータ送信を鍵管理サーバ３０へ要求した場合（送信要求Ｓ４）、鍵管理サーバ３０は、送信要求Ｓ４の送信先に対応する量子鍵プールＱＫＰCNpの鍵ファイルＫｐ＿１．ｅｎｃを送信元のリモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｐへ配送する（鍵配送Ｓ５）。その際、後述するように、配送される鍵ファイルＫｐ＿１．ｅｎｃは、送信元に対応する量子鍵プールＱＫＰCNjの鍵ファイルＫｊ＿２．ｅｎｃにより暗号化され、リモートノードＲＮ−ｊの量子鍵プールＱＫＰｊの同じ鍵ファイルＫｊ＿２．ｄｅｃにより復号化される。
【００３７】
同時に、送信先のリモートノードＲＮ−ｐでは、量子鍵プールＱＫＰｐの鍵ファイルＫｐ＿１．ｄｅｃが個別通信鍵プールＫｐ−ｊに転送される（転送Ｓ６）。送信側リモートノードＲＮ−ｊの個別通信鍵プールＫｊ−ｐとリモートノードＲＮ−ｐの個別通信鍵プールＫｐ−ｊとに同じ論理安全鍵が格納されたことになる。
【００３８】
こうしてリモートノードＲＮ−ｉは、鍵ファイルＫｊ＿１．ｅｎｃ（論理安全鍵）を用いて送信データを暗号化し、リモートノードＲＮ−ｊは受信した暗号化データを同じ鍵ファイルＫｊ＿１．ｄｅｃ（論理安全鍵）を用いて復号化することができる。また、リモートノードＲＮ−ｊは、鍵ファイルＫｐ＿１．ｅｎｃ（論理安全鍵）を用いて送信データを暗号化し、リモートノードＲＮ−ｐは受信した暗号化データを同じ鍵ファイルＫｐ＿１．ｄｅｃ（論理安全鍵）を用いて復号化することができる。
【００３９】
１．４）鍵配送と鍵消費
図４は図２に示す鍵管理システムの鍵配送手順を説明するための模式図である。ここでは、説明を複雑化しないために、リモートノードＲＮ−１からＲＮ−２へ送信する場合の鍵配送について説明する。
【００４０】
リモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２へのデータ送信を鍵管理サーバ３０へ要求すると、上述したように、センタノードＣＮは送信先に対応する量子鍵プールＱＫＰCN2の鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを読み出し、それを送信元に対応する量子鍵プールＱＫＰCN1の鍵ファイルＫ１＿１．ｅｎｃで暗号化し、この暗号化された量子鍵Ｋ２＿１．ｅｎｃと暗号鍵のファイル番号とを送信元のリモートノードＲＮ−１へ送信する。
【００４１】
リモートノードＲＮ−１では、センタノードＣＮの量子鍵プールＱＫＰCN1と同じ量子鍵Ｑ１を格納する量子鍵プールＱＫＰ１から同じファイル番号の鍵ファイルＫ１＿１．ｄｅｃを読み出し、受信した鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ１−２に論理安全鍵として格納する。
【００４２】
他方、リモートノードＲＮ−２は、配送された鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃのファイル番号がセンタノードＣＮから通知され、それと同じファイル番号の鍵ファイルＫ２＿１．ｄｅｃを量子鍵プールＱＫＰ２から読み出して個別通信鍵プールＫ２−１に論理安全鍵として格納する。
【００４３】
こうして、送信側のリモートノードＲＮ−１の個別通信鍵プールＫ１−２と受信側のリモートノードＲＮ−２の個別通信鍵プールＫ２−１に、同じ論理安全鍵が格納される。さらに、この鍵配送共有プロセスでは、送信側における量子鍵プールＱＫＰCN1およびＱＫＰ１の鍵ファイルＫ１＿１．ｅｎｃおよびＫ１＿１．ｄｅｃと、受信側における量子鍵プールＱＫＰCN2およびＱＫＰ２の鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃおよびＫ２＿１．ｄｅｃとは、同様に消費される。したがって、たとえばリモートノードＲＮ−１からリモートノードＲＮ−２へのデータ送信回数が一方的に多い場合であっても、暗号鍵／復号鍵の区別なく送信側および受信側の双方の量子鍵は同等に消費され、鍵量の偏りが生じない。
【００４４】
１．５）効果
上述したように、本実施形態によれば、センタノードとリモートノードの間で量子鍵を共有しているネットワークにおいて、センタノードの量子鍵を暗号化鍵（または復号化鍵）、リモートノードの量子鍵を復号化鍵（または暗号化鍵）とし、暗号化鍵を安全にリモートノードへ配送することによってリモートノード間の暗号化鍵および復号化鍵の管理を大幅に簡略にすることが可能となる。
【００４５】
たとえばＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信するリモートノード間で通信量非対称な場合でも、暗号化鍵または復号化鍵を効率的に共有することが可能となる。
【００４６】
また、リモートノード数に従って論理安全鍵を個別に格納する通信鍵プールを設けることで、リモートノード数にかかわらず同じ方式で簡単に鍵を管理することができる。
【００４７】
さらに、ネットワーク内にリモートノードが参加または離脱した場合も、個別通信鍵プールの増減のみで対応可能であり、ネットワークの変更も簡単に行うことができる。
【００４８】
２．第１実施例
２．１）構成
図５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個（複数）のリモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎ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。
【００４９】
リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎの各々は同様の構成を有し、量子チャネルユニット２０１、古典チャネルユニット２０２、それらを制御する制御部２０３、鍵を格納するための鍵メモリ２０４を有する。
【００５０】
リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎの鍵メモリ２０４には、量子鍵プールＱＫＰ１〜ＱＫＰＮがそれぞれ設けられ、各リモートノードＲＮ−ｉとセンタノードＣＮとの間で生成・共有された量子鍵Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮがそれぞれ格納されている。また、鍵メモリ２０４には、通信鍵プールＳＫＰ１〜ＳＫＰＮも設けられており、リモートノードごとに、要求に応じてリモートノード間のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信用の論理安全鍵が格納される。例えば、リモートノードＲＮ−１の通信鍵プールＳＫＰ１には、リモートノードＲＮ−２との通信に利用される個別通信鍵プールＫ１−２が設けられる。
【００５１】
制御部２０３は、センタノードＣＮとの間で共有乱数の生成、共有乱数を用いた暗号化／復号化などを実行する。制御部２０３はプログラム制御プロセッサでもよく、図示しないメモリから読み出されたプログラムを実行することで、上記共有乱数生成機能および暗号化／復号化機能を実現することもできる。
【００５２】
センタノードＣＮは、量子チャネル用のスイッチ部１０１およびユニット１０２と、古典チャネル用のスイッチ部１０３およびユニット１０４と、それらを制御する制御部１０５、および、鍵を格納するための鍵メモリ１０６を有する。センタノードの量子鍵メモリ１０６には、量子鍵プールＱＫＰCN1〜ＱＫＰCNNが設けられ、各リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎとの間でそれぞれ共有された共有乱数Ｑ１，Ｑ２，・・・，ＱＮが格納されている。制御部１０５は、各リモートノートの間での共有乱数の生成、スイッチ部１０１および１０３の切り替え制御、共有乱数を用いた暗号化／復号化、鍵メモリ１０６に格納された各鍵量のモニタなどを実行する。
【００５３】
各リモートノードの量子チャネルユニット２０１とセンタノードＣＮの量子チャネルユニット１０２とは、量子チャネルおよびスイッチ部１０１を通して単一光子レベル以下の微弱光信号を送信し、両者で共有するべき乱数列を生成する。また、各リモートノードの古典チャネルユニット２０２とセンタノードＣＮの古典チャネルユニット１０４とは、共有乱数を生成、共有するためのデータやファイル番号などをスイッチ部１０３および古典チャネルを通して相互に送受信し、共有された乱数列に基づいて暗号化したデータをスイッチ部１０３および古典チャネルを通して相互に送受信する。
【００５４】
制御部１０５は、スイッチ部１０１を制御することで、リモートノードＲＮ１〜ＲＮ−Ｎから選択された１つのリモートノードの量子チャネルを量子チャネルユニット１０２に接続することができる。この量子チャネルの切替制御とは独立に、制御部１０５は、スイッチ部１０３を制御することで、リモートノードＲＮ−１〜ＲＮ−Ｎから選択された１つのリモートノードの古典チャネルを古典チャネルユニット１０４に接続することができる。
【００５５】
鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの鍵メモリ１０６を監視する。図５に示す例では、センタノードＣＮは一つしかないので、鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの鍵メモリ１０６のみ監視する。
【００５６】
各リモートノードＲＮ−ｉは、生成した乱数列を量子鍵メモリ２０４の量子鍵プールＱＫＰｉに格納する。センタノードＣＮは、リモートノードＲＮ１〜ＲＮ−Ｎとの間でそれぞれ生成したすべての乱数列を量子鍵メモリ１０６に格納する。このように、センタノードＣＮは、自身に従属するリモートノードのすべての量子鍵を把握しているので鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの鍵メモリ１０６だけを監視すればよい。
【００５７】
なお、量子チャネルと古典チャネルとはチャネルとして区別できればよく、量子ャネルは量子鍵の生成に利用されるチャネルであり、古典チャネルは通常の光パワー領域での通信チャネルである。古典チャネルは、共有乱数を生成するためのデータ送受信および暗号化されたデータの送受信のために利用される。量子チャネルは、パワーが１ｐｈｏｔｏｎ／ｂｉｔ以下の微弱な状態の光信号を送信器（Ａｌｉｃｅ）から受信器（Ｂｏｂ）へ送信するが、通常の光通信で使用される光パワーの光信号を伝送することもできる。
【００５８】
また、本実施例において量子チャネルと古典チャネルとは多重化されているが、多重化方式を特定するものではない。波長分割多重方式であれば、各リモートノードに対応するスイッチ部１０１および１０３の前段に波長多重分離部を設けて、量子チャネルの波長信号をスイッチ部１０１へ、古典チャネルの波長信号をスイッチ部１０３へそれぞれ分離するように構成すればよい。
【００５９】
２．２）量子鍵生成
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。
【００６０】
まず、リモートノードＲＮ−１の量子ユニット２０１とセンタノードＣＮの量子ユニット１０２は量子チャネルを介して単一光子伝送を行なう。センタノードＣＮの量子ユニット１０２では光子検出を行い、この結果を制御部１０５へ出力する。両ノードの制御部１０５、２０３は、古典チャネルを介して基底照合、誤り訂正および秘匿増強の処理を光子検出の結果に基づいて行なう。センタノードＣＮでは、このようにして共有した共有乱数列Ｑ１をリモートノードＲＮ−１と対応付けて量子鍵メモリ１０６に格納する。その他のリモートノードＲＮ−２〜ＲＮ−Ｎの共有乱数列Q２〜QNについても同様のプロセスにより順次生成される。
【００６１】
リモートノードＲＮ−１の量子ユニット２０１とセンタノードCNの量子ユニット１０２とは、Ａｌｉｃｅ（微弱光信号の送信器）、Ｂｏｂ（微弱信号の受信器）のどちらでもよい。しかし、Ｂｏｂは光子検出器を含むため、消費電力および監視制御の観点からＢｏｂがセンタノードＣＮに配置されることが望ましい。
【００６２】
次に、一例として、量子ユニットにＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式を用いて量子鍵配送を行うＱＫＤシステムに本実施例を適用した場合ついて詳細に説明する。
【００６３】
図６は本実施例を適用したＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式ＱＫＤシステムの一例を示すブロック図である。ここでは、センタノードＣＮと任意のリモートノードＲＮ−ｘとが光ファイバ伝送路で接続されているものとし、Ａｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子ユニット２０１の一例と、Ｂｏｂ側（センタノード側）の量子ユニット１０２の一例とを示す。この例における量子ユニット系は、交互シフト位相変調型Ｐｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式である(非特許文献２および４を参照)。
【００６４】
この例において、送信側量子ユニット２０１は、偏光ビ−ムスプリッタ（ＰＢＳ）２１、位相変調部２２および乱数発生部２３を有し、光ファイバ伝送路に接続されている。位相変調器２２および偏光ビームスプッタ（ＰＢＳ）２１はＰＢＳループを構成する。ＰＢＳループはファラデーミラーと同様の機能を有し、入射光の偏光状態が９０度回転して送出される（非特許文献４を参照）。
【００６５】
位相変調器２２は、古典チャネルユニットから供給されるクロック信号に従って、通過する光パルス列に対して位相変調を行う。位相変調の深さは、ここでは乱数発生部２３から供給される２つの乱数ＲＮＤ１およびＲＮＤ２の４通りの組み合わせにそれぞれ対応する４通りの深さ（０、π／２、π、３π／２）となり、光パルスが位相変調器２２を通過するタイミングで位相変調が行われる。
【００６６】
受信側量子ユニット１０２は、偏光ビ−ムスプリッタ（ＰＢＳ）１１、位相変調部１２、乱数発生部１３、光カプラ１４、光サーキュレータ１５、光子検出器１７、およびパルス光源１６を有し、光ファイバ伝送路に接続されている。古典チャネルユニットから供給されるクロック信号に従ってパルス光源１６により生成された光パルスＰは、光サーキュレータ１５により光カプラ１４へ導かれ、光カプラ１４により２分割される。分割された一方の光パルスＰ１は短いパス(Short Path)を通ってＰＢＳ１１へ送られる。分割された他方の光パルスＰ２は長いパス(Long Path)に設けられた位相変調器１２を通してＰＢＳ１１へ送られる。これら光パルスＰ１およびＰ２はＰＢＳ１１で合波され、ダブルパルスとして光ファイバ伝送路を通して送信側の量子ユニット２０１へ送信される。
【００６７】
送信側量子ユニット２０１において、光ファイバ伝送路を通して到来したダブルパルスＰ１およびＰ２は、ＰＢＳ２１でさらに分離され、時計回りのダブルパルスＰ１CWおよびＰ２CWと反時計回りのダブルパルスＰ１CCWおよびＰ２CCWの４つのパルス、すなわちカルテットパルスとなって位相変調器２２をそれぞれ反対方向で通過し、それぞれ出射したポートとは反対のＰＢＳポートへ入射する。
【００６８】
位相変調器２２は時計回りのダブルパルスの後方のパルスＰ２CWを前方のパルスＰ１CWに対して位相変調するとともに、反時計回りのダブルパルスと時計回りのダブルパルスとの間にπの位相差を与える。このように、必要に応じて位相変調されたカルテットパルスはＰＢＳ２１で合波され再びダブルパルスに戻る。上述したように後方のパルスのみが伝送情報により位相変調されたので、出射ダブルパルスをＰ１およびＰ２*aと記す。このときＰＢＳループ入射時に対して出射時は偏波が９０°回転しているので、結果的にファラデーミラーと同等の効果が得られる。
【００６９】
受信側の量子ユニット１０２のＰＢＳ１１は、量子ユニット２０１０から受信した光パルスＰ１およびＰ２*aの偏光状態が９０度回転していることから、これら受信パルスをそれぞれ送信時とは異なるパスへ導く。すなわち受信した光パルスＰ１は長いパスを通り、位相変調器１２によって乱数生成部１３からの乱数ＲＮＤ２に従った位相変調が施され、位相変調された光パルスＰ１*bが光カプラ１４に到達する。他方、光パルスＰ２*aは送信時とは異なる短いパスを通って同じく光カプラ１４に到達する。
【００７０】
こうして量子ユニット２０１で位相変調された光パルスＰ２*aと量子ユニット１０２で位相変調された光パルスＰ１*bとが干渉し、その結果が光子検出器１７により検出される。光子検出器１７は、古典チャネルユニットから供給されるクロック信号に従ってガイガーモードで駆動され、光子の高感度受信が可能となる。このような量子ユニット２０１と量子ユニット１０２によって光子伝送が行われる。
【００７１】
本実施例によれば、リモートノードＲＮ−ｘの制御部２０３とセンタノードＣＮの制御部１０５は古典チャネルを通して同期し、送信側量子ユニット２０１から受信側量子ユニット１０２へ原情報をフレーム単位で送信し、受信側量子ユニット１０２が受信できた情報に基づいて、両ノード間の共有乱数を所定サイズのファイル単位で順次生成する。こうしてファイル単位で一致した乱数列は、さらに古典チャネルを通して対応付けられ、リモートノードＲＮ−ｘでは鍵メモリ２０４の量子鍵プールメモリに、センタノードＣＮでは量子鍵メモリ１０６に、それぞれ蓄積される。
【００７２】
図６に示すＱＫＤ技術のような送信器および受信器が独立に暗号鍵を生成するシステムにおいて、送信器および受信器がほぼ同時に生成する鍵は同じ乱数列であることが保証されるが、こうして生成された暗号鍵に上述した対応付けによる共有処理を行なうことによって、送信器および受信器間での暗号鍵の共有を実現することができる。
【００７３】
２．３）鍵管理
次に、Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ鍵配送を行って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。
【００７４】
まず、Ｎ個のリモートノードのうち暗号化データの送信元のノードは鍵管理サーバ３０に対して送信先の論理安全鍵を要求する。共有した論理安全鍵は、送信元では暗号化鍵として、送信先では復号化鍵としてそれぞれの個別通信鍵プールに格納される。以下、リモートノード数Ｎ＝３とした場合の論理安全鍵の共有手順について図７〜図９を参照しながら具体的に説明する。図７、図８および図９はこの順で順次継起するものとする。
【００７５】
図７はリモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。鍵管理サーバ３０は、リモートノードＲＮ−１からリモートノードＲＮ−２への通信暗号化のための鍵の要求を受けると、センタノードＣＮへ指示して量子鍵Ｑ２の鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを量子鍵Ｑ１のＫ１＿１．ｅｎｃでＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化し、要求元のリモートノードＲＮ−１へ送付する。
【００７６】
リモートノードＲＮ−１は、量子鍵Ｑ１のＫ１＿１．ｄｅｃを用いて鍵ファイルＫ２＿１．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ１−２に格納する。また、送信先となるリモートノードＲＮ−２は、量子鍵Q2の鍵ファイルＫ２＿１．ｄｅｃを個別通信鍵プールＫ２−１へ復号化鍵として移動する。同様にして、リモートノードＲＮ−１からリモートノードＲＮ−２への論理安全鍵の共有は、センタノードＣＮからリモートノードＲＮ−１へ量子鍵Ｑ３のＫ３＿１．ｅｎｃ（暗号化鍵）が配送され、この際のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化により量子鍵Ｑ１のＫ１＿２．ｅｎｃとＫ１＿２．ｄｅｃとが消費される。また、リモートノードＲＮ−３では量子鍵Ｑ３のＫ３＿１．ｄｅｃ（復号化鍵）を個別通信鍵プールＫ３−１へ移動する。
【００７７】
こうして、リモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵がそれぞれの個別通信鍵プールに共有される。
【００７８】
図８はリモートノードＲＮ−２がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。鍵管理サーバ３０は、リモートノードＲＮ−２からリモートノードＲＮ−１への通信暗号化のための鍵の要求を受けると、センタノードＣＮへ指示して量子鍵Ｑ１の鍵ファイルＫ１＿３．ｅｎｃを量子鍵Ｑ２のＫ２＿２．ｅｎｃでＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化し、要求元のリモートノードＲＮ−２へ送付する。
【００７９】
リモートノードＲＮ−２は、量子鍵Ｑ２のＫ２＿２．ｄｅｃを用いてＫ１＿３．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ２−１に格納する。また、リモートノードＲＮ−１は量子鍵Ｑ１のＫ１＿３．ｄｅｃを個別通信鍵プールＫ１−２へ復号鍵として移動する。
【００８０】
同様にして、リモートノードＲＮ−２からリモートノードＲＮ−３への論理安全鍵の共有は、センタノードＣＮからリモートノードＲＮ−２へ量子鍵Ｑ３のＫ３＿２．ｅｎｃ（暗号化鍵）が配送され、この際のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化により量子鍵Ｑ２のＫ２＿２．ｅｎｃとＫ２＿３．ｄｅｃとが消費される。また、リモートノードＲＮ−３では量子鍵Ｑ３のＫ３＿２．ｄｅｃ（復号化鍵）を個別通信鍵プールＫ３−２へ移動する。
【００８１】
こうして、リモートノードＲＮ−２がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵がそれぞれの個別通信鍵プールに共有される。
【００８２】
図９はリモートノードＲＮ−３がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−２へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。鍵管理サーバ３０は、リモートノードＲＮ−３からリモートノードＲＮ−１への通信暗号化のための鍵の要求を受けると、センタノードＣＮへ指示して量子鍵Ｑ１の鍵ファイルＫ１＿４．ｅｎｃを量子鍵Ｑ３のＫ３＿３．ｅｎｃでＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化し、要求元のリモートノードＲＮ−３へ送付する。
【００８３】
リモートノードＲＮ−３は、量子鍵Ｑ３のＫ３＿３．ｄｅｃを用いてＫ１＿４．ｅｎｃを復号し、個別通信鍵プールＫ３−１に格納する。また、リモートノードＲＮ−１は量子鍵Ｑ１のＫ１＿４．ｄｅｃを個別通信鍵プールＫ１−３へ復号鍵として移動する。
【００８４】
同様にして、リモートノードＲＮ−３からリモートノードＲＮ−２への論理安全鍵の共有は、センタノードＣＮからリモートノードＲＮ−３へ量子鍵Ｑ２のＫ２＿４．ｅｎｃ（暗号化鍵）が配送され、この際のＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号化により量子鍵Ｑ３のＫ３＿４．ｅｎｃとＫ３＿４．ｄｅｃとが消費される。また、リモートノードＲＮ−２では量子鍵Ｑ２のＫ２＿４．ｄｅｃ（復号化鍵）を個別通信鍵プールＫ２−３へ移動する。
【００８５】
こうして、リモートノードＲＮ−３がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−２へ暗号化データを送信するための論理安全鍵がそれぞれの個別通信鍵プールに共有される。
【００８６】
２．４）効果
上述したように、リモートノード間、例えばリモートノードＲＮ−１とリモートノードＲＮ−２との間でＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信を行う場合、リモートノードＲＮ−１は個別通信鍵プールＫ１−２のｅｎｃファイルで暗号化し、リモートノードＲＮ−２は個別通信鍵プールＫ２−１のｄｅｃファイルで復号化すればよい。
【００８７】
逆に、リモートノードＲＮ−２が暗号化する場合は、個別通信鍵プールＫ２−１のｅｎｃファイルで暗号化し、個別通信鍵プールＫ１−２のｄｅｃファイルで復号化すればよい。よって、暗号通信するリモートノード間で通信量が非対称な場合でも、Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信のための鍵を効率的に共有することができる。
【００８８】
また、リモートノードＲＮ−２とリモートノードＲＮ−３、およびリモートノードＲＮ−１とリモートノードＲＮ−３の場合も同様である。このようにして量子鍵配送ネットワークにおいてＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ暗号通信のための暗号化鍵および復号化鍵を安全に共有し、簡単に管理することができる。
【００８９】
３．第２実施例
図１０は本発明の第２実施例による秘匿通信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、ＱＫＤネットワークＡ（ＱＫＤ−ＮＷ−Ａ）ではＮ個のリモートノードとセンタノードが１：Ｎのネットワークを構成している。Ｎ個のリモートノードＲＮ−Ａ１〜ＲＮ−ＡＮのそれぞれが光ファイバによってセンタノードＣＮａに接続され、各リモートノードとセンタノードＣＮａとの間で暗号鍵の生成、共有およびそれを用いた暗号化通信を行なう。
【００９０】
なお、各リモートノードＲＮ−ＡおよびセンタノードＣＮａの構成は図５と同じであり、簡単のために量子ユニット、古典ユニットおよびリモートノードの制御部を省略している。
【００９１】
一方、ＱＫＤネットワークＢ（ＱＫＤ−ＮＷ−Ｂ）では、Ｍ個のリモートノードとセンタノードが１：Ｍのネットワークを構成している。Ｍ個のリモートノードＲＮ−Ｂ１〜ＲＮ−ＢＭのそれぞれが光ファイバによってセンタノードＣＮｂに接続され、各リモートノードとセンタノードＣＮｂとの間で暗号鍵の生成、共有およびそれを用いた暗号化通信を行なう。各リモートノードＲＮ−ＢとセンタノードＣＮｂの構成は図５と同じであり、簡単のため、量子ユニット、古典ユニットおよびリモートノードの制御部を省略している。
【００９２】
センタノードＣＮａの量子鍵メモリ１０６ａとセンタノードＣＮｂの量子鍵メモリ１０６ｂは安全に量子鍵のやり取りを行うことができる。例えば、センタノードＣＮａとセンタノードＣＮｂとは同じデータセンタ内に設置され、閉じたネットワーク内にあって、特に暗号化通信などを行なわなくても装置の設置・管理の面から安全であるとする。
【００９３】
鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮａおよびセンタノードＣＮｂの量子鍵メモリ１０６ａおよび１０６ｂを監視している。
【００９４】
各リモートノードは、生成した乱数列を量子鍵メモリ２０４ａおよび２０４ｂにそれぞれ格納する。センタノードＣＮａは、リモートノードＲＮ−Ａ１〜ＲＮ−ＡＮと生成したすべての乱数列を量子鍵メモリ１０６ａに格納している。また、センタノードＣＮｂは、リモートノードＲＮ−Ｂ１〜ＲＮ−ＢＭと生成したすべての乱数列を量子鍵メモリ１０６ｂに格納している。
【００９５】
このように、センタノードは自身に従属するリモートノードすべての量子鍵を把握しているので、鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの量子鍵メモリだけを監視すればよい。鍵管理サーバ３０はセンタノードＣＮの量子鍵メモリにある量子鍵の残量に応じて制御部１０５ａおよび１０５ｂに指示を送り、量子チャネルのスイッチ部１０１ａおよび１０１ｂを制御して、意図するノード間の量子鍵を優先的に生成することが可能となる。
【００９６】
なお、ＱＫＤ−ＮＷ−Ａのノード数Ｎ＝２、ＱＫＤ−ＮＷ−Ｂのノード数Ｍ＝１とすると、上述した第１実施例と同様に、３個のリモートノード間でＯｎｅ−Ｔｉｍｅ−Ｐａｄ鍵配送により論理安全鍵を共有することができる。
【００９７】
なお、量子暗号鍵配付技術は、Ｐｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式、単一方向型、差動位相シフト型でも構わない。量子暗号鍵配布プロトコルは、ＢＢ８４プロトコルに限らず、Ｂ９２でもＥ９１でもよく、本発明をこれらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、量子暗号鍵配付ＱＫＤに代表される共通暗号鍵配送技術を用いた１対多および多対多の秘匿情報通信に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】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概略的構成を示すネットワーク図である。
【図２】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概略的構成を説明するための模式図である。
【図３】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。
【図４】図２に示す鍵管理システムの鍵配送手順を説明するための模式図である。
【図５】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。
【図６】本実施例を適用したＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式ＱＫＤシステムの一例を示すブロック図である。
【図７】リモートノードＲＮ−１がリモートノードＲＮ−２およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。
【図８】リモートノードＲＮ−２がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−３へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。
【図９】リモートノードＲＮ−３がリモートノードＲＮ−１およびリモートノードＲＮ−２へ暗号化データを送信するための論理安全鍵の共有手順を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施例による秘匿通信ネットワークの概略的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０ センタノード群
２０ 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
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
２０５ リモート鍵メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理方法であって、
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乱数列を共有し、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの第２乱数列の一部を前記センタノードから前記第１リモートノードへ配送し、
前記第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは前記第２乱数列の一部を共有する、
ことを特徴とする共有乱数管理方法。
【請求項２】
前記第２乱数列の一部の配送は、
前記センタノードが当該第２乱数列の一部を前記第１リモートノードの第１乱数列の一部を用いて暗号化し、
暗号化された前記第２乱数列の一部を受信した前記第１リモートノードが当該第１乱数列の一部を用いて前記第２乱数列の一部を復号化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の共有乱数管理方法。
【請求項３】
前記複数のリモートノードの各々は、他のリモートノードの各々との通信用に、当該他のリモートノードが前記センタノードと共有する乱数列の一部を個別に格納す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方法。
【請求項４】
前記個別に格納される乱数列の一部は、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３に記載の共有乱数管理方法。
【請求項５】
前記共有される乱数列は、前記センタノードと各リモートノードとの間の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１−４のいずれか１項に記載の共有乱数管理方法。
【請求項６】
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を有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理システムであって、
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の間で共有する乱数列を格納する第１格納手段を有し、
各リモートノードは、前記センタノードと共有する乱数列を格納する第２格納手段と、他のリモートノードと共有する乱数列を格納する第３格納手段と、を有し、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの第２乱数列の一部を前記センタノードから前記第１リモートノードへ配送し、
前記第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは前記第２乱数列の一部を互いの前記第３格納手段に格納する、
ことを特徴とする共有乱数管理システム。
【請求項７】
前記第２乱数列の一部の配送は、
前記センタノードが当該第２乱数の一部を前記第１リモートノードの第１乱数列の一部を用いて暗号化し、
暗号化された前記第２乱数列の一部を受信した前記第１リモートノードが当該第１乱数列の一部を用いて前記第２乱数列の一部を復号化する、
ことを特徴とする請求項６に記載の共有乱数管理システム。
【請求項８】
前記複数のリモートノードの各々は、他のリモートノードの各々との通信用に、当該他のリモートノードが前記センタノードと共有する乱数列の一部を個別に格納することを特徴とする請求項６または７に記載の共有乱数管理システム。
【請求項９】
前記個別に格納される乱数列の一部は、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８に記載の共有乱数管理システム。
【請求項１０】
前記共有される乱数列は、前記センタノードと各リモートノードとの間の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６−９のいずれか１項に記載の共有乱数管理システム。
【請求項１１】
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を有する秘匿通信ネットワークにおいて、
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の間で共有する乱数列を格納する第１格納手段と、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードへ配送する第１制御手段と、
を有し、
各リモートノードは、
前記センタノードと共有する自ノードの乱数列を格納する第２格納手段と、
他のリモートノードと共有する共有乱数列を格納する第３格納手段と、
他のリモートノードとの間で通信を行う場合、自ノードの乱数の一部あるいは前記センタノードから受信した乱数列の一部を前記共有乱数列として前記第３格納手段に格納する第２制御手段と、
を有することを特徴とする秘匿通信ネットワーク。
【請求項１２】
前記第３格納手段は、他のリモートノードの各々との通信用に前記共有乱数列を個別に格納することを特徴とする請求項１１に記載の秘匿通信ネットワーク。
【請求項１３】
前記センタノードの前記第１制御手段は、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードの乱数列の一部を用いて暗号化して配送し、
前記第１リモートノードの前記第２制御手段は、暗号化された前記乱数列の一部を受信すると、自ノードの前記乱数列の一部を用いて前記受信した乱数列の一部を復号化する、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の秘匿通信ネットワーク。
【請求項１４】
複数のリモートノードと接続されたセンタノードにおいて、
前記複数の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格納手段と、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードへ配送する制御手段と、
を有することを特徴とするセンタノード。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードの乱数列の一部を用いて暗号化して配送することを特徴とする請求項１４に記載のセンタノード。
【請求項１６】
センタノードに他のノードと共に接続されたノードにおいて、
前記センタノードと共有する自ノードの乱数列を格納する第１格納手段と、
通信相手の他のノードと共有する共有乱数列を格納する第２格納手段と、
前記他のノードとの間で通信を行う場合、自ノードの乱数の一部あるいは前記センタノードから受信した前記他のノードの乱数列の一部を前記共有乱数列として前記第２格納手段に格納する制御手段と、
を有することを特徴とするノード。
【請求項１７】
前記第２格納手段は、他のノードの各々との通信用に前記共有乱数列を個別に格納することを特徴とする請求項１６に記載のノード。
【請求項１８】
前記センタノードにおいて前記他のノードの乱数列の一部が前記自局ノードの乱数列の一部を用いて暗号化されて配送され、
前記制御手段は、暗号化された前記乱数列の一部を受信すると、自ノードの前記乱数列の一部を用いて前記受信した乱数列の一部を復号化することを特徴とする請求項１６または１７に記載のノード。
【請求項１９】
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コンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記複数のリモートノードの各々との間で共有する乱数列を格納手段に格納する機能と、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードへ配送する機能と、
を前記コンピュータに実現するためのプログラム。
【請求項２０】
センタノードに他のノードと共に接続されたノードとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記センタノードと共有する自ノードの乱数列を第１格納手段に格納する機能と、
通信相手の他のノードと共有する共有乱数列を第２格納手段に格納する機能と、
前記他のノードとの間で通信を行う場合、自ノードの乱数の一部あるいは前記センタノードから受信した前記他のノードの乱数列の一部を前記共有乱数列として前記第２格納手段に格納する機能と、
を前記コンピュータに実現するためのプログラム。
【請求項１】
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を有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理方法であって、
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乱数列を共有し、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの第２乱数列の一部を前記センタノードから前記第１リモートノードへ配送し、
前記第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは前記第２乱数列の一部を共有する、
ことを特徴とする共有乱数管理方法。
【請求項２】
前記第２乱数列の一部の配送は、
前記センタノードが当該第２乱数列の一部を前記第１リモートノードの第１乱数列の一部を用いて暗号化し、
暗号化された前記第２乱数列の一部を受信した前記第１リモートノードが当該第１乱数列の一部を用いて前記第２乱数列の一部を復号化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の共有乱数管理方法。
【請求項３】
前記複数のリモートノードの各々は、他のリモートノードの各々との通信用に、当該他のリモートノードが前記センタノードと共有する乱数列の一部を個別に格納す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方法。
【請求項４】
前記個別に格納される乱数列の一部は、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３に記載の共有乱数管理方法。
【請求項５】
前記共有される乱数列は、前記センタノードと各リモートノードとの間の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１−４のいずれか１項に記載の共有乱数管理方法。
【請求項６】
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を有する秘匿通信ネットワークにおける共有乱数の管理システムであって、
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の間で共有する乱数列を格納する第１格納手段を有し、
各リモートノードは、前記センタノードと共有する乱数列を格納する第２格納手段と、他のリモートノードと共有する乱数列を格納する第３格納手段と、を有し、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの第２乱数列の一部を前記センタノードから前記第１リモートノードへ配送し、
前記第１リモートノードおよび前記第２リモートノードは前記第２乱数列の一部を互いの前記第３格納手段に格納する、
ことを特徴とする共有乱数管理システム。
【請求項７】
前記第２乱数列の一部の配送は、
前記センタノードが当該第２乱数の一部を前記第１リモートノードの第１乱数列の一部を用いて暗号化し、
暗号化された前記第２乱数列の一部を受信した前記第１リモートノードが当該第１乱数列の一部を用いて前記第２乱数列の一部を復号化する、
ことを特徴とする請求項６に記載の共有乱数管理システム。
【請求項８】
前記複数のリモートノードの各々は、他のリモートノードの各々との通信用に、当該他のリモートノードが前記センタノードと共有する乱数列の一部を個別に格納することを特徴とする請求項６または７に記載の共有乱数管理システム。
【請求項９】
前記個別に格納される乱数列の一部は、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８に記載の共有乱数管理システム。
【請求項１０】
前記共有される乱数列は、前記センタノードと各リモートノードとの間の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６−９のいずれか１項に記載の共有乱数管理システム。
【請求項１１】
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を有する秘匿通信ネットワークにおいて、
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の間で共有する乱数列を格納する第１格納手段と、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードへ配送する第１制御手段と、
を有し、
各リモートノードは、
前記センタノードと共有する自ノードの乱数列を格納する第２格納手段と、
他のリモートノードと共有する共有乱数列を格納する第３格納手段と、
他のリモートノードとの間で通信を行う場合、自ノードの乱数の一部あるいは前記センタノードから受信した乱数列の一部を前記共有乱数列として前記第３格納手段に格納する第２制御手段と、
を有することを特徴とする秘匿通信ネットワーク。
【請求項１２】
前記第３格納手段は、他のリモートノードの各々との通信用に前記共有乱数列を個別に格納することを特徴とする請求項１１に記載の秘匿通信ネットワーク。
【請求項１３】
前記センタノードの前記第１制御手段は、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードの乱数列の一部を用いて暗号化して配送し、
前記第１リモートノードの前記第２制御手段は、暗号化された前記乱数列の一部を受信すると、自ノードの前記乱数列の一部を用いて前記受信した乱数列の一部を復号化する、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の秘匿通信ネットワーク。
【請求項１４】
複数のリモートノードと接続されたセンタノードにおいて、
前記複数の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格納手段と、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードへ配送する制御手段と、
を有することを特徴とするセンタノード。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードの乱数列の一部を用いて暗号化して配送することを特徴とする請求項１４に記載のセンタノード。
【請求項１６】
センタノードに他のノードと共に接続されたノードにおいて、
前記センタノードと共有する自ノードの乱数列を格納する第１格納手段と、
通信相手の他のノードと共有する共有乱数列を格納する第２格納手段と、
前記他のノードとの間で通信を行う場合、自ノードの乱数の一部あるいは前記センタノードから受信した前記他のノードの乱数列の一部を前記共有乱数列として前記第２格納手段に格納する制御手段と、
を有することを特徴とするノード。
【請求項１７】
前記第２格納手段は、他のノードの各々との通信用に前記共有乱数列を個別に格納することを特徴とする請求項１６に記載のノード。
【請求項１８】
前記センタノードにおいて前記他のノードの乱数列の一部が前記自局ノードの乱数列の一部を用いて暗号化されて配送され、
前記制御手段は、暗号化された前記乱数列の一部を受信すると、自ノードの前記乱数列の一部を用いて前記受信した乱数列の一部を復号化することを特徴とする請求項１６または１７に記載のノード。
【請求項１９】
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コンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記複数のリモートノードの各々との間で共有する乱数列を格納手段に格納する機能と、
第１リモートノードと第２リモートノードとの間で通信を行う場合、前記第２リモートノードの乱数列の一部を前記第１リモートノードへ配送する機能と、
を前記コンピュータに実現するためのプログラム。
【請求項２０】
センタノードに他のノードと共に接続されたノードとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記センタノードと共有する自ノードの乱数列を第１格納手段に格納する機能と、
通信相手の他のノードと共有する共有乱数列を第２格納手段に格納する機能と、
前記他のノードとの間で通信を行う場合、自ノードの乱数の一部あるいは前記センタノードから受信した前記他のノードの乱数列の一部を前記共有乱数列として前記第２格納手段に格納する機能と、
を前記コンピュータに実現するためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２６５１５９（Ｐ２００９−２６５１５９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１１３６５（Ｐ２００８−１１１３６５）
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度、独立行政法人情報通信研究機構、高度通信・放送研究開発における委託研究）は産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度、独立行政法人情報通信研究機構、高度通信・放送研究開発における委託研究）は産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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