(57)【要約】【課題】  従来、量子暗号の共有鍵を直接生成することができなかった１００ｋｍを超える遠方の基地局にまで量子暗号の共有鍵を配布することが可能な量子暗号通信システムを提供する。【解決手段】  基地局１と基地局２との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１を生成し、基地局２と基地局３との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２を生成する。基地局２は量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１自体を暗号化し、バーナム暗号文２０１を基地局３へ送信する。基地局３では基地局２から送られてきたバーナム暗号文２０１を、量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１を得る。【選択図】      図１
2006109529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３の通信装置とを有し、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信し、
前記第３の通信装置がその暗号化された前記第１の共有鍵を前記第２の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信することを特徴とする量子暗号通信システム。
【請求項２】
少なくとも、第１の通信装置と、第２から第Ｎ−１（Ｎは３以上の正の整数）の通信装置と、第Ｎの通信装置とを有し、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置から前記第Ｎの通信装置の間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２から第Ｎ−１の共有鍵をそれぞれ生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信し、
前記第３から第Ｎ−１の通信装置がそれぞれ前記第２から第Ｎ−２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵を復号化しかつその復号化した前記第１の共有鍵自体を前記第３から第Ｎ−１の共有鍵を使ってそれぞれ暗号化した後に前記第４から第Ｎの通信装置へ送信し、
前記第Ｎの通信装置が前記第Ｎ−１の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第Ｎ−１の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第Ｎの通信装置に送信する平文または前記第Ｎの通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信すること特徴とする量子暗号通信システム。
【請求項３】
少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３及び第４の通信装置とを有し、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１及び第２の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置と前記第４の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信し、
前記第２の通信装置が前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後に前記第４の通信装置へ送信し、
前記第３の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化し、
前記第４の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信し、
前記第１の通信装置が前記第４の通信装置に送信する平文または前記第４の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信することを特徴とする量子暗号通信システム。
【請求項４】
少なくとも、第１の通信装置と、第２及び第３の通信装置とを有し、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成し、
前記第１の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成し、
前記第３の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信し、
前記第３の通信装置が前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信し、
前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化し、
前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第３の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信し、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信することを特徴とする量子暗号通信システム。
【請求項５】
少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３の通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置において前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信する手順と、
前記第３の通信装置においてその暗号化された前記第１の共有鍵を前記第２の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置において前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを有することを特徴とする量子暗号鍵配布方法。
【請求項６】
少なくとも、第１の通信装置と、第２から第Ｎ−１（Ｎは３以上の正の整数）の通信装置と、第Ｎの通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置から前記第Ｎの通信装置の間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２から第Ｎ−１の共有鍵をそれぞれ生成する手順と、
前記第２の通信装置において前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信する手順と、
前記第３から第Ｎ−１の通信装置において前記第２から第Ｎ−２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵を復号化しかつその復号化した前記第１の共有鍵自体を前記第３から第Ｎ−１の共有鍵を使ってそれぞれ暗号化した後に前記第４から第Ｎの通信装置へ送信する手順と、
前記第Ｎの通信装置において前記第Ｎ−１の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第Ｎ−１の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置が前記第Ｎの通信装置に送信する平文または前記第Ｎの通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを有することを特徴とする量子暗号鍵配布方法。
【請求項７】
少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３及び第４の通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１及び第２の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置と前記第４の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置において前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信する手順と、
前記第２の通信装置において前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後に前記第４の通信装置へ送信する手順と、
前記第３の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第４の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順と、
前記第１の通信装置が前記第４の通信装置に送信する平文または前記第４の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを有することを特徴とする量子暗号鍵配布方法。
【請求項８】
少なくとも、第１の通信装置と、第２及び第３の通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手順と、
前記第１の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成する手順と、
前記第３の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置が前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信する手順と、
前記第３の通信装置が前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信する手順と、
前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第３の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置が前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順と、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを有することを特徴とする量子暗号鍵配布方法。
【請求項９】
量子暗号通信を行う通信装置であって，
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手段と、
前記第１の通信装置が前記第１の共有鍵を使って暗号化して送信する、前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で生成された第２の共有鍵を受信する手段と、
前記第１の共有鍵を使って前記第２の共有鍵を復号化する手段と、
前記第２の通信装置との間で前記第２の共有鍵を用いて平文を送受信する手段とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項１０】
量子暗号通信を行う通信装置であって、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手段と、
前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて生成された第２の共有鍵により前記第１の通信装置で暗号化されて前記第２の通信装置に中継された前記第１の共有鍵を用いて前記第２の通信装置との間で平文を送受信する手段とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項１１】
第１の通信装置と第２の通信装置との間で暗号通信を行う際の共有鍵を、前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で共有させるために前記共有鍵の中継を行う共有鍵の中継装置であって、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手段と、
第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成する手段と、
前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化して前記第２の通信装置へ送信する手段とを有することを特徴とする共有鍵の中継装置。
【請求項１２】
量子暗号通信を行う通信装置に用いる暗号通信方法であって、
前記通信装置が、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成するステップと、
前記第１の通信装置が前記第１の共有鍵を使って暗号化して送信しかつ前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で生成された第２の共有鍵を受信するステップと、
前記第１の共有鍵を使って前記第２の共有鍵を復号化するステップと、
前記第２との間で前記第２の共有鍵を用いて平文を送受信するステップとを実行することを特徴とする暗号通信方法。
【請求項１３】
量子暗号通信を行う通信装置に用いる暗号通信方法であって、
前記通信装置が、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成するステップと、
前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて生成された第２の共有鍵により前記第１の通信装置で暗号化されて前記第２の通信装置に中継された前記第１の共有鍵を用いて、前記第２の通信装置との間で平文を送受信するステップとを実行することを特徴とする暗号通信方法。
【請求項１４】
第１の通信装置と第２の通信装置との間で暗号通信を行う際の共有鍵を、第１の通信装置と第２の通信装置との間で共有させるために中継する共有鍵の中継装置に用いる共有鍵の中継方法であって、
前記共有鍵の中継装置が、
前記第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成するステップと、
前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成するステップと、
前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化して前記第２の通信装置へ送信するステップとを実行することを特徴とする共有鍵の中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量子暗号通信システム及びその量子暗号鍵配布方法、通信装置並びにその暗号通信方法、共有鍵の中継装置及びその中継方法に関し、特に量子暗号を用いて通信を行う量子暗号通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インタネット等の普及に伴って、インタネット等によって通信されるデータは盗聴を防ぐために暗号化されて送受信されている。しかしながら、これまでの暗号化技術では時間をかけることで解読されてしまうため、物理的に安全な通信方法として量子暗号が提案されている。量子暗号とは、現在、一般的に利用されている数列による暗号ではなく、量子力学の原理によって物理的に保証された暗号である。
【０００３】
これまでの暗号通信では数式によって暗号化しているため、光通信を行った場合、受信側にデータが確実に届くように、強い光、つまり多量の光子を送出している。
【０００４】
これに対し、量子暗号では、量子の物理的特性を引き出すために、光通信を行う場合に１個の光子だけを使用している。つまり、量子暗号では１個の光子で１ビットのデータ（“０”または“１”）を伝送している。
【０００５】
従来の量子暗号通信システムの構成例を図１１に示す。従来の量子暗号通信においては、まず、基地局５と基地局６とが量子暗号通信器５１，６１にて量子暗号のプロトコル（例えば、非特許文献１参照）にしたがって共有鍵を生成する（図１１の７０１）。尚、量子暗号通信器５１，６１間は光ファイバ７００で接続されている。
【０００６】
次に、基地局５のデータ送受信器５２はその生成された共有鍵を用いて平文（＝暗号化されていない文）を暗号化し（バーナム暗号文７０２）、そのバーナム暗号文７０２を基地局６に送信する。基地局６のデータ送受信器６２は共有鍵を用いて、バーナム暗号文７０２を復号化し、元の平文を得る。尚、データ送受信器５２，６２間は公衆網やインタネット網等のデータ伝送路７０３で接続されている。
【０００７】
尚、ここで、共有鍵を用いて平文を暗号化する方式としては、１回限りの使い捨て鍵（ｏｎｅ  ｔｉｍｅ  ｐａｄ）を用いるバーナム暗号化方式を使用する例を示している。バーナム暗号化方式では平文を乱数鍵で１ビットずつ論理演算して暗号化し、暗号文を同じ鍵で復号化している。
【０００８】
【特許文献１】特表平９−５０２３２３号公報
【非特許文献１】“Ａｎ  Ａｕｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ”（Ｄｏｎａｌｄ  Ｓ．Ｂｅｔｈｕｎｅ  ａｎｄ  Ｗｉｋｋｉａｍ  Ｐ．Ｒｉｓｋ，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｖｏｌ．３６，ＮＯ．３，ＭＡＲＣＨ  ２０００，ｐｐ．３４０−３４７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の量子暗号通信システムでは、量子暗号通信プロトコルにおいて、１ビットに含まれる平均光子数が１以下であるような非常に微弱な光を用いているので、共有鍵を生成する場合の基地局間の距離がせいぜい１００ｋｍ程度以内に制限されている。
【００１０】
すなわち、バーナム暗号文による暗号通信の通信方法自体は、通常の光通信、あるいはその他の通信と同様であり、特に通信距離が制限されるものではないが、暗号化や復号化のために必要な共有鍵の生成における基地局間の距離が１００ｋｍ程度以内に制限されていることで、暗号通信可能な距離もその程度に制限されてしまうという問題がある。つまり、従来の量子暗号通信システムでは、共有鍵を生成する場合の基地局間の距離がせいぜい１００ｋｍ程度以内に制限されており、それを超える遠方への鍵配布が不可能である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、従来、量子暗号の共有鍵を直接生成することができなかった１００ｋｍを超える遠方のデータ通信装置にまで量子暗号の共有鍵を配布することができる量子暗号通信システム及びその量子暗号鍵配布方法、通信装置並びにその暗号通信方法、共有鍵の中継装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による第１の量子暗号通信システムは、少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３の通信装置とを備え、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信し、
前記第３の通信装置がその暗号化された前記第１の共有鍵を前記第２の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信している。
【００１３】
本発明による第２の量子暗号通信システムは、少なくとも、第１の通信装置と、第２から第Ｎ−１（Ｎは３以上の正の整数）の通信装置と、第Ｎの通信装置とを備え、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置から前記第Ｎの通信装置の間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２から第Ｎ−１の共有鍵をそれぞれ生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信し、
前記第３から第Ｎ−１の通信装置がそれぞれ前記第２から第Ｎ−２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵を復号化しかつその復号化した前記第１の共有鍵自体を前記第３から第Ｎ−１の共有鍵を使ってそれぞれ暗号化した後に前記第４から第Ｎの通信装置へ送信し、
前記第Ｎの通信装置が前記第Ｎ−１の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第Ｎ−１の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第Ｎの通信装置に送信する平文または前記第Ｎの通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信している。
【００１４】
本発明による第３の量子暗号通信システムは、少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３及び第４の通信装置とを備え、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１及び第２の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置と前記第４の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信し、
前記第２の通信装置が前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後に前記第４の通信装置へ送信し、
前記第３の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化し、
前記第４の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信し、
前記第１の通信装置が前記第４の通信装置に送信する平文または前記第４の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信している。
【００１５】
本発明による第４の量子暗号通信システムは、少なくとも、第１の通信装置と、第２及び第３の通信装置とを備え、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成し、
前記第１の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成し、
前記第２の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成し、
前記第３の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成するとともに、
前記第２の通信装置が前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信し、
前記第３の通信装置が前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信し、
前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化し、
前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第３の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化し、
前記第１の通信装置が前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信し、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信している。
【００１６】
本発明による第１の量子暗号鍵配布方法は、少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３の通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置において前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信する手順と、
前記第３の通信装置においてその暗号化された前記第１の共有鍵を前記第２の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置において前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを備えている。
【００１７】
本発明による第２の量子暗号鍵配布方法は、少なくとも、第１の通信装置と、第２から第Ｎ−１（Ｎは３以上の正の整数）の通信装置と、第Ｎの通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置から前記第Ｎの通信装置の間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２から第Ｎ−１の共有鍵をそれぞれ生成する手順と、
前記第２の通信装置において前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信する手順と、
前記第３から第Ｎ−１の通信装置において前記第２から第Ｎ−２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵を復号化しかつその復号化した前記第１の共有鍵自体を前記第３から第Ｎ−１の共有鍵を使ってそれぞれ暗号化した後に前記第４から第Ｎの通信装置へ送信する手順と、
前記第Ｎの通信装置において前記第Ｎ−１の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第Ｎ−１の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置が前記第Ｎの通信装置に送信する平文または前記第Ｎの通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを備えている。
【００１８】
本発明による第３の量子暗号鍵配布方法は、少なくとも、第１の通信装置と、第２の通信装置と、第３及び第４の通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１及び第２の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置と前記第４の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置において前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後に前記第３の通信装置へ送信する手順と、
前記第２の通信装置において前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後に前記第４の通信装置へ送信する手順と、
前記第３の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第４の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順と、
前記第１の通信装置が前記第４の通信装置に送信する平文または前記第４の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを備えている。
【００１９】
本発明による第４の量子暗号鍵配布方法は、少なくとも、第１の通信装置と、第２及び第３の通信装置とからなる量子暗号通信システムに用いる量子暗号鍵配布方法であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手順と、
前記第１の通信装置と前記第３の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第３の共有鍵を生成する手順と、
前記第３の通信装置とそれに隣り合う次段の通信装置との間で前記量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第４の共有鍵を生成する手順と、
前記第２の通信装置が前記第３の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信する手順と、
前記第３の通信装置が前記第４の共有鍵を使って前記第２の共有鍵自体を暗号化した後にそれに隣り合う次段の通信装置へ送信する手順と、
前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第２の通信装置で暗号化された前記第１の共有鍵を前記第３の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第３の通信装置で暗号化された前記第２の共有鍵を前記第４の共有鍵を使って復号化する手順と、
前記第１の通信装置が前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第２の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第１の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順と、
前記第１の通信装置が前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置に送信する平文または前記第３の通信装置の隣り合う次段の通信装置が前記第１の通信装置に送信する平文を前記第２の共有鍵を用いて共有鍵方式にて暗号化して送信する手順とを備えている。
【００２０】
本発明による第１の通信装置は、量子暗号通信を行う通信装置であって，
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手段と、
前記第１の通信装置が前記第１の共有鍵を使って暗号化して送信する、前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で生成された第２の共有鍵を受信する手段と、
前記第１の共有鍵を使って前記第２の共有鍵を復号化する手段と、
前記第２の通信装置との間で前記第２の共有鍵を用いて平文を送受信する手段とを備えている。
【００２１】
本発明による第２の通信装置は、量子暗号通信を行う通信装置であって、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手段と、
前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて生成された第２の共有鍵により前記第１の通信装置で暗号化されて前記第２の通信装置に中継された前記第１の共有鍵を用いて前記第２の通信装置との間で平文を送受信する手段とを備えている。
【００２２】
本発明の共有鍵の中継装置は、第１の通信装置と第２の通信装置との間で暗号通信を行う際の共有鍵を、前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で共有させるために前記共有鍵の中継を行う共有鍵の中継装置であって、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成する手段と、
第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成する手段と、
前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化して前記第２の通信装置へ送信する手段とを備えている。
【００２３】
本発明の第１の暗号通信方法は、量子暗号通信を行う通信装置に用いる暗号通信方法であって、
前記通信装置が、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成するステップと、
前記第１の通信装置が前記第１の共有鍵を使って暗号化して送信しかつ前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で生成された第２の共有鍵を受信するステップと、
前記第１の共有鍵を使って前記第２の共有鍵を復号化するステップと、
前記第２との間で前記第２の共有鍵を用いて平文を送受信するステップとを実行している。
【００２４】
本発明の第２の暗号通信方法は、量子暗号通信を行う通信装置に用いる暗号通信方法であって、
前記通信装置が、
第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成するステップと、
前記第１の通信装置と第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて生成された第２の共有鍵により前記第１の通信装置で暗号化されて前記第２の通信装置に中継された前記第１の共有鍵を用いて、前記第２の通信装置との間で平文を送受信するステップとを実行している。
【００２５】
本発明の共有鍵の中継方法は、第１の通信装置と第２の通信装置との間で暗号通信を行う際の共有鍵を、第１の通信装置と第２の通信装置との間で共有させるために中継する共有鍵の中継装置に用いる共有鍵の中継方法であって、
前記共有鍵の中継装置が、
前記第１の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第１の共有鍵を生成するステップと、
前記第２の通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって微弱光を用いて第２の共有鍵を生成するステップと、
前記第２の共有鍵を使って前記第１の共有鍵自体を暗号化して前記第２の通信装置へ送信するステップとを実行している。
【００２６】
すなわち、本発明の量子暗号通信システムは、量子暗号通信における共有鍵を、従来、配布不可能であった遠方のデータ通信装置（例えば、基地局）へ配布する方法を提供するものであり、隣り合う第１及び第２のデータ通信装置間、第２及び第３のデータ通信装置間各々の距離が１００ｋｍ未満で、第１及び第３のデータ通信装置間で通信を行う場合に、第２のデータ通信装置にて量子暗号の共有鍵を中継伝送することによって、１００ｋｍを超える遠方のデータ通信装置まで共有鍵を配布することが可能となる。
【００２７】
より具体的に説明すると、本発明の量子暗号通信システムの量子暗号鍵配布方法は、少なくとも、鍵の配布元である第１のデータ通信装置と、鍵の中継局である第２のデータ通信装置と、鍵の配布先である第３のデータ通信装置とからなる構成において、第１のデータ通信装置と第２のデータ通信装置との間で量子暗号のプロトコルによって共有鍵Ｋ１を生成する手順と、第２のデータ通信装置と第３のデータ通信装置との間で共有鍵Ｋ２を生成する手順と、第２のデータ通信装置が共有鍵Ｋ２を使って共有鍵Ｋ１自体を暗号化した後に第３のデータ通信装置へ送信する手順と、第３のデータ通信装置が共有鍵Ｋ２を使って共有鍵Ｋ１を復号化する手順とを含むことを特徴とする。
【００２８】
上記のように、本発明の量子暗号通信システムでは、第１のデータ通信装置から第３のデータ通信装置への量子暗号の共有鍵を第２のデータ通信装置にて中継伝送することによって、従来、量子暗号の共有鍵を直接生成することができなかった１００ｋｍを超える遠方の第３のデータ通信装置にまで量子暗号の共有鍵を配布することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、従来、量子暗号の共有鍵を直接生成することができなかった１００ｋｍを超える遠方のデータ通信装置にまで量子暗号の共有鍵を配布することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施例による量子暗号通信システムは基地局１〜３から構成され、基地局１と基地局２との間及び基地局２と基地局３との間がそれぞれ光ファイバ１０１，１０２によって接続されている。
【００３１】
また、これら基地局１と基地局２との間及び基地局２と基地局３との間では、量子暗号プロトコル（例えば、非特許文献１参照）にしたがって、量子暗号の共有鍵生成が可能であり、基地局１〜３各々はその量子暗号鍵を用いた暗号化通信が可能な量子暗号通信器１１，２１，２２，３１を備えている。但し、基地局１と基地局３との間だけは距離が１００ｋｍ以上離れており、量子暗号の共有鍵を直接生成することができない。
【００３２】
さらに、基地局１と基地局３との間は、公衆網や携帯電話網、及びインタネット網等の通信路１０３で接続されており、基地局１及び基地局３各々のデータ送受信器１２，３２によってデータの送受信が可能となっている。
【００３３】
図２は本発明の第１の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。これら図１及び図２を参照して本発明の第１の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作について説明する。
【００３４】
まず、基地局１と基地局２との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１を生成し（図２のａ１）、基地局２と基地局３との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２を生成する（図２のａ２）。
【００３５】
続いて、基地局２は量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１自体を暗号化し（バーナム暗号文２０１）（図２のａ３）、バーナム暗号文２０１を基地局３へ送信する（図２のａ４）。
【００３６】
基地局３では基地局２から送られてきたバーナム暗号文２０１を、量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１を得る（図２のａ６）。これによって、基地局１で量子暗号の共有鍵Ｋ１を使って暗号化された平文が送られてきたとしても（図２のａ５，ａ７）、基地局３は基地局１から送られてきたバーナム暗号文３０１を、量子暗号の共有鍵Ｋ１を使って復号化することで平文を得ることができる（図２のａ８）。
【００３７】
これによって、本実施例では、基地局２を中継点として、その距離が１００ｋｍ以上離れている基地局１から基地局３への量子暗号にて共有鍵Ｋ１を配布することができる。
【００３８】
したがって、本実施例では、基地局１から基地局３への量子暗号の共有鍵Ｋ１を基地局２にて中継伝送することによって、従来、共有鍵を直接生成することができなかった１００ｋｍを超える遠方の基地局３まで量子暗号の共有鍵Ｋ１を配布することができる。尚、本実施例では、共有鍵Ｋ１や平文の暗号化にバーナム暗号を用いているが、他の共通鍵暗号を使用することも可能である。
【００３９】
図３は本発明の第２の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。図３において、本発明の第２の実施例による量子暗号通信システムは、量子暗号の共有鍵Ｋ１を、基地局２から基地局３、基地局３から次の基地局へと、次々に中継することで、上述した本発明の第１の実施例よりもさらに遠方の基地局Ｎにまで量子暗号の共有鍵Ｋ１を配布することができる。
【００４０】
図４は本発明の第２の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。これら図３及び図４を参照して本発明の第２の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作について説明する。
【００４１】
まず、基地局１と基地局２との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１を生成し（図４のｂ１）、基地局２と基地局３との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２を生成し（図４のｂ２）、基地局３と図示せぬ基地局４との間で量子暗号の共有鍵Ｋ３を生成し（図４のｂ３）、図示せぬ基地局Ｎ−１と基地局Ｎとの間で量子暗号の共有鍵Ｋ（Ｎ−１）を生成する（図４のｂ６）というように、隣り合う基地局同士で量子暗号の共有鍵Ｋ１〜Ｋ（Ｎ−１）を順次生成する。
【００４２】
続いて、基地局２は量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１自体を暗号化し（バーナム暗号文）（図４のｂ４）、そのバーナム暗号文を基地局３へと送信する（図４のｂ５）。基地局３では基地局２から送られてきたバーナム暗号文を、量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１を得る（図４のｂ７）。
【００４３】
基地局３は量子暗号の共有鍵Ｋ３を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１自体を暗号化し（バーナム暗号文）（図４のｂ８）、そのバーナム暗号文を基地局４へと送信する（図４のｂ９）というように、隣り合う基地局同士で量子暗号の共有鍵Ｋ２〜Ｋ（Ｎ−１）を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１自体を暗号化して順次送信する。
【００４４】
基地局Ｎでは基地局Ｎ−１から送られてきたバーナム暗号文を、量子暗号の共有鍵Ｋ（Ｎ−１）を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１を得る（図４のｂ１０，ｂ１１）。
【００４５】
これによって、本実施例では、基地局２〜Ｎ−１を中継点として、その距離が１００ｋｍ以上離れている基地局１から基地局Ｎへの量子暗号の共有鍵Ｋ１を配布することができる。
【００４６】
図５は本発明の第３の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。図５において、本発明の第３の実施例による量子暗号通信システムでは、基地局１から量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａ，Ｋ１Ｂを、基地局２を中継点として、それぞれ基地局３及び基地局４へ中継伝送して配布している。
【００４７】
ここで、基地局１と基地局２との間、基地局２と基地局３との間、基地局２と基地局４との間はそれぞれ光ファイバ１０１，１０２，１０４によって接続されている。また、基地局１〜４各々はそれぞれ量子暗号鍵を用いた暗号化通信が可能な量子暗号通信器１３，２３，２４，３３，４１を備えている。
【００４８】
図６は本発明の第３の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。これら図５及び図６を参照して本発明の第３の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作について説明する。
【００４９】
この場合、基地局１は基地局２との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａ，Ｋ１Ｂをそれぞれ生成し（図６のｃ１，ｃ２）、基地局２は基地局３との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２３を生成し（図６のｃ３）、基地局４との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２４を生成する（図６のｃ４）。
【００５０】
続いて、基地局２は量子暗号の共有鍵Ｋ２３を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａ自体を暗号化し（バーナム暗号文２０２）（図６のｃ５）、そのバーナム暗号文２０２を基地局３へと送信する（図６のｃ６）。基地局３では基地局２から送られてきたバーナム暗号文２０２を、量子暗号の共有鍵Ｋ２３を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａを得る（図６のｃ９）。
【００５１】
また、基地局２は量子暗号の共有鍵Ｋ２４を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂ自体を暗号化し（バーナム暗号文２０３）（図６のｃ７）、そのバーナム暗号文２０３を基地局４へと送信する（図６のｃ８）。基地局４では基地局２から送られてきたバーナム暗号文２０３を、量子暗号の共有鍵Ｋ２４を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂを得る（図６のｃ１０）。
【００５２】
これによって、本実施例では、基地局２を中継点として、その距離が１００ｋｍ以上離れている基地局１から基地局３への量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａの配布、及び基地局１から基地局４への量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂの配布を行うことができる。
【００５３】
図７は本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。図７において、本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムでは、基地局１から複数の方向（図７では２方向）へ量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａ，Ｋ１Ｂを配布している。
【００５４】
ここで、基地局１と基地局２との間、基地局１と基地局３との間、基地局２と次の基地局との間、基地局３と次の基地局との間はそれぞれ光ファイバ１０１，１０５〜１０７によって接続されている。また、基地局１〜３各々はそれぞれ量子暗号鍵を用いた暗号化通信が可能な量子暗号通信器１４，１５，２５，２６，３４，３５を備えている。
【００５５】
本実施例では、基地局１から量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａを基地局２を中継点として次の基地局（図示せず）へ、また同様に、基地局１から量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂを基地局３を中継点として次の基地局（図示せず）へと配布している。
【００５６】
図８は本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。これら図７及び図８を参照して本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作について説明する。
【００５７】
この場合、基地局１は基地局２との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａを生成し（図８のｄ１）、基地局３との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂを生成する（図８のｄ２）。また、基地局２では隣り合う次の基地局との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２を生成し（図８のｄ３）、基地局３では隣り合う次の基地局との間で量子暗号の共有鍵Ｋ３を生成する（図８のｄ４）。
【００５８】
よって、基地局２はその量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａ自体を暗号化し（バーナム暗号文２０４）（図８のｄ５）、そのバーナム暗号文２０４を次の基地局へと送信する（図８のｄ６）。次の基地局では基地局２から送られてきたバーナム暗号文２０４を、量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａを得る。
【００５９】
また、基地局３はその量子暗号の共有鍵Ｋ３を使って量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂ自体を暗号化し（バーナム暗号文２０５）（図８のｄ７）、そのバーナム暗号文２０５を次の基地局へと送信する（図８のｄ８）。次の基地局では基地局３から送られてきたバーナム暗号文２０５を、量子暗号の共有鍵Ｋ３を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ１Ｂを得る。
【００６０】
これによって、本実施例では、基地局２及び基地局３を中継点として、その距離が１００ｋｍ以上離れている基地局１から複数の方向に存在する次の基地局へ量子暗号の共有鍵Ｋ１Ａ，Ｋ１Ｂを配布することができる。
【００６１】
図９は本発明の第５の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。図９において、本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムでは、基地局１で基地局３に配布する共有鍵（以下、配布鍵とする）Ｋ０を送信する方向とは異なる経路を介して配布される量子暗号の共有鍵Ｋ３を用いて暗号化し、その暗号化された配布鍵Ｋ０を、それを送信する方向で用いられる量子暗号の共有鍵Ｋ１でさらに暗号化して送信することで、配布鍵Ｋ０の安全性を高めている。
【００６２】
ここで、基地局１と基地局２との間、基地局１と基地局４との間、基地局２と基地局３との間、基地局４と基地局３との間はそれぞれ光ファイバ１０１，１０２，１０８，１０９によって接続されている。また、基地局１〜４各々はそれぞれ量子暗号鍵を用いた暗号化通信が可能な量子暗号通信器１６，１７，２７，２８，３６，３７，４２，４３を備えている。
【００６３】
本実施例では、基地局１から配布鍵Ｋ０を基地局２を中継点として基地局３へ、その配布鍵Ｋ０を暗号化するのに用いた量子暗号の共有鍵Ｋ３を基地局４を中継点として基地局３へと配布している。
【００６４】
図１０は本発明の第５の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。これら図９及び図１０を参照して本発明の第５の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作について説明する。
【００６５】
この場合、基地局１は基地局２との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ１を生成し（図１０のｅ１）、基地局４との間で量子暗号のプロトコルによって量子暗号の共有鍵Ｋ３を生成する（図１０のｅ２）。また、基地局２では基地局３との間で量子暗号の共有鍵Ｋ２を生成し（図１０のｅ３）、基地局４では基地局３との間で量子暗号の共有鍵Ｋ４を生成する（図１０のｅ４）。
【００６６】
基地局１は基地局４との間の量子暗号の共有鍵Ｋ３を使って基地局３に配布する配布鍵Ｋ０を暗号化し（図１０のｅ５）、その暗号化された配布鍵Ｋ０（以下、複合鍵とする）を量子暗号の共有鍵Ｋ１を使って暗号化し（バーナム暗号文２０６）（図１０のｅ６）、そのバーナム暗号文２０６を基地局２へと送信する（図１０のｅ７）。
【００６７】
一方、基地局４は量子暗号の共有鍵Ｋ４を使って量子暗号の共有鍵Ｋ３自体を暗号化し（バーナム暗号文２０８）（図１０のｅ８）、そのバーナム暗号文２０８を基地局３へと送信する（図１０のｅ９）。基地局３では基地局４から送られてきたバーナム暗号文２０８を、量子暗号の共有鍵Ｋ４を使って復号化することで量子暗号の共有鍵Ｋ３を得る（図１０のｅ１０）。
【００６８】
基地局２では基地局１から送られてきたバーナム暗号文２０６を量子暗号の共有鍵Ｋ１を使って復号化することで、複合鍵を得ると（図１０のｅ１１）、その複合鍵を量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って暗号化し（バーナム暗号文２０７）（図１０のｅ１２）、そのバーナム暗号文２０７を基地局３へと送信する（図１０のｅ１３）。
【００６９】
基地局３は基地局２から送られてきたバーナム暗号文２０７を、量子暗号の共有鍵Ｋ２を使って復号化することで、複合鍵を得ると（図１０のｅ１４）、その複合鍵を、上記の基地局４からのバーナム暗号文２０８を復号して得た量子暗号の共有鍵Ｋ３を使って復号化することで、配布鍵Ｋ０を得る（図１０のｅ１５）。
【００７０】
これによって、本実施例では、基地局２を中継点として、その距離が１００ｋｍ以上離れている基地局３へ複合鍵を配布するとともに、基地局４を中継点として基地局３へ配布鍵Ｋ０の暗号化（複合鍵の生成）に用いた量子暗号の共有鍵Ｋ３を配布することで、配布鍵Ｋ０をより安全に基地局３に配布することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、防衛、外交、金融等のデータ通信上において高度な安全性が要求される分野に適用することが可能であり、基地局以外にもデータの中継を行うデータ通信装置に適用することが可能である。また、本発明では、共有鍵や平文の暗号化にバーナム暗号を用いているが、他の共通鍵暗号を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。
【図３】本発明の第２の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。
【図５】本発明の第３の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。
【図７】本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。
【図９】本発明の第５の実施例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第５の実施例による量子暗号通信システムにおける量子暗号の共有鍵の配布動作を示すシーケンスチャートである。
【図１１】従来例による量子暗号通信システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７３】
１〜Ｎ  基地局
１１，１３〜１７，
２１〜２８，３１，
３３〜３７，４１〜４３  量子暗号通信器
１２，３２  データ送受信器
１０１，１０２，
１０４〜１０９  光ファイバ
１０３  通信路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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