(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子対として相関光子対を発生させる光源部と、
前記光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａを含む第１の検出情報Ｓを第１の記憶媒体に記憶させる第１の検出部と、
前記光子対の他方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂを含む第２の検出情報Ｉを第２の記憶媒体に記憶させる第２の検出部と、
前記第１の記憶媒体から前記第１の時刻情報Ａを読み込む第１の読込部と、
前記第２の記憶媒体から前記第２の時刻情報Ｂを読み込む第２の読込部と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂを用いて、前記第１の検出部と前記第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する判別部と
を備えることを特徴とする識別認証システム。
【請求項２】
光子対として量子もつれ光子対を発生させる光源部と、
前記量子もつれ光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａと該光子の量子状態を示す第１の量子情報Ｆを含む第１の検出情報Ｓを第１の記憶媒体に記憶させる第１の検出部と、
前記量子もつれ光子対の他方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂと該光子の量子状態を示す第２の量子情報Ｈを含む第２の検出情報Ｉを第２の記憶媒体に記憶させる第２の検出部と、
前記第１の記憶媒体から前記第１の検出情報Ｓを読み込む第１の読込部と、
前記第２の記憶媒体から前記第２の検出情報Ｉを読み込む第２の読込部と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂを用いて、前記第１の検出部と前記第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、前記第１の量子情報Ｆと前記第２の量子情報Ｈを用いて誤り率を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上であり、かつ、前記誤り率が予め設定された閾値以下である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する判別部と
を備えることを特徴とする識別認証システム。
【請求項３】
前記量子もつれ光子対が偏光コーディングされた量子もつれ光子対であり、
前記第１及び第２の検出部が、それぞれ
被測定光が入力される第１入力端と、前記被測定光を等しく２分岐して出力する第１及び第２出力端を有する半透鏡と、
１／２又は１／４波長板で構成される波長板と、
第１〜３の入出力端を備え、該第２の入出力端は、該第１の入出力端から入力された規定の偏光方向の直線偏波光を出力し、該第３の入出力端は、該第１の入出力端から入力された前記規定の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏波光を出力する第１の偏光ビームスプリッタと、
第１〜３の入出力端を備え、該第２の入出力端は、該第１の入出力端から入力された規定の偏光方向の直線偏波光を出力し、該第３の入出力端は、該第１の入出力端から入力された前記規定の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏波光を出力する第２の偏光ビームスプリッタと、
第１〜４の単一光子検出器と、
複数の入力ポートを有し、どの入力ポートからいつ信号が入力されたかを判別しその結果を出力する信号処理部と
を備え、
前記半透鏡の第１出力端と前記第１の偏光ビームスプリッタ第１の入出力端が接続され、
前記半透鏡の第２出力端と前記第２の偏光ビームスプリッタ第１の入出力端が前記波長板を経由して接続され、
前記第１の偏光ビームスプリッタの第２の入出力端と前記第１の単一光子検出器が接続され、
前記第１の偏光ビームスプリッタの第３の入出力端と前記第２の単一光子検出器が接続され、
前記第２の偏光ビームスプリッタの第２の入出力端と前記第３の単一光子検出器が接続され、
前記第２の偏光ビームスプリッタの第３の入出力端と前記第４の単一光子検出器が接続され、
前記第１〜第４の単一光子検出器の出力ポートが前記信号処理部の入力ポートに接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の識別認証システム。
【請求項４】
前記量子もつれ光子対が位相コーディングされた量子もつれ光子対であり、
前記第１及び第２の検出部が、それぞれ
被測定光が入力される第１入力端と、前記被測定光を等しく２分岐して出力する第１及び第２出力端を有する半透鏡と、
少なくとも１つの入力端と、第１及び第２の出力端を有し、２つの光アーム間の遅延時間差がτ（τ＞０）、光位相差が０に調整された第１のマッハツェンダ干渉計と、
少なくとも１つの入力端と、第１及び第２の出力端を有し、２つの光アーム間の遅延時間差がτ、光位相差がπ／２に調整された第２のマッハツェンダ干渉計と、
第１〜第４の単一光子検出器と、
複数の入力ポートを有し、どの入力ポートからいつ信号が入力されたかを判別しその結果を出力する信号処理部と
を備え、
前記半透鏡の第１出力端と前記第１のマッハツェンダ干渉計の入力端が接続され、
前記半透鏡の第２出力端と前記第２のマッハツェンダ干渉計の入力端が接続され、
前記第１のマッハツェンダ干渉計の第１の出力端と前記第１の単一光子検出器が接続され、
前記第１のマッハツェンダ干渉計の第２の出力端と前記第２の単一光子検出器が接続され、
前記第２のマッハツェンダ干渉計の第１の出力端と前記第３の単一光子検出器が接続され、
前記第２のマッハツェンダ干渉計の第２の出力端と前記第４の単一光子検出器が接続され、
前記第１〜第４の単一光子検出器が前記信号処理部の入力ポートに接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の識別認証システム。
【請求項５】
光子対として相関光子対を発生させる過程と、
第１の検出部において前記相関光子対の一方の光子を受光して得られる、第１の時刻情報Ａを取得する過程と、
第２の検出部において前記相関光子対の他方の光子を受光して得られる、第２の時刻情報Ｂを取得する過程と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂの同時検出回数を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認し、それ以外の場合は否認する過程と
を備えることを特徴とする識別認証方法。
【請求項６】
光子対として量子もつれ光子対を発生させる過程と、
第１の検出部において前記量子もつれ光子対の一方の光子を受光して得られる、第１の時刻情報Ａと第１の量子情報Ｆを取得する過程と、
第２の検出部において前記量子もつれ光子対の他方の光子を受光して得られる、第２の時刻情報Ｂと第２の量子情報Ｈを取得する過程と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂの同時検出回数を取得し、前記第１の量子情報Ｆと前記第２の量子情報Ｈから誤り率を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上であり、かつ、前記誤り率が予め設定された閾値以下である場合は承認し、それ以外の場合は否認する過程と
を備えることを特徴とする識別認証方法。
【請求項７】
管理装置とセキュリティゲートを備え、
前記管理装置は、光源部、第１の検出部、第１の記憶媒体、第１の読込部、判別部及びメッセージ発生部を備え、
前記セキュリティゲートは、入退場ゲート、第２の検出部及び第２の読込部を備え、
前記光源部、前記第１の検出部、前記第１の記憶媒体、前記第１の読込部及び前記判別部、前記第２の検出部及び前記第２の読込部と、利用者が保持する第２の記憶媒体とで、請求項１〜４のいずれか一項に記載される識別認証システムを構成する
ことを特徴とするセキュリティシステム。
【請求項８】
前記セキュリティゲートが２以上設けられ、
前記管理装置は、さらに、前記光源部で生成された光子対を分岐して、各セキュリティゲートに送る光分岐回路を備える
ことを特徴とする請求項７に記載のセキュリティシステム。
【請求項９】
管理装置と入場用セキュリティゲートと退場用セキュリティゲートを備え、
前記管理装置は、光子対として相関光子対を発生させる光源部、第１の検出部、第１の記憶媒体、第１の読込部、判別部及びメッセージ発生部を備え、
前記入場用セキュリティゲートは、入場ゲート及び第２の検出部を備え、
前記退場用セキュリティゲートは、退場ゲート及び第２の読込部を備え、
前記光源部、前記第１の検出部、前記第１の記憶媒体、前記第１の読込部及び前記判別部、前記第２の検出部及び前記第２の読込部と、利用者が保持する第２の記憶媒体とで、請求項１〜４のいずれか一項に記載される識別認証システムを構成する
ことを特徴とするセキュリティシステム。
【請求項１０】
前記退場用セキュリティゲートが２以上設けられる
ことを特徴とする請求項９に記載のセキュリティシステム。
【請求項１１】
前記入場用セキュリティゲートが２以上設けられ、
前記管理装置は、さらに、前記光源部で生成された光子対を分岐して、各セキュリティゲートに送る光分岐回路を備える
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のセキュリティシステム。
【請求項１２】
前記光分岐回路が光カプラ、光スイッチ、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）光回路のいずれかである
ことを特徴とする請求項８又は１１に記載のセキュリティシステム。
【請求項１３】
利用者の入場要求に応答して行われる
光子対として相関光子対を発生させる過程と、
第１の検出部において、前記光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａを含む第１の検出情報Ｓを第１の記憶媒体に記憶させる過程と、
第２の検出部において、前記光子対の他方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂを含む第２の検出情報Ｉを第２の記憶媒体に記憶させる過程と、
入場用のセキュリティゲートを開いて該利用者のみを入場させる過程と
を備え、
前記利用者の退場要求に応答して行われる
前記第１の読込部において、前記第１の記憶媒体から前記第１の時刻情報Ａを読み込む過程と、
前記第２の読込部において、前記第２の記憶媒体から前記第２の時刻情報Ｂを読み込む過程と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂを用いて、前記第１の検出部と前記第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する過程と、
前記判別情報Ｃが承認する旨を含む場合に、退場用のセキュリティゲートを開いて該利用者のみを退場させる過程と
を備えることを特徴とする入退場管理方法。
【請求項１４】
利用者の入場要求に応答して行われる
光子対として量子もつれ光子対を発生させる過程と、
第１の検出部において、前記光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａと該光子の量子状態を示す第１の量子情報Ｆを含む第１の検出情報Ｓを第１の記憶媒体に記憶させる過程と、
第２の検出部において、前記光子対の他方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂと該光子の量子状態を示す第２の量子情報Ｈを含む第２の検出情報Ｉを第２の記憶媒体に記憶させる過程と、
入場用のセキュリティゲートを開いて該利用者のみを入場させる過程と
を備え、
前記利用者の退場要求に応答して行われる
前記第１の読込部において、前記第１の記憶媒体から前記第１の検出情報Ｓを読み込む過程と、
前記第２の読込部において、前記第２の記憶媒体から前記第２の検出情報Ｉを読み込む過程と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂを用いて、前記第１の検出部と前記第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、前記第１の量子情報Ｆと前記第２の量子情報Ｈを用いて誤り率を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上であり、かつ、前記誤り率が予め設定された閾値以下である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する過程と、
前記判別情報Ｃが承認する旨を含む場合に、退場用のセキュリティゲートを開いて該利用者のみを退場させる過程と
を備えることを特徴とする入退場管理方法。
【請求項１５】
利用者の入場要求に応答して行われる
第１の読込部において、第１の記憶媒体から第１の時刻情報Ａを含む第１の検出情報Ｓを読み込む過程と、
第２の読込部において、第２の記憶媒体から第２の時刻情報Ｂを含む第２の検出情報Ｉを読み込む過程と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂを用いて、同時検出回数を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する過程と、
前記判別情報Ｃが承認する旨を含む場合に行われる、
光子対として相関光子対を発生させる過程と、
第１の検出部において、前記光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａを含む第１の検出情報Ｓを前記第１の記憶媒体に記憶させる過程と、
第２の検出部において、前記光子対の他方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂを含む第２の検出情報Ｉを前記第２の記憶媒体に新たに記憶させる過程と、
入場用のセキュリティゲートを開いて該利用者のみを入場させる過程と
を備え、
前記利用者の退場要求に応答して行われる、
前記第１の読込部において、前記第１の記憶媒体から前記第１の時刻情報Ａを読み込む過程と、
前記第２の読込部において、前記第２の記憶媒体から前記第２の時刻情報Ｂを読み込む過程と、
前記第１の時刻情報Ａと、前記第２の時刻情報Ｂを用いて、前記第１の検出部と前記第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、前記同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する過程と、
前記判別情報Ｃが承認する旨を含む場合に行われる
光子対として相関光子対を発生させる過程と、
前記第１の検出部において、前記光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａを含む第１の検出情報Ｓを前記第１の記憶媒体に記憶させる過程と、
前記第２の検出部において、前記光子対の他方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂを含む第２の検出情報Ｉを前記第２の記憶媒体に新たに記憶させる過程と、
退場用のセキュリティゲートを開いて該利用者のみを退場させる過程と
を備えることを特徴とする入退場管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、相関光子対又は量子もつれ光子対の量子力学的性質を利用した識別認証システム及び識別認証方法と、この識別認証システムを用いるセキュリティシステム及び入退場管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
正規の利用者による利用だけを許可し、不正者による利用を遮断するための識別認証システムは、クレジットカードなどを利用した電子決済システムや、オフィスビルやセキュリティルームなどの入退場を管理するセキュリティゲートシステムなど、様々な分野で利用されている。これらのシステムでは、正規の利用者と不正者を、迅速かつ確実に識別することが要求される。この要求を満たすような識別認証システムとしては、例えば個体識別認識（ＩＤ：ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）番号、指紋認証、顔認証などを利用して利用者の識別と認証を行うシステムが広く利用される。
【０００３】
一方で、例えばＩＤカードのコピーや偽造などによる不正者の攻撃もよく知られている。その対策の一つは、銀行の現金自動預払機（ＡＴＭ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｅｌｌｅｒ  Ｍａｃｈｉｎｅ）などで利用されるように、上記の識別認証システムに、利用者とシステム管理者のみが知る秘密のパスワードを組み合わせて利用する方法である。
【０００４】
このパスワードを利用する方法の問題点は、パスワードの生成とその管理にある。すなわち、どのように、パスワードを不正者に知られることなく識別認証システムの管理者と正規の利用者のみが共有するかが問題となる。
【０００５】
例えば複数の識別認証システムで、固定したパスワードを使いまわすようなことがあれば、不正者が容易にパスワードを類推できる。これを解決する有効な方法は、秘密のパスワードを頻繁に変更することである。しかし、パスワードの変更の都度、新しいパスワードを覚え直さなければならないなど、正規の利用者にとって、負担が大きい。
【０００６】
また、一般にも利用されるような通信回線を介して、頻繁にパスワードを受け渡せば、不正者は通信回線を盗聴してパスワードを盗むことが可能となる。この場合に通信回線等を経過する情報は古典的な情報量である。このため、パスワードを複製して利用することが可能であり、不正利用の可能性はさらに増大する。
【０００７】
また最近ではセキュリティトークンなどの端末を利用したパスワード生成方法もある。しかし、このパスワード生成方法は数理的アルゴリズムに依っている。このため、アルゴリズムが知れることによりパスワードの類推が原理的には可能である。
【０００８】
なお、パスワードの生成及び配布については、量子力学的性質を利用した暗号通信において、究極の秘匿通信を実現できることが知られており、この暗号通信を利用する識別認証システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２０１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の暗号通信についても、秘密鍵の共有が困難であることなどから、ほとんど使用されていない。
【００１１】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。
【００１２】
したがって、この発明の目的は、相関光子対もしくは量子もつれ光子対の量子力学的性質を利用して、パスワードに相当する物理量を識別認証システムの管理者と正規の利用者のみが安全かつ容易に共有できる識別認証システム及び識別認証方法と、この識別認証システムを利用したセキュリティシステム及び入退場管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するために、この発明の識別認証システムは、光源部と、第１及び第２の検出部と、第１及び第２の読込部と、判別部とを備えて構成される。
【００１４】
光源部は、光子対として相関光子対を発生させる。第１の検出部は、光子対の一方の光子を受光し、この光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａを含む第１の検出情報Ｓを第１の記憶媒体に記憶させる。第２の検出部は、光子対の他方の光子を受光し、この光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂを含む第２の検出情報Ｉを第２の記憶媒体に記憶させる。第１の読込部は、第１の記憶媒体から第１の検出情報Ｓを読み込む。第２の読込部は、第２の記憶媒体から第２の検出情報Ｉを読み込む。
【００１５】
判別部は、第１の時刻情報Ａと、第２の時刻情報Ｂを用いて、第１の検出部と第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する。
【００１６】
また、この発明の識別認証システムの他の好適な実施例によれば、光源部が光子対として量子もつれ光子対を発生させる。そして、第１の検出部は、量子もつれ光子対の一方の光子を受光し、該光子を受光した時刻を示す第１の時刻情報Ａと該光子の量子状態を示す第１の量子情報Ｆを含む第１の検出情報Ｓを第１の記憶媒体に記憶させ、第２の検出部は、量子もつれ光子対の他方の光子を受光し、この光子を受光した時刻を示す第２の時刻情報Ｂと該光子の量子状態を示す第２の量子情報Ｈを含む第２の検出情報Ｉを第２の記憶媒体に記憶させる。第１の読込部は、第１の記憶媒体から第１の検出情報Ｓを読み込む。第２の読込部は、第２の記憶媒体から第２の検出情報Ｉを読み込む。判別部は、第１の時刻情報Ａと、第２の時刻情報Ｂを用いて、第１の検出部と第２の検出部における光子の同時検出回数を取得し、第１の量子情報Ｆと第２の量子情報Ｈを用いて誤り率を取得し、同時検出回数が予め設定された閾値以上であり、かつ、誤り率が予め設定された閾値以下である場合は承認する旨を含む判別情報Ｃを生成し、それ以外の場合は否認する旨を含む判別情報Ｃを生成する。
【００１７】
また、この発明の識別認証方法は、以下の過程を備えて構成される。先ず、光子対として相関光子対を発生させる。次に、第１の検出部において相関光子対の一方の光子を受光して得られる、第１の時刻情報Ａを取得し、第２の検出部において前記相関光子対の他方の光子を受光して得られる、第２の時刻情報Ｂを取得する。次に、第１の時刻情報Ａと、第２の時刻情報Ｂの同時検出回数を取得し、同時検出回数が予め設定された閾値以上である場合は承認し、それ以外の場合は否認する。
【００１８】
また、この発明の識別認証方法の他の好適な実施例は、以下の過程を備えて構成される。先ず、光子対として量子もつれ光子対を発生させる。次に、第１の検出部において量子もつれ光子対の一方の光子を受光して得られる、第１の時刻情報Ａと第１の量子情報Ｆを取得し、第２の検出部において量子もつれ光子対の他方の光子を受光して得られる、第２の時刻情報Ｂと第２の量子情報Ｈを取得する。次に、第１の時刻情報Ａと、第２の時刻情報Ｂの同時検出回数を取得し、第１の量子情報Ｆと第２の量子情報Ｈから誤り率を取得し、同時検出回数が予め設定された閾値以上であり、かつ、誤り率が予め設定された閾値以下である場合は承認し、それ以外の場合は否認する。
【００１９】
また、この発明のセキュリティシステムは、管理装置とセキュリティゲートを備えて構成される。管理装置は、光源部、第１の検出部、第１の記憶媒体、第１の読込部、判別部及びメッセージ発生部を備え、セキュリティゲートは、入退場ゲート、第２の検出部及び第２の読込部を備える。光源部、第１及び第２の検出部、第１の記憶媒体、第１及び第２の読込部及び前記判別部と、利用者が保持する第２の記憶媒体とで、上述の識別認証システムが構成される。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の識別認証システム及び識別認証方法によれば、光子対が発生する時刻情報を用いて識別認証を行うため、パスワードに相当する物理量を識別認証システムの管理者と正規の利用者のみが安全かつ容易に共有できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の識別認証システムの模式図である。
【図２】第１のセキュリティシステムの模式図である。
【図３】ワイヤタップ攻撃を説明するための模式図である。
【図４】第２のセキュリティシステムの模式図である。
【図５】検出部の模式図（１）である。
【図６】検出部の模式図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００２３】
（第１の識別認証システム）
図１を参照して、この発明の識別認証システムの第１の実施形態（以下、第１の識別認証システムと称する。）について説明する。図１は、第１の識別認証システムの模式図である。
【００２４】
第１の識別認証システムは、光源部１２、第１及び第２の検出部２２及び３２、第１及び第２の記憶媒体２４及び３４、第１及び第２の読込部２６及び３６、並びに、判別部１４を備えて構成される。
【００２５】
光源部１２は、パラメトリック下方変換や自然４光波混合などのパラメトリック蛍光過程によって相関光子対を発生させる光源である。以下の説明では、相関光子対の一方の光子をシグナル光子と称し、他方をアイドラー光子と称する。また、便宜的に、シグナル光子が第１の検出部２２に送られ（図中、矢印ＰＳで示す。）、アイドラー光子が第２の検出部３２に送られる（図中、矢印ＰＩで示す。）ものとする。
【００２６】
ここで、相関光子対とは、対をなすシグナル光子及びアイドラー光子の光子対が発生した時間、波長、又は偏光などに１００％の相関をもつ光子対である。ここでは、光子対を構成する２個の光子が同時刻に発生するという時間の同時性を用いる。すなわち、シグナル光子が発生したならばアイドラー光子も同時に発生し、またその逆も成り立つ。
【００２７】
第１の検出部２２は、１つの単一光子検出器で構成される。第１の検出部２２は、光ファイバや自由空間などの第１の光路を伝搬してきたシグナル光子を受光し、シグナル光子の到来を検出する。第１の検出部２２は、光子を検出したイベント（検出イベントとも称する。）の情報を、第１の記憶媒体２４に記憶させる。第１の記憶媒体２４には、単位時間内に第１の検出部２２において発生した全ての検出イベントの情報が第１の検出情報Ｓ（Ａ）として記録される。この第１の検出情報Ｓ（Ａ）には、検出イベントが発生した時刻の情報（第１の時刻情報Ａ｛ｔｓ１、ｔｓ２、…｝）が含まれる。第１の記憶媒体２４に記録された第１の検出情報Ｓ（Ａ）は、第１の読込部２６により読み込まれる。
【００２８】
第２の検出部３２は、第１の検出部２２と同様に、１つの単一光子検出器で構成される。第２の検出部３２は、光ファイバや自由空間などの第２の光路を伝搬してきたアイドラー光子を受光し、アイドラー光子の到来を検出する。第２の検出部３２は、検出イベントの情報を、第２の記憶媒体３４に記憶させる。第２の記憶媒体３４には、単位時間内に第２の検出部３２において発生した全ての検出イベントの情報が第２の検出情報Ｉ（Ｂ）として記録される。この第２の検出情報Ｉ（Ｂ）には、検出イベントが発生した時刻の情報（第２の時刻情報Ｂ｛ｔｉ１、ｔｉ２、…｝）が含まれる。第２の記憶媒体３４に記録された第２の検出情報Ｉ（Ｂ）は、第２の読込部３６により読み込まれる。
【００２９】
判別部１４には、第１及び第２の読込部２６及び３６により読み込まれた第１及び第２の検出情報Ｓ（Ａ）及びＩ（Ｂ）が入力される。判別部１４は、第１及び第２の検出情報Ｓ（Ａ）及びＩ（Ｂ）に含まれる第１の時刻情報Ａと第２の時刻情報Ｂとを照合して検出時刻が一致する回数（同時検出回数）を取得する。ここで「検出時刻が一致する」とは、ｔｓｘ＝ｔｉｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）となるｘとｙの組合せが存在することを意味する。実際のシステムでは、第１の光路と第２の光路の長さの違いによる遅延等の影響で、第１及び第２の検出部２２及び３２が、真に同時刻に受光するとは限らない。その場合には、判別部１４が、遅延等の影響を補正したうえで、光子検出の同時性を判別すればよい。
【００３０】
判別部１４は、同時検出回数を予め設定された閾値と比較して、その結果を判別情報Ｃとして生成する。判別情報Ｃには、同時検出回数が閾値以上であれば承認した旨の情報が含まれ、同時検出回数が閾値未満であれば否認した旨の情報が含まれる。
【００３１】
ここで、損失を考えない理想的な系を考えれば、第１の時刻情報Ａと、第２の時刻情報Ｂとは、１００％一致する。すなわち、１００ペアの相関光子対が発生したならば、同時検出回数は１００となる。
【００３２】
相関光子対を光パルス状の励起光（以下、励起光パルスと称する。）を用いて発生したとし、このときの相関光子対の発生レートを、１励起光パルス当たりｐペアと設定したとする。ここで、ｐは１より十分小さい正の実数とする。各励起光パルスの強度、パルス幅が同じであれば、各励起光パルス当たりの相関光子対の発生確率は同じである。すなわちこの状態では励起光パルス１／ｐ個で１ペアの相関光子対が発生していることになる。またこの状態で、相関光子対が実際に何番目の励起光パルスで発生したかはわからない。すなわち相関光子対の量子状態は、その発生時刻が励起光パルス番号１〜１／ｐのいずれかである状態の量子力学的重ね合わせ状態になっている。
【００３３】
この時、Ｎ／ｐ個分（Ｎは１以上の整数）の励起光パルスに対して発生した相関光子対のシグナル光子に関する第１の時刻情報Ａと、同じ相関光子対のアイドラー光子に関する第２の時刻情報Ｂについて、検出イベントの発生時刻の情報を得て比較すれば、損失を考えない理想的な系の場合、トータルでＮの同時検出回数を得ることができる。
【００３４】
次に、不正者が自分で用意した時刻情報を用いるなど、相関光子対のアイドラー光に基づかない時刻情報ＢＥと相関光子対のシグナル光の時刻情報Ａとで判別することを考える。
【００３５】
相関光子対のアイドラー光に基づく時刻情報を持たない不正者が、時刻情報Ｂを有する正規な利用者と同じ回数Ｎの同時検出回数を得ようとするならば、Ｎ個の相関光子対のそれぞれの発生時間を正確に言い当てなければならない。
【００３６】
一対の相関光子対に対して時間位置を言い当てられる確率はｐである。そしてＮ個の相関光子対に対してｋ（ｋは、１≦ｋ≦Ｎを満たす整数）個分の相関光子対の時間位置を当てられる確率Ｐｒ（ｋ）は以下の（１）式で与えられる。
【００３７】
【数１】
0006645270.tif 000002
【００３８】
従って、ｋ個以上の同時検出回数が与えられる累積確率は、以下の（２）式となる。    
【００３９】
【数２】
0006645270.tif 000003
【００４０】
今仮にｐ＝０．１、Ｎ＝１００とする。この時、不正者は、２項分布の期待値Ｎｐ＝１０に相当する同時検出回数を得ることはできる。ここで、ｋ＝５７として、５７回以上の同時検出回数を得る累積確率を、上記（２）式を用いて計算すると、約４．５×１０−３１となる。これは、毎秒１×１０１５回の演算を行うスーパーコンピュータを使って全数検索しても、５７回以上の同時カウントを得られる時刻情報を見つけるのに約１億年かかることを意味する。
【００４１】
例えば、システム管理者が、正規の利用者又は不正者に対して、時刻情報の入力を数回程度しか許容しないならば、不正者が適した時刻情報を見つける前にシステム管理者に不正者と見破られてしまう。
【００４２】
すなわちこの場合、システム管理者は、同時検出回数が５７回より小さくなる時刻情報ＢＥを送ってきた利用者は、１−４．５×１０−３１の確率で不正な利用者であると判別できる。
【００４３】
一方、同時検出回数が５７より大きくなる時刻情報を送ってきた利用者は、システム管理者が受光した相関光子対をシステム管理者と同時に受光した利用者であるとほぼ断定できる。従って同時カウント数が閾値（上記でいうｋ）を超えたかどうかをもとに利用者の承認・否認を行うことができる。
【００４４】
ｐを小さく、Ｎ、ｋを大きくすれば、式（２）の累積確率を、小さくすることができる。従ってシステム管理者は、システムの要求するセキュリティレベルに応じて、ｐ、Ｎ、ｋを柔軟に設定できる。
【００４５】
また量子力学の重ね合わせの原理により、光子対の発生時間は予測不可能であるから、時刻情報Ａ、Ｂは試行ごとにランダムに変化する。つまり、過去の時刻情報Ａ、Ｂから現在や未来の時刻情報Ａ、Ｂを予測することはできない。
【００４６】
（第１のセキュリティシステム）
図２を参照して、この発明のセキュリティシステムの第１の実施形態（以下、第１のセキュリティシステムと称する。）について説明する。図２は、第１のセキュリティシステムの模式図である。
【００４７】
第１のセキュリティシステムは、第１の識別認証システムを用いた入退場管理システムである。
【００４８】
第１のセキュリティシステムは、管理装置１とセキュリティゲート２を備えて構成される。セキュリティゲート２には、利用者が実際に通過する物理的な入退場ゲート４２が設けられている。退場時に、利用者が正規な利用者と判断されれば入退場ゲート４２が開き、不正者と判断されれば入退場ゲート４２は開かず、不正者はこの入退場ゲート４２を通過できない。正規な利用者か不正者かは管理装置１が判別する。
【００４９】
なお、ここでは、入退場ゲートが物理的なゲートである例を説明するが、ファイアウォールのような電子的に設けられた仮想的なゲートにも適用できる。
【００５０】
管理装置１は、光源部１２、第１の検出部２２、第１の記憶媒体２４、第１の読込部２６、判別部１４及びメッセージ発生部１６を備えて構成される。
【００５１】
セキュリティゲート２は、入退場ゲート４２に加えて、第２の検出部３２及び第２の読込部３６を備えて構成される。
【００５２】
管理装置１が備える、光源部１２、第１の検出部２２、第１の記憶媒体２４、第１の読込部２６及び判別部１４と、セキュリティゲート２が備える、第２の検出部３２及び第２の読込部３６と、利用者が保持する第２の記憶媒体３４とで、第１の識別認証システムが構成される。従って、重複する説明は省略することもある。
【００５３】
メッセージ発生部１６は、判別情報Ｃを含む認証情報Ｍ（Ｃ）を作成する。この認証情報Ｍ（Ｃ）は、入退場ゲート４２に送られる。
【００５４】
入退場ゲート４２は、送られた判別情報Ｃが承認した旨を含んでいれば、ゲートを開く。一方、判別情報Ｃが否認した旨を含んでいれば、ゲートを開かない。この場合、入退場ゲート４２を通過しようとする利用者が不正者であることを管理装置１に通知する。管理装置１は、任意好適な手段を用いて、管理者、警備員その他に通知する。
【００５５】
ここで、管理装置１は、管理者が厳重に管理する室内又は筐体内に設置され、不正者がアクセスできない。従って、管理装置１内での情報の傍受、書換などはできないように構成されている。従って、これらには不正者がアクセスできず、情報の傍受、書換、改ざんなどはできない。この構成を実現するには、例えば、光源部１２、第１の検出部２２の間の光路を単純な光学レンズ列で構成し、第１の検出部２２、第１の記憶媒体２４、第１の読込部２６、判別部１４、メッセージ発生部１６を一枚の基板上に搭載し、全体を電磁シールドされた筐体で囲って電波漏れ等が無いようにすればよい。
【００５６】
また、セキュリティゲート２については、入退場ゲート４２のゲート自体、並びに、第２の検出部３２及び第２の読込部３６と第２の記憶媒体３４との接続に係る部分を除いて、管理者が厳重に管理する室内又は筐体内に設置される。従って、これらには不正者がアクセスできず、情報の傍受、書換、改ざんなどはできない。この構成を実現するには、管理装置１と同様に、第２の検出部３２及び第２の読込部３６を一枚の基板上に搭載し、全体を電磁シールドされた筐体で囲って電波漏れ等が無いようにすればよい。
【００５７】
また、第２の読込部３６から管理装置１への通信路、及び、メッセージ発生部１６からセキュリティゲート２への通信路にて改ざんされないように、この間の通信はメッセージ認証を施した信号を用いて行う。
【００５８】
（第１の入退場管理方法）
図２を参照して、入退場管理方法の第１の実施形態（以下、第１の入退場管理方法と称する。）について説明する。第１の入退場管理方法は、第１のセキュリティシステムにおいて実施可能である。
【００５９】
セキュリティゲート２を利用する利用者は、予めＩＤカードなどの第２の記憶媒体３４を保有する。利用者は入退場ゲート４２を通って入場する際に、第２の検出部３２と、第２の記憶媒体３４を通信可能に接続する。これにより、第２の検出部３２における第２の検出情報Ｉ（Ｂ）が、第２の記憶媒体３４に記憶される。なお、第２の検出部３２と、第２の記憶媒体３４との接続は、任意好適な手段で行うことができる。第２の記憶媒体３４としてＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）を利用した非接触ＩＣカードシステムを利用することができる。この場合、第２の検出部３２は、ＲＦ信号の送受信システムを備えればよい。あるいは、任意好適なカードリーダ・ライタを備え、第２の記憶媒体３４に情報を記憶し、また、第２の記憶媒体３４に記憶されている情報を読み出す構成にすることができる。このとき、第１の検出情報Ｓ（Ａ）が、第１の記憶媒体２４に記憶される。
【００６０】
ここで、第１の検出情報Ｓ（Ａ）と第２の検出情報Ｉ（Ｂ）が、同じ期間に発生した相関光子対に基づくようにするために、第２の検出部３２と、第２の記憶媒体３４とが接続された旨の通知を管理装置１に送ることにより、管理装置１の光源部１２が一定期間光子対を生成する構成にすることができる。または、光源部１２が、定期的に光子対を生成し、第２の検出部３２が備えるＲＡＭ等に第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を記憶し、第２の検出部３２と、第２の記憶媒体３４とが接続されると、ＲＡＭから第２の記憶媒体３４に第２の検出情報Ｉ（Ｂ）が書き込まれる構成にしても良い。
【００６１】
利用者が入退場ゲート４２を通って退場する際は、第２の読込部３６と第２の記憶媒体３４を通信可能に接続する。これにより、第２の読込部３６は、第２の記憶媒体３４に記憶されている第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を読み出す。なお、第２の読込部３６と、第２の記憶媒体３４との接続は、第２の検出部３２と第２の記憶媒体３４との接続と同様に任意好適な手段で行うことができる。
【００６２】
第２の読込部３６は、第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を含む認証情報Ｍ（Ｉ）を、管理装置１に送る。管理装置１の判別部１４は、認証情報Ｍ（Ｉ）を受け取ると、それに応答して、第１の読込部２６に指示を送り、第１の読込部２６が第１の記憶媒体２４から読み出した第１の検出情報Ｓ（Ａ）を受け取る。判別部１４は、第１及び第２の検出情報Ｓ（Ａ）及びＩ（Ｂ）に含まれる、第１及び第２の時刻情報Ａ及びＢを照合し、同時検出回数を取得する。
【００６３】
同時検出回数が予め設定された閾値を超えていた場合、判別部１４は利用者を正規な利用者と判別し、承認した旨の情報を含む判別情報Ｃを作成する。一方、同時検出回数が閾値に満たない場合、判別部１４は利用者を不正者と判別し、否認した旨を含む判別情報Ｃを作成する。
【００６４】
次に、メッセージ発生部１６は、判別情報Ｃを含む、認証情報Ｍ(Ｃ)を作成する。
【００６５】
認証情報Ｍ（Ｃ）は入退場ゲート４２に送られる。入退場ゲート４２では受け取った認証情報Ｍ（Ｃ）が承認した旨の情報を含んでいれば、入退場ゲート４２を開く。
【００６６】
一方、認証情報Ｍ（Ｃ）が否認した旨の情報を含んでいれば、入退場ゲート４２を開かない。さらに、入退場ゲート４２を通過しようとする利用者が不正者であることを管理者、利用者、警備員その他に通知する。  
【００６７】
第１のセキュリティシステム及び第１の入退場管理方法では、入退場ゲート４２の入場時に毎回第１及び第２の検出情報Ｓ（Ａ）及びＩ（Ｂ）が更新される。このため、それ以前に持っている第２の検出情報Ｉ（Ｂ）をこれ以降の入退場ゲート４２の退場に利用することはできない。このため、第１のセキュリティシステム及び第１の入退場管理方法によれば、正規の利用者の退場のみが許可され、不正な利用者の存在を探知できる。
【００６８】
以上のような状況下で、不正者がこのセキュリティゲートを退場するために行う攻撃としては下記のものが考えられる。
【００６９】
まずは利用者が管理する第２の記憶媒体３４を盗んで、その内容をコピーし偽造する方法である。
【００７０】
この方法では、正規の利用者がゲートを退場しようとする前までは、不正者が正規の利用者としてセキィリティゲートを退場することが可能である。
【００７１】
このような場合、例えば、管理装置１に設けられる第１の記憶媒体２４と正規な利用者が保有する第２の記憶媒体３４が過去（例えば前回の）の第１の検出情報Ｓ（Ａ）と第２の検出情報Ｉ（Ｂ）をそれぞれ記憶して、それらも照合するダブルチェックを行えばよい。このように構成すると、不正者が利用し正規の利用者が知らない過去の第１及び第２の検出情報Ｓ（Ａ）及びＩ（Ｂ）が含まれるため、少なくとも正規の利用者とゲート管理者は過去に不正な退場が行われたことを検出できる。そこでＩＤカードの無効化などの対策を行うことで、次回以降の攻撃を防ぐことができる。
【００７２】
次に不正者が行う攻撃は、不正者がアクセスできる通信路や光路を狙った盗聴である。
【００７３】
第２の読込部３６と管理装置１の間の通信路を狙った盗聴では、正規の利用者が、ゲートを退場するときに利用した認証情報Ｍ（Ｉ）を得ることができる。これによって盗聴者は有効な同時検出回数が得られる第２の時刻情報Ｂを知ることはできる。しかし、正規な利用者が今現在ゲートを退場する時に第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を知ることができても、不正者に利することは少ない。例えば、過去（例えば前回の）の第１の検出情報Ｓ（Ａ）と第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を用いたダブルチェックを行えば、同じ第２の時刻情報Ｂで２度の退場要求があったことが知れるからである。
【００７４】
次に管理装置１と入退場ゲート４２の間の通信路を狙った盗聴では、ゲートを通過するための認証情報Ｍ（Ｃ）を得ることができる。これによって盗聴者はゲートを開けるための判別情報Ｃを得ることができる。この判別情報Ｃにより入退場ゲートを開けられる不正者は実質的にいかなるゲートも開けることができる権限を持っていることになる。そのような強い権限を持った不正者にとってはもはや盗聴行為自体が無意味であり、そのような攻撃を考えるのは実際上、あまり意味がない。
【００７５】
次に不正者が行う攻撃は、管理装置１と第２の検出部３２の間の光路を狙った盗聴になる。すなわち、正規な利用者がゲートを入場する際に受け取る第２の時刻情報Ｂを盗む攻撃である。
【００７６】
このような攻撃として一般的にワイヤタップ攻撃と呼ばれる中間者攻撃が知られている。図３を参照して、ワイヤタップ攻撃について説明する。図３は、ワイヤタップ攻撃を説明するための模式図である。
【００７７】
図３に示すように、盗聴者が光カプラなどの光分岐回路１０１を利用して光路を通過するアイドラー光の全部もしくは一部を受光してしまう攻撃である。
【００７８】
ここで、光路を通過する光は単一光子レベルのアイドラー光子である。光子はそれ以上に分割できないため、光分岐回路１０１に入力されたアイドラー光子は、光分岐回路１０１の一方の出力端を出力しセキュリティゲート２側に設けられた第２の検出部３２で受光されるか、他方の出力端を通過し不正者が設けた単一光子検出器１０２で受光されるかのどちらか一方でしかない。
【００７９】
結果として、このケースは、光分岐回路１０１の有する分岐比で決まる損失を、正規な利用者と不正者の両者に与えていることと等価である。損失があれば同時検出回数が減少するため、承認情報を与える閾値ｋを高めに設定しておけば、この場合、正規な利用者、不正者のいずれか一方が必ず否認される。従って不正者のゲート解放を防ぐか、あるいは不正者の不正利用を探知できる。
【００８０】
もっと単純には、ワイヤタップ攻撃などによる損失があれば受け取る第２の時刻情報Ｂの総量、すなわち、第２の時刻情報Ｂの｛ｔｉ１、ｔｉ２、…｝の要素数が減る。このため、同時検出回数をテストすることなしに、第２の時刻情報Ｂの要素数の減少により不正者の攻撃を探知できる。
【００８１】
一方不正者が、損失を穴埋めするために別の光源を用意して、それからの光子を正規な利用者に送ることはできる。増やせる光子数の上限は、システムの構成要件で決まる、第２の検出部３２での単位時間内の検出回数までである。光子数がそれ以上になると、正規の利用者にやはり不正を探知されてしまう。しかし、不正者が上限未満の光子数を発生させて穴埋めしたとしても、不正者が発生させた光子は、第１の検出部２２が取得する第１の時刻情報Ａと何ら時間相関がない。従って、不正者が発生させた光子により増やせる同時検出回数は、上式（１）で与えられる２項分布の期待値程度であり、閾値を超えるほどには増やせない。
【００８２】
以上のように、第１のセキュリティシステムでは、正規な利用者がゲートの入場時に受け取る第２の時刻情報Ｂがこのゲートを退場するための秘密のパスワードとなる。この情報はゲートの入場時に毎回更新され、かつ相関光子対の量子力学的性質により前後に受け取る時刻情報Ｂとの相関がない。このため、一度、第２の時刻情報Ｂを知られたとしても以後の時刻情報をそれらから類推することができない。また何らかの数理アルゴリズムを用いているわけではないため、アルゴリズムから類推することもできない。また人為的に発生する必要がないため、正規の利用者の負担も小さい。また入退場ゲートを不正に通過しようとすれば、ゲート管理者や利用者がそれを探知でき、無効化などの処置も迅速に行うことができる。
【００８３】
なお、管理装置１と利用者がそれぞれ持つ第１及び第２の時刻情報Ａ及びＢの要素は必ずしもすべて一致しない。例えば、単一光子検出器の検出効率が１００％より小さかったり、あるいは光路に伝搬損失があったりすれば、ゲート管理者がシグナル光を検出した時間であっても、利用者はアイドラー光を検出しないことや、その逆もありうる。
【００８４】
このような場合でも本システムは良好に動作する。なぜなら、今例えば第１の検出部２２が検出するシグナル光の減衰率をαsig、第２の検出部３２が受け取るアイドラー光の減衰率をαidとすれば（ともに単一光子検出器の検出効率含む）、１パルスあたり同時カウントが得られる確率Ｒｃｃは、以下の式（３）で与えられる。
【００８５】
Ｒｃｃ＝ｐαｓｉｇαｉｄ      （３）
これに対し、不正者が偶発的に得られる同時カウントが得られる確率Ｒａｃｃは、１パルス当たり、以下の式（４）で与えられる。
【００８６】
Ｒａｃｃ＝（ｐαｓｉｇ＋ｄｓｉｇ）（ｐαｉｄ＋ｄｉｄ）  （４）
ここで、ｄｘ（ｘ＝ｓｉｇ，ｉｄ）は、第１の検出部２２及び第２の検出部３２を構成する単一光子検出器の暗電流検出率である。つまり、正規な利用者と不正者が得られる同時カウント数の比はおおよそ１／ｐであり、これは、先に述べた損失等を考えない場合の理想的な系の結果と同じである。つまり、単一光子検出器の検出効率が１００％より小さかったり、あるいは光路に伝搬損失があったりした場合にも、適当な同時カウント数を閾値に設定することで、第１のセキュリティシステムの効果を得ることができる。
【００８７】
（第２の入退場管理方法）
第１の入退場管理方法において、光路へのワイヤタップ攻撃を受けた場合の問題点は、正規な利用者が不正者の不正を探知できるのは、正規な利用者がゲートを退場するときであるということである。つまり、不正者が退場しても、正規な利用者が退場するまでは、不正に気づかない。
【００８８】
そこで、第２の入退場管理方法では、利用者が入場時に、アイドラー光を受け取って得た第２の時刻情報Ｂの一部（例えば半分）の一部情報Ｄ（例えば、Ｄ=｛ｔｉ１、ｔｉ３、…｝）を管理装置１に送り、管理装置１の第１の時刻情報Ａと照合し同時検出回数を検証する。
【００８９】
この時、上記のワイヤタップ攻撃が実行されていないならば、一部情報Ｄに相当する分（この場合、半分）の同時検出回数が得られるはずである。このため、ワイヤタップ攻撃が行われていれば同時検出回数が減少するため検知できる。不正が検出されれば、新たに相関光子対を送って第１及び第２の時刻情報Ａ及びＢの取得をやり直す。あるいはワイヤタップ攻撃が行われている場所を探し、除去するなどの対策をとることができる。
【００９０】
なお、一部情報Ｄとは重複しない残りの時刻情報である残部情報Ｅ（例えば、Ｅ＝｛ｔｉ２、ｔｉ４、…｝）は、一部情報Ｄとは相関がない。このため、残部情報Ｅを利用者が持つ正規の時刻情報としてゲートを退場するのに利用できる。
【００９１】
（第３の入退場管理方法）
第１の入退場管理方法は、正規の利用者の退場を許可し、不正な利用者の退場を探知し防ぐ。また、第２の入退場管理方法は、光路へのワイヤタップ攻撃の発見を容易にする。一方、第３の入退場管理方法は、正規の利用者の入退場を許可し、不正な利用者の入退場を探知し防ぐ。第３の入退場管理方法は、第１のセキュリティシステムを用いて実施可能である。
【００９２】
ゲート管理者とセキュリティゲートを利用する利用者は、「正規の」第１及び第２の時刻情報Ａ０及びＢ０を予め第１及び第２の記憶媒体２４及び３４に有しているものとする。このような仕組みは、第１のセキュリティシステムの入場時のプロセスとして述べた、相関光子対を受光して時刻情報を得るプロセスを、例えばＩＤカード発行時などに実行しておけばよい。
【００９３】
正規の第２の時刻情報Ｂ０を有する利用者がゲートを通って入場する際は、第２の読込部３６と第２の記憶媒体３４であるＩＤカードを通信可能に接続する。これにより、第２の読込部３６は、第２の記憶媒体３４に記憶されている第２の時刻情報Ｂ０を読み出す。第２の読込部３６は、第２の時刻情報Ｂ０を含む認証情報Ｍ（Ｉ）を生成する。
【００９４】
認証情報Ｍ（Ｉ）は、管理装置１内にある判別部１４に送られる。判別部１４は、認証情報Ｍ（Ｉ）を受け取ると、それに応答して、第１の読込部２６に指示を送り、第１の読込部２６が第１の記憶媒体２４から読み出した第１の時刻情報Ａ０を受け取る。判別部１４は、第１及び第２の時刻情報Ａ０及びＢ０を照合し、同時検出回数を取得する。
【００９５】
同時検出回数が一定の閾値を超えていた場合、判別部１４は利用者を正規な利用者と判別し、承認した旨の情報を含む判別情報Ｃを作成する。一方、同時検出回数が一定の値に満たない場合、判別部１４は利用者を不正者と判別し、否認した旨を含む判別情報Ｃを作成する。
【００９６】
次に、管理装置１に含まれるメッセージ発生部１６は、判別情報Ｃを含む、認証情報Ｍ(Ｃ)を作成する。
【００９７】
認証情報Ｍ（Ｃ）は入退場ゲート４２に送られる。入退場ゲート４２では送られた判別情報Ｃが承認した旨を含んでいれば、入退場ゲート４２を開く。一方、判別情報Ｃが否認した旨を含んでいれば、入退場ゲート４２を開かない。さらに、入退場ゲート４２を通過しようとする利用者が不正者であることを管理者、利用者、警備員その他に通知する。  
【００９８】
第３の入退場管理方法では、管理装置１は、判別情報Ｃが承認情報である場合には、認証情報Ｍ（Ｃ）を送る際に、次の相関光子対を発生させる。これらの光子がそれぞれ第１及び第２の検出部２２及び３２で検出され、そして、この時送られた相関光子対を検出した結果の第１及び第２の時刻情報Ａ１及びＢ１が、新たに第１及び第２の記憶媒体２４及び３４に記憶される。
【００９９】
そして、この新たに記憶された第１及び第２の時刻情報Ａ１及びＢ１を用いて、入場時と同様のプロセスを実行することで、次に利用者がこのゲートを退場する時の認証を行うことができる。また、退場する時に再度、相関光子対を発生し受光検出することで受け取る新たな第１及び第２の時刻情報Ａ２及びＢ２は、次に利用者がこのゲートを再入場する時に用いることができる。
【０１００】
第３の入退場管理方法では、入退場ゲート４２の入場時及び退場時に毎回時刻情報Ａ、Ｂが更新される。このため、それ以前に持っている第２の時刻情報Ｂをこれ以降の入退場ゲート４２の入退場に利用することはできない。このため、第３の入退場管理方法によれば、正規の利用者の入退場のみが許可され、不正な利用者による入退場を探知できる。  
【０１０１】
（第２のセキュリティシステム）
図４を参照して、この発明のセキュリティシステムの第２の実施形態（以下、第２のセキュリティシステムと称する。）について説明する。図４は、第２のセキュリティシステムの模式図である。
【０１０２】
第２のセキュリティシステムは、セキュリティゲートがｍ個（ｍは２以上の整数）設けられている点が、第１のセキュリティシステムと異なっている。
【０１０３】
各セキュリティゲートの構成は、第１のセキュリティシステムと同様なので、説明を省略する。
【０１０４】
第２のセキュリティシステムでは、管理装置１は、１入力ｍ出力の光分配部１８を備えている。光分配部１８は、アイドラー光子を受け入れて空間的にｍ分岐して出力する。光分配部１８の第ｎ（ｎは１以上ｍ以下の整数）の出力端から出力されたアイドラー光子は、第ｎのセキュリティゲートに送られる。ここで、光子は分割できないため、光分配部１８に入力されたアイドラー光子は、第１〜ｍの出力端のいずれかにのみ出力される。
【０１０５】
光分配部１８としては、具体的には例えば１×ｍ型の光スイッチを利用することができる。つまり入退場の要求があったゲートｎに向けてのみアイドラー光子が出力されるように、光スイッチによって経路を切り替える。
【０１０６】
一方、この方式では、複数のゲートから入退場の要求がある場合には対応できない。これに対応する一つの方法は、光分配部１８として１×ｍ型の光カプラを利用する方法である。この場合、アイドラー光子は各ゲートに向けて等確率に配布される。このため、同時検出回数は原理的に１／ｍに減少するが、これを加味して承認・否認の閾値値や平均光子対数などを設計することは容易である。
【０１０７】
また、光分配部１８としてＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）光回路を使うこともできる。すなわち相関光子対光源が広いスペクトル帯域を有している場合、ＡＷＧ光回路を用いてスペクトル分割をする。そして、各ゲートに各スペクトル分割された成分光を送信する。この場合、原理的には同時検出回数の減少がなく、システムをより容易に設計できる。
【０１０８】
なお、複数のゲートの識別は、ゲートの識別情報Ｇを用いて行うことができる。第２の読込部３６は、第２の検出情報Ｉと併せて、当該第２の読込部３６が設けられているゲートの識別情報Ｇを含む認証情報Ｍ（Ｇ，Ｉ）を生成し、管理装置１に送る。管理装置１は、認証情報として、ゲートの識別情報Ｇと判別情報Ｃを含む認証情報Ｍ（Ｇ，Ｃ）を生成し、セキュリティゲートに送る。識別情報Ｇに対応する入退場ゲートは、判別情報Ｃが承認した旨を含んでいれば、当該入退場ゲートを開き、否認した旨を含んでいれば、識別情報Ｇに対応する入退場ゲートを開かない。さらに、入退場ゲートを通過しようとする利用者が不正者であることを管理者、利用者、警備員その他に通知する。
【０１０９】
この第２のセキュリティシステムによれば、第１のセキュリティシステムと同様の効果に加えて、複数のゲートの入退場管理を実行することができる。
【０１１０】
（セキュリティシステムの変形例）
第１及び第２のセキュリティシステムでは、セキュリティゲートが備える入退場ゲートは、入場及び退場の両者に用いられる。しかし、入退場に利用するセキュリティゲートを分けて配置しても良い。入場時に入場ゲートに設けられている第２の検出部から第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を受けとり、退場時にそれとは異なる場所にある退場ゲートを通過する際に、記憶してあった第２の検出情報Ｉ（Ｂ）を送るといった管理も可能である。  
【０１１１】
なお、第２及び第３の入退場管理方法を実行するためには、入場ゲート及び退場ゲートのそれぞれに、検出部と読込部を設けるのが良い。
【０１１２】
（第３のセキュリティシステム）
図５を参照して、この発明のセキュリティシステムの第３の実施形態（以下、第３のセキュリティシステムと称する。）について説明する。図５は、検出部の模式図である。
【０１１３】
第３のセキュリティシステムは、光源部１２として、量子もつれ光源を利用する点、及び、第１及び第２の検出部２２及び３２が、複数の単一光子検出器を含んで構成される点が、第１のセキュリティシステムと異なっている。他の構成については、第１のセキュリティシステムと同様に構成できるので、重複する説明を省略することもある。
【０１１４】
第３のセキュリティシステムでは、量子もつれ光源として、任意好適な従来公知の偏波量子もつれ光子対発生装置を用いる。偏波量子もつれ光子対発生装置については、例えば、特開２０１３−２０５７１１号に開示されている構成を利用することができる。
【０１１５】
ここで、偏波量子もつれ光子対とは、個々の光子の偏波は決定されていないが偏波の測定結果の関係性（互いに平行、互いに直交等の関係性）は定まっている光子対をいう。すなわち、偏波量子もつれ光子対は、光子対に対して複数存在する偏波の組み合わせが重ね合わさった状態にあり、光子対間に偏波相関がある相関光子対である。以下、偏波量子もつれ光子対を偏光コーディングされた量子もつれ光子対ともいう。
【０１１６】
偏波量子もつれ光子対発生装置は、例えば、縦（Ｖ）偏光、横（Ｈ）偏光、右斜め４５度偏光及び左斜め４５度偏光のいずれかの偏光状態の光子対をランダムに選んで生成する。生成された光子対は、２つの検出部に送信される。縦偏光又は横偏光を選んで送信した場合をＨ／Ｖ送信基底と称し、右斜め４５度偏光又は左斜め４５度偏光を選んで送信した場合をＤｉａｇｏｎａｌ送信基底と称する。
【０１１７】
検出部では、到来した光子をＨ／Ｖ観測基底及びＤｉａｇｏｎａｌ観測基底のいずれの観測基底で測定するかをランダムに選択する。そして、検出部において、観測基底の選択に応じた単一光子検出器で光子を受光し、光子の偏光測定を行う。Ｈ／Ｖ観測基底が選択された場合には、光子が縦偏光及び横偏光のいずれであるかを測定する。また、Ｄｉａｇｏｎａｌ観測基底が選択された場合には、光子が右斜め４５度偏光及び左斜め４５度偏光のいずれであるかを測定する。
【０１１８】
ここで、Ｈ／Ｖ送信基底とＤｉａｇｏｎａｌ送信基底とは非直交である。そのため、縦偏光又は横偏光の光子をＨ／Ｖ観測基底で測定すれば、縦偏光及び横偏光のいずれであるかについて、確定的な測定結果が得られる。しかし、Ｄｉａｇｏｎａｌ観測基底で測定すれば、縦偏光及び横偏光のいずれであるかについて、それぞれ５０％の確率でしか知ることができず、確定的な結果は得られない。
【０１１９】
例えば、送信者がＨ／Ｖ送信基底で光子を送り、受信者がＨ／Ｖ観測基底を選んで測定すれば、受信者は送信者が送信した光子の偏光状態を確定的に知ることができる。このとき、例えば、縦偏光状態を「１」、横偏光状態を「０」とすれば、送受信者はランダムなビット列を共有できる。
【０１２０】
一方、送信者がＨ／Ｖ送信基底で光子を送り、受信者がＤｉａｇｏｎａｌ観測基底を選んで測定すれば、受信者は送信者が送信した光子の偏光状態を確率的にしか知ることができない。このとき、送受信者はランダムなビット列を共有できない。
【０１２１】
この仕組みを使って、送受信者は必要なビット数の測定結果を得た後で、互いに選んだ基底を教えあい、基底が一致した場合のビット値のみを使用することで、送受信者は、同じランダムなビット列を共有できる。この量子鍵配送によって共有されるビット列を暗号鍵として利用することで、安全な暗号通信を行うことができる。
【０１２２】
第１及び第２の検出部は、量子鍵配送などで利用される受信器と同様の構成とすることができる。第１及び第２の検出部は、同様に構成できるので、ここでは、第１の検出部２２について説明し、第２の検出部３２の詳細についての説明を省略する。
【０１２３】
この構成例では第１の検出部２２ａは、ハーフミラー（半透鏡）５０１、波長板５０２、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ５０３及び５０４、第１〜第４の単一光子検出器５０５〜５０８、信号処理部５０９から構成される。
【０１２４】
第１の検出部２２ａに到着したシグナル光子はハーフミラー５０１の第１入力端５０１−１に入力され、第２出力端５０１−２あるいは第３出力端５０１−３のいずれかから出力される。到来する光子は基本的に一個なので、この光子は二つの出力端５０１−２、５０１−３のどちらかにしか出力されない。そしてどちらの出力端に出力されたかが、量子鍵配送技術でいうところの観測基底の選択に相当する。
【０１２５】
その後光子は、ハーフミラー５０１の第２出力端５０１−２から出力された場合には、第１の偏光ビームスプリッタ５０３の第１入力端５０３−１に入力され、その偏光状態に応じて第２出力端５０３−２又は第３出力端５０３−３に出力され、最終的に第１の単一光子検出器５０５又は第２の単一光子検出器５０６で受光される。
【０１２６】
また光子がハーフミラー５０１の第３出力端５０１−３から出力された場合には、１／２波長板又は１／４波長板で構成される波長板５０２を経過後、第２の偏光ビームスプリッタ５０４の第１入力端５０４−１に入力され、その偏光状態に応じて第２出力端５０４−２又は第３出力端５０４−３に出力され、最終的に第３の単一光子検出器５０７又は第４の単一光子検出器５０８で受光される。
【０１２７】
結果として光子は４つの単一光子検出器５０５〜５０８のいずれかで検出される。量子鍵配送の仕組みにおいては、例えば第１又は第３の単一光子検出器５０５又は５０７で光子が検出された時にはビット「１」を割り当て、第２又は第４の単一光子検出器５０６又は５０８で光子が検出された時にはビット「０」を割り当てることでランダムなビット列を生成する。また、第１又は第２の単一光子検出器５０５又は５０６で光子が検出された時には第１の観測基底が選択されたものとし、一方、第３又は第４の単一光子検出器５０７、５０８で光子が検出された時には第２の観測基底が選択されたものしている。
【０１２８】
信号処理部５０９は、何番目の単一光子検出器が光子を検出したかを判別する。いずれかの単一光子検出器が検出した時間を第１の時刻情報Ａ＝｛ｔｓ１、ｔｓ２、…｝とする。また検出した単一光子検出器の番号の情報を第１の量子情報Ｆ＝｛ｎｓ１、ｎｓ２、…｝とする。そして第１の時刻情報Ａと第１の量子情報Ｆを第１の検出情報Ｓ（Ａ，Ｆ）として第１の記憶媒体２４に記憶させる。第１の量子情報Ｆは４個の単一光子検出器の番号であるので、２ビットの信号として扱うことができる。
【０１２９】
同様に、第２の検出部は、いずれかの単一光子検出器が検出した時間を第２の時刻情報Ｂ＝｛ｔｉ１、ｔｉ２、…｝とする。また検出した単一光子検出器の番号の情報を第２の量子情報Ｈ＝｛ｎｉ１、ｎｉ２、…｝とする。そして第２の時刻情報Ｂと第２の量子情報Ｈを第２の検出情報Ｉ（Ｂ，Ｈ）として第２の記憶媒体３４に記憶させる。
【０１３０】
（第３のセキュリティシステムの他の構成例）
図６を参照して、第３のセキュリティシステムの他の構成例について説明する。図６は、検出部の他の構成例を説明するための模式図である。
【０１３１】
第３のセキュリティシステムの他の構成例では、量子もつれ光源として、任意好適な従来公知の位相コーディング方式の量子もつれ光子対発生装置を用いる。
【０１３２】
ここで、位相コーディング方式では、２連の単一光子パルス間の相対位相シフト値に情報がエンコードされる。
【０１３３】
位相コーディング方式の場合の第１の検出部２２ｂは、第１〜第５のハーフミラー６０１、６０２、６０４、６０５及び６１１、光位相回路６０３及び６０６、第１〜第４の単一光子検出器６０７〜６１０、信号処理部６１２から構成される。
【０１３４】
そしてハーフミラー６０１及び６０２、光位相回路６０３とで第１のマッハツェンダ干渉計７０２が構成される。本発明では、第１のハーフミラー６０１の第２出力端６０１−２と第２のハーフミラー６０２の第２出力端６０２−２を適当な遅延時間差を与えて接続した光路と、第１のハーフミラー６０１の第３出力端６０１−３と第２のハーフミラー６０２の第３出力端６０２−３を適当な遅延時間差を与えて接続した光路とで、第１のマッハツェンダ干渉計７０２の２本のアームを構成する。このマッハツェンダ干渉計７０２は２本のアームの長さが不均等であり、一方のアームが他方に対して遅延時間τ（＞０）を有するように設計されている。また両者の光位相差は０となるように、どちらか一方のアームに配置された光位相回路６０３にて調整されている。
【０１３５】
第１のマッハツェンダ干渉計７０２への入力ポートは第１のハーフミラー６０１の第１入力端６０１−１であり、２つの出力ポートは第２のハーフミラー６０２の第１、第４出力端６０２−１、６０２−４とする。
【０１３６】
一方、第３及び第４のハーフミラー６０４及び６０５と、光位相回路６０６とで第２のマッハツェンダ干渉計７０３が構成される。本発明では、第３のハーフミラー６０４の第２出力端６０４−２と第４のハーフミラー６０５の第２出力端６０５−２を適当な遅延時間差を与えて接続した光路と、第３のハーフミラー６０４の第３出力端６０４−３と第４のハーフミラー６０５の第３出力端６０５−３を適当な遅延時間差を与えて接続した光路とで、第２のマッハツェンダ干渉計７０３の２本のアームを構成する。このマッハツェンダ干渉計７０３は２本のアームの長さが不均等であり、一方のアームが他方に対して遅延時間τ（＞０）を有するように設計されている。また両者の光位相差はπ／２となるように、どちらか一方のアームに配置された光位相回路６０６にて調整されている。
【０１３７】
第２のマッハツェンダ干渉計７０３への入力ポートは第３のハーフミラー６０４の第１入力端６０４−１であり、２つの出力ポートは第４のハーフミラー６０５の第１及び第４出力端６０５−１及び６０５−４とする。
【０１３８】
光路を到来するシグナル光子は第５のハーフミラー６１１の第１入力端６１１−１に入力され、第２出力端６１１−２又は第３出力端６１１−３から出力される。到来する光子は基本的に一個なので、この光子は二つの出力端６１１−２及び３のどちらかにしか出力されない。そして偏光コーディングの場合と同様、どちらの出力端に出力されたかが、量子鍵配送技術でいうところの観測基底の選択に相当する。
【０１３９】
その後光子は、第５のハーフミラー６１１の第２出力端６１１−２から出力された場合には、第１のマッハツェンダ干渉計７０２の入力端６０１−１に入力され、出力端６０２−１又４のいずれかに出力され、最終的に第１の単一光子検出器６０７又は第２の単一光子検出器６０８のいずれかで受光される。
【０１４０】
また光子が第５のハーフミラー６１１の第３出力端６１１−３から出力された場合には、第２のマッハツェンダ干渉計７０３の入力端６０４−１に入力され、出力端６０５−１又は４のいずれかに出力され、最終的に第３の単一光子検出器６０９又は第４の単一光子検出器６１０のいずれかで受光される。
【０１４１】
結果として光子は４つの単一光子検出器６０７〜６１０のいずれかで検出される。そして偏光コーディングの場合と同様、第１及び第３の単一光子検出器６０７及び６０９のいずれかで光子が検出された時にはビット「１」を割り当て、第２及び第４の単一光子検出器６０８及び６１０のいずれかで光子が検出された時にはビット「０」を割り当てることでランダムなビット列を生成し、また、第１及び第２の単一光子検出器６０７及び６０８のいずれかで光子が検出された時には第１の観測基底が選択されたものとし、一方、第３及び第４の単一光子検出器６０９及び６１０のいずれかで光子が検出された時には第２の観測基底が選択されたものとする。そして、偏光コーディングの場合と同様に、信号処理部６１２が、いつ、何番目の単一光子検出器が光子を検出したかを判別する。偏光コーディングの場合と同様に、検出した時刻を第１の時刻情報Ａとして、また検出した単一光子検出器の番号の情報を第１の量子情報Ｆとする。そして時刻情報Ａと量子情報Ｆを通信路に送り、第１の検出情報Ｓ（Ａ、Ｆ）として第１の記憶媒体２４で記憶する。この場合も同様に、量子情報Ｆは４個の単一光子検出器の番号であるから、２ビットの信号として扱うことができる。
【０１４２】
同様に、第２の検出部は、いずれかの単一光子検出器が検出した時間を第２の時刻情報Ｂとする。また検出した単一光子検出器の番号の情報を第２の量子情報Ｈとする。そして第２の時刻情報Ｂと第２の量子情報Ｈを第２の検出情報Ｉ（Ｂ，Ｈ）として第２の記憶媒体３４に記憶させる。
【０１４３】
以下では、光子が偏光コーディング方式において第１又は第２の単一光子検出器５０５、５０６のいずれかで検出されたとき、若しくは、位相コーディング方式において６０７、６０８のいずれかで検出されたとき、観測基底（Ｉ）が選択された状態であると呼ぶ。
【０１４４】
一方、光子が偏光コーディング方式において第３又は第４の単一光子検出器５０７、５０８の何れかで検出されたとき、若しくは、位相コーディング方式において６０９、６１０のいずれかで検出されたとき、観測基底（ＩＩ）が選択された状態であると呼ぶ。これは量子鍵配送システムにおける観測基底の選択に相当する。
【０１４５】
量子鍵配送の議論で知られるように、観測基底（Ｉ）、（ＩＩ）は非直交な状態にある。また第３のセキュリティシステムにおいては、第２の時刻情報Ｂの一部（例えば半分）である一部時刻情報Ｄと、それに対応する一部量子情報Ｊを含む認証情報Ｍ（Ｄ，Ｊ）を作成し、管理装置１に送る。
【０１４６】
認証情報Ｍ（Ｄ，Ｊ）を受け取ったゲート管理者は、認証情報Ｍ（Ｄ，Ｊ）とゲート管理者が保有する第１の検出情報Ｓ（Ａ，Ｆ）とを判別部１４にて照合する。この時、判別部１４では、上述の第１及び第２のセキュリティシステムと同様に、同時検出回数を検出する。さらに、第３のセキュリティシステムでは、本来、対とはならない単一光子検出器で同時検出が得られた数も検出する。そしてこれらの情報から誤り率を算出する。
【０１４７】
そして誤り率が閾値以下である時、このプロセスでゲート管理者および利用者が得た第１及び第２の時刻情報Ａ及びＢを正規の情報とみなす。
【０１４８】
そして、一部時刻情報Ｄと重複しない残りの時刻情報である残部時刻情報Ｅと、一部量子情報と重複しない残りの量子情報である残部量子情報Ｋを含む認証情報Ｍ（Ｅ，Ｋ）を受け取ったとき、判別部１４は、上述の第１〜第３のセキュリティシステムのように、時刻情報Ａとの間で同時検出回数を計算し、認証情報Ｍ（Ｃ）を承認情報とするか、否認情報とするかを決定する。
【０１４９】
（第３のセキュリティシステムの動作）
第１及び第２のセキュリティシステムは、ゲート管理者などのシステム運用者が有する技術的レベルと、不正者が有する技術的レベルが同等である時に有効に作用する。一方、不正者が有する技術的レベルが、システム運用者が有する技術的レベルよりもはるかに高いと仮定すると、下記のような攻撃が可能となる。  
【０１５０】
第１及び第２のセキュリティシステムにおいて、不正者が不正を探知されないようにするためには、不正者が盗んだ時刻情報Ｂｅ２と、正規の利用者が同時に得た第２の時刻情報Ｂの両方が、ゲート管理者の持つ第１の時刻情報Ａとの間にシステムで想定される数の同時検出回数を得ることができるようにすればよい。そのために、図２に示す第１のセキュリティシステムを例にとると、不正者は管理装置１と第２の検出部３２の間の光路上に単一光子検出器を設けて、本来セキュリティゲート２側に向かうアイドラー光子をすべていったん受光してしまう。そして光子を検出した時間には不正者は光子を送信し、検出しない時間には光子を送信しないという攻撃が考えられる。  
【０１５１】
このような攻撃が有効に働くのは、不正者が１００％の検出効率を有する単一光子検出器を有し、かつ、不正者が望むときには必ず単一光子を発生するオンデマンド型の光子発生器を有している場合のみである。
【０１５２】
これは例えば不正者が有する単一光子検出器の検出効率が５０％であれば、正規の利用者とゲート管理者１との間の同時検出回数が５０％に低下するため、ここで不正検出が可能となるためである。
【０１５３】
あるいは、不正者が望むときに必ず単一光子を発生できなければ、正規の利用者とゲート管理者との間の同時検出回数や正規の利用者が単一光子検出器で光子を検出する検出回数を変化させてしまう。
【０１５４】
例えば不正者が光源としてレーザ光源しか持たない場合を考える。レーザの光子数分布はポアソン分布になることが知られ、例えば平均光子数を１と設定した場合、おおよそ３７％の割合で光子を発生しない。すなわち本発明で言えば、平均光子数１のレーザ光を光源に用いると、同時検出回数は約６３％まで低下する。
【０１５５】
一方平均光子数を約３まで増加すると、およそ９５％の確率で１個以上の光子を発生するために、同時検出回数を低減させないことは可能である。一方、この場合、光子を複数個発生する確率が高くなるために、単一光子検出器で検出する検出回数が増えてしまい、正規な利用者に攻撃を見破られてしまう。
【０１５６】
すなわち、不正者は１００％の検出効率を有する単一光子検出器を有し、かつ、不正者が望むときには必ず単一光子を発生するオンデマンド型の光子発生器を有している場合でなければ、本システムへの有効な攻撃は難しい。
【０１５７】
第３のセキュリティシステムは、不正者は１００％の検出効率を有する単一光子検出器を有し、かつ、不正者が望むときには必ず単一光子を発生するオンデマンド型の光子発生器を有している場合において、不正者の攻撃を知ることができる。このため、第３のセキュリティシステムでは、量子鍵配送において用いられている、誤り検出による盗聴攻撃の発見のプロセスを導入する。
【０１５８】
すなわち、第３のセキュリティシステムにおいては、ゲート管理者、利用者の両方は、第１及び第２の時刻情報Ａ及びＢとともに、それぞれの時刻情報を得た時に、第１及び第２の検出部２２及び３２内に含まれる単一光子検出器のうち、どの番号の単一光子検出器が信号を検出したかの情報（量子情報）Ｆ及びＨも記憶しておく。
【０１５９】
光路への不正者の攻撃を検出することを目的に、利用者が入場時に、アイドラー光子を受け取って得た時刻情報Ｂの一部である一部時刻情報Ｄと、それに対応する一部量子情報Ｊを含む認証情報Ｍ（Ｄ、Ｊ）を管理装置１に送り、管理装置の第１の時刻情報Ａと第１の量子情報Ｆと照合するプロセスを導入する。
【０１６０】
攻撃者のいない理想的な場合を考える。いま、ゲート管理者が情報（Ａ，Ｆ）と情報（Ｄ，Ｊ）を照合し、同時検出して観測規定が一致する場合、互いの量子情報Ｆ、Ｊは１００％の相関関係を有する。すなわち、第１の量子情報Ｆの単一光子検出器番号が５０５であれば、第２の量子情報Ｊの単一光子検出器番号は必ず５０５になる。これは量子もつれ光の性質によるものである。
【０１６１】
攻撃者がいると、この１００％の相関関係が崩れる。すなわち、第１の量子情報Ｆの単一光子検出器番号が５０５であるのに、第２の量子情報Ｊの単一光子検出器番号が５０６になる場合が生じる。これが量子鍵配送システムで検出される誤りになる。そして、検出時間が同じで観測基底が一致するすべての同時検出のうち、量子情報が合致しない割合として、誤り率が定義される。
【０１６２】
この誤り率は、攻撃者が盗んだ情報量の最大値を与え、それゆえその情報量を無効化するように秘匿増幅を行うのが現実的な量子鍵配送システムで行われているプロトコルである。
【０１６３】
本発明でも同様に、誤り率を計算することによって攻撃者が行った攻撃の度合いを推定する。今仮に、すべてのアイドラー光子に攻撃者が攻撃したとした場合、ゲート管理者が情報（Ａ，Ｆ）と情報（Ｄ，Ｊ）を照合し、検出時間が同じで観測基底が一致する情報について誤り率を調べた場合、攻撃者と正規の利用者の観測基底が不一致な確率が５０％、結果が一致しない確率が５０％なため、誤り率は１／２×１／２＝１／４（＝２５％）となる。
【０１６４】
この場合、例えばゲート管理者が誤り率として１０％以下までしか許容しなければ、攻撃者がいるものとしてこの時に得た時刻情報Ａ，Ｂを無効化できる。
【０１６５】
攻撃者が誤り率を下げるために、一部の光子にのみ攻撃をする場合を考える。その割合をｒ（０＜ｒ＜１）とする。このときの誤り率はｒ／４に低下する。この時、攻撃者が得ることができる同時検出回数は、αｒ（αは伝送ロスや平均光子対数によって決まる定数）となる。
【０１６６】
一方、正規な利用者が得ることができる同時検出回数は、正規な利用者が持つ単一光子検出器の検出効率をηとすると、αηとなる。すなわち攻撃者にとって、正規な利用者の誤り率を低くすることと、自らが多くの同時検出回数を得ることはトレードオフの関係にある。
【０１６７】
ここでゲート管理者が、許容する誤り率ｅを攻撃によって生じる誤り率（ｒ／４）より小さく設定し、かつ、正規な利用者が得ることができる同時検出回数（許容する同時検出回数の最小値）を、攻撃者の得ることができる同時検出回数より大きく設定することができれば、攻撃者はゲート管理者に攻撃を気づかせず、かつ、ゲートを通過するのに十分な同時検出回数を得ることができなくなる。
【０１６８】
この条件は、以下の式（５）で与えられる。
【０１６９】
ｅ＜ｒ／４  かつ  η＞ｒ                       （５）
具体的にいえば、例えばｅ＝５％とした場合、攻撃者はｒ＜２０％とする必要がある。従ってこの場合、正規な利用者の有する単一光子検出器のηが２０％以上であれば、上記の条件を満足できる。上式（５）のようなｅの設定値とηの値は、量子鍵配送システム等の文献で知られる現状の技術を以て十分に可能である。
【０１７０】
また上記の条件は、ｅを下げれば、小さいηでも満足することができる。すなわち、より検出効率の小さい単一光子検出器も利用できる。
【０１７１】
認証情報Ｍ（Ｉ，Ｊ）と情報（Ａ，Ｆ）を判別部１４で照合した結果、システムの要求する低い誤り率と高い同時検出回数をクリアできた場合、ゲート管理者はここで保有された時刻情報Ａ，Ｂは攻撃者の攻撃を受けていない、あるいは一定以下であり攻撃者にとって利用できないことを知ることができ、安全な認証を行うことができる。
【０１７２】
そして第１及び第２のセキュリティシステムの場合と同様、正規な利用者はゲートを入退場する時に、この段階ではまだ不正者が知ることができない、時刻情報Ｉと重複しない残りの時刻情報Ｋを利用した認証情報Ｍ（Ｇ，Ｋ）を利用して入退場のための認証情報Ｍ（Ｇ，Ｃ）を得る。
【０１７３】
この第３のセキュリティシステムによれば、第１及び第２のセキュリティシステムの効果に加えて以下の効果が期待できる。すなわち、攻撃者が正規な利用者よりも高い技術レベルを有し、物理的に可能なすべての中間者攻撃をしてきても耐性がある識別認証システムならびにセキュリティシステムを提供できる。
【０１７４】
本明細書中でも指摘したが、本発明を利用した識別認証システムは、物理的ゲートを利用したセキュリティシステムに入退場管理システム以外にも利用できる。例えば物理的ゲートをネットワーク上のファイアウォールとみなし、また、ゲート管理者と利用者を電子情報のやり取りを行う２者とみなし、その電子情報をやり取りする２者の識別認証を行うときにも利用できる。
【符号の説明】
【０１７５】
１    管理装置
２    セキュリティゲート
１２    光源部
１４    判別部
１６    メッセージ発生部
１８    光分配部
２２、３２    検出部
２４、３４    記憶媒体
２６、３６    読込部
【図１】
0006645270.tif 000004
【図２】
0006645270.tif 000005
【図３】
0006645270.tif 000006
【図４】
0006645270.tif 000007
【図５】
0006645270.tif 000008
【図６】
0006645270.tif 000009