(57)【要約】【課題】量子チャネルおよび古典チャネルの両方で一対多あるいは多対多接続を実現する秘匿通信システムを提供する。【解決手段】センタノード１０と光ファイバによって接続される複数のリモートノード１〜Ｎとの間で乱数Ｋ１〜ＫＮを生成・共有し、共有乱数Ｋ１〜ＫＮをそれぞれ暗号化鍵として各リモートノードとの間で暗号化通信を行う。センタノード１０には、量子チャネルおよび古典チャネルに対応してスイッチ部１０１および１０３が設けられ、制御部１０５によりそれぞれ独立して切り替え制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センタノードと複数のリモートノードの各々とが光ファイバによって接続され、各リモートノードと前記センタノードとの間に複数のチャネルが設定された秘匿通信システムにおいて、
前記センタノードは、各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について前記複数のリモートノード間で独立して切り替えるスイッチ手段を有し、
前記複数のリモートノードの各々と前記センタノードとの間で、暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために前記スイッチ手段の切替制御を行うことを特徴とする秘匿通信システム。
【請求項２】
前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを前記複数のリモートノードの間で順次切り替えるように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の秘匿通信システム。
【請求項３】
前記複数のリモートノードの各々に対応する共有乱数の量に基づいて、前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを切り替えるように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の秘匿通信システム。
【請求項４】
前記共有乱数の生成速度に基づいて前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の秘匿通信システム。
【請求項５】
前記共有乱数の消費速度に基づいて前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の秘匿通信システム。
【請求項６】
前記共有乱数生成処理は量子暗号鍵配布技術により行うことを特徴とする請求項１−５のいずれか１項に記載の秘匿通信システム。
【請求項７】
前記量子暗号鍵配布技術はPlug & Play型量子暗号技術であることを特徴とする請求項６に記載の秘匿通信システム。
【請求項８】
前記量子暗号鍵配布技術は単一方向型量子暗号技術であることを特徴とする請求項６に記載の秘匿通信システム。
【請求項９】
前記暗号化通信処理は、前記共有乱数から暗号化鍵を生成し、One-time pad暗号化により実行することを特徴とする請求項１−８のいずれか１項に記載の秘匿通信システム。
【請求項１０】
前記暗号化通信処理は、前記共有乱数から暗号化鍵を生成し、ブロック鍵暗号化によって実行することを特徴とする請求項１−８のいずれか１項に記載の秘匿通信システム。
【請求項１１】
複数のリモートノードの各々と光ファイバによって接続され、各リモートノードとの間に複数のチャネルが設定された秘匿通信装置において、
各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について別個に設けられ、前記複数のリモートノード間で切り替える複数のスイッチ手段と、
前記複数のリモートノードの各々との間で、暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために前記複数のスイッチ手段の各々を独立して切替制御する制御手段と、
を有することを特徴とする秘匿通信装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記複数のリモートノードの各々に対応する共有乱数の量に基づいて、前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを切り替えるように前記複数のスイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１１に記載の秘匿通信装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記共有乱数の生成速度に基づいて前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１２に記載の秘匿通信装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記共有乱数の消費速度に基づいて前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１２に記載の秘匿通信装置。
【請求項１５】
前記暗号化通信処理は、前記共有乱数から暗号化鍵を生成し、One-time pad暗号化により実行することを特徴とする請求項１１−１４のいずれか１項に記載の秘匿通信装置。
【請求項１６】
前記暗号化通信処理は、前記共有乱数から暗号化鍵を生成し、ブロック鍵暗号化によって実行することを特徴とする請求項１１−１４のいずれか１項に記載の秘匿通信装置。
【請求項１７】
複数のリモートノードの各々と光ファイバによって接続され、各リモートノードとの間に複数のチャネルが設定された秘匿通信装置のチャネル制御方法において、
暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために、各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について独立して前記複数のリモートノードの間で切り替えることを特徴とする秘匿通信装置のチャネル制御方法。
【請求項１８】
さらに、
前記複数のリモートノードの各々に対応する共有乱数の量を監視し、
前記共有乱数の量に基づいて前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを切り替える、
ことを特徴とする請求項１７に記載の秘匿通信装置のチャネル制御方法。
【請求項１９】
前記暗号化通信処理は、共通暗号鍵を前記複数のリモートノードに設定し、前記複数のリモートノード間で実行することを特徴とする請求項１７に記載の秘匿通信装置のチャネル制御方法。
【請求項２０】
複数のリモートノードの各々と光ファイバによって接続され、各リモートノードとの間に複数のチャネルが設定された秘匿通信装置の切替制御をコンピュータで実行するためのプログラムにおいて、
暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために、各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について独立して前記複数のリモートノードの間で切り替えるステップを有することを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
前記複数のリモートノードの各々に対応する共有乱数の量を監視するステップと、
前記共有乱数の量に基づいて前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを切り替えるステップと、
を更に有することを特徴とする請求項２０に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は秘匿通信システムに係り、特に一対多および／または多対多の暗号鍵共有および暗号化通信を可能にする秘匿通信システム、秘匿通信装置およびそのチャネル制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インタ−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−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）を参照のこと。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、従来のように計算量による安全性ではなく、量子力学によって盗聴が不可能であることが証明されている。したがって、この技術により光子伝送部分の安全性を保証することができるので、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の鍵生成共有を実現することができる（非特許文献３参照）。
【０００８】
【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】
【０００９】
上述したように、共有暗号化鍵を更新する際、更新鍵を公開鍵暗号によって暗号化して送る方法や予め更新用に設定した共通鍵を用いて暗号化して送る方法は、膨大な計算量が必要である点を安全性の根拠としている。このために、計算機の性能向上や暗号解読アルゴリズムの進化といった暗号解読技術の進化によって秘匿性が低下するという問題があった。例えば、共通鍵暗号であるＤＥＳの解読時間を競う５６ｂｉｔ  ＤＥＳ解読コンテストの解読日数は１９９７年に９６日間であったものが、１９９９年には２２時間に短縮されている。公開鍵暗号についても、ＲＳＡ公開鍵暗号解読が１９９４年に鍵長４２９ｂｉｔに対して８ヶ月要していたものが、２００４年には鍵長５７６ｂｉｔに対して約３ヶ月と解読技術が進化している。
【００１０】
また、量子暗号鍵配布技術（ＱＫＤ）において、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の鍵生成・共有への拡張を実現するためには、光子伝送(量子チャネル)の一対多あるいは多対多接続だけではなく、光子伝送結果に基づいた鍵生成・共有を行うための古典チャネルおよび暗号化通信の一対多あるいは多対多接続を実現する必要がある。
【００１１】
しかしながら、これまでの技術では、量子チャネル部分の一対多接続だけしか実現されていない。量子チャネルおよび古典チャネルの両方で一対多あるいは多対多接続を実現するためには、量子チャネルの速度(光子伝送速度)と鍵生成および暗号化通信のための古典チャネルの通信速度とが大きく異なっていることを考慮しなければならない。すなわち、量子チャネルと古典チャネルとでは接続相手がそれぞれ異なり、そのために接続切り替えタイミングが異なるという条件を満たす必要がある。これまでの技術では、このような条件を満たすことができなかった。
【００１２】
また、量子チャネルと古典チャネルとを別ファイバのネットワ−クにすると、敷設コストがかかるだけでなく、古典チャネルファイバへの盗聴行為を検出できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明による秘匿通信システムは、センタノードと複数のリモートノードのそれぞれとの間で乱数を生成・共有し、その乱数を暗号化鍵として暗号化通信を行い、乱数生成・共有のためのチャネルと暗号化通信のためのチャネルを独立して切り替える。
【００１４】
本発明によれば、センタノードと複数のリモートノードの各々とが光ファイバによって接続され、各リモートノードと前記センタノードとの間に複数のチャネルが設定された秘匿通信システムにおいて、各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について前記複数のリモートノード間で独立して切り替えるスイッチ手段と、前記複数のリモートノードの各々と前記センタノードとの間で、暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために前記スイッチ手段の切替制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一実施形態として、前記制御手段は、前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを前記複数のリモートノードの間で順次切り替えるように前記スイッチ手段を制御する。あるいは、前記制御手段は、前記複数のリモートノードの各々に対応する共有乱数の量に基づいて、前記共有乱数生成処理のために使用するチャネルを切り替えるように前記スイッチ手段を制御する。この場合、前記制御手段は、前記共有乱数の生成速度に基づいて前記スイッチ手段を制御するか、あるいは、前記共有乱数の消費速度に基づいて前記スイッチ手段を制御する。
【００１６】
前記共有乱数生成処理は量子暗号鍵配布技術により行うことができる。その量子暗号鍵配布技術は、Plug & Play型量子暗号技術あるいは単一方向型量子暗号技術である。
【００１７】
前記暗号化通信処理は、共有乱数から暗号化鍵を生成し、One-time pad暗号化あるいはブロック鍵暗号化により実行することができる。
【００１８】
本発明の他の側面によれば、複数のリモートノードの各々と光ファイバによって接続され、各リモートノードとの間に複数のチャネルが設定された秘匿通信装置であって、各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について別個に設けられ、前記複数のリモートノード間で切り替える複数のスイッチ手段と、前記複数のリモートノードの各々との間で、暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために前記複数のスイッチ手段の各々を独立して切替制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に他の側面によれば、秘匿通信装置のチャネル制御方法において、暗号鍵として用いるための共有乱数の生成処理と暗号鍵を用いた暗号化通信処理とを前記複数のチャネルを用いて実行するために、各リモートノードに対応する前記複数のチャネルの各々について独立して前記複数のリモートノードの間で切り替えることを特徴とする。前記暗号化通信処理は、共通暗号鍵を前記複数のリモートノードに設定し、前記複数のリモートノード間で実行することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明によれば、複数のリモートノード間で複数のチャネルごとに独立して切り替え制御が可能となり、共有乱数生成処理と暗号化通信処理とを複数のチャネルを用いて効率的に実行することができる。従って、光ファイバの敷設数が少ない構成で、一対多接続および多対多接続の光子伝送、量子暗号鍵生成処理、暗号化通信を効率良く行うことができる。また、用いる光ファイバ伝送路への盗聴行為を検出可能な量子暗号鍵の生成および量子暗号鍵を用いた暗号化通信を一対多接続あるいは多対多接続のシステムで実現することができる。さらに、共有乱数の量を監視しながら切替制御を行うので、暗号鍵を常に確保することができ、安定した暗号化通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
１．第１実施形態
１．１）システム構成
図１は本発明の第１実施形態による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、Ｎ個（複数）のリモートノード１〜Ｎのそれぞれが光ファイバによってセンタノード１０に接続され、各リモートノードとセンタノード１０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う。
【００２２】
リモートノード１〜Ｎの各々は同様の構成を有し、量子チャネルユニット２１、古典チャネルユニット２２、それらを制御する制御部２３、および暗号鍵用の乱数列を格納するための鍵メモリ２４を有する。リモートノード１〜Ｎの鍵メモリ２４には、各リモートノードとセンタノード１０との間で生成され共有された乱数列Ｋ１、Ｋ２、・・・ＫＮがそれぞれ格納されている。制御部２３は、後述するように、センタノード１０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２３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。
【００２３】
センタノード１０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と、リモートノード１〜Ｎのそれぞれとの間で共有された共有乱数Ｋ１、Ｋ２、・・・ＫＮを格納する鍵メモリ１０６と、を有する。後述するように、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。特に、センタノード１０の制御部１０５は、量子チャネル用のスイッチ部１０１と古典チャネル用のスイッチ部１０３とを独立して制御することができる。
【００２４】
各リモートノードの量子チャネルユニット２１とセンタノード１０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２２とセンタノード１０の古典チャネルユニット１０４とは、共有乱数を生成するための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。
【００２５】
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１〜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１〜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。このように量子チャネルおよび古典チャネルを独立して切替制御できるので、後に詳述するように、一対多および／または多対多接続の光子伝送、暗号鍵生成のための通信および暗号化データの通信を効率的に実行することができる。
【００２６】
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、量子チ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。
【００２７】
また、本実施形態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。
【００２８】
１．２）センタノード
図２は本発明の第１実施形態におけるセンタノードの制御部の鍵生成機能を示すブロック図である。センタノード１０の制御部１０５は、センタノード１０の全体的な動作を制御するが、特に本実施形態の鍵生成機能に即して言えば、鍵メモリ１０６に格納された各リモートノードに対応する鍵量を監視する鍵量モニタ１０７と、各リモートノードとの間での共有乱数を生成するための鍵生成制御部１０８とを含む。鍵生成制御部１０８は、鍵量モニタ１０７により監視される鍵量に基づいてスイッチ部１０１および１０３を制御する。なお、制御部１０５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、鍵量モニタ１０７および鍵生成制御部１０８と同等の機能やスイッチ部１０１および１０３の切り替え機能および暗号化／復号化の機能を実現することもできる。
【００２９】
鍵生成制御部１０８は所定の鍵生成シーケンスを実行することで暗号鍵用の乱数列を各リモートノードとの間で共有する。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、秘匿増強を行って暗号鍵を生成・共有する。一例としてリモートノード１との間で共有される乱数列Ｋ１を生成する場合を説明する。
【００３０】
まず、鍵量モニタ１０７がたとえば乱数列Ｋ１の残量が減少していることを検出すると、鍵生成制御部１０８は、スイッチ部１０１を制御し、リモートノード１の量子チャネルを量子チャネルユニット１０２に接続する。リモートノード１との間の動作タイミングを同期させた後、量子チャネルを通してリモートノード１から微弱光信号を受信する。続いて、鍵生成制御部１０８は、スイッチ部１０３を制御し、リモートノード１の古典チャネルを古典チャネルユニット１０４に接続し、量子チャネルを通して受信した微弱光信号の検出データに基づいて、基底照合、誤り検出・訂正、秘匿増強を行うことで共有乱数列Ｋ１を生成し、リモートノード１と対応付けて鍵メモリ１０６に格納する。
【００３１】
その他のリモートノード２〜Ｎの共有乱数列Ｋ２〜ＫＮについても同様のプロセスにより順次生成され、鍵メモリ１０６に格納される。鍵生成制御部１０８は、スイッチ部１０１を制御することでリモートノード１〜Ｎをこの順序で順次選択しても良いし、鍵量モニタ１０７により鍵の残量、鍵の生成速度あるいは鍵量の消費速度を検出し、その検出結果に基づいて鍵を生成する必要のあるリモートノードを選択しても良い。
【００３２】
１．３）スイッチ部の切替制御
図３は本実施形態におけるセンタノードの量子チャネル（ａ）および古典チャネル（ｂ）の切替制御の一例を示すタイムチャートである。図３（ａ）に示すように、鍵生成制御部１０８は、スイッチ部１０１を制御することで、リモートノード１（Ａｌｉｃｅ１）、リモートノード２（Ａｌｉｃｅ２）、・・・リモートノードＮ（ＡｌｉｃｅＮ）のの順序で順次切り替えて量子チャネルユニット１０２に接続し、それぞれのリモートノードから微弱光信号を受信する。
【００３３】
スイッチ部１０１の切替制御と並行して、図３（ｂ）に示すように、鍵生成制御部１０８はスイッチ部１０３を制御することで接続先となるリモートノードを選択しながら、古典チャネルユニット１０４とリモートノード側の古典チャネルユニットとの間で基底照合などの鍵生成プロセスあるいは暗号化データの送受信を行うことができる。
【００３４】
図３に示す例では、図３（ａ）に示すようにリモートノード１（Ａｌｉｃｅ１）から量子チャネルを通して微弱光信号を受信する。そして、図３（ｂ）に示すように、微弱光信号の検出データに基づいてリモートノード１の古典チャネルユニット２２との間で古典チャネルを通して鍵生成プロセスを実行し、共有乱数Ｋ１を鍵メモリ１０６に格納する。この共有乱数Ｋ１から暗号鍵を取り出すことで送信データを暗号化し、図３（ｂ）に示すように、リモートノード１（Ａ１）との間で暗号化データ通信を行うことができる。
【００３５】
続いて、図３（ａ）に示すようにリモートノード２（Ａｌｉｃｅ２）から量子チャネルを通して微弱光信号を受信すると、図３（ｂ）に示すように、その微弱光信号の検出データに基づいて古典チャネルを通してリモートノード２の古典チャネルユニット２２との間で鍵生成プロセスを実行する。鍵生成プロセスは中断することも可能である。ここでは、リモートノード２（Ａｌｉｃｅ２）の鍵生成プロセスの途中データを保存してスイッチ部１０３をリモートノード１（Ａ１）へ切り替え、リモートノード１（Ａ１）との間の暗号化データ通信を続行する。そして、リモートノード１（Ａ１）との間の暗号化データ通信が終了すると、中断していたリモートノード２（Ａｌｉｃｅ２）の鍵生成プロセスを再開し、共有乱数Ｋ２を鍵メモリ１０６に格納する。この共有乱数Ｋ２から暗号鍵を取り出すことで送信データを暗号化し、図３（ｂ）に示すように、リモートノード２（Ａ２）との間で暗号化データ通信を行うことができる。以下、同様である。
【００３６】
このように量子チャネルと古典チャネルのそれぞれの接続ノードをスイッチ部１０１およびスイッチ部１０３によって独立に切り替えることにより、鍵生成プロセスおよび暗号化データ通信の柔軟なスケジューリングが可能となり、一対多接続での効率的な光子伝送、量子暗号鍵生成・共有、暗号化通信を実現することができる。また、量子チャネルと古典チャネルを同一のファイバに多重伝送することによって、ファイバ敷設コストの低いシステムを構築することができる。
【実施例１】
【００３７】
図４は本発明の第１実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、リモートノード１００−１〜１００−Ｎとセンタノード２００とが光ファイバ伝送路３００−１〜３００−Ｎを介してそれぞれ接続されている。
【００３８】
各リモートノード１００−ｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）は、鍵生成部(Key Gen.)１１０−ｉ、量子送信部(QTx)１２０−ｉ、光多重分離部１３０−ｉ、古典送受信部(CTRx)１４０−ｉ、暗号化／復号化(Encode/Decode)部１５０−ｉ、および、鍵メモリ部１６０−ｉを含む。鍵メモリ部１６０−ｉには、当該リモートノードとセンタノード２００との間で生成された共有乱数Ｋｉが格納されている。
【００３９】
センタノード２００は、鍵生成部(Key Gen.)２１０、量子受信部(Q_Rx)２２０、光多重分離部２３０−１〜２３０−Ｎ、古典送受信部(CTRx)２４０、暗号化／復号化(Encode/Decode)部２５０、鍵メモリ部２６０、光スイッチ２７１、２７２、光スイッチ制御部２８０、２９０を含む。鍵メモリ部２６０には、リモートノード１００−１〜１００−Ｎのそれぞれに対応した共有乱数Ｋ１〜ＫＮが格納されている。
【００４０】
なお、本実施例では、量子信号と古典信号は異なる波長を用いている。光多重分離部２３０−１〜２３０−Ｎ、１３０−１〜１３０−Ｎによって量子チャネル（破線）と古典チャネル（実線）の波長多重分離を行い、光ファイバ３００−１〜３００−Ｎ中は波長多重伝送されている。各光ファイバ伝送路３００−ｉに接続された光多重分離部２３０−ｉは、量子チャネルを光スイッチ２７１に接続し、古典チャネルを光スイッチ２７２に接続する。
【００４１】
リモートノード１００−ｉの量子送信部１２０−ｉとセンタノード２００の量子受信部２２０とは、図３（ａ）のタイムチャートに示すように光スイッチ２７１によって順次接続され、その間で光子伝送が行われる。ここではリモートノード１００−１、１００−２、１００−Ｎの順で切り替えが行われる。光スイッチ２７１の切り替え制御は鍵メモリ部２６０のリモートノード毎に生成・共有した鍵量を元に光スイッチ制御部２８０によって行われる。
【００４２】
一方、リモートノード１００−ｉの古典送受信部１４０−ｉとセンタノード２００の古典送受信部２４０とは光スイッチ２７２によって順次接続されて古典チャネルの通信を行う。本例では、古典チャネルを介して、光子伝送結果に基づいた量子暗号鍵生成・共有と、量子暗号鍵を用いた暗号化通信を行う。量子暗号鍵生成は、鍵生成部１１０−ｉと鍵生成部２１０との間で古典チャネルを通して行われ、生成された鍵Ｋｉは鍵メモリ部１６０−ｉおよび鍵メモリ部２６０にそれぞれ蓄えられる。
【００４３】
センタノード２００の鍵生成部２６０では、リモートノード毎に生成した鍵を蓄積、管理する。暗号化通信の際には、リモートノード毎に生成した鍵Ｋｉを用いて、たとえばOne-time pad暗号化が行われる。One-time pad暗号化の場合、暗号化通信(暗号化および復号化)毎に、鍵は使い捨てられる。従って、暗号化通信量に応じて、鍵メモリ部２６０の鍵は消費される。このため、鍵メモリ部２６０のリモートノード毎に生成・共有した鍵量をモニタし、その鍵量に基づいてスイッチ制御部２８０が光スイッチ２７１の切り替え制御を行う。
【００４４】
量子暗号鍵生成・共有と暗号化通信との切り替えは古典送受信部２４０で行う。光スイッチ２７２の接続ノード切替制御は光スイッチ制御部２９０によって行われる。図３（ｂ）のタイムチャートに示すように、古典チャネルの切替制御は量子チャネルとは独立して行われる。
【００４５】
このように量子チャネルと古典チャネルのそれぞれの接続ノードの切り替えを光スイッチ２７１と光スイッチ２７２とに分離し、独立に切り替えることによって効率的な一対多接続での、光子伝送、量子暗号鍵生成・共有、暗号化通信を実現することができる。また、量子チャネルと古典チャネルを同一のファイバに多重伝送することによって、ファイバ敷設コストの低いシステムを構築することができる。
【００４６】
（具体例１）
次に、上記第１実施例をPlug & Play方式の量子暗号鍵配布(ＱＫＤ)システムに適用した具体例を説明する。
【００４７】
図５（ａ）は、Plug & Play方式ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の一例を示すブロック図であり、図５（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の一例を示すブロック図である。図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す量子送信部３０および量子受信部４０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)。
【００４８】
この例において量子送信部３０は、偏光ビ−ムスプリッタ（ＰＢＳ）３１、位相変調部３２、乱数発生部３３、同期部３４、および光多重分離部３５を有し、光ファイバ伝送路３００に接続されている。量子送信部３０は位相変調器３２および偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３１から構成されるＰＢＳループを有する。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）。
【００４９】
位相変調器３２は、同期部３４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３３から供給される２つの乱数ＲＮＤ０およびＲＮＤ１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３２を通過するタイミングで位相変調が行われる。
【００５０】
量子受信部４０は、偏光ビ−ムスプリッタ（ＰＢＳ）４１、位相変調部４２、乱数発生部４３、同期部４４、光多重分離部４５、光カプラ４６、光サーキュレータ４７、光子検出器４８、およびパルス光源４９を有し、光ファイバ伝送路３００に接続されている。同期部４４から供給されるクロック信号に従ってパルス光源４９により生成された光パルスＰは、光サーキュレータ４７により光カプラ４６へ導かれ、光カプラ４６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ＰＢＳ４１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４２を通してＰＢＳ４１へ送られる。これら光パルスＰ１およびＰ２はＰＢＳ４１で合波され、ダブルパルスとして光多重分離部４５および光ファイバ伝送路３００を通して量子送信部３０へ送信される。
【００５１】
量子送信部３０において、光ファイバ伝送路３００から光多重分離部３５を通して到来したダブルパルスＰ１およびＰ２は、ＰＢＳ３１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３２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。
【００５２】
位相変調器３２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ＰＢＳ３１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。
【００５３】
量子受信部４０のＰＢＳ４１は、量子送信部３０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４２によって乱数生成部４３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４６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４６に到達する。
【００５４】
こうして量子送信部３０で位相変調された光パルスＰ２*aと量子受信部４０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４８により検出される。光子検出器４８は、同期部４４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、その検出信号を鍵生成部２１０へ出力する。なお、同期部３４および４４では古典同期信号によって鍵生成時のビット同期およびフレ−ム同期を実現している。このような量子送信部３０と量子受信部４０によって光子伝送が行われる。
【００５５】
図６（ａ）は光スイッチの一例を示す概略的構成図であり、（ｂ）は光スイッチの他の例を示す概略的構成図である。図６（ａ）に示すように、光スイッチ２７１および２７２として機械式光スイッチを用いることができる。本スイッチは１×２型であり、固定治具２７０３に固定されたポート（Port）０を電磁石２７０１および２７０２よってポート（Port）１もしくはポート（Port）２に接続するものである。スイッチの切り替え速度は遅いが、低損失でかつ切り替え後の安定性に優れているという特徴がある。
【００５６】
また図６（ｂ）に示すように、光スイッチ２７１および２７２としてマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型光スイッチを用いることもできる。本スイッチではPort０より入力した光を方向性結合部２７０４によって分離し、それぞれの光の位相を制御部２７０５および２７０６の屈折率を変化させることによって制御し、位相差が０の場合には方向性結合器２７０７で干渉した結果、出力はポート１に、位相差がπ/２の場合には出力はポート２に現れる。ＰＬＺＴをはじめとする電気光学効果を用いた場合、切り替え速度はナノセカンド（ｎｓ）オ−ダの高速で実現できるが、機械式に比べると損失は大きくなる。
【００５７】
量子チャネルに対しては、切り替え速度よりも損失が少ないこと、安定性が重視されることから、光スイッチ２７１には図６（ａ）の機械式光スイッチが用いられるのが望ましい。また、古典チャネルについては、切り替え速度が重視されることから、光スイッチ２７２には図６（ｂ）のMach-Zehnder型光スイッチが用いられるのが望ましい。
【００５８】
なお、量子暗号鍵配布技術は、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。
【実施例２】
【００５９】
図７は本発明の第２実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、リモートノード１００−１〜１００−Ｎとセンタノード２０１とが光ファイバ伝送路３００−１〜３００−Ｎを介してそれぞれ接続されている。各リモートノード１００−ｉの構成は図４に示す第１実施例と同様であるから説明は省略する。
【００６０】
センタノード２０１は、鍵生成部(Key Gen.)２１０、量子受信部(Q_Rx)２２０、光多重分離部２３０−１〜２３０−Ｎ、古典送受信部(CTRx)２４１−１〜２４１−Ｎ、暗号化／復号化(Encode/Decode)部２５０、鍵メモリ部２６０、光スイッチ２７１、２７２、光スイッチ制御部２８０、２９０を含む。第１実施例と同様に、量子チャネルと古典チャネルとは異なる波長を用い、光多重分離部２３０−１〜２３０−Ｎおよび１３０−１〜１３０−Ｎによって波長多重分離を行う。
【００６１】
第１実施例と異なるのは、古典チャネルを光スイッチではなく、電気スイッチ２７３によって切り替える。電気スイッチ２７３が古典送受信部２４１−ｉを選択することで、リモートノード１００−ｉの古典送受信部１４０−ｉとの間で古典チャネルを介して光子伝送結果に基づいた量子暗号鍵生成・共有および量子暗号鍵を用いた暗号化通信とを行う。量子暗号鍵生成は、鍵生成部１１０−ｉと鍵生成部２１０との間で古典チャネルを通して行われ、生成された鍵Ｋｉは鍵メモリ部１６０−ｉおよび鍵メモリ部２６０にそれぞれ蓄えられる。暗号化通信の際には、リモートノード毎に生成した鍵Ｋｉを用いて、たとえばOne-time pad暗号化が行われる。
【００６２】
One-time pad暗号化の場合、暗号化通信(暗号化および復号化)毎に、鍵は使い捨てられる。従って、暗号化通信量に応じて、鍵メモリ部２６０の鍵は消費される。このため、スイッチ制御部２８０は鍵メモリ部２６０のリモートノード毎に生成・共有した鍵量をモニタし、その鍵量に基づいて光スイッチ２７１の切り替え制御を行う。
【００６３】
量子暗号鍵生成・共有と暗号化通信との切り替えは古典送受信部２４１−ｉで行う。電気スイッチ２７３の接続ノード切替制御はスイッチ制御部２９１によって行われる。図３（ｂ）のタイムチャートに示すように、古典チャネルの切替制御は量子チャネルとは独立して行われる。
【００６４】
このように量子チャネルと古典チャネルのそれぞれの接続ノードの切り替えを光スイッチ２７１と光スイッチ２７２とに分離し、独立に切り替えることによって効率的な一対多接続での、光子伝送、量子暗号鍵生成・共有、暗号化通信を実現することができる。また、量子チャネルと古典チャネルを同一のファイバに多重伝送することによって、ファイバ敷設コストの低いシステムを構築することができる。
【００６５】
（具体例２）
次に、上記第２実施例を単一方向型量子暗号鍵配布(ＱＫＤ)システムに適用した具体例を説明する。
【００６６】
図８（ａ）は、単一方向型ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の一例を示すブロック図であり、図８（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の一例を示すブロック図である。図８（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す量子送信部５０および量子受信部６０は、プレーナ光波回路（ＰＬＣ）技術に基づく非対称Mach-Zehnder干渉計（ＡＭＺ）を用いて時分割パルスの干渉計を構成している（非特許文献５を参照)。
【００６７】
量子送信部５０は、平面光回路による非対称Mach-Zehnder干渉計５１、位相変調部５２、乱数発生部５３、同期部５４、光多重分離部５５、パルス光源５６を有し、光ファイバ伝送路３００に接続されている。量子受信部６０は、平面光回路による非対称Mach−Zehnder干渉計６１、位相変調部６２、乱数発生部６３、同期部６４、光多重分離部６５、光子検出器６８を有し、光ファイバ伝送路３００に接続されている。
【００６８】
量子送信部５０のパルス光源５６から出射した光パルスは、乱数発生部５３から供給される２つの乱数ＲＮＤ０およびＲＮＤ１に従って位相変調器５２により位相変調され、非対称Mach-Zehnder干渉計５１により時分割された２つの光パルスに分けられる。量子受信部６０の位相変調器６２は、乱数発生部６３から供給される乱数ＲＮＤ２に従って、一方の光パルスを位相変調する。これらの相前後した光パルスは、非対称Mach-Zehnder干渉計６１によって先行パルスの後ろのパルスと後行パルスの前のパルスとが干渉し、その結果が光子検出器６８により検出される。なお、同期部５４および６４が古典チャネルを通して同期信号を伝送することで、鍵生成時のビット同期およびフレ−ム同期を実現している。
【実施例３】
【００６９】
図９は本発明の第３実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、リモートノード１０１−１〜１０１−Ｎとセンタノード２０２とが光ファイバ伝送路３００−１〜３００−Ｎを介してそれぞれ接続されている。なお、図４に示す第１実施例と同様の機能を有するブロックには同一参照番号を付して説明は省略する。
【００７０】
本実施例において、各リモートノード１００−ｉには量子送信部１２１−ｉとは別に同期部１０４−ｉが設けられ、センタノード２０２には量子受信部２２１とは別に同期部２０４が設けられている。本実施例における同期部１０４−ｉと同期部２０４とは、光スイッチを経由することなく、古典チャネルを通して常時接続されている。したがって、第１および第２実施例のようなスイッチ切り替え後に同期確立を行ってから暗号鍵を生成するという手順を経る必要がないために、効率的な量子暗号鍵生成・共有が実現できる。また、量子送信部および量子受信部の中に同期部を設ける必要がないので、量子ユニットの構成を簡略化できる。
【００７１】
本発明の第３実施例は、Plug & Play方式の量子暗号鍵配布(ＱＫＤ)システムあるいは単一方向型量子暗号鍵配布(ＱＫＤ)システムに適用することができる。
【００７２】
図１０（ａ）は、Plug & Play方式ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の他の例を示すブロック図であり、図１０（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の他の例を示すブロック図である。図１０（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す量子送信部３０および量子受信部４０は、交互シフト位相変調型Plug & Play方式であり、同期部を除いて図５に示す例と同様な構成を有するから、同一参照番号を付して説明は省略する。
【００７３】
図１１（ａ）は、単一方向型ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の他の例を示すブロック図であり、図１１（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の他の例を示すブロック図である。図１１（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す量子送信部５０および量子受信部６０は、プレーナ光波回路（ＰＬＣ）技術に基づく非対称Mach-Zehnder干渉計（ＡＭＺ）を用いて時分割パルスの干渉計を構成している。この場合も、図８（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す量子送信部５０および量子受信部６０と、同期部を除いて同様な構成を有するから、同一参照番号を付して説明は省略する。
【００７４】
２．第２実施形態
上述した第１実施形態では複数のリモートノードとセンタノードとの間の１対多接続の場合を説明したが、本発明によれば、全てのリモートノードとセンタノードとの間で同じ暗号鍵を共有することにより多対多接続を実現することができる。
【００７５】
図１２は本発明の第２実施形態による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、リモートノード１０３−１〜１０３−Ｎとセンタノード２０３とがそれぞれ光ファイバ伝送路を介して接続され、リモートノード１０３−１〜１０３−Ｎの間でセンタノード２０３を介して暗号化通信を行う。
【００７６】
なお、図１２ではリモートノード１０３−ｉの鍵メモリ部１６３−ｉ、センタノード２０３の古典チャネル側のスイッチ部２７３および鍵メモリ部２６３だけを図示しているが、その他の構成は図１に示す第１実施形態と同様であるから、それらの図示および説明は省略する。
【００７７】
各リモートノード１０３−ｉの鍵メモリ部１６３−ｉは、センタノード２０３との個別通信用の暗号鍵Ｋｉを格納した鍵メモリ部１６５−ｉと、多対多通信用の共通暗号鍵Ｋmultを格納した鍵メモリ部１６４−ｉとを含む。同様に、センタノード２０３の鍵メモリ部２６３は、リモートノードとの個別通信用の暗号鍵Ｋ１〜ＫＮを格納した鍵メモリ部２６５と、多対多通信用の共通暗号鍵Ｋmultを格納した鍵メモリ部２６４とを含む。
【００７８】
それぞれのリモートノードとセンタノードとの間で個別通信に使用される暗号鍵Ｋ１〜ＫＮの生成および共有については、第１実施形態において既に説明した通りである。
【００７９】
多対多通信用の共通暗号鍵Ｋmultは次のように生成され設定される。まず、センタノード２０３の制御部（図１の参照番号１０５）は、鍵メモリ部２６５に格納されている個別通信用の暗号鍵Ｋ１〜ＫＮの一部から、あるいは、その少なくとも１つの暗号鍵の一部から、共通暗号鍵Ｋmultを生成して鍵メモリ部２６４に蓄積する。次に、制御部は、鍵メモリ部２６４に蓄積した共通暗号鍵Ｋmultを各リモートノードの固有の暗号化鍵Ｋｉを用いてOne-time pad(バ−ナム)暗号化し、それぞれのリモートノードへ暗号化送信する。このことにより、全てのリモートノードとセンタノードと間で共通暗号鍵Ｋmultを共有することが可能となり、物理構成は１対Ｎでありながら、多対多の暗号化通信が可能となる。
【００８０】
このように、量子チャネルと古典チャネルのそれぞれの接続ノードの切り替えを分離し、独立に切り替え可能にすることにより、効率的な１対多接続での光子伝送および量子暗号鍵生成だけでなく、多対多接続での量子暗号鍵の共有および暗号化通信を実現することができる。また、量子チャネルと古典チャネルを同一のファイバに多重伝送することによって、ファイバ敷設コストの低いシステムを構築することができる。
【実施例４】
【００８１】
図１３は本発明の第４実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。ここでは、リモートノード１００−１〜１００−Ｎとセンタノード２００とが光ファイバ伝送路３００−１〜３００−Ｎを介してそれぞれ接続されている。なお、図４に示す第１実施例と同様の機能を有するブロックには同一参照番号を付して説明は省略する。
【００８２】
本実施例では、図４に示す第１実施例の鍵メモリ部１６０−ｉが鍵メモリ部１６３−ｉに置換された構成となっている。すなわち、鍵メモリ部１６３−ｉは、センタノード２０３との個別通信用の暗号鍵Ｋｉを格納した鍵メモリ部１６５−ｉと、多対多通信用の共通暗号鍵Ｋmultを格納した鍵メモリ部１６４−ｉとを含む。同様にセンタノード２００の鍵メモリ部２６３は、リモートノードとの個別通信用の暗号鍵Ｋ１〜ＫＮを格納した鍵メモリ部２６５と、多対多通信用の共通暗号鍵Ｋmultを格納した鍵メモリ部２６４とを含む。
【００８３】
量子送信部１２０−ｉおよび量子受信部２２０は、図５に示すPlug & Play方式であってもよいし、図８に示す単一方向型であっても良い。量子チャネル用の光スイッチ２７１は、切り替え速度よりも損失が少ないことおよび安定性が重視されることから本実施例では図６（ａ）に示す機械式光スイッチを用いている。古典チャネル用の光スイッチ２７２は、切り替え速度が重心されることから図６（ｂ）に示すMach-Zehnder型光スイッチを用いる。
【００８４】
各リモートノード１００−ｉとセンタノード２００との間で、既に説明したように固有の量子暗号鍵Ｋｉが生成・共有される。そして、センタノード２００は、そのＫｉの一部から共通暗号鍵Ｋmultを生成し鍵メモリ部２６４に蓄積する。次に、センタノード２００は、鍵メモリ２６４に蓄積した共通暗号鍵Ｋmultをそれぞれの固有の暗号化鍵ＫｉでOne-time pad(バ−ナム)暗号化し、各リモートノード１００−ｉへ送信する。このことにより、全てのリモートノード１００−１〜１００−Ｎとセンタノード２００と間で共通暗号鍵Ｋmultを共有することが可能となり、物理構成は１対Ｎでありながら、多対多の暗号化通信が可能となる。
【００８５】
なお、量子暗号鍵配布技術は、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】
【００８６】
本発明は、量子暗号鍵配布ＱＫＤに代表される共通暗号鍵配布技術を用いた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】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるセンタノードの制御部の鍵生成機能を示すブロック図である。
【図３】本実施形態におけるセンタノードの量子チャネル（ａ）および古典チャネル（ｂ）の切替制御の一例を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第１実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は、Plug & Play方式ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の一例を示すブロック図であり、（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の一例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は光スイッチの一例を示す概略的構成図であり、（ｂ）は光スイッチの他の例を示す概略的構成図である。
【図７】本発明の第２実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。
【図８】（ａ）は、単一方向型ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の一例を示すブロック図であり、（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）は、Plug & Play方式ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の他の例を示すブロック図であり、図１０（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の他の例を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）は、単一方向型ＱＫＤシステムにおけるＡｌｉｃｅ側（リモートノード側）の量子送信部の他の例を示すブロック図であり、（ｂ）は同じくＢｏｂ側（センタノード側）の量子受信部の他の例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８８】
１−Ｎ  リモートノード（Ａｌｉｃｅ）
１０  センタノード（Ｂｏｂ）
２１  量子チャネルユニット
２２  古典チャネルユニット
２３  制御部
２４  鍵メモリ部
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  鍵メモリ部
１０７  鍵量モニタ
１０８  鍵生成制御部
【図１】
2007288694.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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