(57)【要約】本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法を開示し、さらに、追加の認証方法および対応する装置、ならびに認証システムを開示する。方法は、送信機によって、基準選択ルールに従って、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された、動的に変化する送信機認証情報のための準備基準を選択し、鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信するステップと、受信機によって、基準選択ルールに従って、送信機認証情報の量子状態を測定し、測定結果が、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて計算された対応する情報と一致しなかった場合は、ＱＫＤプロセスを終了させるステップとを含む。
2018523953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子鍵配布（ＱＫＤ）プロセスにおいて使用される認証方法であって、前記プロセスは、
前記ＱＫＤプロセスに参加する送信機によって、基準選択ルールに従って、送信機アイデンティティ情報を認証するための準備基準を選択するステップと、
鍵情報および送信機認証情報を含む複数の量子状態を送信するステップであって、前記送信機認証情報は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成される、ステップと、
前記ＱＫＤプロセスに参加する受信機によって、前記複数の量子状態を区別するステップと、
前記基準選択ルールに従って、前記送信機認証情報を含む前記複数の量子状態を測定するステップと、
前記送信機によって、第１の事前提供されたアルゴリズムを使用して、送信機認証情報を計算するステップと、
前記測定された複数の量子状態と、前記第１の事前提供されたアルゴリズムを使用して計算された前記送信機認証情報とを比較するステップと、
前記測定された複数の量子状態が、前記第１の事前提供されたアルゴリズムを使用して計算された前記送信機認証情報と一致したときは、前記送信機が認証されたと決定するステップと、
前記測定された複数の量子状態が、前記第１の事前提供されたアルゴリズムを使用して計算された前記送信機認証情報と一致しなかったときは、前記送信機が認証されなかったと決定するステップと、
前記測定された複数の量子状態が、前記第１の事前提供されたアルゴリズムを使用して計算された前記送信機認証情報と一致しなかったときは、前記ＱＫＤプロセスを終了させるステップと
を含み、
前記第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された前記送信機認証情報は、前記受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて動的に変化する、
認証方法。
【請求項２】
前記送信機が認証されたと決定する前記ステップは、
前記受信機によって、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成するステップと、
前記受信機認証情報を前記送信機に送信するステップと、
前記送信機によって、前記第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算するステップと、
前記受信機によって生成された前記受信機認証情報を、前記送信機によって計算された受信機認証情報と比較するステップと、
前記受信機によって生成された前記受信機認証情報が、前記送信機によって計算された受信機認証情報と一致したときは、前記受信機が認証されたと決定するステップと、
前記受信機によって生成された前記受信機認証情報が、前記送信機によって計算された受信機認証情報と一致しなかったときは、前記受信機が認証されなかったと決定するステップと、
前記受信機によって生成された前記受信機認証情報が、前記送信機によって計算された受信機認証情報と一致しなかったときは、前記ＱＫＤプロセスを終了させるステップと
をさらに含む、請求項１に記載の認証方法。
【請求項３】
前記送信機が認証されたと決定するステップは、
前記鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択するステップと、
事前決定されたチャネルを通して、前記測定基準を開示するステップと、
前記鍵情報の前記量子状態の正しい測定基準を決定するステップと、
元の鍵をスクリーニングするステップと、
前記事前決定されたチャネルを通して、前記鍵情報の前記量子状態の前記正しい測定基準を開示するステップと、
前記受信機によって、元の鍵をスクリーニングするステップと、
前記送信機および前記受信機によって、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するステップと
をさらに含む、請求項２に記載の認証方法。
【請求項４】
前記第１の事前提供されたアルゴリズムは、前記送信機と前記受信機の両方によって、送信機識別情報と、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータとに従って、前記送信機認証情報を計算することによって実行され、前記受信機側における前記送信機識別情報は、事前提供され、または事前決定されたチャネルを通して、前記送信機によって前記受信機に送信される、請求項２に記載の認証方法。
【請求項５】
準備基準を選択するステップは、
前記送信機と前記受信機の両方によって、前記事前決定されたチャネルを通して実施される要求開始対話の間に、前記事前設定されたポリシーに従って前記同期して変化するパラメータを用いて、他方のパーティのピアデバイスのための認証プロセスを実行するステップと、
どちらかのデバイスが前記認証に失敗した場合は、前記ＱＫＤプロセスを開始しないステップと
をさらに含む、請求項４に記載の認証方法。
【請求項６】
前記第２の事前提供されたアルゴリズムは、前記送信機と前記受信機の両方によって、受信機識別情報と、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータの変形とに従って、前記受信機認証情報を計算することによって実行され、前記送信機側における前記受信機識別情報は、事前提供され、または事前決定されたチャネルを通して、前記受信機によって前記送信機に送信される、請求項２に記載の認証方法。
【請求項７】
前記事前設定されたポリシーに従った前記同期して変化するパラメータの前記変形は、前記パラメータ自体、および事前設定された数学的変換方法を用いて前記パラメータを処理することから獲得された結果のうちの少なくとも一方を含む、請求項６に記載の認証方法。
【請求項８】
前記送信機と前記受信機の両方による、前記事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータは、前記送信機および前記受信機が前記ＱＫＤプロセスを実行した回数を含む、請求項４に記載の認証方法。
【請求項９】
前記認証情報を計算するステップは、ハッシュ関数を用いて、対応する前記認証情報を計算するステップを含む、請求項４に記載の認証方法。
【請求項１０】
鍵情報および前記送信機認証情報を含む量子状態を送信するステップは、制御情報の量子状態およびデータ情報の量子状態を、それぞれ異なる波長を用いて、事前設定された情報フォーマットで送信するステップを含み、前記データ情報は、前記鍵情報と、前記送信機認証情報とを含む、請求項１に記載の認証方法。
【請求項１１】
前記事前設定された情報フォーマットは、前記認証情報および前記鍵情報のためのプレフィックスとして、制御情報を使用することを含む、請求項１０に記載の認証方法。
【請求項１２】
前記認証情報の前記プレフィックスとして使用される前記制御情報の量子状態を運ぶ波長は、前記鍵情報の前記プレフィックスとして使用される前記制御情報の量子状態を運ぶ波長とは異なる、請求項１１に記載の認証方法。
【請求項１３】
前記事前設定された情報フォーマットは、異なるコードを有する、前記認証情報の前記プレフィックスとして使用される前記制御情報と、前記鍵情報の前記プレフィックスとして使用される前記制御情報とを含み、前記異なるコードは、前記送信機および前記受信機によって事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したネゴシエーションを介して決定され、
制御情報の量子状態を準備するための基準および測定するための基準の少なくとも一方は、前記送信機および前記受信機によって事前設定され、または前記事前決定されたチャネルを通したネゴシエーションを介して決定される、
請求項１１に記載の認証方法。
【請求項１４】
前記事前設定された情報フォーマットは、前記認証情報および前記鍵情報のプレフィックスとして、共通制御情報を使用することを含み、前記制御情報と前記鍵情報との間の前記認証情報の長さは、前記送信機および前記受信機によって事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したネゴシエーションを介して決定される、請求項１０に記載の認証方法。
【請求項１５】
ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置であって、前記装置は、
第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成するように構成された、送信機アイデンティティ情報生成ユニットであって、前記送信機認証情報は、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて動的に変化する、送信機アイデンティティ情報生成ユニットと、
前記ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスと合意された基準選択ルールに従って、前記送信機認証情報のための準備基準を選択するように構成された、準備基準選択ユニットと、
事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および前記送信機認証情報を含む量子状態を前記ピアデバイスに送信するように構成された、量子状態送信ユニットと
を備え、
前記装置は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信送信機デバイス上に配備される、
認証装置。
【請求項１６】
前記装置は、
前記量子状態送信ユニットが前記量子状態送信動作を完了した後に、前記ピアデバイスによって返される情報を受信するように構成された、受信機アイデンティティ情報受信ユニットであって、前記情報は、少なくとも受信機認証情報を含む、受信機アイデンティティ情報受信ユニットと、
第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて受信機認証情報を計算するように構成された、受信機アイデンティティ情報計算ユニットと、
受信された前記受信機認証前記受信機認証情報が、計算結果と一致したときは、前記受信機が認証されたと決定するように構成され、さらに、それ以外のときは、前記受信機が認証されなかったと決定し、前記ＱＫＤプロセスを終了させるように構成された、受信機認証ユニットと
をさらに備える、請求項１６に記載の認証装置。
【請求項１７】
前記装置は、
前記受信機が認証されたと前記受信機認証ユニットが決定した後に、前記鍵情報の前記量子状態の正しい測定基準を決定し、元の鍵をスクリーニングするように構成された、元の鍵スクリーニングユニットと、
事前決定されたチャネルを通して、前記鍵情報の前記量子状態の前記正しい測定基準を開示するように構成された、正しい測定基準開示ユニットと、
ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するように構成された、共有量子鍵生成ユニットと
をさらに備え、
前記受信機アイデンティティ情報受信ユニットによって受信された前記情報は、前記鍵情報の量子状態を測定するために前記ピアデバイスによって使用される測定基準をさらに含む、
請求項１６に記載の認証装置。
【請求項１８】
ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置であって、前記装置は、
前記ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスによって送信された量子状態を受信し、前記ピアデバイスのそれと同じ事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別するように構成された、量子状態受信および区別ユニットと、
前記ピアデバイスによって使用された第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算するように構成された、送信機アイデンティティ情報計算ユニットと、
前記ピアデバイスのそれと同じ基準選択ルールに従って、測定基準を選択し、送信機認証情報の受信された複数の量子状態を測定するように構成された、アイデンティティ情報量子状態測定ユニットと、
受信された複数の量子状態が、前記計算された送信機認証情報と一致するかどうかを決定し、測定結果が一致したときは、送信機が認証されたと決定し、それ以外のときは、前記送信機が認証されなかったと決定し、前記ＱＫＤプロセスを終了させるように構成された、送信機認証ユニットと
を備え、
前記装置は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信受信機デバイス上に配備される、
認証装置。
【請求項１９】
前記装置は、
前記送信機が認証されたと前記送信機認証ユニットが決定した後に、前記ピアデバイスによって使用される第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成するように構成された、受信機アイデンティティ情報生成ユニットと、
前記受信機認証情報を前記ピアデバイスに送信するように構成された、受信機アイデンティティ情報送信ユニットと
をさらに備える、請求項１８に記載の認証装置。
【請求項２０】
前記装置は、
前記送信機が認証されたと前記送信機認証ユニットが決定した後に、鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、事前決定されたチャネルを通して、前記測定基準を開示するように構成された、鍵情報量子状態測定基準開示ユニットと、
前記事前決定されたチャネルを通して、前記ピアデバイスによって送信された前記鍵情報の前記量子状態の正しい測定基準を受信するように構成された、正しい測定基準受信ユニットと、
元の鍵をスクリーニングし、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するように構成された、スクリーニングおよび共有量子鍵生成ユニットと
をさらに備える、請求項１９に記載の前記ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、認証の技術分野に関し、詳細には、量子鍵配送（ＱＫＤ）プロセスのための認証方法に関する。本発明は、さらに、ＱＫＤプロセスのための認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
優先権の主張
本出願は、参照によってそれの全体が組み込まれる、Ｆｕ，  Ｙｉｎｇｆａｎｇの２０１５年８月１８日に出願された中国特許出願第２０１５１０５０９５３７．５号の利益を主張する。
【０００３】
認証は、ネットワークセキュリティを確実にする重要な役割であり、効果的な認証は、２者の通信パーティの真正性、メッセージの完全性、およびソースの信頼性を保証することができ、偽造、変更、および遅延などの手段を通した不法なパーティによる攻撃から、情報を保護することもできる。私有鍵暗号メカニズムおよび公開鍵暗号メカニズムは、ともに、通信においてアイデンティティ情報のセキュリティ、完全性、および否認防止を確実にするために、ならびにアイデンティティスプーフィング攻撃に抵抗するために、暗号法において普通に使用されている。量子暗号法は、量子力学と暗号法の結合生産物であり、高められたセキュリティおよび盗聴者検出可能性を提供することが分かっている。量子暗号法は、量子力学の原理を利用し、攻撃者の計算能力および記憶容量とは関係ない。しかしながら、従来のＱＫＤプロトコルは、効果的な認証メカニズムを提供せず、そのため、ＱＫＤプロセスは、依然として、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、または分散サービス拒否（ＤＤｏＳ）攻撃にさらされることがある。
【０００４】
上述の問題に鑑みて、先行技術は、以下の２つの解決策を提供する。 
ｉ．Ｍ．Ｄｕｓｅｋ他は、量子通信プロセスにおいては、必ずしもすべての事前決定された情報を認証する必要はないという信念によって特徴付けられた、１つの解決策である。Ｍ．Ｄｕｓｅｋによれば、量子状態の誤り率についての正しい決定に影響する事前決定された情報だけが、認証されるべきであり、他のすべての事前決定された情報は、認証される必要がない。結果として、Ｍ．Ｄｕｓｅｋは、事前決定されたメッセージ認証アルゴリズムと組み合わせた量子認証プロトコルを提案しており、プロトコルの核心は、事前決定された認証アルゴリズムを用いて、できるだけ少数の事前決定されたメッセージを認証することである。 
ｉｉ．別の提案された解決策は、ＢＢ８４プロトコルを認証と組み合わせる。このプロトコルは、ランダムに送信される量子ビットストリング内のいくつかのビットが、特定の認証ビットとして設定され、認証ビットの特定の位置が、認証鍵によって決定され、２者の通信パーティ間における認証が、測定基準と、認証ビットのうちのビットによって表される光子の偏光状態とを用いて達成され、認証ビットの量子状態情報が、ランダムに送信されることができず、特定のルールに従って、２者のパーティ間において共有される認証鍵によって決定されるべきであるという点で、オリジナルのＢＢ８４プロトコルとは異なっている。送信機および受信機は、認証鍵の動的な更新を実現するために、各ネゴシエーションによって獲得された共有量子鍵の一部を認証鍵として設定する。
【０００５】
上述の２つの解決策は、ともに、認証メカニズムを採用するので、ＱＫＤプロセスのセキュリティをある程度は改善することができるが、しかしながら、それらは、各々、ある短所を有する。 
ｉ．Ｍ．Ｄｕｓｅｋ解決策については、２者の通信パーティ間において事前提供される認証鍵の数が、限られており、解決策は、依然として、量子技術を十分に利用することなく、事前決定された認証技術を採用し、そのため、解決策は、ハッキングのリスクを継承しており、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、およびＤＤｏＳ攻撃に対して脆弱である。
ｉｉ．認証を備えるＢＢ８４プロトコルについては、認証情報は、鍵配送のセキュリティを改善するために、量子状態の形態で送信されるが、この技術的解決策は、各ネゴシエーションによって獲得された共有量子鍵の一部を認証鍵として選択することを必要とするので、共有量子鍵のその一部は、サービスデータ暗号化のためにはもはや使用されることができず、量子鍵リソースが、浪費される。
【発明の概要】
【０００６】
本出願の実施形態は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法を提供し、それは、ＱＫＤプロセスにおいて動的な認証を実行するための新しいアイデアを提供するばかりでなく、脆弱性および量子鍵リソース浪費の問題を効果的に解決することもできる。本出願の実施形態は、別の２つの認証方法、およびＱＫＤプロセスにおいて使用される対応する装置、ならびにＱＫＤプロセスにおいて使用される認証システムをさらに提供する。
【０００７】
本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法を提供し、方法は、ＱＫＤプロセスに参加する、量子通信送信機デバイスおよび量子通信受信機デバイスにおいて実施される。実施形態においては、方法は、
送信機によって、受信機と合意された基準選択ルールに従って、送信機アイデンティティ情報を認証するための準備基準を選択し、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信するステップであって、送信機認証情報は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成される、ステップと、
受信機によって、事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態をフィルタリング（または区別）し、基準選択ルールに従って、送信機認証情報の受信された量子状態を測定し、測定結果が、第１の事前提供されたアルゴリズムに従って計算された送信機認証情報と一致した場合は、送信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させるステップと
を含み、
第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された送信機認証情報は、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化する。
実施形態においては、送信機が認証されたと（受信機において）決定された後に、以下の動作が、すなわち、
受信機によって、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成し、受信機認証情報を送信する動作と、
送信機において、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算し、受信された受信機認証情報が、計算結果と一致したときは、受信機が認証されたと決定し、それ以外のときは、受信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させる動作と
が、実行される。
【０００８】
実施形態においては、受信機は、送信機が認証されたと決定した後に、以下の動作、すなわち、
鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、事前決定されたチャネルを通して、測定基準を開示する動作をさらに実行し、
対応して、受信機が認証されたと決定した後に、送信機は、以下の動作、すなわち、
鍵情報の量子状態の正しい測定基準を決定し、元の鍵をスクリーニングする動作と、
事前決定されたチャネルを通して、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示する動作と
を実行し、
対応して、送信機によって、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示するステップの後に、以下の動作、すなわち、
受信機によって、元の鍵をスクリーニングする動作と、
送信機および受信機によって、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得する動作と
が、実行される。
【０００９】
実施形態においては、第１の事前提供されたアルゴリズムは、送信機と受信機の両方によって、送信機識別情報と、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータとに従って、送信機認証情報を計算するステップを含み、受信機側における送信機識別情報は、事前提供され、または事前決定されたチャネルを通して、送信機によって受信機に送信される。
【００１０】
実施形態においては、送信機によって、受信機と合意された基準選択ルールに従って、送信機認証情報のための準備基準を選択する前に、以下の動作、すなわち、
送信機と受信機の両方によって、要求中に、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータを用いて、他方のパーティのピアデバイスのための認証を実行し、事前決定されたチャネルを通して実施される対話を開始し、どちらかのデバイスが認証に失敗した場合は、ＱＫＤプロセスを開始しない動作が実行される。
【００１１】
実施形態においては、第２の事前提供されたアルゴリズムは、送信機と受信機の両方によって、受信機識別情報と、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータの変形とに従って、受信機認証情報を計算するステップを含み、送信機側における受信機識別情報は、事前提供され、または事前決定されたチャネルを通して、受信機によって送信機に送信される。
【００１２】
実施形態においては、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータの変形は、パラメータ自体、または事前設定された数学的変換方法を用いてパラメータを処理することから獲得された結果を含む。
【００１３】
実施形態においては、送信機と受信機の両方の事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータは、送信機および受信機がＱＫＤプロセスを実行した回数を含む。
【００１４】
実施形態においては、認証情報を計算するステップは、ハッシュ関数を用いて、対応する認証情報を計算するステップを含む。
【００１５】
実施形態においては、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信するステップは、制御情報およびデータ情報の量子状態を、それぞれ異なる波長を用いて、事前設定された情報フォーマットで送信するステップを含み、データ情報は、鍵情報と、送信機認証情報とを含む。
【００１６】
実施形態においては、事前設定された情報は、認証情報および鍵情報が、それぞれの制御情報をプレフィックスとして使用するように、フォーマットされる。
【００１７】
実施形態においては、認証情報のプレフィックスとして使用される制御情報の量子状態を運ぶ波長は、鍵情報のプレフィックスとして使用される制御情報の量子状態を運ぶ波長とは異なる。
【００１８】
実施形態においては、事前設定された情報は、認証情報のプレフィックスとして使用される制御情報、および鍵情報のプレフィックスとして使用される制御情報が、それぞれ、異なるコードを使用し、異なるコードが、送信機および受信機によって事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したネゴシエーションを介して決定され、制御情報の量子状態を準備または測定するための基準が、送信機および受信機によって事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したネゴシエーションを介して決定されるようにフォーマットされる。
【００１９】
実施形態においては、事前設定された情報は、認証情報および鍵情報が、共通制御情報をプレフィックスとして使用し、制御情報と鍵情報との間の認証情報の長さが、送信機および受信機によって事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したネゴシエーションを介して決定されるようにフォーマットされる。
【００２０】
加えて、本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法をさらに提供し、方法は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信送信機デバイスにおいて実施され、方法は、
第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成するステップと、
ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスと合意された基準選択ルールに従って、送信機認証情報のための準備基準を選択するステップと、
事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を、ピアデバイスに送信するステップと
を含み、
第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された送信機認証情報は、ピアデバイスに向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化する。
【００２１】
実施形態においては、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を、ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスに送信した後に、以下の動作、すなわち、
ピアデバイスによって返された情報を受信する動作であって、情報は、少なくとも受信機認証情報を含む、動作と、
第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算する動作と、
受信された受信機認証情報が、計算結果と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、受信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、受信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させる動作と
が実行される。
【００２２】
実施形態においては、ピアデバイスによって返された情報は、受信機認証情報を含むばかりでなく、鍵情報の量子状態を測定するために使用される測定基準も含み、
対応して、受信機が認証されたと決定した後に、以下の動作が、すなわち、
鍵情報の量子状態の正しい測定基準を決定し、元の鍵をスクリーニングする動作と、
事前決定されたチャネルを通して、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示する動作と、
ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得する動作と
が、実行される。
【００２３】
実施形態においては、第１の事前提供されたアルゴリズムは、ホストデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスの、同期して変化するパラメータとに従って、送信機認証情報を計算するステップを含む。
【００２４】
実施形態においては、第２の事前提供されたアルゴリズムは、ピアデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスの、同期して変化するパラメータの変形とに従って、受信機認証情報を計算するステップを含む。
【００２５】
実施形態においては、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスの、同期して変化するパラメータは、ＱＫＤプロセスがピアデバイスを用いて実行された回数を含む。
【００２６】
実施形態においては、認証情報を計算するステップは、ハッシュ関数を用いて、対応する認証情報を計算するステップを含む。
【００２７】
実施形態においては、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信するステップは、制御情報およびデータ情報の量子状態を、それぞれ異なる波長を用いて、事前設定された情報フォーマットで送信するステップを含み、データ情報は、鍵情報と、送信機認証情報とを含む。
【００２８】
実施形態においては、事前設定された情報は、認証情報および鍵情報が、それぞれの制御情報をプレフィックスとして使用するように、フォーマットされる。
【００２９】
実施形態においては、事前設定された情報は、認証情報および鍵情報が、共通制御情報をプレフィックスとして使用し、制御情報と鍵情報との間の認証情報の長さが、事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したピアデバイスとのネゴシエーションを介して決定されるようにフォーマットされる。
【００３０】
対応して、本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置をさらに提供し、装置は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信送信機デバイス上に配備され、装置は、
第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成するように構成された、送信機アイデンティティ情報生成ユニットであって、送信機認証情報は、受信機と開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて動的に変化する、送信機アイデンティティ情報生成ユニットと、
ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスと合意された基準選択ルールに従って、送信機認証情報のための準備基準を選択するように構成された、準備基準選択ユニットと、
事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を、ピアデバイスに送信するように構成された、量子状態送信ユニットと
を備える。
【００３１】
実施形態においては、装置は、
量子状態送信ユニットが、量子状態送信動作を完了した後に、ピアデバイスによって返された情報を受信するように構成された、受信機アイデンティティ情報受信ユニットであって、情報は、少なくとも受信機認証情報を含む、受信機アイデンティティ情報受信ユニットと、
第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算するように構成された、受信機アイデンティティ情報計算ユニットと、
受信された受信機認証情報が、計算結果と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、受信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、受信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させるように構成された、受信機認証ユニットと
をさらに備える。
【００３２】
実施形態においては、受信機アイデンティティ情報受信ユニットによって受信された情報は、受信機認証情報を含むばかりでなく、鍵情報の量子状態を測定するためにピアデバイスによって使用される測定基準も含む。これらの実施形態によれば、装置は、
受信機が認証されたと受信機認証ユニットが決定した後に、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を決定し、元の鍵をスクリーニングするように構成された、元の鍵スクリーニングユニットと、
事前決定されたチャネルを通して、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示するように構成された、正しい測定基準開示ユニットと、
ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するように構成された、共有量子鍵生成ユニットと
を備える。
【００３３】
実施形態においては、送信機アイデンティティ情報生成ユニットによって使用される第１の事前提供されたアルゴリズムは、ホストデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスの、同期して変化するパラメータとに従って、送信機認証情報を計算するステップを含む。
【００３４】
実施形態においては、受信機アイデンティティ情報計算ユニットによって使用される第２の事前提供されたアルゴリズムは、ピアデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスの、同期して変化するパラメータの変形とに従って、受信機認証情報を計算するステップを含む。
【００３５】
実施形態においては、事前設定されたポリシーに従った計算のために、送信機アイデンティティ情報生成ユニットおよび受信機アイデンティティ情報計算ユニットによって使用される、同期して変化するパラメータは、ＱＫＤプロセスがピアデバイスと実行された回数を含む。
【００３６】
実施形態においては、送信機アイデンティティ情報生成ユニットまたは受信機アイデンティティ情報計算ユニットは、特に、ハッシュ関数を用いて、対応する認証情報を計算するように構成される。
【００３７】
実施形態においては、量子状態送信ユニットは、特に、制御情報およびデータ情報の量子状態を、それぞれ異なる波長を用いて、事前設定された情報フォーマットで送信するように構成され、データ情報は、鍵情報と、送信機認証情報とを含む。
【００３８】
実施形態においては、量子状態送信ユニットによって使用される事前設定された情報フォーマットは、認証情報および鍵情報が、それぞれの制御情報をプレフィックスとして使用するようなものである。
【００３９】
実施形態においては、量子状態送信ユニットによって使用される事前設定された情報フォーマットは、認証情報および鍵情報が、共通制御情報をプレフィックスとして使用し、制御情報と鍵情報との間の認証情報の長さが、事前設定され、または事前決定されたチャネルを通したピアデバイスとのネゴシエーションを介して決定されるようなものである。
【００４０】
加えて、本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法をさらに提供し、方法は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信受信機デバイスにおいて実施され、方法は、
ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスによって送信された量子状態を受信し、ピアデバイスのそれと同じ事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別するステップと、
ピアデバイスのそれと同じ第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算するステップと、
ピアデバイスのそれと同じ基準選択ルールに従って、測定基準を選択し、送信機認証情報の受信された量子状態を測定するステップと、
測定結果が、計算された送信機認証情報と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、送信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させるステップと
を含む。
【００４１】
実施形態においては、送信機が認証されたと決定した後に、以下の動作が、すなわち、
ピアデバイスのそれと同じ第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成する動作と、
受信機認証情報をピアデバイスに送信する動作と
が、実行されてよい。
【００４２】
実施形態においては、送信機が認証されたと決定した後に、以下の動作が、すなわち、
鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、事前決定されたチャネルを通して、測定基準を開示する動作と、
事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスによって送信された鍵情報の量子状態の正しい測定基準を受信する動作と、
元の鍵をスクリーニングし、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセス通して、最終共有量子鍵を獲得する動作と
が、実行されてよい。
【００４３】
対応して、本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置をさらに提供し、装置は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信受信機デバイス上に配備され、装置は、
ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスによって送信された量子状態を受信し、ピアデバイスのそれと同じ事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態をフィルタリングまたは区別するように構成された、量子状態受信および区別ユニットと、
ピアデバイスのそれと同じ第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算するように構成された、送信機アイデンティティ情報計算ユニットと、
ピアデバイスのそれと同じ基準選択ルールに従って、測定基準を選択し、送信機認証情報の受信された量子状態を測定するように構成された、アイデンティティ情報量子状態測定ユニットと、
測定結果が、計算された送信機認証情報と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、送信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させるように構成された、送信機認証ユニットと
を備える。
【００４４】
実施形態においては、装置は、
送信機が認証されたと送信機認証ユニットが決定した後に、ピアデバイスのそれと同じ第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成するように構成された、受信機アイデンティティ情報生成ユニットと、
受信機認証情報をピアデバイスに送信するように構成された、受信機アイデンティティ情報送信ユニットと
をさらに備える。
【００４５】
実施形態においては、装置は、
送信機が認証されたと送信機認証ユニットが決定した後に、鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、事前決定されたチャネルを通して、測定基準を開示するように構成された、鍵情報量子状態測定基準開示ユニットと、
事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスによって送信された鍵情報の量子状態の正しい測定基準を受信するように構成された、正しい測定基準受信ユニットと、
元の鍵をスクリーニングし、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するように構成された、スクリーニングおよび共有量子鍵生成ユニットと
をさらに備える。
【００４６】
加えて、本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証システムをさらに提供し、それは、上述の部分のいずれかに従った、量子通信送信機デバイス上に配備された認証装置と、上述の部分のいずれかに従った、量子通信受信機デバイス上に配備された認証装置とを備える。
【００４７】
先行技術と比較して、本出願は、以下の利点を有する。
本出願において提供される、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法によれば、送信機は、受信機と合意された基準選択ルールに従って、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成される送信機認証情報の準備基準を選択し、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信し、受信機は、事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別（フィルタリング）し、基準選択ルールに従って、送信機認証情報の受信された量子状態を測定し、測定結果が、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて計算された送信機認証情報と一致した場合は、送信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させる。上述の技術的解決策においては、量子状態の形態で送信機によって送信される、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された送信機認証情報は、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化し、受信機は、リクエスタの動的な認証が、ＱＫＤプロセスにおいて達成され、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、および分散サービス拒否（ＤＤｏＳ）攻撃に対する効果的な防御が、受信機において提供されることができ、ＱＫＤプロセスのセキュリティが、改善されるように、同じ事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信された認証情報を検証し、さらに、認証情報は、アルゴリズムを用いて動的に生成されるので、量子鍵リソースの浪費を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本出願において提供されるような、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法の実施形態のフロー図である。
【図２】本出願の実施形態において提供されるような、認証情報および鍵情報を含む量子状態を送信する送信機を示すプロセスフロー図である。
【図３】本出願の実施形態において提供されるような、第１の情報フォーマットの概略図である。
【図４】本出願の実施形態において提供されるような、第２の情報フォーマットの概略図である。
【図５】本出願の実施形態において提供されるような、第３の情報フォーマットの概略図である。
【図６】本出願の実施形態において提供されるような、認証動作を実行する受信機を示すプロセスフロー図である。
【図７】本出願において提供されるような、ＱＫＤプロセスにおいて使用される別の認証方法の実施形態のフロー図である。
【図８】本出願において提供されるような、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置の実施形態の概略図である。
【図９】本出願において提供されるような、ＱＫＤプロセスにおいて使用される第３の認証方法の実施形態のフロー図である。
【図１０】本出願において提供されるような、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置の実施形態の概略図である。
【図１１】本出願において提供されるような、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証システムの実施形態の概略図である。
【図１２】本出願の実施形態において提供されるような、認証システムの対話的処理フローを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本出願の完全な理解を容易にするために、以下の説明においては、多くの特定の詳細が、詳しく述べられる。しかしながら、本出願は、本明細書で説明されるものとは異なる他の方式で、実施されることができ、当業者は、本出願の主旨から逸脱することなく、同様の拡張を行うことができる。本出願は、以下で開示される特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。
【００５０】
本出願は、ＱＫＤプロセスにおいて使用される、認証方法、追加の他の２つの認証方法および対応する装置、ならびに認証システムを提供し、それらは、以下の実施形態において、それぞれ詳細に説明される。
【００５１】
図１は、本出願に従った、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法の実施形態のフロー図を示している。方法は、ＱＫＤプロセスに参加する、量子通信送信機デバイスおよび量子通信受信機デバイスにおいて実施される。この実施形態の特定のステップが、詳細に説明される前に、この実施形態に含まれる、量子通信送信機デバイスおよび量子通信受信機デバイスが、簡潔に説明される。
【００５２】
この実施形態においては、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信デバイスのアイデンティティは、配送プロセスにおいて、動的に認証される。具体的には、準備基準を選択し、量子状態をピアデバイスに送信する、第１のデバイス。（ＱＫＤプロセスのイニシエータまたはリクエスタとも呼ばれる）このデバイスは、量子通信送信機デバイスとして、またはこの技術的解決策内においては、略して、送信機として定義される。受信された量子状態を測定するための測定基準を選択する、第２のデバイスは、量子通信受信機デバイスとして、またはこの技術的解決策内においては、略して、受信機として定義される。
【００５３】
１つまたは複数の実施形態によれば、ＱＫＤプロセスは、以下のステージを、すなわち、送信機によって量子状態を送信するステージと、受信機によって量子状態を測定するステージと、送信機および受信機によって測定基準を比較するステージと、元の鍵をスクリーニングするステージと、ビット誤り率を推定するステージと、誤りを訂正するステージと、プライバシーを増幅するステージとを含む。動的な認証は、この技術的解決策に従った上述のプロセスにおいて達成される。特に、送信機が、鍵情報および認証情報を含む量子状態を送信した後に、受信機は、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、またはＤＤｏＳ攻撃を回避するために、認証情報の量子状態を測定することによって、送信機のアイデンティティを検証してよい。上述の片方向認証に加えて、送信機は、「フィッシング攻撃」を回避するために、受信機によって提供された認証情報に従って、受信機のアイデンティティを検証してもよく、それによって、より安全な双方向認証を達成する。
【００５４】
以下の例は、この双方向認証を説明することに集中する。この技術的解決策の１つまたは複数の実装形態においては、受信機による送信機の片方向認証は、単独で実行されてよく、それは、セキュリティを改善し、浪費される量子鍵リソースを回避するという有益な効果を達成することもできることに留意されたい。
【００５５】
加えて、この技術的解決策の１つまたは複数の実装形態においては、鍵情報の量子状態を測定し、測定基準を比較するなどの後続ステージは、認証が完了した後に、着手されてよい。相互認証は、様々なステージにおいて達成されてもよく、様々なステージと交互に行われてもよい。第２の実施は、対話プロセスを簡略化し、実行効率を改善することができる。そのため、以下の実施形態は、これらの実施を使用して説明される。この実施形態が、以下で詳細に説明される。
【００５６】
ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証方法は、以下のステップを含む。
ステップ１０１：送信機は、受信機と合意された基準選択ルールに従って、送信機認証情報の準備基準を選択し、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信し、送信機認証情報は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成され、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化する。
【００５７】
非合法な量子通信デバイス間においてＱＫＤプロセスを開始することを回避するために、送信機および受信機の量子通信デバイスは、送信機がＱＫＤプロセスを開始する前に、（古典的チャネルなど）事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスのアイデンティティを検証する必要がある。１つまたは複数の実施形態によれば、以降のＱＫＤプロセスは、いずれも、両方のデバイスが認証されたときにだけ、開始されることができる。
【００５８】
この技術的解決策においては、送信機は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成し、送信機認証情報は、異なるＱＫＤプロセスに対して、動的に変化する。この機能性を達成するために、この実施形態においては、送信機および受信機は、各々、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータｎ（関連する説明は、以降のステップ１０１−１における関連する本文から見出されることができる）を維持してよく、送信機および受信機は、パラメータｎを使用して、上述の事前決定されたチャネルベースの認証プロセスを達成してよい。
【００５９】
例えば、ＱＫＤプロセスのリクエスタ、すなわち、本出願における送信機は、最初に、量子鍵ネゴシエーション要求を送信してよく、要求は、送信機の識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ（識別情報についての説明は、以降のステップ１０１−１における関連する本文から見出されることができる）と、パラメータｎとに基づいて計算された、ハッシュ値ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）を含む。ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイス、すなわち、本出願における受信機は、その後、上述の要求情報を受信した後に、ローカルに事前設定されたｕｓｅｒｉｄ＿Ａと、ローカルに維持されたパラメータｎとのハッシュ値を計算し、計算された値が、受信された値と一致した場合は、ハッシュ値ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ，ｎ）を含む応答情報を送信機に返し、またはそれ以外の場合は、ＱＫＤプロセスを終了させる。同様に、送信機も、同じ方法で、受信機のアイデンティティを検証してよく、受信機が認証された場合は、ＱＫＤプロセスが、開始されてよく、それ以外の場合は、ＱＫＤプロセスは、開始されない。
【００６０】
上で説明された実施においては、送信機と受信機の両方に他方のパーティの識別情報を事前提供する方式が、採用される。他の実施においては、送信機および受信機は、他方のパーティの識別情報を事前提供されず、代わりに、ＱＫＤプロセスの要求対話において識別情報を運ぶ方式が、採用される。例えば、送信機によって送信される情報は、ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）と、ｕｓｅｒｉｄ＿Ａとを含み、受信機によって返される情報は、ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ，ｎ）と、ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂとを含み、送信機および受信機は、この方式で、他方のパーティの識別情報も獲得することができる。
【００６１】
上述のプロセスにおいて、送信機と受信機の両方が、認証された場合、以降のＱＫＤプロセスが、開始され、送信機は、少なくとも認証情報および鍵情報を含む量子状態を、受信機に送信する。プロセスは、ステップ１０１−１からステップ１０１−３を含み、図２を参照して、以下でさらに説明される。
【００６２】
ステップ１０１−１：第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成する。
【００６３】
この技術的解決策においては、送信機および受信機は、送信機認証情報を計算するために、同じアルゴリズム、すなわち、本出願における第１の事前提供されたアルゴリズムを事前提供され、アルゴリズムを用いて生成された送信機認証情報は、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスに対して、動的に変化する。言い換えると、受信機によって受信される各リクエスタの認証情報は、受信機に対して、動的に変化し、受信機は、第１の事前提供されたアルゴリズムに従って、リクエスタの認証を実行してよく、攻撃者が動的に変化する認証情報を模倣することは、難しく、したがって、受信機は、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、またはＤＤｏＳ攻撃を、効果的に防御することができる。
【００６４】
１つまたは複数の実装形態においては、必要とされる第１の事前提供されるアルゴリズムは、動的に変化する要件が満たされる限り、要件に従って、設計されてよい。この実施形態においては、送信機および受信機によって、送信機識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａと、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータｎとに従って、送信機認証情報を計算するために、以下の第１の事前提供されたアルゴリズムが、使用される。
【００６５】
送信機識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａとは、一般に、送信機を他の量子通信デバイスから区別することができる識別情報のことである。例えば、送信機識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａは、工場から出荷されたときのデバイス識別子、または送信機の固定されたＩＰアドレスであってよい（同じ識別方式が、以下の本文に含まれる受信機識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂについても採用されてよい）。
【００６６】
パラメータｎは、送信機および受信機で同じ事前設定されたポリシーに従って同期して変化する数値、すなわち、送信機および受信機によって推測されることができる変数であってよい。例えば、送信機および受信機は、同じ初期数値を事前提供され、その後、同期して、事前設定された期間に従って、それぞれ維持される数値を変更してよく、またはＱＫＤプロセスが開始される前に、その都度、同期を取った変更が、トリガされてよい。同期を取った変更は、加算、減算、乗算、もしくは除算などの基本演算、または事前設定された関数を用いて、実施されてよい。ｎは、２者のパーティ間におけるネゴシエーションを必要とせずに、送信機および受信機においてローカルに設定され、ｎは、動的に変化する値であるので、ｎが漏らされる、または推測される確率は、低く、それによって、認証情報のセキュリティを確実にする。
【００６７】
この実施形態においては、送信機認証情報Ｙは、以下の第１の事前提供されたアルゴリズム、すなわち、Ｙ＝ｆ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）に従って計算されてよく、送信機および受信機は、同じ関数ｆを、例えば、ハッシュ関数を使用する。送信機は、ローカル関数インターフェースをコールすることによって、それの識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａを獲得してよく、受信機側におけるｕｓｅｒｉｄ＿Ａの情報は、事前提供されてよく、または事前決定されたチャネルを通して、送信機によって受信機に送信されてよい。例えば、情報は、ＱＫＤプロセスが開始される前に、ネゴシエーション要求ステージにおいて送信される（送信機側におけるｕｓｅｒｉｄ＿Ｂの情報も、同じ方式で獲得されてよい）。
【００６８】
ｕｓｅｒｉｄ＿Ａは、送信機および受信機によって知られ、送信機および受信機のパラメータｎも、上述の第１の事前提供されたアルゴリズムにおいて、推測可能であることが分かる。したがって、あるＱＫＤプロセスにおいて、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて計算された送信機認証情報は、送信機および受信機に対して明確であり、送信機は、情報を量子状態に含ませ、受信機は、その情報を用いて、送信機のアイデンティティを検証してよい。識別情報の一意性、およびｎの値の動的な変化のせいで、受信機は、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、またはＤＤｏＳ攻撃を効果的に防御することができる。
【００６９】
上で提供された第１の事前提供されたアルゴリズムに基づいて、この実施形態は、さらに、送信機および受信機がＱＫＤプロセスを実行した回数が、パラメータｎの値として使用されてよい、例示的な実施を提供する。例えば、送信機および受信機は、パラメータｎの初期値を０になるように設定し、送信機と受信機の両方のためのｎの値の同期を取った変化を実現するために、２者のパーティは、送信機および受信機が１回目にＱＫＤプロセスを開始したときに、ｎのそれぞれ維持された値を１になるように設定し、それらが２回目にＱＫＤプロセスを開始したときに、ｎの値を２になるように設定し、以降についても同様である。１つまたは複数の実装形態においては、ｎの値が、事前設定された上限まで累積したときに、送信機および受信機は、同期してｎを０になるようにクリアし、累積を再開することができる。
【００７０】
上述の実施においては、異なるＱＫＤリクエスタ、すなわち、本出願の送信機の識別情報は、同じ受信機に対して明確に異なり、そのため、ＱＫＤプロセスにおいて各リクエスタによって提供される送信機認証情報は、異なる。同じＱＫＤリクエスタについては、ｎの値は、ＱＫＤプロセスが実行された回数に従って変化し、そのため、異なるＱＫＤプロセスにおいて同じリクエスタによって提供される送信機認証情報も、異なる。このケースにおいては、受信機は、リクエスタのアイデンティティ情報をより安全に検証することができ、したがって、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、またはＤＤｏＳ攻撃により効果的に抵抗することができる。
【００７１】
１つまたは複数の実装形態においては、この実施形態において提供されるような、識別情報およびパラメータｎに基づいた第１の事前提供されたアルゴリズムに加えて、他の形式の第１の事前提供されたアルゴリズムが、使用されてもよい。例えば、本出願のこの技術的解決策は、送信機と受信機との間に同じ乱数を事前提供し、異なる送信機および受信機に対しては異なる乱数を事前提供し、その乱数を使用して識別情報を置換することによって、実施されてもよい。
【００７２】
ステップ１０１−２：受信機と合意された基準選択ルールに従って、送信機認証情報の準備基準を選択する。
【００７３】
送信機および受信機は、同じ第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算するので、送信機は、情報を量子状態で送信し、受信機は、その情報を用いて、送信機のアイデンティティを検証し、送信機および受信機は、送信機および受信機が、計算によって送信機認証情報を獲得した後に、合意された基準選択ルールに従って、対応する準備基準または測定基準を選択することができる。
【００７４】
合意された基準選択ルールは、送信機および受信機によって事前設定されてよく、またはＱＫＤプロセスが開始される前に、事前決定されたチャネルを通して、ネゴシエートおよび決定されてよい。例えば、送信機は、水平偏光および垂直偏光の準備基準を使用し、受信機は、測定のために直線偏光測定基準を使用し、または送信機は、左偏光および右偏光の準備基準を使用し、受信機は、測定のために円偏光測定基準を使用する。具体的には、例えば、ビット０については、送信機は、水平偏光の準備基準を使用し、受信機は、直線偏光測定基準を使用し、ビット１については、送信機は、左偏光の準備基準を使用し、受信機は、円偏光測定基準を使用する。
【００７５】
送信機は、合意された基準選択ルールに従って、ステップ１０１−１において生成された送信機認証情報に対応するビットストリングのための対応する準備基準を選択する。
【００７６】
ステップ１０１−３：少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を（事前設定された方式で）送信する。
【００７７】
事前設定された方式は、送信機および受信機によって事前決定されてよく、それによって、送信機は、事前設定された方式に従って、量子状態を送信し、受信機は、同じ方式に従って、様々な情報の量子状態を区別する。例えば、送信機は、送信機認証情報およびランダムに生成された鍵情報の量子状態を、異なる波長を用いて送信してよく、受信機は、異なる波長をしかるべく用いて、量子状態を区別する。
【００７８】
好ましくは、さらなるセキュリティ保証を提供し、攻撃者が目標とされたモニタリングを行うことを防止するために、（一括してデータ情報の量子状態と呼ばれることがある）送信機認証情報および鍵情報の量子状態は、同じ波長を使用して、送信されてよく、受信機による量子状態の区別を容易にするために、制御情報が、送信機認証情報および鍵情報のプレフィックスとして導入されてよい。この考察に基づいて、この実施形態においては、送信機は、制御情報ならびに（鍵情報および送信機認証情報を含む）データ情報の量子状態を、異なる波長を使用して、事前設定された情報フォーマットで送信し、受信機は、波長特性および情報フォーマットに従って、様々な情報の受信された量子状態を区別する。異なる波長は、送信機および受信機によって事前設定されてよく、またはＱＫＤプロセスが開始される前に、事前決定されたチャネルを通して、ネゴシエートおよび決定されてよい。
【００７９】
情報フォーマットは、受信機が量子状態を正しく区別することができる限り、多くの方式で定義されてよい。それのいくつかの特定の例が、以下で与えられる。
【００８０】
例１：送信機認証情報および鍵情報は、それぞれの制御情報を（すなわち、要するに、それぞれ認証制御情報および鍵制御情報を）プレフィックスとして有し、図３に示される情報フォーマットの概略図を参照すると、２つのタイプの制御情報の量子状態を運ぶ波長は、異なる。（送信機認証情報および鍵情報を含む）データ情報の量子状態を運ぶ波長は、λ1であり、認証制御情報の量子状態を運ぶ波長は、λ2であり、鍵制御情報の量子状態を運ぶ波長は、λ3であり、λ1、λ2、およびλ3は、互いに異なる。λ2およびλ3は、送信機および受信機によって事前設定されてよく、または量子鍵ネゴシエーションプロセスが開始される前に、ネゴシエートおよび決定されてよい。この方式においては、送信機は、２つのタイプの制御情報の量子状態をランダムに選択することができ、受信機は、波長に従って、認証制御情報を鍵制御情報から直接的に区別することができる。
【００８１】
例２：送信機認証情報および鍵情報は、それぞれの制御情報をプレフィックスとして有し、図４に示される情報フォーマットの概略図を参照すると、２つのタイプの制御情報は、異なるコードを有する。（送信機認証情報および鍵情報を含む）データ情報の量子状態を運ぶ波長は、λ1であり、認証制御情報の量子状態を運ぶ波長、および鍵制御情報の量子状態を運ぶ波長は、ともに、（λ1とは異なる）λ2であるが、２つのタイプの制御情報は、異なるコードを有する。例えば、０００００は、認証制御情報のコードであり、１１１１１は、鍵制御情報のコードである。異なるコードは、送信機および受信機によって事前設定されてよく、またはＱＫＤプロセスが開始される前に、事前決定されたチャネルを通して、ネゴシエートおよび決定されてよく、２つのタイプの制御情報の量子状態を準備または測定するための基準も、送信機および受信機によって事前設定されてよく、またはＱＫＤプロセスが開始される前に、事前決定されたチャネルを通して、ネゴシエートおよび決定されてよい。
【００８２】
例３：図５に示される情報フォーマットの概略図を参照すると、送信機認証情報および鍵情報は、共通の制御情報をプレフィックスとして使用する。（送信機認証情報および鍵情報を含む）データ情報の量子状態を運ぶ波長は、λ1であり、送信機認証情報および鍵情報は、同じ制御情報プレフィックスを共有し、制御情報の量子状態を運ぶ波長は、λ2であり、それは、λ1とは異なる。この方式においては、受信機は、波長に従って、制御情報をデータ情報から区別することができるので、送信機は、制御情報の量子状態をランダムに選択することができるが、制御情報と鍵情報との間に配置される送信機認証情報の長さは、受信機が、データ情報内において、送信機認証情報を鍵情報から正しく区別することを可能にするために、送信機および受信機によって合意されるべきである。１つまたは複数の実装形態においては、送信機認証情報の長さは、送信機および受信機によって事前設定されてよく、またはＱＫＤプロセスが開始される前に、事前決定されたチャネルを通して、ネゴシエートおよび決定されてよい。
【００８３】
上で与えられた例、および対応する図面は、情報フォーマットの部分だけを提供しており、１つまたは複数の実装形態においては、各情報フォーマットは、何回も繰り返され、連結されてよいことに留意されたい。例えば、例３において提供される情報フォーマットは、（例えば、限定されることなく）制御情報｜送信機認証情報｜鍵情報｜制御情報｜送信機認証情報｜鍵情報のように拡張されてよい。
【００８４】
この実施形態において提供された上述の実施においては、送信機は、制御情報、送信機認証情報、および鍵情報の量子状態を、波長特性に従って、受信機と合意された情報フォーマットで送信する。理解を容易にするために、以下では、図３における情報フォーマットを例として使用して、説明が行われる。
【００８５】
例えば、送信機は、時点ｔ1、ｔ2．．．ｔnにおいて、ｎの長さを有するバイナリビットストリングの量子状態を送信し、バイナリビットストリングは、以下に示される。
ｘ1，ｘ2．．．ｘi，ｘi+1．．．ｘi+m+1．．．ｘn
【００８６】
バイナリビットストリングは、３つの部分を含み、第１の部分は、制御情報ビットストリングであり、第２の部分は、認証情報ビットストリングであり、第３の部分は、鍵情報ビットストリングである。制御情報ビットストリングは、ランダムに選択されたバイナリビットストリングであり、ｉの長さを有し、認証情報ビットストリングは、ステップ１０１−１において第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された送信機認証情報ビットストリングであり、それの長さｍは、事前決定されたチャネルを通して、送信機および受信機によってネゴシエートおよび決定されてよく、鍵情報ビットストリングは、ランダムに生成されたバイナリビットストリングであり、ｎ−ｍ−ｉの長さを有する。
【００８７】
送信機は、時点ｔ1、ｔ2．．．ｔnにおいて、バイナリビットストリングのコード化された量子状態
【００８８】
【数１】
2018523953.tif 000003
【００８９】
を、受信機に送信し、ここで、ｊ1，ｊ2．．．ｊi，ｊi+1．．．ｊi+m，ｊi+m+1．．．ｊnは、送信機によって使用される準備基準の系列であり、ｊ1，ｊ2．．．ｊiは、制御情報ビットストリングに対応するランダム量子状態準備基準であり、λ2の波長を有し、ｊi+1．．．ｊi+mは、送信機および受信機によって合意された基準選択ルールに従って選択された、認証情報ビットストリングの量子状態準備基準であり、ｊi+m+1．．．ｊnは、鍵情報ビットストリングに対応するランダム量子状態準備基準であり、認証情報ビットストリングおよび鍵情報ビットストリングの準備基準の波長は、ともにλ1であり、それは、λ2とは異なる。
【００９０】
対応して、受信機は、波長に従って、制御情報をデータ情報から区別することができ、長さｍに従って、データ情報内において送信機認証情報を鍵情報から区別することができ、データ情報の受信された量子状態を測定するために、測定基準系列ｋi+1．．．ｋi+m，ｋi+m+1．．．ｋnを使用し、ここで、ｋi+1．．．ｋi+mは、送信機認証情報の量子状態についての測定基準であり、測定基準は、送信機と合意された基準選択ルールに従って選択され、ｋi+m+1．．．ｋnは、鍵情報の量子状態に対応するランダム量子状態測定基準である。
【００９１】
この時点において、送信機は、ステップ１０１−１から１０１−３を通して、量子状態送信動作を完了している。このプロセスにおいては、送信機は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成し、送信機認証情報は、様々な可能なスプーフィング攻撃、中間者攻撃、およびＤＤｏＳ攻撃を受信機が防御することの保証を提供するために、固定されず、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化する。
【００９２】
ステップ１０２：受信機は、事前設定された方式を使用して、様々な情報の受信された量子状態を区別し、受信機は、基準選択ルールに従って、送信機認証情報の受信された量子状態を測定し、測定結果が、第１の事前提供されたアルゴリズムに従って計算された送信機認証情報と一致した場合は、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された受信機認証情報を送信し、またはそれ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させる。
【００９３】
この技術的解決策の１つまたは複数の実装形態においては、受信機は、送信機認証情報の受信された量子状態を測定することによって、送信機のアイデンティティを検証し、送信機が認証されなかった場合は、ＱＫＤプロセスを終了させ、それ以外の場合は、受信機は、鍵情報の量子状態を測定するなど、以降の動作を実行してよい。
【００９４】
好ましくは、上述の片方向認証に基づいて、受信機は、さらに、検証のために、それのアイデンティティ情報を送信機に提供してよく、送信機は、この方式に従って、「フィッシング攻撃」および他の可能な攻撃を回避して、より安全な双方向認証を達成することができる。実施の特定のプロセスは、ステップ１０２−１からステップ１０２−５を含み、図６を参照して、以下でさらに説明される。
【００９５】
ステップ１０２−１：事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別する。
【００９６】
このステップにおいては、受信機は、量子チャネルから受信された様々な情報の量子状態について、送信機と合意された事前設定された方式で、送信機認証情報および鍵情報などの情報の量子状態を区別する。１つまたは複数の実装形態においては、異なる事前設定された方式に従って、異なる処理方式が、採用されてよい。送信機が制御情報およびデータ情報の量子状態を異なる波長を用いて送信する、ステップ１０１−３において提供された実施を例として使用すると、制御情報およびデータ情報の量子状態が、異なる波長に従って、最初に区別されてよく、認証情報および鍵情報の量子状態が、事前設定された情報フォーマットに従って、さらに区別されてよい。
【００９７】
例えば、送信機および受信機が、ステップ１０１−３の例１に示されるような、波長特性および情報フォーマットに合意した場合、このステップにおいて、受信機が、λ2の波長を有する量子状態を受信した場合は、量子状態は、認証制御情報の量子状態であること、λ1の波長を有する以降に受信される量子状態は、送信機認証情報の量子状態であり、測定基準は、測定のために２者のパーティによって合意された基準選択ルールに従って、選択されるべきであることが、知られることができる。代わりに、λ3の波長を有する量子状態が受信された場合は、λ1の波長を有する以降に受信される量子状態は、鍵情報の量子状態であり、ランダムに選択された測定基準が、測定のために使用されてよいことが、知られることができる。
【００９８】
別の例については、送信機および受信機が、ステップ１０１−３の例２に示されるような、波長特性および情報フォーマットに合意した場合（例えば、受信機が、λ2の波長を有する量子状態を受信した場合）、量子状態は、制御情報の量子状態であり、送信機と合意された（事前設定された、またはネゴシエートおよび決定された）測定基準が、測定のために使用されることが、知られることができる。受信された制御情報のタイプ、すなわち、認証制御情報か、それとも鍵制御情報かを獲得するために、測定結果が、合意されたコード化された値と比較され、λ1の波長を有する量子状態が、以降に受信された場合は、タイプに対応する測定基準が、測定のために使用されてよい。
【００９９】
ステップ１０１の例３において示されるような波長特性および情報フォーマット、ならびに送信機によって使用されてよい他の波長特性および情報フォーマットについても、受信機は、同様の方式で、様々な情報の量子状態を区別またはフィルタリングしてよく、それは、ここでは再度説明されない。
【０１００】
ステップ１０２−２：第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算する。
【０１０１】
この実施形態によれば、送信機および受信機は、送信機認証情報を計算するための同じアルゴリズムを、すなわち、本出願における第１の事前提供されたアルゴリズムを用いるように事前設定される。アルゴリズムの詳細については、ステップ１０１−１の説明を参照することができ、それは、ここでは再度説明されない。
【０１０２】
受信機は、同じアルゴリズムを事前提供されるので、送信機によって提供されるべき認証情報は、予想されることができ、このステップにおいて、受信機は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機によって提供された認証情報の予想値として機能する、送信機認証情報を計算する。
【０１０３】
ステップ１０２−３：基準選択ルールに従って、測定基準を選択し、送信機認証情報の受信された量子状態を測定する。
【０１０４】
この実施形態によれば、送信機および受信機は、基準選択ルールに合意する。基準選択ルールの説明については、ステップ１０１−２の説明を参照することができ、それは、ここでは再度説明されない。
【０１０５】
基準選択ルールにおいて、固定された測定基準（例えば、直線偏光測定基準）が、受信機に対して設定されている場合、送信機認証情報の受信された量子状態は、固定された測定基準を使用することによって測定される。基準選択ルールにおいて、異なる測定基準が、異なるビット値に対して設定されている場合、このステップにおいて、ステップ１０２−２において計算される送信機認証情報の各ビットの値に従って、対応する測定基準が、選択され、送信機認証情報の受信された量子状態における対応するビットが、測定される。
【０１０６】
ステップ１０２−４：測定結果が、計算された送信機認証情報と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、ステップ１０２−５を実行し、それ以外の場合は、ＱＫＤプロセスを終了させる。
【０１０７】
対応する測定結果、すなわち、量子状態で運ばれた送信機認証情報は、ステップ１０２−３において、測定を通して獲得される。このステップにおいて、測定された送信機認証情報は、送信機の認証を完了するために、ステップ１０２−２において計算された送信機認証情報と比較される。
【０１０８】
この実施形態においては、送信機は、第１の事前提供されたアルゴリズムＹ＝ｆ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）を用いて、送信機認証情報を生成する。受信機も、同じアルゴリズムを使用して、情報の予想値を計算し、測定された送信機認証情報を予想値と比較する。測定された送信機認証情報が、予想値と一致した場合は、送信機が、それの認証情報を生成するときに、正しい識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ、変数ｎ、および関数ｆを使用したことを示しており、合法のアイデンティティを有する量子通信デバイスだけが、上記の情報を獲得することができる。したがって、送信機が認証されたと決定されることができ、したがって、以降のステップ１０２−５が、しかるべく実行されることができる。反対に、送信機が認証されなかったと決定されることができる場合は、ＱＫＤプロセスは、終了される。
【０１０９】
量子チャネル送信プロセスにおいては、少数の光子が、検出されることに失敗することがあり、減衰および雑音干渉などの要因のせいで、測定結果が、予想と完全には一致しないことがある。このケースにおいて、送信機が認証に失敗したと見なされ、ＱＫＤプロセスが終了された場合、それは、量子鍵の配送量において無意味な低減をもたらすことがある。これの考慮、およびスプーフィング攻撃、中間者攻撃、またはＤＤｏＳ攻撃に対する防御のための要件に基づいて、閾値を設定する方式が、採用されてよい。すなわち、受信機によって測定された送信機認証情報と、予想値との間の差が、事前設定された閾値よりも小さい場合、例えば、予想値と一致しない測定された送信機認証情報のビットの数が、事前設定された上限値よりも小さい場合、受信機は、送信機が認証されたと見なしてよい。
【０１１０】
ステップ１０２−５：鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、測定基準を開示し、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された受信機認証情報を送信する。
【０１１１】
このステップに到達すると、送信機は、受信機によって認証されており、したがって、ＱＫＤプロセスは、継続されることができ、受信機は、ＱＫＤプロトコルに従って、測定基準をランダムに選択して、鍵情報の受信された量子状態を測定し、事前決定されたチャネルを通して、測定基準を開示してよい。この実施形態においては、開示される測定基準は、受信機によって維持されている変数ｎを用いて暗号化され、その後、送信されてよく、送信機も、測定基準を受信した後に、それを暗号解除するために、送信機によって維持されている変数ｎを使用する。
【０１１２】
さらなるセキュリティ保証を提供し、双方向認証を達成するために、送信機および受信機は、受信機認証情報を計算するための同じアルゴリズム、すなわち、本出願における第２の事前提供されたアルゴリズムを事前提供されてよい。これらの実施形態によれば、受信機は、アルゴリズムを用いてその認証情報を生成し、それを送信機に提供し、送信機は、同じアルゴリズムを用いて、受信機のアイデンティティを検証する。
【０１１３】
１つまたは複数の実装形態においては、必要とされる第２の事前提供されたアルゴリズムは、要件を満たすように設計されてよい。この実施形態においては、動的な受信機認証情報を生成するために、第１の事前提供されたアルゴリズムに基づいた、以下の第２の事前提供されたアルゴリズムが、適用され、すなわち、受信機認証情報は、送信機および受信機によって、受信機識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂと、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータｎの変形とに従って計算される。パラメータｎの説明については、ステップ１０１−１の関連する本文を参照することができる。事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータｎの変形は、パラメータｎ自体、または事前設定された数学的変換方法を使用して、パラメータを処理することによって獲得された結果、例えば、ｎ＋１を含んでよい。パラメータｎの変形を生成するためのルールは、送信機および受信機によって合意されてよい。
【０１１４】
第２の事前提供されたアルゴリズムの特定の例が、以下に与えられ、すなわち、受信機認証情報Ｙ＝ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ，ｎ＋１）、すなわち、受信機識別情報と、パラメータｎの変形の情報とを接合することによって形成される、文字ストリングのハッシュ値が、計算され、ハッシュ値が、受信機認証情報として使用される。
【０１１５】
第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて計算された受信機認証情報も、動的に変化することが上述の説明から分かる。この実施形態における送信機に対して、異なる受信機は、異なる識別情報を有し、そのため、それらは、異なる受信機認証情報を提供する。同じ受信機に対して、ｎの値は、動的に変化するので、受信機によって提供される受信機認証情報も、動的に変化する。さらに、送信機および受信機がＱＫＤプロセスを実行した回数が、パラメータｎとして使用される場合、異なるＱＫＤプロセスにおいて、同じ受信機によって提供される受信機認証情報も、異なる。攻撃者が動的な特性を模倣することは、困難であり、それによって、受信機のアイデンティティを検証することによって、送信機がフィッシングなどの攻撃を回避するための強力な保証を提供する。
【０１１６】
ステップ１０３：送信機は、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算し、受信された受信機認証情報が、計算結果と一致した場合は、受信機が認証されたと決定する。受信された受信機認証情報が、計算結果と一致しなかった場合は、受信機は、認証されなかったと決定され、ＱＫＤプロセスは、終了される。
【０１１７】
受信機認証情報を受信した後に、送信機は、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算し、受信機の認証を完了するために、受信された受信機認証情報を計算されたものと比較する。
【０１１８】
ステップ１０２−５において与えられた特定の例を使用すると、送信機は、第２の事前提供されたアルゴリズム、すなわち、Ｙ＝ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ，ｎ＋１）を用いて、受信機認証情報を計算し、ここで、ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂは、事前提供されてよく、または事前決定されたチャネルを通して、事前に受信機によって送信機に送信されてよい。受信された受信機認証情報が、計算結果と一致した場合、それは、受信機が、それの認証情報を生成するときに、正しい識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ、変数ｎ、およびハッシュ関数を使用したことを示している。送信機が、２者のパーティによって合意された変形生成ルールも知っており、合法のアイデンティティを有する量子通信デバイスだけが、上記の情報を獲得することができる場合は、それは、受信機が認証されたと決定することができ、それ以外の場合は、それは、受信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスが、終了される。
【０１１９】
受信機が認証されたと送信機が決定した場合は、送信機は、ＱＫＤプロトコルに従って、受信機によって開示された測定基準を、送信機によって使用された準備基準と比較して、正しい測定基準を選択し、正しい測定基準に従って、元の鍵をスクリーニングアウトし、事前決定されたチャネルを通して、正しい測定基準を受信機に開示してよい。
【０１２０】
その後、受信機は、送信機によって開示された正しい測定基準に従って、元の鍵をスクリーニングし、送信機および受信機は、さらに、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得し、ＱＫＤプロセスが、終了される。この実施形態においては、ビット誤り率推定ステージ、誤り訂正ステージ、およびプライバシー増幅ステージにおいて、事前決定されたチャネルを通して送信機および受信機によってネゴシエートされた情報は、対応する暗号化または暗号解除動作を実行するための、パラメータｎの変形（例えば、ｎ＋１）であってよい。
【０１２１】
この時点において、この実施形態において説明される技術的解決策は、既存のＱＫＤプロトコルを改善し、ＱＫＤプロセスにおいて動的な認証を実行するための新しいアイデアを提供することが、上述のステップ１０１ないしステップ１０３から分かる。送信機は、量子チャネルを通して、第１の事前提供されたアルゴリズムに基づいて生成された、受信機に向けて開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて動的に変化する認証情報を送信し、受信機も、受信された認証情報を検証するために、同じ事前提供されたアルゴリズムを使用するので、ＱＫＤプロセスにおけるＱＫＤリクエスタの動的な認証が、実現され、受信機において、スプーフィング攻撃、中間者攻撃、およびＤＤｏＳ攻撃に対する効果的な防御が、提供されることができる。さらに、片方向認証に基づいて、送信機および受信機は、第２の事前提供されたアルゴリズムを使用して、送信機による受信機の動的な認証を実現し、それによって、送信機におけるフィッシング攻撃の潜在的なリスクに効果的に抵抗する。
【０１２２】
加えて、この解決策においては、送信機認証情報は、セキュリティがさらに改善されることができるように、量子状態の形態で送信され、認証情報は、アルゴリズムを用いて動的に生成されるので、量子鍵リソースの浪費を回避することができる。
【０１２３】
加えて、本出願は、さらに、ＱＫＤプロセスにおいて使用される別の認証方法を提供する。方法は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信送信機デバイスにおいて実施される。図７は、本出願におけるＱＫＤプロセスにおいて使用される別の認証方法の実施形態のフロー図を示している。この実施形態における上述の実施形態と同じステップは、再度説明されず、以下の説明は、相違点について集中的に行われる。方法は、以下のステップを含む。
【０１２４】
ステップ７０１：第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成し、ここで、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成される送信機認証情報は、受信機に対して開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化し、受信機デバイスとは、ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスのことである。
【０１２５】
第１の事前提供されたアルゴリズムは、ホストデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスと同期して変化するパラメータとに従って、送信機認証情報を計算するステップを含む。送信機認証情報の計算は、ハッシュ関数を利用してよい。
【０１２６】
ステップ７０２：送信機認証情報の準備基準が、ピアデバイスと合意された基準選択ルールに従って選択される。
【０１２７】
ステップ７０３：少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態が、事前設定された方式で、ピアデバイスに送信される。
【０１２８】
例えば、制御情報およびデータ情報の量子状態は、異なる波長を用いて、事前設定された情報フォーマットで送信されてよく、ここで、データ情報は、鍵情報と、送信機認証情報とを含む。
【０１２９】
事前設定された情報は、認証情報および鍵情報が、それぞれの制御情報をプレフィックスとして有するように、または認証情報および鍵情報が、共通の制御情報をプレフィックスとして使用し、制御情報と鍵情報との間の認証情報の長さが、事前設定され、もしくは事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスとネゴシエートおよび決定されるように、フォーマットされる。
【０１３０】
このステップにおける量子状態送信動作が、完了された後に、ピアデバイスによって返された情報が、受信されてよく、情報は、少なくとも受信機認証情報を含む。加えて、受信機認証情報が、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて計算されてよく、受信された受信機認証情報が、計算結果と一致するかどうかが、決定される。受信された受信機認証情報が、計算結果と一致した場合は、受信機は、認証されたと決定され、それ以外の場合は、受信機は、認証されなかったと決定され、ＱＫＤプロセスは、終了される。
【０１３１】
第２の事前提供されたアルゴリズムは、ピアデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスと同期して変化するパラメータの変形とに従って、受信機認証情報を計算するステップを含む。事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスと同期して変化するパラメータは、ＱＫＤプロセスがピアデバイスと実行された回数から成る。受信機認証情報の計算は、ハッシュ関数を利用してよい。
【０１３２】
ピアデバイスによって返された情報は、受信機認証情報ばかりでなく、鍵情報の量子状態を測定するための測定基準も含んでよい。受信機が認証されたと決定した後に、ＱＫＤプロセスを完了するために、以下の動作が、すなわち、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を決定する動作と、元の鍵をスクリーニングする動作と、事前決定されたチャネルを通して、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示する動作と、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得する動作とが、実行されてよい。
【０１３３】
ＱＫＤプロセスにおいて使用される別の認証方法が、上述の実施形態において提供された。対応して、本出願は、さらに、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置を提供する。装置は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信送信機デバイス上に配備される。図８は、本出願におけるＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置の実施形態の概略図を示している。装置の実施形態は、基本的に方法の実施形態に類似しており、したがって、簡潔に説明される。関連する部分についての方法の実施形態の説明を参照することができる。以下で説明される装置の実施形態は、例示的なものにすぎない。
【０１３４】
この実施形態におけるＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置は、第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を生成するように構成された、送信機アイデンティティ情報生成ユニット８０１であって、送信機認証情報は、受信機に対して開始される異なるＱＫＤプロセスにおいて、動的に変化する、送信機アイデンティティ情報生成ユニット８０１と、ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスと合意された基準選択ルールに従って、送信機認証情報のための準備基準を選択するように構成された、準備基準選択ユニット８０２と、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態をピアデバイスに送信するように構成された、量子状態送信ユニット８０３とを備える。
【０１３５】
実施形態においては、装置は、
量子状態送信ユニットが、量子状態送信動作を完了した後に、ピアデバイスによって返された情報を受信するように構成された、受信機アイデンティティ情報受信ユニットであって、情報は、少なくとも受信機認証情報を含む、受信機アイデンティティ情報受信ユニットと、
第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算するように構成された、受信機アイデンティティ情報計算ユニットと、
受信された受信機認証情報が、計算結果と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、受信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、受信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させるように構成された、受信機認証ユニットと
をさらに備える。
【０１３６】
実施形態においては、受信機アイデンティティ情報受信ユニットによって受信された情報は、受信機認証情報を含むばかりでなく、鍵情報の量子状態を測定するためにピアデバイスによって使用される測定基準も含む。これらの実施形態においては、装置は、
受信機が認証されたと受信機認証ユニットが決定した後に、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を決定し、元の鍵をスクリーニングするように構成された、元の鍵スクリーニングユニットと、
事前決定されたチャネルを通して、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示するように構成された、正しい測定基準開示ユニットと、
ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するように構成された、共有量子鍵生成ユニットと
を備えてよい。
【０１３７】
実施形態においては、送信機アイデンティティ情報生成ユニットによって使用される第１の事前提供されたアルゴリズムは、ホストデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスと同期して変化するパラメータとに従って、送信機認証情報を計算するステップを含む。
【０１３８】
実施形態においては、受信機アイデンティティ情報計算ユニットによって使用される第２の事前提供されたアルゴリズムは、ピアデバイスの識別情報と、事前設定されたポリシーに従ったピアデバイスと同期して変化するパラメータの変形とに従って、受信機認証情報を計算するステップを含む。
【０１３９】
実施形態においては、事前設定されたポリシーに従った、送信機アイデンティティ情報生成ユニットおよび受信機アイデンティティ情報計算ユニット内における計算のために使用される、同期して変化するパラメータは、ＱＫＤプロセスがピアデバイスと実行された回数を含む。
【０１４０】
実施形態においては、送信機アイデンティティ情報生成ユニットまたは受信機アイデンティティ情報計算ユニットは、特に、ハッシュ関数を用いて対応する認証情報を計算するように構成される。
【０１４１】
実施形態においては、量子状態送信ユニットは、制御情報およびデータ情報の量子状態を、それぞれ異なる波長を使用して、事前設定された情報フォーマットで送信するように特別に構成され、データ情報は、鍵情報と、送信機認証情報とを含む。
【０１４２】
実施形態においては、量子状態送信ユニットによって使用される事前設定された情報フォーマットは、それぞれの制御情報をプレフィックスとして使用する、認証情報および鍵情報を含む。
【０１４３】
実施形態においては、量子状態送信ユニットによって使用される事前設定された情報フォーマットは、共通制御情報をプレフィックスとして使用する、認証情報および鍵情報を含み、制御情報と鍵情報との間の認証情報の長さは、事前設定され、または事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスとネゴシエートおよび決定される。
【０１４４】
加えて、本出願は、さらに、ＱＫＤプロセスにおいて使用される第３の認証方法を提供する。方法は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信受信機デバイスにおいて実施される。図９は、本出願におけるＱＫＤプロセスにおいて使用される第３の認証方法の実施形態のフロー図を示している。この実施形態における上述の実施形態と同じステップは、再度説明されず、以下では、相違点について集中的に説明する。方法は、以下のステップを含む。
【０１４５】
ステップ９０１：ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスによって送信された量子状態を受信し、ピアデバイスのそれと同じ事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別する。
【０１４６】
ステップ９０２：ピアデバイスのそれと同じ第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算する。
【０１４７】
ステップ９０３：ピアデバイスのそれと同じ基準選択ルールに従って、測定基準を選択し、送信機認証情報の受信された量子状態を測定する。
【０１４８】
ステップ９０４：測定結果が計算された送信機認証情報と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、送信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させる。
【０１４９】
１つまたは複数の実施形態においては、送信機が認証されたと決定した後に、以下の動作、すなわち、ピアデバイスのそれと同じ第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成する動作と、受信機認証情報をピアデバイスに送信する動作とが、実行されてよい。
【０１５０】
１つまたは複数の他の実施形態においては、送信機が認証されたと決定した後に、以下の動作、すなわち、鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、事前決定されたチャネルを通して、測定基準を開示する動作と、事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスによって送信された鍵情報の量子状態の正しい測定基準を受信する動作と、元の鍵をスクリーニングし、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得する動作とが、実行されてよい。
【０１５１】
上述の実施形態においては、ＱＫＤプロセスにおいて使用される第３の認証方法が、提供された。対応して、本出願は、さらに、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置を提供する。装置は、ＱＫＤプロセスに参加する量子通信受信機デバイス上に配備される。図１０を参照すると、図１０は、本出願におけるＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置の実施形態の概略図である。装置の実施形態は、基本的に方法の実施形態に類似しており、したがって、簡潔に説明される。関連する部分についての方法の実施形態の説明を参照することができる。以下で説明される装置の実施形態は、例示的なものにすぎない。
【０１５２】
この実施形態におけるＱＫＤプロセスにおいて使用される認証装置は、ＱＫＤプロセスに参加するピアデバイスによって送信された量子状態を受信し、ピアデバイスのそれと同じ事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別するように構成された、量子状態受信および区別ユニット１００１と、ピアデバイスのそれと同じ第１の事前提供されたアルゴリズムを用いて、送信機認証情報を計算するように構成された、送信機アイデンティティ情報計算ユニット１００２と、ピアデバイスのそれと同じ基準選択ルールに従って、測定基準を選択し、送信機認証情報の受信された量子状態を測定するように構成された、アイデンティティ情報量子状態測定ユニット１００３と、測定結果が計算された送信機認証情報と一致するかどうかを決定し、一致した場合は、送信機が認証されたと決定し、それ以外の場合は、送信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させるように構成された、送信機認証ユニット１００４とを備える。
【０１５３】
実施形態においては、装置は、
送信機が認証されたと送信機認証ユニットが決定した後に、ピアデバイスのそれと同じ第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を生成するように構成された、受信機アイデンティティ情報生成ユニットと、
受信機認証情報をピアデバイスに送信するように構成された、受信機アイデンティティ情報送信ユニットと
をさらに備える。
【０１５４】
実施形態においては、装置は、
送信機が認証されたと送信機認証ユニットが決定した後に、鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、事前決定されたチャネルを通して、測定基準を開示するように構成された、鍵情報量子状態測定基準開示ユニットと、
事前決定されたチャネルを通して、ピアデバイスによって送信された鍵情報の量子状態の正しい測定基準を受信するように構成された、正しい測定基準受信ユニットと、
元の鍵をスクリーニングし、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得するように構成された、スクリーニングおよび共有量子鍵生成ユニットと
をさらに備える。
【０１５５】
加えて、本出願の実施形態は、さらに、ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証システムを提供する。図１１に示されるように、システムは、量子通信送信機デバイス上に配備された認証装置１１０１と、量子通信受信機デバイス上に配備された認証装置１１０２とを備える。
【０１５６】
量子通信送信機デバイスおよび量子通信受信機デバイス上にそれぞれ配備された認証装置は、ＱＫＤプロセスにおいてピアデバイスの動的な認証を実現するために、本出願において提供される認証方法を使用する。ＱＫＤプロセスにおいて使用される認証システムの対話的処理フローが、図１２を参照して以下で簡潔に説明される。量子通信送信機デバイス上に配備された認証装置は、略してＡと呼ばれ、量子通信受信機デバイス上に配備された認証装置は、略してＢと呼ばれ、送信機および受信機は、ともに、識別情報ｕｓｅｒｉｄ＿Ａおよびｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ、ならびに第１の事前提供されたアルゴリズムおよび第２の事前提供されたアルゴリズムを用いるように事前設定され、送信機および受信機は、それぞれ、事前設定されたポリシーに従って同期して変化するパラメータｎを維持する。 
１）Ａが、鍵ネゴシエーション要求をＢに送信し、要求は、ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）を運ぶ。 
２）Ｂは、Ａのアイデンティティの正当性を検証し、ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ，ｎ）をＡに送信する。 
３）Ａは、Ｂのアイデンティティの正当性を検証し、Ｂと合意された基準選択ルールに従って、第１の事前提供されたアルゴリズムｆ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）を用いて生成された送信機認証情報のための対応する準備基準を選択し、事前設定された方式で、少なくとも鍵情報および送信機認証情報を含む量子状態を送信する。 
４）Ｂは、事前設定された方式で、様々な情報の受信された量子状態を区別し、基準選択ルールに従って、送信機認証情報の受信された量子状態を測定する。加えて、測定結果が、第１の事前提供されたアルゴリズムｆ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ａ，ｎ）を用いて計算された送信機認証情報と一致した場合は、Ｂは、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて生成された受信機認証情報ｈａｓｈ（ｕｓｅｒｉｄ＿Ｂ，ｎ＋１）も送信し、鍵情報の受信された量子状態を測定するための測定基準をランダムに選択し、測定基準を開示する。それ以外の場合は、送信機は、認証されず、ＱＫＤプロセスは、終了される。 
５）Ａは、第２の事前提供されたアルゴリズムを用いて、受信機認証情報を計算し、受信された受信機認証情報が、計算結果と一致したときは、元の鍵をスクリーニングし、事前決定されたチャネルを通して、鍵情報の量子状態の正しい測定基準を開示し、それ以外の場合は、受信機が認証されなかったと決定し、ＱＫＤプロセスを終了させる。 
６）Ｂは、元の鍵をスクリーニングし、ＡおよびＢは、ビット誤り率推定プロセス、誤り訂正プロセス、およびプライバシー増幅プロセスを通して、最終共有量子鍵を獲得する。
【０１５７】
上記では、システムの可能な対話プロセスが示されており、他の実施においては、対話の異なる方法が採用されてよいことに留意されたい。関連する説明は、上で提供された方法の実施形態において行われており、ここでは繰り返されない。
【０１５８】
本出願が、１つまたは複数の実施形態に従って、上で開示されたが、本出願は、それに限定されることは意図されていない。本出願の主旨および範囲から逸脱することなく、可能な変形および変更が、当業者によって行われることができる。したがって、本出願の範囲は、本出願の特許請求の範囲によって確定されるものとする。
【０１５９】
典型的な構成においては、コンピューティングデバイスは、１つまたは複数のプロセッサ（ＣＰＵ）と、入力−出力インターフェースと、ネットワークインターフェースと、メモリとを含む。
【０１６０】
メモリは、コンピュータ可読媒体内の揮発性メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および／またはリードオンリメモリ（ＲＯＭ）もしくはフラッシュＲＡＭなどの不揮発性メモリを含んでよい。メモリは、コンピュータ可読媒体の例である。
【０１６１】
コンピュータ可読媒体は、任意の方法または技術を用いて情報記憶を実施してよい、不揮発性媒体、揮発性媒体、移動媒体、または固定媒体を含む。情報は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムのモジュール、または他のデータであってよい。コンピュータ記憶媒体の例は、限定されることなく、コンピューティングデバイスによってアクセスされることができる情報を記憶するように構成されてよい、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、他のタイプのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、もしくは他のメモリ技術、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、もしくは他の光メモリ、カートリッジ磁気テープ、磁気テープ、もしくは磁気ディスクメモリ、もしくは他の磁気記憶デバイス、または他の任意の非伝送媒体を含む。本明細書において定義される場合、コンピュータ可読媒体は、一時的な媒体、例えば、変調されたデータ信号および搬送波を含まない。
【０１６２】
当業者は、本出願の実施形態が、方法、システム、またはコンピュータプログラム製品として提供されてよいことを理解すべきである。したがって、本出願は、完全なハードウェア実施形態、完全なソフトウェア実施形態、またはソフトウェアとハードウェアとを組み合わせた実施形態の形態を取ってよい。さらに、本出願は、コンピュータプログラムコードを含む、（限定されることなく、磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、または光メモリなどを含む）１つまたは複数のコンピュータ記憶媒体上に実施されるコンピュータプログラム製品の形態を取ってよい。
【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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【図１２】
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【国際調査報告】
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