内閣サイバーセキュリティセンター様

2019年4年26日
資料２

量子暗号技術に関する動向と展望

情報通信研究機構 未来ICT研究所
主管研究員 佐々木雅英
1

背景
様々な重要情報がデジタル化されて、データサーバ上に永遠に保存され続ける時代
・個人の生体認証データ、医療・ゲノム情報
・企業競争力の源泉となる製造ノウハウ、技術情報一度漏洩すれば・複数の世代、複数の家系にわたり生命を脅かすリスク
・社会・経済活動に深刻な影響を及ぼすリスク

世紀単位の超長期間にわたる安全性保証

今そこにある脅威(1) “Store now, decrypt later” attack

米国家安全保障局データセンタ

今はまだ解読できなくても、データを盗聴、保存しておき、将来、高度な計算機で過去に遡って全データを解読(2) 予期せぬ災害や障害
東日本大震災ではデータサーバが被災し電子カルテや戸籍謄本が消失
重要データの流通、保管にはどんな計算機でも解読できない暗号通信・データバックアップ技術が必要
現代暗号のみでは実現不可能

2

解決に向けた戦略
どんな計算機でも解読できない暗号通信を実現

量子暗号

原本データを無意味化された複数のデータに分散し保管

秘密分散

統合
どんな計算機でも解読や改竄ができない超長期セキュアデータ保管システムを実現
 暗号方式を更新することなく、世紀単位の超長期間にわたりデータを安全に保管
 震災等で一部のサーバが棄損しても、残ったサーバから原本データを復元
Fujiwara, et al., Scientific Reports, 6:28988 (2016).

超長期セキュアデータ保管システム
原本データ

データサーバ

分散データ
3
分散データ
1

量子暗号回線分散データ
2

秘密分散ネットワーク

分散データ
4

3

量子暗号
どんな計算機でも解読できない暗号通信を実現①光子一個一個に乱数情報を載せて伝送、2地点間で同一の鍵を共有
量子鍵配送（Quantum Key Distribution: QKD）
②平文と同じサイズの鍵で暗号化、一回一回使い捨て：ワンタイムパッド（OTP）
平文

送信機
論理和

⊕

受信機
暗号文

論理和

平文

⊕暗号鍵
光子で鍵配送(QKD)

どんな盗聴も確実に検知

ネットワーク化は『信頼できる局舎』を介した鍵のバケツリレーで実現
局舎A

局舎B

鍵管理装置

鍵管理装置

QKD装置

QKD装置

QKD装置

で暗号化してリレー配送
古典通信

局舎C
鍵管理装置

QKD装置

4

海外動向
中国の躍進
・2017年7月、衛星量子暗号を世界で初めて実証・2018年3月、世界最大の量子暗号ネットワークを構築⇒新華社通信、中国工商銀行、国家電網公司などが利用。
重要インフラ網を他国のサイバー攻撃から防御する狙い
Q. Zhang et al., Opt. Express 26, 24260 (2018).

2018年、大手通信キャリアが投資を開始

北京～上海間2000km（32段の中継リレー）
図は中国科学技術大学, Q. Zhang氏のご好意による・2月、SK Telecom（韓国）がジュネーブ大発のベンチャーID Quantique社に$65M（71億円）出資。５Gのセキュリティインフラ市場を狙う。
https://www.idquantique.com/id-quantique-sk-telecom-join-forces/

・3月、ブリティッシュテレコムが英国初の量子暗号網をCambridge ~ Ipswich間に構築。
https://www.advaoptical.com/en/newsroom/press-releases/20180613-adva-fsp-3000-powers-uks-first-quantum-network

・6月、テレフォニカ，ファーウェイ，マドリード工科大学が商用網で量子暗号の実証試験を開始。
https://docbox.etsi.org/Workshop/2017/201709_ETSI_IQC_QUANTUMSAFE/TECHNICAL_TRACK/S01_WORLD_TOUR/UNIofY
ORK_SPILLER.pdf

・6月、米Quantum Xchange社がWall Street金融市場向けに量子暗号サービスを発表。
https://quantumxc.com/

・7月、ドイツテレコムの実証通信網にSK Telecom、IDQが量子暗号システムを提供。
https://www.zdnet.com/article/sk-telecom-applies-quantum-key-to-deutsche-telekom-network/5我が国の取り組みの経緯と現状
2018年

2010年
NICT委託研究
2010年、東京量子暗号
ネットワークテストベッドを構築

ImPACT2023年
SIP第2期
光・量子を活用したSociety5.0実現化技術

NEC：サイバーセキュリティ関連施設で試験運用

量子セキュアクラウド技術を開発し、将来にわたり安全なデータ保管と利活用を実現

東芝：ゲノム解析データの暗号通信
仙台市



動画の量子暗号化を世界で始めて実現
送信機
受信機

 世界最高速の装置を開発
300kbps @45km （東芝）
海外製の10倍高速、2倍長距離

超小型衛星SOCRATES
重量50kg, 高度650km

政府重要拠点間等での利用を検討⇒ 民間用途への展開

 鍵管理アーキテクチャ確立

 標準化、運用ガイドライン案を策定

 新たなアプリの開発「超長期セキュアデータ保管」(量子暗号x秘密分散)

 量子セキュアクラウドシステムの社会実装

 NICTが超小型衛星で量子通信を実証（2017年）
NICT光地上局

 専用用途での量子暗号サービス

総務省・委託研究
衛星通信における量子暗号技術

6

量子暗号に関する標準化活動
2018年9月からネットワークのフレイ
ムワーク、鍵管理、アーキテクチャの3項目について勧告草案化（日本、中国、韓国、スイスなど）。
⇒2019年5月NICTで中間会合- Network framework (SG13)2019年1月ネットワークセキュリティについて勧告草案化（日本、中国、韓国、スイス、アメリカなど）。
⇒ 2019年6月上海で中間会合- Network security (SG17)2008年からIndustry Specification Group-QKDにおいて、部品・モジュール・インターフェース仕様策定、実装安全性（サイドチャネル攻撃対策など）の標準化。
日本からNICT、東芝、NEC等が参加。
・実装安全性に関する白書(2018年7月)
・東芝が鍵供給インタフェースを標準化(2019年2月)

装置の安全性評価手法
2017年10月からカナダ、中国、英国、日本など

量子ICTフォーラム/量子鍵配送技術推進委員会
2017年10月設立

7電子カルテの分散バックアップ実証実験
・第1世代：共通鍵暗号⇒量子コンピュータでも解読困難

・第2世代：量子暗号⇒将来のどんな計算機でも解読不可能
・高知医療センター
・高知工科大学

JGN-名古屋AP
JGN-大阪AP

電子カルテの標準データ交換規格 SS-MIX準拠の模擬データ

第2世代：量子暗号(Tokyo QKD Network)

100 km圏

800 km第1世代
広域圏用の共通鍵暗号

JGN-大手町AP8

耐量子-公開鍵認証基盤によるアクセス管理の実装
量子コンピュータ
でも解読が困難とされる公開鍵暗号

厚生労働省推奨のHealthcare PKI
・医療従事者の国家資格・患者の被保険者番号に基づくユーザ認証⇒ 耐量子化912種類の暗号スウィートを実装、評価
高知医療センター・ゲートウェイサーバとNICT・クライアント端末間で、耐量子-TLSによる認証、鍵交換の動作試
験を実施
Transport Layer Security (インターネットの標準的なセキュリティプロトコル)

高知医療センター 認証サーバ⇔NICT ノートPC 処理時間
全ての暗号スウィートが正常動作、既存TLSと同等の処理速度

10将来の実装イメージ

・アクセス管理・改竄防止・鍵交換

11