量子強化型秘密鍵が「強固な暗号」を実現する「hack now, decrypt later」のリスクが懸念されている。hack now ＝今ネットワーク上にある大量の暗号化されたデータを収集し、decrypt later ＝将来高性能な量子コンピュータが実用化されてからその暗号を解読する、という手法だ。
この攻撃手法は、現在すでに実行されていると考えられている。近い将来の量子コンピュータ社会が抱える新たなサイバーセキュリティのリスクに、今から備えておく必要がある。
強力な対抗策が存在する。量子コンピュータによるリスクへの対抗策もまた、量子コンピュータだ。量子力学を活用して「真に予測不可能な乱数」から生成した量子強化型秘密鍵が実現され、商用サービスとしての提供が開始されている。
量子コンピュータが作り出す「強固な暗号」の最新技術と、社会インフラ化に向けた企業の取り組みをレポートする。

（渡辺 元・本誌編集長）『月刊ニューメディア』2023年 4月号掲載記事
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特集

量子強化型秘密鍵が「強固な暗号」を実現する「Quantum Origin」の技術

強固な「量子強化型秘密鍵」は完全に予測不可能な乱数から生成される量子力学を活用することで、「真に予測不可能な乱数」から生成した量子強化型秘密鍵を実現できる。
世界最大手の量子コンピュータ＆ソフトウェアプロバイダであるクオンティニュアム社（本社：英国・米国）は、すでに商用サービスとして量子技術を使ったサービスの提供を開始し、企業などでの導入が広がって い る。同 社 の 暗 号 鍵 生 成 プ ラットフォー ム「Quantum Origin」はどのように量子強化型秘密鍵を生成し、その品質を担保しているのかを解説する。

クオンティニュアム株式会
社 サイバーセキュリティ ソリューション アーキテクト
小林 聡氏

クオンティニュアム株式会
社 Senior Enterprise Sales
Executive 春田篤志氏（取材・文：渡辺 元・本誌編集長）

暗号鍵の脆弱性をもたらす擬似乱数す方式で、理論上 1/2 の確率で光子が透過と反射に分かれることを利用して乱数を生成する。「しかし、ビームスプリ

暗号通信に対する攻撃手法としては、❶ 暗号アルゴリッターの個体差によって乱数が偏ります。生成した乱数をズムを他のアルゴリズムによって破る、❷ 暗号鍵を管理事後的に検証すると、統計的な偏りから完全なランダムでしているハードウェアやソフトウェアから暗号鍵を盗み出はないことがわかります」（小林氏）。安全な暗号鍵を生成す、❸ 暗号鍵の生成に使われた乱数の脆弱性を悪用する、するためには、使用する乱数が真に予測不可能な真性乱数といった方法がある。この中で見落とされがちなのが、❸であることを暗号鍵生成前に事前検証し、真に予測不可能への対策だ。

な乱数のみを暗号鍵生成に使用するということが必要だ。

暗号鍵は乱数を基に生成されているが、この乱数がランダムではなく偏りがあると、暗号鍵を予測されてしまう。

量子力学による真性乱数生成と検証

暗号鍵の安全性において、基になっている乱数のランダム性は非常に重要なファクターだ。「従来の暗号鍵用の乱数

この真に予測不可能で、なおかつそれを事前に検証可能な生成には、ハードウェアやソフトウェアの乱数生成器が使乱数を生成するサービスがすでに提供されている。クオンテわれていますが、そこでは決定論に基づいた乱数生成が行ィニ ュ ア ム の 暗 号 鍵 生 成 プ ラット フ ォー ム「Quantum

われています。乱数生成器のデバイスの偏りによって乱数Origin」だ。同社製のイオントラップ型量子コンピュータの偏りが生じるため、そこから生成した暗号鍵の情報を解「H-Series」を使用して真に予測不可能な量子強化型秘密鍵析することで、理論的には他の暗号鍵を予測することが可を生成するサービスで、SaaS としてクラウドで提供されて能です」（クオンティニュアム株式会社 サイバーセキュリいる。量子由来の乱数を生成するという点では前述の光子をティ ソリューション アーキテクト 小林 聡氏）。このよう使った乱数生成器と共通しているが、「乱数を生成する量子な従来の乱数生成システムは真に予測不可能ではない乱数コンピュータの量子状態がランダムになっているか、具体的を生成するため、ハードウェアベースの真性乱数生成器には量子もつれ（量子エンタングルメント）が起きているか（TRNG）を 含 め、 厳 密 な 分 類 で は 擬 似 乱 数 生 成 器を確認して、その上で乱数を生成します。予測不可能性を数（PRNG）に属するということができる。
これに対して、量子力学の特性を活用して予測不可能な32学的に証明した乱数を基にすることによって、強固な暗号鍵を生成できるのです」（小林氏）。

乱数を生成する量子乱数生成（QRNG）の技術がある。よく乱数を生成する量子コンピュータの量子ビットが量子も使われているのは、レーザー光をビームスプリッターに通つれの状態になっているかは、量子力学に基づくベルテス

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トによって測定できる。ベルテストは複数の量子の量子状態を測定し、「ベルの不等式の破れ」を確認できれば量子【図】 量子コンピュータによる乱数生成とランダム性の測定を組み合わせた量子強化型乱数生成（出典：クオンティニュアムの資料）

もつれの状態になっていることを検証できる（図）。ベルの不等式の破れに関する研究は、2022年のノーベル物理Quantum Origin学賞を受賞したテーマだ。「ベルテストで量子状態のもつれの度合い、すなわエントロピーを計算できます。エント
ロピーが高い、すなわち情報量が多い・乱雑な部分だけを真性乱数生成器（TRNG）真性乱数生成器（TRNG）抽出して“乱数の種（Quantum Seed）”に使用することで、真に予測不可能な乱数を生成することができるわけです」（クオンティニュアム株式会社 Senior Enterprise Sales
Executive 春田篤志氏）。量子もつれ状態の 2 量子を観測

エクストラクタ（ランダムネス抽出）

い完全に予測不可能な乱数の生成が、量子力学の根本原理

量子コンピュータ

品質が保証された乱数

した結果は、「00」と「11」の確率が必ず 1/2 で、真にランダムとなる。「乱数生成器のデバイスの特性に依存しなベルテスト

鍵生成

古典コンピュータに保証されています。このようなプロセスを経て得られた真性乱数をベースに、暗号鍵を生成します」（小林氏）。

非常に強力な暗号鍵● RSA、ECC、AES

量子・古典のハイブリッドで品質向上● 耐量子計算機暗号（PQC）（CRYSTALS-Kyber、CRYSTALS-Dilithium、FALCON、SPHINCS+）「Quantum Origin」の暗号鍵生成は、このような量子コンピュータ上での過程だけでは終わらないのも大きな特長だ。量子コンピュータでの過程をステップ 1 とすると、通常の従来型コンピュータ（古典コンピュータ）でのステップ 2 の過程を経ることによって、より高品質な暗号鍵を生データ

通信

署名

IoT

ブロックチェーン

セキュリティの向上成できる。前述のように量子コンピュータで生成したQuantum Seed と、古典コンピュータ上でのハードウェアが生成した乱数の双方を古典コンピュータ上のエクストラクタに入力し、関数によって再度乱数を生成する。そして『Quantum Origin』はブラックボックスではなく、そのロこの乱数から暗号鍵を生成するという仕組みになっていジックが公開されているのです」（小林氏）。「Quantumる。「量子コンピュータによる量子由来の乱数生成と古典Origin」の数学的に検証可能な真性乱数列に基づく予測不コンピュータによる乱数生成とのハイブリッドな仕組みに可能な暗号鍵は、RSA や楕円曲線暗号（ECC）など既存のよって、乱数の品質をさらに向上させています。このコン暗号アルゴリズムの秘密鍵だけでなく、耐量子計算機暗号

セ プ ト は 特 許 出 願 済 み で、 論 文 も 発 表 し て い ま す。

（Post Quantum Cryptography / PQC）の秘密鍵を生成することも可能だ。
現在、「Quantum Origin」は企業での導入や、今後の導入を見据えた実証試験での使用が世界で拡大している。代表的なユースケースとしては、仏タレス社が暗号鍵を管理す る HSM（Hardware Security Module）と「QuantumOrigin」を統合させた。日本では、ソフトバンクグループのサイバートラストが自社の認証局と「Quantum Origin」と連携させた（34 ～ 36 頁の記事に詳細を掲載）。富士通（英国）は SD-WAN のセキュア化に活用するPoCを実施。
そのほか、石油関連企業による拠点間通信の保護、ブロックチェーンや衛星通信のセキュア化などで、「Quantum Origin」が提供する量子強化型乱数とそれを基にした量子強化型秘密鍵

クオンティニュアムのイオントラップ型量子コンピュータ「H-Series」が利用されている。

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特集

量子強化型秘密鍵が「強固な暗号」を実現する

クオンティニュアムとサイバートラスト

量子コンピュータ・IoT時代でも安全な量子強化型秘密鍵と電子証明書の提供で連携

サイバートラスト株式会社
R ＆ D センター 執行役員センター長 宿谷昌弘氏

クオンティニュアムとソフトバンクグループのサイバートラストは、サイバーセキュリティ分野号鍵と電子証明書を配付するサービスの実現を目指す。

での連携を 2023 年 1月に発表した。クオンティ

クオンティニュアムとサイバートラストが協業したのはニュアムが開発した量子強化型秘密鍵提供サービスと、サイバートラストの電子証明書提供サービスのシステム連携を実証。今後の量子コン既存の暗号技術は将来的に量子コンピュータによって破られる可能性が高いからだ。サイバートラスト株式会社 R ＆ D センター 執行役員 センター長 宿谷昌弘氏は、「量子コンピュータにはたくさんのメリットがありますが、一方で既存の暗号ピュータ時代、IoT 時代の到来を見据えて、よりが解読されるリスクも高まります。そこに向けた準備に今か安全な電子証明書提供サービスを実現できることをら取り組んでいくことが必要です」と述べる。例えば、現在確認した。 （取材・文：渡辺 元・本誌編集長、写真：広瀬まり）

広く利用されている RSA 暗号や楕円曲線暗号（ECC）は、量子コンピュータが進歩すれば破られると考えられている。ク
オ ン テ ィ ニ ュ ア ム 株 式 会 社 Senior Enterprise Sales
Executive 春田篤志氏は、このリスクについてこう指摘する。

現状の暗号鍵は「不完全な乱数」から生成「すでに現在、RSA-2048 を量子コンピュータで解こうという研究が世界で盛んに行われています。理論的には、『ショサイバートラストは認証・セキュリティ、Linux/OSS、アのアルゴリズム』を使えば多項式時間で素因数分解が可能

IoT が事業の 3 本柱。認証・セキュリティ事業では、Webです。それを実現する性能を備えた量子コンピュータが開発

サイトの SSL/TLS 電子証明書の提供や、マイナンバーカされるのは、まだまだ時間がかかることになると思います。

ードに格納されている公的個人認証の電子証明書を使った

ただ、2022年末に中国の研究チームが発表した論文では、本人確認などのサービスを提供している。今回の協業によ量子近似最適化アルゴリズムのコンセプトを活用することで、って、量子コンピュータが普及した社会の到来に向けて、数百量子ビットの量子コンピュータでも素因数分解を効率的より強固な暗号鍵とそれを活用した電子証明書を提供できに行えると述べています。それに対して反論するレビューもるシステムを構築する。量子強化型秘密鍵と電子証明書をあり、今すぐの脅威にはならないと考えられますが、将来的提供するサービスの連携は世界初。5G・6G で端末が増大に量子コンピュータが RSA を破る可能性は高いという状況でする IoT 機器に対して、高速・大量により安全性の高い暗す」。
暗号鍵を生成する基になる乱数も量子コンピュータに解析されるリスクがある。暗号鍵の基になっている乱数にはソフトウェアベースの擬似乱数とハードウェアベースの真性乱数がある。前者の擬似乱数には周期性や偏りがあり、これらが暗号鍵の脆弱性につながる可能性がある。また、後者の真性乱数でも物理現象に由来するバイアスを完全には排除できない。「現在使われている擬似乱数も、過去何十年にもわたる研究の蓄積と利用実績があり、今すぐ脆弱性があるとは言われていません。しかし将来、量子コンピュータの飛躍的な計算力で解析すると、周期性や統計的な偏りの傾向などから暗号鍵を予測し、破られるリスクが出てくる可能性も考えられます」（宿谷氏）。
現在、「hack now, decrypt later」のリスクが指摘されて右から、サイバートラスト株式会社 R ＆ D センター 執行役員 センター長 宿谷昌弘氏、クオンティニュアム株式会社 Senior Enterprise
Sales Executive 春田篤志氏、同社 サイバーセキュリティ ソリューシ
ョン アーキテクト 小林 聡氏

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いる。今ネットワーク上を流れている大量の暗号化されたデータを収集し、将来高性能な量子コンピュータが実用化された後にその暗号を解読する、という手法が懸念されているのだ。「現在すぐには解読できなくても、送受信者間での秘匿データを集めておく『hack now, decrypt later』の攻撃は、現在すでに起こっていると言われています」（春田氏）。

【図】「Quantum Origin」とサイバートラストの新認証基盤の連携による量子強化型秘密鍵と電子証明書の提供
２. Quantum Origin による量子強化型秘密鍵の利用連携（出典：サイバートラストの資料）

破れない量子強化型秘密鍵と電子証明書を提供
これらのリスクに対処する方法が主に 3 つある。❶ 鍵長を長くすること。❷ 量子コンピュータでも解析が困難なアルゴリズムを使った耐量子計算機暗号（PQC）へ移行する

利用者

乱数生成

量子由来

コンポジット
証明書こと。PQC については、NIST（米国立標準技術研究所）が2022 年 7 月に 4 種類のアルゴリズムを技術標準として選鍵生成

認証局

暗号＋認証証明書と鍵のセット（暗号化）定し、移行を促している。そして、❸ 量子由来の乱数で暗号鍵を生成すること。偏りのない真性乱数の生成は非常に困難だが、量子コンピュータを使えば生成できる。クオンティニュアムの独自技術で作られた乱数は、RSA や ECCなど既存の暗号にも PQC にも利用可能だ。

Copyright Cybertrust Japan Co., Ltd. All rights reserved.の連携を実証試験で確認した。

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関係者外秘

IoT機器への高速・大量配付能力も確認

サイバートラストとクオンティニュアムの協業は、❷PQC と ❸ 量子強化型秘密鍵で量子コンピュータによるリさらに実証試験では、これからの IoT 時代に向けて暗号スクに対応していく。具体的な協業の内容は、クオンティ

鍵と電子証明書を大量の IoT 機器に高速配付できることもニ ュ ア ム が 暗 号 鍵 生 成 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム「Quantum確認した。IoT 機器に対する暗号鍵と電子証明書の配付でOrigin」を使って、PQC・RSA および ECC の量子強化型は、インターネット上の無数の IoT 機器や製造工場などで秘密鍵を生成し、サイバートラストの「新認証基盤」に安の大量の機器への対応が求められる。そのためサイバート全な通信で提供。「新認証基盤」はサイバートラストがラストの新認証基盤は、最小構成でも同社の従来比 250

IoT 時代に向けて開発した電子証明書提供サービスだが、倍の高速の電子証明書発行機能を実現し、並列化などによ「Quantum Origin」が生成した PQC・RSA・ECC の暗号り数億台以上の IoT 機器への大量提供の機能を新しく備え鍵とそれに対応した電子証明書をパッケージ化して利用者た。「安全性の担保やプライバシー保護のために、短期間に提供するというものだ（図）。

だけ有効な電子証明書をどんどん更新していく考え方もあ「Quantum Origin」による量子強化型秘密鍵の生成には、ります。例えばコネクテッドカーに関連し、5 分などの短クオンティニュアムが開発した量子コンピュータが使われて時間の電子証明書を利用するといったイメージで、より高いる。そして量子力学に基づく測定方法であるベルテストに速・大量に電子証明書を発行する必要性が見込まれます。

よって量子ビットの量子状態の相関を測定し、「ベルの不等今回の実証では、『Quantum Origin』に多重にコネクショ式の破れ」を確認することで量子ビットが量子もつれの状態ンを張り並列して暗号鍵を要求するといったことも試してで乱数を生成したことを実証する。これによって、真に予測いますが、コンスタントに暗号鍵が提供されました。現行不可能であることを数学的に検証することができる乱数、なのミニマムな環境でも 1 日に 100 万件というオーダーでらびにそれを基にした暗号鍵生成を提供している。の鍵生成にも難なく対応できるでしょう。IoT 機器向けの「Quantum Origin」もサイバートラストの認証基盤も、す高速・大量配付について十分な目途が立ちました」（宿谷でに商用サービスとして実績がある。今回の協業では、両氏）。両社が連携したシステムを使えば、自動車やスマー社の技術やサービスを連携させ、暗号鍵を量子強化型にしトメーター、家電機器、スマートシティ用の環境センサー

た上で、電子証明書と組み合わせて、従来より高速・大量などに高速・大量に暗号鍵と電子証明書を配付できるだけに提供できるシステムに強化する。「クオンティニュアムのでなく、IoT 機器側でもセキュアなメモリ領域に書き込む技術を活用して生成した乱数は品質が高く、そこから生成さだけの構成も可能となる。

れた暗号鍵は予測困難なことが特長です。さらにその予測今後さらに高速・大量配付の向上が求められた場合にも不可能性がロジカルに証明されていることから、システム固対応できる。クオンティニュアム株式会社 サイバーセキュ

有のバイアスも排除され、何よりそれらを第三者も確認可能

リティ ソリューション アーキテクト 小林 聡氏はシステムだということになります。信頼の拠り所となる秘密鍵が、何の拡張性に関して、「『Quantum Origin』は必要に応じてかよくわからないブラックボックスの中で作られて信じて使生成レートを向上させることが可能です。仮想マシンをベうしかない、ということではなく、透明性が確保されているースにした構成になっているため、リニアにスケールできと言え、非常に優位性があると感じています」（宿谷氏）。

る能力を持っているのです」と説明する。今後も両社はシサイバートラストの認証基盤は元々、電子証明書発行だけでステムのスループットや性能の拡張に共同で取り組み、将なく暗号鍵生成の機能も持っているが、今回の協業では来の 6G 時代の IoT 機器向けサービスにも対応していく。

「Quantum Origin」が生成した PQC と RSA・ECC の暗号鍵の現在両社は、量子強化型秘密鍵と電子証明書の社会実装提供を安全な回線を通して受ける。そのため両社のシステム間を拡大していくことに注力している。「今後のフェーズは、

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特集

量子強化型秘密鍵が「強固な暗号」を実現するユースケースを増やし、お客様により幅広く使っていただく向きな反応を得ている。導入や PoC の実施に向けたプロジことです」（小林氏）。両社は製造業や医療、防衛など高度ェクトも複数進行中だ。量子強化型秘密鍵が安全な通信のな安全性が求められる分野に対して今回の協業サービスのデファクトとして活用される社会の実現に向け、両社は導入や PoC を提案しており、多数の企業などから導入に前2023年から取り組みを強化していく。

世界最大級の量子コンピューティング企業
クオンティニュアムが顧客に選ばれる理由
ハードウェアからソフトウェアまで提供
クオンティニュアムは世界最大級の統合型量子コンピューティン
グ企業。量子ソフトウェア事業を行う英 Cambridge Quantum と、米クオンティニュアム クオンティニュアム クオンティニュアム
グローバル CEO ラジ グローバル COOトニー・ 株式会社（日本法人）
アトレイ氏
代表取締役 結解秀哉氏
ーブ・ハズラ氏

Honeywell の量子コンピューティン

じめとするスタッフが顧客とチームを組んで実施する。❶〜❸で述

グ部門で、量子ハードウェア事業をべたような技術力に加え、顧客のニーズや量子コンピューティング

行 う H o n e y w e ll Q u a n t u mの習熟度などに応じた柔軟なプロジェクト設計が特長である。

Solutions という、量子コンピューテ
ィング分野で世界を代表する 2 つの組織が 2021年末に経営統合して設立された。本社は英国と米国で、科学者・技術者が顧客の課題を解決
クオンティニュアム株式会
社 経営企画 マネージャー
山中祐治氏

クオンティニュアムの社員は現在全世界で約 450名。量子コン
ピューティング専業の企業では世界最大級の社員数だ。しかも「そその他ドイツと日本に拠点を構えグの約 8割をサイエンティストやエンジニアが占めているのが大きなローバル展開をしている。

特長になっています。量子コンピューティング分野はまだまだ進化

事業は、❶ ハードウェア、❷ミドルウェア、❸ソフトウェア・ア途上。高度で複雑な技術的課題を解決し、顧客への価値提供にルゴリズム、❹ 共同研究の 4 レイヤーで幅広く展開。❶ ハードウ

繋げていくためには、研究開発を推進するサイエンティストやエンェアでは、イオントラップ型量子コンピュータ「H-Series」を開発・ジニアの役割が重要です」（クオンティニュアム株式会社 経営企

運用し、そのコンピューティングリソースを商用サービスとして提画 マネージャー 山中祐治氏）。

供している。H-Series の第一世代機である H1-1は、量子ボリュー

また、同社がソフトとハードでこの分野を牽引する 2 つの組織

ム（IBM が導入した量子コンピュータの総合的な性能を示す指標）が統合した企業であり、それぞれのサイエンティストやエンジニア※において業界最高レベルの 8192 を実現している。なお、クオンが社内でコラボレーションできることも強みになっている。
日本法人もサイエンティストや理化学系出身者の比率が高い。
「日ティニュアムは 2020 年 3月、今後 5年間で量子ボリュームを毎年 1 桁ずつ向上させることをコミットしている。❷ミドルウェアで本法人所属のサイエンティストが複数いることに加え、営業スタッは、ゲート型量子コンピュータ向けソフトウェア開発キット（SDK）

フも Ph.D. 取得者が中心です。量子コンピューティングの専門家が「TKET」をオープンソースとして研究者やデベロッパー向けに提顧客と日本語で円滑にコミュニケーションできます」（山中氏）。

供している。❸ソフトウェア・アルゴリズムでは、量子技術を活用クオンティニュアムとコラボレーションを行う企業が世界で拡大した暗号鍵生成プラットフォーム「Quantum Origin」（詳細は 32している。海外の顧客はスイスの製薬大手 Roche や独自動車大～ 33頁の記事）や、量子計算化学ソフトウェア「InQuanto」など

手 BMW など、大手企業が多い。

を提供している。「InQuanto」は量子化学計算向けのさまざまな量

日本国内では、日本製鉄や JSR などが共同研究を実施。研究テ

子コンピューティングツールをひとつのアプリケーションとしてまとーマは組合せ最適化や計算化学などさまざまで、生産スケジューめたプラットフォーム。最新の量子アルゴリズムをさまざまなハールの最適化、鉄の結晶のシミュレーション、半導体材料のモデルドウェアやシミュレータ上で利用することができる。素材開発や創化などに取り組んでいる。サイバーセキュリティ分野での導入や薬など、計算化学に携わる研究者を主な想定ユーザーとしている。

PoC でも複数の企業とプロジェクトが進行中。2023 年はクオン❹ 共同研究では、量子コンピューティングの応用に関するさまざまなプロジェクトを、クオンティニュアムのサイエンティストをはティニュアムとのコラボレーションを行う日本企業の事例が拡大しそうだ。（取材・文：渡辺 元・本誌編集長）
※ 記事掲載時の数値。その後、2023年 2月 23日に量子ボリューム 32,768 への更新を発表した。

364 - 2023

特集

ケーブルテレビ事業者・放送事業者のための「クラウド時代のゼロトラスト・セキュリティ」～自社とユーザーのセキュリティをどう強化するか？～

量子乱数生成フトウェアベースのものと、ハードウェアベースのものである。前者は常に同一の処理しかできないた統計的解析でも予測不可能な量子乱数が軍事、金融、エネルギー企業で導入へめ、厳密な意味での乱数を作り出すことができない。
しかし、高度なアルゴリズムを駆使することにより、一般的な用途には耐えうる程度の乱数を生成するこ

現在、世界で量子コンピュータの開発競争が繰りとが可能となっている。このため、前者は擬似乱数広げられている。従来のコンピュータの性能をはる生成器と呼ばれている。一方で、後者は従来から使かに上回る量子コンピュータのテクノロジーはさま用されているノイズなどの物理現象を利用して乱数ざまな応用分野で期待されているが、その中でも他の応用分野に先行して本格的な商用サービスが始まったのが、量子コンピュータの代表的メーカー生成を行うものであり、こちらは（擬似乱数と区別するため）真性乱数生成器と呼ばれている。加えての一つである英米 Quantinuum（クオンティニュア

昨今では、量子由来の乱数を利用する量子乱数生成ム）社が提供している量子乱数だ。量子コンピュ器も一般に入手できるようになってきている。

ータが生成した量子乱数は外部からの予測が不可能であり、軍事、金融、エネルギー関連といった従来の乱数は統計的解析で予測可能極めて堅牢な暗号鍵が必要な分野で利用検討が進量子技術で予測が困難な乱数を生成められている。

（取材・構成：渡辺 元・本誌編集長）

真性乱数生成器の場合、そのアルゴリズムが非公開とされることが一般的であり、製造者が悪意のあ小林 聡
クオンティニュアム株式会社
サイバーセキュリティ ソリューションアーキテクト

るコード（乱数に見えるが実際にはアルゴリズムを知る者が予測可能な数列を生成している）を実装し得ることが脅威となる。別の問題点として挙げられるのが乱数の検定に関わるものである。乱数が本当にランダムかの判断は事後でしか行うことができず、現代の暗号を支える乱数デバイスが不完全に故障した場合などには、偏りの量子乱数生成器も入手可能にある乱数が生成されながらもこれに気がつかないで使用してしまう脅威がある。また、攻撃側の手法と現代の暗号において乱数は非常に重要な役割を担して、該当のハードウェアを大量に購入し、個体差っており、その品質が暗号強度を左右すると言ってバイアスに起因する偏りを統計的手法で計測する、も過言ではない。例えば、TLS（古くは SSL）とし物理的な解析を伴うアルゴリズムの推測などが存在て知られる通信手段は、複数の暗号方式を使用するハイブリッドな方式だが、それらの暗号鍵はすべて乱数から生成されている（図 1）。一言で言えば、

図1；TLSでの暗号手法と乱数【図 1】 TLS での暗号手法と乱数乱数の生成は文字通りランダムでなくてはならず、外部からの予測が極めて困難（不可能）であることが要求される。
乱数の生成手法は大きく分けて 2 種類ある。ソ『月刊ニューメディア』2023年 1 月号掲載記事1

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特集

ケーブルテレビ事業者・放送事業者のための「クラウド時代のゼロトラスト・セキュリティ」～自社とユーザーのセキュリティをどう強化するか？～する。そのため、こうした脅威にも対抗しう【図 3】 デバイスに極力依存せずに乱数を生成する手法

る乱数の生成手段が必要とされている。
量子の特異な性質の一つに「重ね合わせ」というものがある。これはコインで言えば、表と裏とが同時に存在する状態である。実際には、この状態を観測することで、表か裏かが決定することとなる。この現象をベースにした乱数生成が可能であり、量子技術が一般用途で使用されている分野の一つとなっている。
現状、複数のベンダーから量子乱数生成デバイス「量子もつれ」を利用することでを購入することが可能である。しかし、そうしたデ「デバイス独立性」のある乱数生成へバイスは量子テクノロジーを使用してはいるもの1の、個体差バイアスを完全には排除できていないの現段階ではコスト的な問題もあり、量子乱数は軍が現状だ。これらの問題点は「デバイス依存性」と事、金融、エネルギー関連といった、セキュリティに呼ばれ、より厳密な意味での乱数生成においてはこ対してのコストに寛容な業界での利用検討が進められを排除した「デバイス独立性」が求められている。

れている状況である。こうした分野では、既存の仕多くの量子乱数生成デバイスは、乱数の品質という組みとして HSM（Hardware Security Module）が導点では事後でしか確認できないということで、既存11/15/22の真性乱数生成器と同等と考えることもできる。

入されていることが一般的であるため、これら機器と一方で、量子乱数生成の別手法として「量子もつれ」のインテグレーションを行うことでユーザから見て透過的に利用できる点もメリットとなる（図 2）。

を使用することも可能である。この利点は、「量子もつれ」は物理的な手法で計測することが可能である点

図 2 ;H S M と 量 子 乱 数 生 成 器 （ O R IG IN ） と の イ ン テ グ レ ー シ ョ ン 例【図 2】 HSM と量子乱数生成サービス（Quantum Origin）とのインテグレーション例だ。これを応用することで、従来では不可能であった生成中の乱数の品質確認が実現できる（図 3）。逆に言えば、ここまで踏みこむことで初めて量子乱数生成を利用する明確な理由が生じるのではないかと考えている。暗号分野の研究者は現在、この「デバイス独立性」について活発な議論を行っている最中である。

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