量子暗号とは?
量子暗号は量子鍵配布 (QKD) とも呼ばれ、量子力学の原理を暗号化に利用して通信を保護する方法です。メッセージを直接暗号化するのではなく、量子ビット (量子ビット) の送信を使用して 2 者間で暗号化鍵を配布します。量子力学の複製禁止定理により、盗聴者は検出可能なエラーを発生させずに量子通信を傍受して読み取ることはできません。
量子暗号はどのように機能しますか?
一般的な QKD システムでは、送信者 (通常は Alice と呼ばれます) が単一光子の偏光などの量子暗号状態に鍵をエン(
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)コードします。これらの光子は光ファイバーまたは自由空間を介して受信機 (通常は Bob と呼ばれます) に送信されます。Bob は、垂直/水平または対角/反対角偏光などの 2 つの相補基底のいずれかで光子をランダムに測定します。多数の光子を計測した後、アリスとボブは、公に認証された古典的なチャネルで使用した基底を公表しますが、計測結果は公表しません。
ランダムな光子のサブセットに使用した基底を比較し、計測結果を公表しないことで、鍵情報を明かすことなく盗聴エラーをチェックできます。 敵対者 (通常はイブと呼ばれます) による盗聴や傍受は、必然的に検出可能なエラーをもたらします。 エラー率が特定のしきい値を超えると、鍵は破棄され、プロセスが再開されます。 それ以外の場合は、改ざんされていない結果を使用して、安全な共有秘密鍵が生成されます。
量子鍵配布は、古典的な暗号化のように計算の複雑さを前提とするのではなく、物理法則に基づいて無条件のセキュリティを提供します。 中間者攻撃や受信者の知らないうちに盗聴されることを防ぎます。 現在、QKD は 100 km を超える設置済みのファイバー ネットワークに実装されており、北京、トロント、ウィーンなどの都市でフィールド テストが実施されています。
量子暗号の実装
実用的な暗号ネットワークを実装する際の主な課題には、堅牢な単一光子源、低ノイズの光子検出器、安定した量子メモリの開発、環境ノイズからの保護などがあります。初期の QKD システムのほとんどは、実用的な理由から、真の単一光子ではなく弱いコヒーレント パルスを使用していました。ただし、多光子パルスは、パルスあたりの光子数に基づくサイド チャネル攻撃を可能にします。
高度な量子ハッキング手法が実験室環境で実証されていますが、これは依然として脅威です。測定デバイスに依存しない QKD などの高度な QKD プロトコルは、すべての検出サイド チャネルとハードウェアの想定を排除するために提案されています。MDI-QKD では、測定は信頼できない第 3 の場所で実行されるため、アリスとボブのデバイスを特性評価したり信頼したりする必要はありません。
商用化
過去 10 年間で、暗号化ソリューションを提供する商用暗号化会社がいくつか登場しました。スイスの ID Quantique は、QKD システムを商用化した最も初期の企業の 1 つです。同社の Clavis2 製品は、ジュネーブとチューリッヒの銀行ネットワークに導入されました。米国の MagiQ Technologies は、防衛および企業ネットワーク向けの統合 QKD ソリューションを提供しています。カナダの Qubitekk は、統合フォトニクスに基づく次世代 QKD デバイスを提供しています。
中国では、QuantumCTek、Anthropic、QuintessenceLabs が、長距離で測定デバイスに依存しない QKD の提供に積極的に取り組んでいます。世界中の政府や研究機関も、重要なインフラストラクチャを保護するために量子ネットワークをテストしています。英国は、主要都市を結ぶ UK Quantum Communications Hub を構築しています。欧州連合は、QUIET や EuroQCI などの主要プロジェクトを通じて、量子技術の開発に 10 億ユーロを投資しています。
量子暗号の将来の用途
ハードウェアの進歩とネットワーク統合の進展に伴い、量子暗号は将来の通信システムの不可欠な部分になると予想されています。鍵配布の他にも、偽造不可能な量子マネー、ビザンチン合意プロトコル、分散コンピューティングなどの用途に有望です。長距離量子中継器と量子ネットワーク ルーティング アルゴリズムに向けた最近の取り組みは、将来的には地球規模の量子インターネットが実現することを示しています。
波長分割多重化によって QKD を既存の通信ファイバー ネットワークと統合すると、大規模な展開が可能になります。中国の墨子衛星のような衛星ベースの量子通信ネットワークは、安全な鍵配信を世界規模で提供できます。量子暗号には、暗号品質を備えたデバイスに依存しない認定乱数生成など、セキュリティを超えた用途もあります。全体として、量子技術が成熟し続けるにつれて、今後数十年間で情報セキュリティに革命を起こす可能性があります。
量子暗号に関する詳細情報(
https://logcla.com/blogs/368597/Quantum-Cryptography-The-Future-of-Secure-Communications |
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