NICT発技術で現場の課題を解決

量子暗号

　量子コンピュータが実現する時代が来ると、量子コンピュータで注目されているアルゴリズム(Shorのアルゴリズム、Groverのアルゴリズム)により、従来の暗号が簡単に解読されてしまうような事態が起こるようになります。この従来の暗号の問題点を解決することができる技術として、量子暗号に注目が集まっています。

　量子暗号とは、量子力学の原理により解読されないことが情報理論上保証されている技術です。この量子暗号は、データを安全に暗号化する仕組み「ワンタイムパッド暗号」と、鍵を共有する仕組み「量子鍵配送」と呼ばれる2つの部分からなります。
　送信者は平文（秘密にして送りたい情報）と同じデータサイズの暗号鍵の排他的論理和の演算をすることで暗号化した情報を相手に送信します。受信者は暗号化した情報と暗号鍵の排他的論理和の演算をすることで平文に復元します。暗号鍵を知らない第三者が通信を盗聴してもただの乱数にしか見えず、通信ごとに暗号鍵が変わるため、暗号鍵が漏洩しない限り平文の内容が漏洩することはありません。
 

　この量子暗号を使った技術により、国家機密、医療、金融、インフラ、製造等の分野で扱われる重要な情報や、クレジットカードや顔情報などの個人情報を、安心安全に通信できる未来を実現することが量子暗号に期待されています。

　万が一でも漏洩すると重大な影響がある安全保障、外交、防衛などの情報や、絶対に漏洩させてはならない個人情報、ヒトゲノム情報、顧客情報など、長期にわたって外からのハッキング等から守る必要があります。絶対漏洩しない安全性が担保された量子暗号をはじめとしたセキュリティ技術を活用することで、これらの重要情報を通信する際の漏洩を防ぐことが可能になります。
 

　情報通信の安全性を実現する量子暗号ですが、量子通信には通信速度や通信距離といった性能に限界が存在します。また、量子暗号の機能だけではセキュリティシステム全体で見ると不十分で、本当に通信してもよい相手なのかを確認する機能や、盗聴され続けても通信の完了まで到達する機能が別途必要です。これら課題を解決するには情報理論、暗号技術、ネットワーク技術といった周辺技術と量子暗号を融合しなければなりません。
　NICTは量子通信や量子暗号といった「量子ICT分野」と周辺技術を融合した新たな融合領域「量子セキュリティ分野」の創出に取り組んでいます。
 

Groverのアルゴリズム
非構造化データベースから特定の要素を効率的に見つけることを目的とした探索アルゴリズムで、共通鍵暗号に対する総当たり攻撃を⾼速化して、暗号解読にかかる時間を大幅に短縮。

ワンタイムパッド暗号
暗号鍵を一度だけ使用する方式。 

量子鍵配送 (Quantum Key Distribution: QKD)
量子単体による量子通信を応用することで、情報を暗号化するために使用する暗号鍵を離れた二者間で安全に共有する技術。ワンタイムパッド暗号と、この量子鍵配送を組み合わせることで、情報理論的安全性を持つ暗号通信が実現可能になる。