特開 2023-157174 暗号通信システム、暗号通信装置および暗号通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023157174

(43)【公開日】2023-10-26

(54)【発明の名称】暗号通信システム、暗号通信装置および暗号通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/08 20060101AFI20231019BHJP

   H04L 9/12 20060101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

H04L9/08 A

H04L9/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066918

(22)【出願日】2022-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】301063496

【氏名又は名称】東芝デジタルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 恭平

(72)【発明者】

【氏名】松尾 正克

(72)【発明者】

【氏名】小林 学

(72)【発明者】

【氏名】安藤 晃規

(57)【要約】

【課題】ユーザとの間で暗号鍵に関するデータを送受信するノードの１つに侵入されても暗号鍵が窃取されることを防ぐことができる暗号通信システムを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、暗号通信システムは、第１ネットワークを介して暗号通信を実行する第１機器と第２機器とが、複数のノードで構成される第２ネットワークを介して、暗号通信に使用する暗号鍵を共有化する。第１機器は、暗号鍵の生成に使用するｎ個の第１データを生成し、ｎ個の第１データを、複数のノードの中のｎ個のノードに振り分けて第２ネットワーク上に送出することによって第２機器へ送信し、ｎ個の第１データを使用して暗号鍵を生成する。第２機器は、複数のノードの中のｎ個のノードからｎ個の第１データを受信し、ｎ個の第１データを使用して暗号鍵を生成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ネットワークを介して暗号通信を実行する第１機器と第２機器とが、複数のノードで構成される第２ネットワークを介して、前記暗号通信に使用する暗号鍵を共有化する暗号通信システムであって、
前記第１機器は、
前記暗号鍵の生成に使用するｎ個の第１データを生成し、
前記ｎ個の第１データを、前記複数のノードの中のｎ個のノードに振り分けて前記第２ネットワーク上に送出することによって前記第２機器へ送信し、
前記ｎ個の第１データを使用して前記暗号鍵を生成し、
前記第２機器は、
前記複数のノードの中のｎ個のノードから前記ｎ個の第１データを受信し、
前記ｎ個の第１データを使用して前記暗号鍵を生成する、
暗号通信システム。

【請求項2】

前記複数のノード間の前記第１データの送受信は、前記複数のノードのそれぞれが有する第１通信装置を介して実行され、
前記第１機器または前記第２機器と、前記複数のノードの中の前記第１機器または前記第２機器と接続されているノードとの間の前記第１データの送受信は、前記第１機器と、前記第２機器と、前記第１機器または前記第２機器と接続されているノードとのそれぞれが有する第２通信装置を介して実行され、
前記第１機器または前記第２機器と接続されているノードは、前記第１通信装置と前記第２通信装置との間の前記第１データの受け渡しを内部的に実行する、
請求項１に記載の暗号通信システム。

【請求項3】

前記第１機器および前記第２機器は、前記ｎ個の第１データを分散データと見なした秘密分散法による復元処理によって得られる第２データを基に前記暗号鍵を生成する請求項１に記載の暗号通信システム。

【請求項4】

前記秘密分散法は、完全秘密分散法を含むランプ型秘密分散法である請求項３に記載の暗号通信システム。

【請求項5】

前記第１機器および前記第２機器は、前記ｎ個の第１データを重ね合わせて前記暗号鍵を生成する請求項１に記載の暗号通信システム。

【請求項6】

前記ｎ個の第１データの重ね合わせは、前記ｎ個の第１データの排他的論理和を算出することである請求項５に記載の暗号通信システム。

【請求項7】

前記第２ネットワークは、前記複数のノード間が光ファイバで接続される構成を有し、
前記複数のノードのそれぞれは、前記第２ネットワーク上において隣接するノードとの間で前記光ファイバを媒体として光子によりデータを送受信する、
請求項１に記載の暗号通信システム。

【請求項8】

各々が第１量子鍵配送装置と第２量子鍵配送装置とを有し、前記第１量子鍵配送装置によって相互に接続されている第１通信装置および第２通信装置と、
２つの前記第２量子鍵配送装置を有し、一方の前記第２量子鍵配送装置によって前記第１通信装置と接続され、かつ、他方の前記第２量子鍵配送装置によって前記第２通信装置と接続されている第３通信装置と、
を具備し、
前記第３通信装置は、前記２つの第２量子鍵配送装置によって前記第１通信装置および前記第２通信装置から取得したデータを用いて、暗号化されているデータを復号するための乱数鍵を生成する乱数鍵生成手段を有する、
暗号通信システム。

【請求項9】

第１ネットワークを介して他の暗号通信装置との間で暗号通信を実行する暗号通信装置であって、複数のノードで構成される第２ネットワークを介して、前記暗号通信に使用する暗号鍵を前記他の暗号通信装置との間で共有化する暗号通信装置において、
前記暗号鍵の生成に使用するｎ個の第１データを生成する手段と、
前記ｎ個の第１データを、前記複数のノードの中のｎ個のノードに振り分けて前記第２ネットワーク上に送出することによって前記他の暗号通信装置へ送信する手段と、
前記ｎ個の第１データを使用して前記暗号鍵を生成する手段と、
を具備する暗号通信装置。

【請求項10】

第１ネットワークからデータを受信するデータ受信手段と、
第２ネットワークの第１ノードとの間で量子暗号通信を実行する第１量子暗号通信手段と、
前記第２ネットワークの第２ノードとの間で量子暗号通信を実行する第２量子暗号通信手段と、
前記第１量子暗号通信手段によって取得された第１データと、前記第２量子暗号通信手段によって取得された第２データとを用いて、暗号化されているデータを復号するための乱数鍵を生成する乱数鍵生成手段と、
前記乱数鍵生成手段によって生成された乱数鍵を用いて、前記データ受信手段によって受信された暗号データを復号する復号手段と、
を具備する暗号通信装置。

【請求項11】

第１ネットワークを介して暗号通信を実行する第１機器と第２機器とが、複数のノードで構成される第２ネットワークを介して、前記暗号通信に使用する暗号鍵を共有化する暗号通信方法であって、
前記第１機器は、
前記暗号鍵の生成に使用するｎ個の第１データを生成し、
前記ｎ個の第１データを、前記複数のノードの中のｎ個のノードに振り分けて前記第２ネットワーク上に送出することによって前記第２機器へ送信し、
前記ｎ個の第１データを使用して前記暗号鍵を生成し、
前記第２機器は、
前記複数のノードの中のｎ個のノードから前記ｎ個の第１データを受信し、
前記ｎ個の第１データを使用して前記暗号鍵を生成する、
暗号通信方法。

【請求項12】

各々が第１量子鍵配送装置と第２量子鍵配送装置とを有する第１通信装置および第２通信装置を前記第１量子鍵配送装置によって相互に接続し、
２つの前記第２量子鍵配送装置を有する第３通信装置を、一方の前記第２量子鍵配送装置によって前記第１通信装置と接続し、かつ、他方の前記第２量子鍵配送装置によって前記第２通信装置と接続し、
前記第３通信装置が、前記２つの第２量子鍵配送装置によって前記第１通信装置および前記第２通信装置から取得したデータを用いて、暗号化されているデータを復号するための乱数鍵を生成する、
暗号通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、暗号通信システム、暗号通信装置および暗号通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在普及している公開鍵暗号方式は、既存のコンピュータ、アルゴリズムでは有効な時間内に解読できないという計算量的安全性に依拠している。将来、量子コンピュータの運用が始まると、計算量的安全性が保証されなくなり、従来の暗号方式ではセキュアな通信を担保することができなくなる。そこで、計算的安全性に依らない、情報理論的安全性をもつ暗号方式として量子暗号が期待されている。量子暗号では、光ケーブルを用いる性質上、直接鍵を共有できる距離に制約がある。そのため、セキュリティ上信用できる中継ノードを用いて量子暗号鍵を中継することによって、遠隔地に離れたユーザ同士でも、量子暗号により暗号鍵（乱数鍵）を共有して暗号通信することを可能としている。

【0003】

たとえば、通信相手と接続する際、複数の異なる経路をそれぞれ通して複数の独立な暗号鍵を配布し、暗号鍵を用いて多重暗号化および復号することで、中継局の信頼性劣化に対して暗号化通信の劣化を抑制する暗号通信システムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５６７２４２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、図１２に示すように、前述の暗号通信システムにおいては、中継ノード部Ａ５およびＡ６の信頼性は担保されているものの、末端ノード［１］Ａ３や末端ノード［２］Ａ４から、暗号通信の通信元であるユーザ［１］Ａ１や暗号通信の通信先であるユーザ［２］Ａ２へ、ＱＫＤ装置（量子鍵配送装置）Ａ７，Ａ８によって暗号鍵を配送する際に、インターネット上で暗号鍵が盗聴されるリスクがあるという問題が存在する。これはラストワンマイル問題として認知されている。

【0006】

ラストワンマイル問題の解決手法として、図１３に示すように、末端ノード［１］Ｂ３や末端ノード［２］Ｂ４に、中継ノード［１］Ｂ５や中継ノード［２］Ｂ６との間で量子鍵配送を行うＱＫＤ装置Ｂ７，Ｂ８（たとえば、ＢＢ８４）に加えて、ユーザ［１］Ｂ１やユーザ［２］Ｂ２との間で量子鍵配送を行うＱＫＤ装置（異なるＱＫＤ装置）Ｂ１５，Ｂ１６（たとえば、ＣＶＱＫＤ）を配置することが検討されている。つまり、ユーザ［１］Ｂ１やユーザ［２］Ｂ２と、末端ノード［１］Ｂ３や末端ノード［２］Ｂ４との間の通信にも、量子鍵で情報（配送対象の暗号鍵）を暗号する量子暗号を適用することが検討されている。

【0007】

しかしながら、この手法においても、不正者が、末端ノード［１］Ｂ３や末端ノード［２］Ｂ４に侵入し、ＱＫＤ装置Ｂ７とＱＫＤＢ装置（異なるＱＫＤ装置）Ｂ１５との間のデータ転送や、ＱＫＤ装置Ｂ８とＱＫＤＢ装置（異なるＱＫＤ装置）Ｂ１６との間のデータ転送を盗聴することで、情報（配送対象の量子鍵）が窃取されるリスクがあるという問題が残存する。

【0008】

本発明の１つの実施形態は、ユーザとの間で暗号鍵に関するデータを送受信するノードの１つに侵入されても暗号鍵が窃取されることを防ぐことができる暗号通信システム、暗号通信装置および暗号通信方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態によれば、暗号通信システムは、第１ネットワークを介して暗号通信を実行する第１機器と第２機器とが、複数のノードで構成される第２ネットワークを介して、暗号通信に使用する暗号鍵を共有化する。第１機器は、暗号鍵の生成に使用するｎ個の第１データを生成し、ｎ個の第１データを、複数のノードの中のｎ個のノードに振り分けて第２ネットワーク上に送出することによって第２機器へ送信し、ｎ個の第１データを使用して暗号鍵を生成する。第２機器は、複数のノードの中のｎ個のノードからｎ個の第１データを受信し、ｎ個の第１データを使用して暗号鍵を生成する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の暗号通信システムの全体像を概略的に示す図。

【図2】第１実施形態の暗号通信システムの一構成例を示すブロック図。

【図3】第１実施形態の暗号通信システムが実行する暗号通信方法の処理手順を表すシーケンスチャート。

【図4】第１実施形態の暗号通信システムにおけるユーザ（ユーザの通信機器）の一機能構成例を示すブロック図。

【図5】第１実施形態の暗号通信システムの量子暗号通信網内のノードが末端ノードの役割を担う場合における一機能構成例を示すブロック図。

【図6】第１実施形態の暗号通信システムの量子暗号通信網内のノードが中継ノードの役割を担う場合における一機能構成例を示すブロック図。

【図7】第１実施形態の暗号通信システムの量子暗号通信網内のノードが中間ノードの役割を担う場合における一機能構成例を示すブロック図。

【図8】第１実施形態の暗号通信システムにおける、分散数３、閾値３のランプ型秘密分散による乱数鍵の生成方法の一例を示す第１図。

【図9】第１実施形態の暗号通信システムにおける、分散数３、閾値３のランプ型秘密分散による乱数鍵の生成方法の一例を示す第２図。

【図10】第１実施形態の暗号通信システムにおけるユーザによる平文データの暗号化の一例を示す図。

【図11】第２実施形態の暗号通信システムにおける乱数鍵の生成方法および平文データの暗号化の一例を示す図。

【図12】第１比較例の暗号通信システムの一構成例を示すブロック図。

【図13】第２比較例の暗号通信システムの一構成例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0012】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。

【0013】

第１実施形態の暗号通信システムは、インターネット網を介して暗号通信を実行する２ユーザの中の一方のユーザが、ノード間で量子暗号通信が行われる量子暗号通信網を介して他方のユーザとの間で暗号鍵を共有化する際、暗号鍵（以下、インターネット網で利用される暗号鍵を乱数鍵とも称する）の生成に必須の情報を複数のノードに振り分けて他方のユーザ宛てに量子暗号通信網へ送出する。他方のユーザは、当該暗号鍵の生成に必須の情報を複数のノードから受信する。これにより、第１実施形態の暗号通信システムは、ユーザとの間で暗号鍵の生成に必須の情報を送受信するノード（ＱＫＤ装置間でのデータ転送が内部的に発生するノード）の１つに侵入されても暗号鍵が窃取されることを防ぐことができる。

【0014】

図１は、第１実施形態の暗号通信システムの全体像を概略的に示す図である。第１実施形態の暗号通信システムは、インターネット網１０５を介して暗号データ１０３を送受信するユーザ［１］１０７（ユーザ［１］１０７の通信機器）とユーザ［２］１１５（ユーザ［２］１１５の通信機器）とが、量子暗号通信網（一部区間、または全区間がメッシュ）１２０を介して、暗号通信のための乱数鍵１０２を共有化する。量子暗号通信網１２０は、各々が量子鍵配送機能を有する複数のノードが一部区間、または全区間でメッシュ状に接続されている。メッシュ状の接続と言っても、隣接するノード間がすべて接続されているとは限らない。一部の隣接するノード間は接続されていなくても構わない。量子鍵配送は、光子など量子の挙動を利用する技術であり、たとえば、光ファイバを媒体としてノード間で光子を送受信することで量子鍵を生成・共有する。なお、この量子鍵は、乱数鍵１０２とは別の、量子暗号通信網１２０上において隣接する２つのノード間で暗号通信（量子暗号通信）を実行するためのものである。この暗号通信には、たとえば、暗号データだけでは解読不可能なＯＴＰ（ワンタイムパッド暗号）が使用される。

【0015】

ユーザ［１］１０７は、乱数鍵１０２を使って平文データ１０１を暗号化し、この暗号化によって生成された暗号データ１０３をインターネット網１０５でユーザ［２］１１５に送信する。ユーザ［２］１１５は、乱数鍵１０２を使って、インターネット網１０５経由でユーザ［１］１０７から受信した暗号データ１０３を復号し、平文データ１０１を取得する。

【0016】

ユーザ［１］１０７は、ユーザ［２］１１５との間で量子暗号通信網１２０を介して乱数鍵１０２を共有化するにあたって、乱数鍵１０２の生成に必須の複数のデータ（分散データ１０６）を生成する（１０８：分割）。分散データ１０６は、たとえば、単なる乱数である。なお、ユーザ［１］１０７は、量子暗号通信網１２０内のノード（末端ノード［１］１０９、中継ノード［１］１１１）との間で量子鍵配送を行うためのＱＫＤ装置を有しており、このＱＫＤ装置によって生成される暗号鍵を分散データ１０６として流用してもよい。ＱＫＤ装置によって生成される暗号鍵は、ユーザ［１］１０７が、量子暗号通信網１２０内のノードとの間の暗号通信に使用するものであって、ユーザ［２］１１５との間の暗号通信に使用する乱数鍵１０２ではない。

【0017】

ユーザ［１］１０７が有するＱＫＤ装置は、たとえば、量子暗号通信網１２０内の各ノードが他のノードとの間で実行する量子鍵配送のためのＱＫＤ装置よりも低スペックの安価なＱＫＤ装置である。ユーザ［２］１１５も、ユーザ［１］１０７と同様、量子暗号通信網１２０内のノード（末端ノード［２］１１３、中継ノード［２］１１４）との間で量子鍵配送を行うためのＱＫＤ装置を有している。

【0018】

ユーザ［１］１０７は、複数の分散データ１０６を、複数のノード（末端ノード［１］１０９、中継ノード［１］１１１）に振り分けて、量子暗号通信網１２０へ送出する。当該複数の分散データ１０６は、中間ノード１１２を経由した後、複数のノード（末端ノード［２］１１３、中継ノード［２］１１４）に分かれて、分岐先のそれぞれから、ユーザ［２］１１５へと送信される。

【0019】

なお、量子暗号通信網１２０内の各ノードは、末端ノードにもなり得るし、中継ノードにもなり得るし、中間ノードにもなり得る。

【0020】

分散データ１０６の送信元であるユーザ［１］１０７と、分散データ１０６の送信先であるユーザ［２］１１５とは、それぞれ、実際は単なる乱数である当該複数の分散データ１０６を、たとえば秘密分散法による分散処理で生成されたデータと見なして、排他的論理和などを用いる秘密分散法による復元処理を実行する（１０８：復元）。ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５とは、この復元処理で得られたデータを乱数鍵１０２として取得し、あるいは、そのデータを基に乱数鍵１０２を生成する。分散データ１０６を使った乱数鍵１０２の生成の詳細については後述する。ユーザ［１］１０７で生成される乱数鍵１０２と、ユーザ［２］１１５で生成される乱数鍵１０２とは同一である。つまり、この乱数鍵１０２は、ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５との間で量子暗号通信網１２０を介して共有化された暗号鍵である。

【0021】

次に、図２を参照して、第１実施形態の暗号通信システムが、ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５との間で実行される暗号通信に使用される乱数鍵１０２の窃取を防止する仕組みについて詳述する。

【0022】

ここでは、ユーザ［１］１０７上のアプリケーションプログラムがユーザ［２］１１５上のアプリケーションプログラムへデータを送信する場合を想定する。ユーザ［１］１０７上のアプリケーションプログラムが出力するデータおよびユーザ［２］１１５上のアプリケーションプログラムが入力するデータは、前述の平文データ１０１である。

【0023】

ユーザ［１］１０７上のアプリケーションプログラムが出力する平文データ１０１は、暗号モジュールによって暗号データ１０３へと暗号化され、インターネット網１０５を介してユーザ［２］１１４に転送される。この暗号データ１０３を受け取ったユーザ［２］１１４では、逆に、暗号モジュールが暗号データ１０３を平文データ１０１へ復号し、当該平文データ１０１がアプリケーションプログラムへ入力される。

【0024】

ユーザ［１］１０７での暗号モジュールによる暗号化と、ユーザ［２］１１５での暗号モジュールによる復号には、同一の乱数鍵１０２が使用される。ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１４とは、量子暗号通信網１２０を介して、この乱数鍵１０２の共有化を実行する。

【0025】

量子暗号通信網１２０内の各ノード（末端ノード［１］１０９、中継ノード［１］１１１、中継ノード［２］１１４、末端ノード［２］１１３）は、他のノードとの間で量子鍵配送を行うためのＱＫＤ装置（２０７、２０９、２１０、２１１、２１２、２０８）を有している。つまり、量子暗号通信網１２０内の２ノード間の暗号通信は安全性が確保されている。

【0026】

また、ユーザ［１］１０７と、ユーザ［１］１０７との間で暗号通信を行う末端ノード［１］１０９とは、量子鍵配送を行うためのＱＫＤ装置（異なるＱＫＤ装置）２１３、２１５を有している。従って、ユーザ［１］１０７と末端ノード［１］１０９との間の暗号通信も安全性が確保されている。

【0027】

しかし、末端ノード［１］１０９内において、異なるＱＫＤ装置２１５とＱＫＤ装置２０７との間でデータの受け渡しが行われているので、末端ノード［１］１０９内に侵入されると、当該異なるＱＫＤ装置２１５とＱＫＤ装置２０７との間でのデータの受け渡しの際にデータが窃取されるおそれがある。そのため、仮に、ユーザ［１］１０７が乱数鍵１０２そのものをユーザ［２］１１５へ向けて末端ノード［１］１０９経由で量子暗号通信網１２０に送出する場合、乱数鍵１０２が窃取されるおそれがある。この問題は、ＱＫＤ装置２０８と、異なるＱＫＤ装置２１６との間でデータの受け渡しが行われる末端ノード［２］１１３においても同様に存在する。

【0028】

そこで、第１実施形態の通信システムにおいては、ユーザ［１］１０７は、たとえば乱数鍵１０２の生成に必須の２つのデータ（分散データ１０６）を生成し、これらを末端ノード［１］１０９と中継ノード［１］１１１とに振り分けて、ユーザ［２］１１５へ向けて量子暗号通信網１２０に送出する。または、ユーザ［１］１０７は、実際は単なる乱数である当該２つの分散データ１０６を、秘密分散法による分散処理によって得られたデータと見なして、これらを末端ノード［１］１０９と中継ノード［１］１１１とに振り分けて、ユーザ［２］１１５へ向けて量子暗号通信網１２０に送出する。この場合、分散/復元部１０８は秘密分散法による復元処理を実行して乱数鍵１０２を取得し、あるいは、復元処理により得られたデータを基に乱数鍵１０２を生成する。

【0029】

なお、たとえば中継ノード［１］１１１内のＱＫＤ装置２０９とＱＫＤ装置２１０との間のデータの受け渡しのような、量子暗号通信網１２０内での量子鍵配送のための各ノードにおけるＱＫＤ装置間の内部的なデータの受け渡しについては、別途、何らかの機密保護対策が施されていることを前提とする。ここでは、その方法については問わない。

【0030】

ユーザ［１］１０７は、ユーザ［２］１１５との間の量子暗号通信網１２０を介した乱数鍵１０２の共有化を開始する際、量子暗号通信網１２０内の２つのノードから２つの分散データ１０６が別々にユーザ［２］１１５へ渡るように、量子暗号通信網１２０上に経路（ルート）を形成する。なお、あるノードが２つの分散データ１０６のルート上に重複して介在していても構わない（中継ノード［１］１１１から中継ノード［１］１１４までの間）。

【0031】

一方、２つの分散データ１０６をユーザ［１］１０７から量子暗号通信網１２０を介して受け取ったユーザ［２］１１５は、当該２つの分散データ１０６を、秘密分散法による復元処理を実行して乱数鍵１０２を取得し、あるいは、復元処理により得られたデータを基に乱数鍵１０２を生成する。

【0032】

これにより、たとえば末端ノード［１］１０９に侵入され、異なるＱＫＤ装置２１５とＱＫＤ装置２０７との間で受け渡しされる分散データ１０６が窃取されたとしても、中継ノード［１］１１１側に送信した分散データ１０６がなければ乱数鍵１０２の生成は不可能であるので、乱数鍵１０２は防衛される。また、ユーザ［２］１１５側の中継ノード［２］１１４と末端ノード［２］１１３とにおいても同様である。

【0033】

つまり、第１実施形態の通信システムは、ユーザ（１０７，１１５）との間で乱数鍵１０２の生成に必須の情報を送受信する隣接するノード（１０９，１１３）に侵入されても暗号鍵が窃取されることを防ぐことができる。

【0034】

図３は、第１実施形態の暗号通信システムが実行する暗号通信方法の処理手順を表すシーケンスチャートである。

【0035】

ユーザ［１］１０７の暗号モジュールは、分散／復元部１０８へ乱数鍵１０２を要求する（３０１）。この要求を受けた分散／復元部１０８は、１つ目の乱数鍵［１］（分散データ１０６）を生成して末端ノード［１］１０９に量子鍵配送する（３０２）。なお、ここでの量子鍵配送とは、異なるＱＫＤ装置２１３と異なるＱＫＤ装置２１５との間で共有化した量子鍵を使った暗号通信により分散データ１０６を送受信することである。なお、乱数鍵の生成は、量子鍵配送機能による量子鍵の生成であってもよい。

【0036】

末端ノード［１］１０９は、ユーザ［１］１０７の分散／復元部１０８から受信した乱数鍵［１］を、中継ノード［１］１１１に量子鍵配送する（３０３）。中継ノード［１］１１１は、乱数鍵［１］を中間ノード１１２（量子暗号通信網１２０上で隣接する中間ノード１１２）に量子鍵配送する（３０４）。乱数鍵［１］は、中間ノード１１２の区間を量子鍵配送されて、中継ノード［２］１１４を経て（３０５）、末端ノード［２］１１３まで量子鍵配送される（３０６）。末端ノード［２］１１３は、この乱数鍵［１］を、ユーザ［２］１１５の分散／復元部１１６に量子鍵配送する（３０７）。

【0037】

また、ユーザ［１］１０７の分散／復元部１０８は、２つ目の乱数鍵［２］（分散データ１０６）を生成して（末端ノード［１］１０９ではなく）中継ノード［１］１１１に量子鍵配送する（３０８）。中継ノード［１］１１１は、乱数鍵［２］を中間ノード１１２に量子鍵配送する（３０９）。乱数鍵［１］は、中間ノード１１２の区間を量子鍵配送されて、（末端ノード［２］１１３までではなく）中継ノード［２］１１４まで量子鍵配送される（３１０）。中継ノード［２］１１４は、この乱数鍵［２］を、ユーザ［２］１１５の分散／復元部１１６に量子鍵配送する（３１１）。

【0038】

ユーザ［１］１０７の分散／復元部１０８は、２つの乱数鍵［１，２］を、たとえば秘密分散による分散処理によって得られたデータと見なし、当該２つの乱数鍵［１，２］を使って秘密分散による復元処理を実行して乱数鍵を取得し、または、復元処理で得られたデータを基に乱数鍵を生成する（３１２）。この乱数鍵は、ユーザ［１］１０７の暗号モジュールが平文データ１０１の暗号データ１０３への暗号化に使用する、前述の乱数鍵１０２である。

【0039】

一方、ユーザ［２］１１５の分散／復元部１１６も、２つの乱数鍵［１，２］を、秘密分散による復元処理を実行して乱数鍵を取得し、または、復元処理で得られたデータを基に乱数鍵を生成する（３１３）。この乱数鍵は、ユーザ［２］１１５の暗号モジュールが暗号データ１０３の平文データ１０１への復号に使用する、前述の乱数鍵１０２である。ユーザ［１］１０７側の乱数鍵１０２とユーザ［２］１１５側の乱数鍵１０２とは同一である。

【0040】

ユーザ［１］１０７の分散／復元部１０８は、生成した、または取得した乱数鍵１０２を暗号モジュールに配送し（３１４）、一方、ユーザ［２］１１５の分散／復元部１０８も、生成した乱数鍵１０２を暗号モジュールに配送する。（３１５）。ユーザ［１］１０７の暗号モジュールは、受け取った乱数鍵１０２を使って平文データ１０１を暗号化し、暗号データ１０３をインターネット網１０５経由でユーザ［２］１１５に送信する（３１６）。一方、ユーザ［２］１１５の暗号モジュールは、インターネット網１０５経由でユーザ［１］１０７から受信した暗号データ１０３を、分散／復元部１０８から受け取った乱数鍵１０２を使って平文データ１０１に復号する（３１７）。

【0041】

図４は、第１実施形態の暗号通信システムにおけるユーザ（１０７，１１５）の一機能構成例を示すブロック図である。

【0042】

ユーザは、アプリケーション部４０１、データ暗号化部４０２、データ送信部４０３、データ受信部４０４、乱数鍵分散部４０５、乱数鍵復元部４０６、乱数生成部４０７、量子鍵送信部４０８および量子鍵受信部４０９のデータ処理機能部と、記憶部４１０のストレージ機能部とを備える。データ処理機能部は、プログラムをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が実行することによって実現されるものであってもよいし、たとえば電気回路といったハードウェアとして実現されるものであってもよい。ストレージ機能部は、ＨＤＤ（ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）といった様々なストレージ装置を適用することができる。

【0043】

アプリケーション部４０１は、対向のユーザのアプリケーション部４０１との間で平文データ１０１を送受信するプログラムである。

【0044】

データ暗号化部４０２は、アプリケーション部４０１から受け取った平文データ１０１を、乱数鍵復元部４０６によって生成した暗号鍵を用いて暗号化して暗号データ１０３を生成し、または、データ受信部４０４によって受信された暗号データ１０３を復号して平文データ１０１を取得する。

【0045】

データ送信部４０３は、データ暗号化部４０２の暗号化によって生成された暗号データ１０３を対向のユーザに送信する。一方、データ受信部４０４は、暗号データ１０３を対向のユーザから受信する。

【0046】

乱数鍵分散部４０５は、乱数鍵１０２の生成に必須の情報である複数の分散データ１０６を生成する。なお、乱数鍵分散部４０５によって生成される分散データ１０６は、たとえば量子鍵など単なる乱数である場合もある。したがって、乱数鍵分散部４０５の役割は、乱数生成部４０７や量子鍵送信部４０８、量子鍵受信部４０９が担ってもよい。

【0047】

乱数鍵復元部４０６は、乱数鍵分散部４０５によって生成された、分散データ１０６を、秘密分散法による復元処理を実行する。乱数鍵復元部６０６は、この復元処理によって乱数鍵１０２を取得し、または、復元処理によって得られたデータを基に乱数鍵１０２を生成する。

【0048】

乱数生成部４０７は、末端ノード（１０９，１１３）や中継ノード（１１１，１１４）との間の量子鍵配送に使用する乱数（量子鍵）を生成する。なお、乱数（量子鍵）の生成は、量子鍵送信部４０８や量子鍵受信部４０９が実行するとしても良い。

【0049】

量子鍵送信部４０８は、分散データ１０６を、末端ノード（１０９）と中継ノード（１１１）とに送信する。一方、量子鍵受信部４０９は、この分散データ１０６を、末端ノード（１１３）と中継ノード（１１４）とから受信する。

【0050】

記憶部４１０は、平文データ１０１、乱数鍵１０２、暗号データ１０３、分散データ１０６、乱数（量子鍵）を含む各種データを記憶する。各種データは、記憶部４１０から適時消去される。

【0051】

図５は、第１実施形態の暗号通信システムの量子暗号通信網１２０内のノードが末端ノード（１０９，１１３）の役割を担う場合における一機能構成例を示すブロック図である。

【0052】

末端ノードは、乱数生成部５０１、分割鍵受け渡し部５０２、量子鍵送信部５０３および量子鍵受信部５０４のデータ処理機能部と、記憶部５０５のストレージ機能部とを備える。

【0053】

乱数生成部５０１は、量子鍵配送に使用する乱数（量子鍵）を生成する。末端ノードの場合、ユーザとの間の暗号通信のための乱数（量子鍵）と、中継ノードとの間の暗号通信のための量子鍵とが生成される。なお、乱数（量子鍵）の生成は、量子鍵送信部５０３や量子鍵受信部５０４が実行するとしても良い。

【0054】

分割鍵受け渡し部５０２は、ユーザとの間の暗号通信のためのＱＫＤ装置［異なるＱＫＤ装置］（２１５，２１６）と、中継ノードとの間の暗号通信のためのＱＫＤ装置（２０７，２０８）との間における分散データ１０６の内部的な受け渡しを実行する。

【0055】

量子鍵送信部５０３は、ユーザまたは中継ノードへ分散データ１０６を送信する。ユーザへの分散データ１０６の送信は、ＱＫＤ装置［異なるＱＫＤ装置］（２１６）によって実行され、中継ノードへの分散データ１０６の送信は、ＱＫＤ装置（２０７）によって実行される。

【0056】

量子鍵受信部５０４は、ユーザまたは中継ノードから分散データ１０６を受信する。ユーザからの分散データ１０６の受信は、ＱＫＤ装置［異なるＱＫＤ装置］（２１５）によって実行され、中継ノードからの分散データ１０６の受信は、ＱＫＤ装置（２０８）によって実行される。

【0057】

記憶部５０５は、分散データ１０６、乱数（量子鍵）を含む各種データを記憶する。各種データは、記憶部５０５から適時消去される。

【0058】

図６は、第１実施形態の暗号通信システムの量子暗号通信網１２０内のノードが中継ノード（１１１，１１４）の役割を担う場合における一機能構成例を示すブロック図である。

【0059】

中継ノードは、乱数生成部６０１、分割鍵受け渡し部６０２、量子鍵送信部６０３および量子鍵受信部６０４のデータ処理機能部と、記憶部６０５のストレージ機能部とを備える。

【0060】

乱数生成部６０１は、量子鍵配送に使用する乱数（量子鍵）を生成する。中継ノードの場合、ユーザとの間の暗号通信のための乱数（量子鍵）と、末端ノードとの間の暗号通信のための乱数（量子鍵）と、中間ノードとの間の暗号通信のための乱数（量子鍵）とが生成される。なお、乱数（量子鍵）の生成は、量子鍵送信部６０３や量子鍵受信部６０４が実行するとしても良い。

【0061】

分割鍵受け渡し部６０２は、ユーザとの間の暗号通信のためのＱＫＤ装置［異なるＱＫＤ装置］（２１９，２２０）と、末端ノードとの間の暗号通信のためのＱＫＤ装置（２０９，２０８）との間における分散データ１０６の内部的な受け渡しを実行する。また、分割鍵受け渡し部６０２は、末端ノードとの間の暗号通信のためのＱＫＤ装置（２０９，２１２）と、中間ノードとの間の暗号通信のためのＱＫＤ装置（２１０，２１１）との間における分散データ１０６の内部的な受け渡しを実行する。図２では、簡略化のために、２つの中継ノード間に介在する中間ノードの表記を省略している。

【0062】

量子鍵送信部６０３は、ユーザ、末端ノードまたは中間ノードへ分散データ１０６を送信する。ユーザへの分散データ１０６の送信は、ＱＫＤ装置［異なるＱＫＤ装置］（２２０）によって実行され、末端ノードまたは中間ノードドへの分散データ１０６の送信は、ＱＫＤ装置（２１２，２１０）によって実行される。

【0063】

量子鍵受信部６０４は、ユーザ、末端ノードまたは中間ノードから分散データ１０６を受信する。ユーザからの分散データ１０６の受信は、ＱＫＤ装置［異なるＱＫＤ装置］（２１９）によって実行され、末端ノードまたは中間ノードからの分散データ１０６の受信は、ＱＫＤ装置（２０９，２１１）によって実行される。

【0064】

記憶部６０５は、分散データ１０６、乱数（量子鍵）を含む各種データを記憶する。各種データは、記憶部６０５から適時消去される。

【0065】

図７は、第１実施形態の暗号通信システムの量子暗号通信網１２０内のノードが中間ノード（１１２）の役割を担う場合における一機能構成例を示すブロック図である。

【0066】

中間ノードは、乱数生成部７０１、分割鍵受け渡し部７０２、量子鍵送信部７０３および量子鍵受信部７０４のデータ処理機能部と、記憶部７０５のストレージ機能部とを備える。

【0067】

乱数生成部７０１は、量子鍵配送に使用する乱数（量子鍵）を生成する。中間ノードの場合、中継ノードとの間の暗号通信のための乱数（量子鍵）と、他の中間ノードとの間の暗号通信のための乱数（量子鍵）とが生成される。なお、乱数（量子鍵）の生成は、量子鍵送信部７０３や量子鍵受信部７０４が実行するとしても良い。

【0068】

分割鍵受け渡し部７０２は、中継ノードまたは他の中間ノードとの間の暗号通信のための２つのＱＫＤ装置間における分散データ１０６の内部的な受け渡しを実行する。

【0069】

量子鍵送信部７０３は、中継ノードまたは他の中間ノードへ分散データ１０６を送信する。一方、量子鍵受信部７０４は、中継ノードまたは他の中間ノードから分散データ１０６を受信する。

【0070】

記憶部７０５は、分散データ１０６、乱数（量子鍵）を含む各種データを記憶する。各種データは、記憶部７０５から適時消去される。

【0071】

ここで、図８および図９を参照して、第１実施形態の暗号通信システムでのユーザ（１０７，１１５）による乱数鍵１０２の生成方法について説明する。

【0072】

図８は、第１実施形態の暗号通信システムにおけるユーザ（１０７，１１５）による乱数鍵１０２の生成方法の一例を示す第１図である。ここでは、分散数３、閾値３のランプ型秘密分散（この例は（閾値Ｋ＝３，Ｌ＝２，分散数Ｎ＝３）のランプ型秘密分散）によって乱数鍵１０２を生成する場合を一例として挙げる。この場合、ユーザ１０７は、３つの分散データ１０６を各々異なるノード経由で量子暗号通信網１２０へ送出することが好ましい。また、ユーザ１１５は、この３つの分散データを、各々異なるノード経由で受信することが好ましい。

【0073】

このランプ型秘密分散の場合、３つの分散データ１０６の中の１つが盗聴されても復元を行うことができない。また、ここでは、乱数（ダミーデータ、つまり使い捨てる物理乱数）と平文（ここでは共通鍵、つまり乱数鍵１０２として利用する物理乱数）との割合が「１：２」であることを想定する。ランプ型とは、乱数と平文との割合を変更可能としたものであり、乱数と平文との割合が「（閾値－１）：１」の場合、特に、完全秘密分散と称される。

【0074】

ユーザ［１］１０７に、まず、ある物理乱数があったと仮定する。そして、ユーザ［１］１０７は、その物理乱数を元データとして考えて、閾値３のランプ型秘密分散による分散処理を実施したと仮定する。そして、ユーザ［１］１０７は、任意に生成した乱数（乱数鍵［１］，乱数鍵［２］，乱数鍵［３］）を、この分散で得られたものであると見なす。つまり、ユーザ［１］１０７は、実際には、ここでは秘密分散による分散データ１０６の生成を実施していない。したがって、分散データ１０６は、量子鍵配送機能によって生成された量子鍵を流用したものとすることも可能で、物理乱数生成の効率がよくなる。このように本発明は、単純な秘密分散を利用したデータ転送にはない特徴を有する。なお、ここで任意に生成した乱数（乱数鍵［１］，乱数鍵［２］，乱数鍵［３］）を秘密分散法による分散処理して分散データ１０６を生成するものとしても良いが、しかし、この場合、ユーザ［１］１０７では、量子鍵配送機能によって生成された量子鍵（物理乱数）とは別に、元データとなるための物理乱数も余計に生成しなくてはならず、物理乱数生成の効率が悪くなる。

【0075】

閾値３のランプ型秘密分散の分散処理について、より詳しく説明すると、まず、元データを閾値の数に振り分ける。たとえば、元データが「１～１５」であるとすると、「１，４，７，１０，１３」と、「２，５，８，１１，１４」と、「３，６，９，１２，１５」とに振り分ける。図８では、振り分け後の各グループを行で表している。

【0076】

続いて、３つの分散データを生成するにあたり、分散（２）については２行目を１列分ずらし、分散（３）については３行目を１列分ずらした上で、分散（１）～分散（３）のそれぞれについて、たとえば排他的論理和による畳み込みを実行する。なお、この畳み込みは、排他的論理和に限らず、多項式による計算であってもよいし、加算や減算などであってもよい。

【0077】

ユーザ［１］１０７は、乱数を生成すると、この乱数を、以上の手順（閾値３のランプ型秘密分散による分散処理）で得られた分散データであるものと見なす。つまり、ユーザ［１］１０７は複数の乱数列（乱数鍵［１］，乱数鍵［２］，乱数鍵［３］）を生成し、それぞれの乱数列を分散データであるものと見なす。ユーザ［１］１０７は、この乱数（分散データ１０６）を乱数列毎に別ルートに振り分けてユーザ［２］１１５に転送する。

【0078】

図９は、第１実施形態の暗号通信システムにおけるユーザ［１］１０７による乱数鍵１０２の生成方法の一例を示す第２図である。

【0079】

ユーザ［１］１０７は、３つの分散データ１０６（実際には、単なる乱数）を使って、分散数３、閾値３のランプ型秘密分散（この例は（閾値Ｋ＝３，Ｌ＝２，分散数Ｎ＝３）のランプ型秘密分散）による復元処理を実行する（図９の「計算」）。この復元によって、前述の、仮定上の物理乱数の元データ「１～１５」が得られる。

【0080】

なお、秘密分散法による分散処理を実施せずに、このように復元処理を実施すると一部の分散データの一部レイヤ（行）のデータ（元データ）は、不整合（すべての分散データを元データに復元した場合、いくつかの分散データで元データが一致しない）を起こす。不整合を起こさないためには、一部の分散データに別の乱数（ｘ１～ｘ５）が排他的論理和されていると見なせば良い。これはユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５との間で事前共有されていたものと考えれば良い。なお、ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５との間でどの分散データから元データを生成するのかを事前、または動的に決定すれば、少なくともユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５とで生成する元データは一致するので、この不整合は問題にならない。なお、一部不整合はあるものの、物理乱数（乱数鍵［１］，乱数鍵［２］，乱数鍵［３］）を分散データと見なして、秘密分散法による復元処理を実施しているので、安全性は十分に確保される。

【0081】

ここでは、乱数と平文との割合が「１：２」であることを想定しているので、ユーザ［１］１０７は、復元された元データ「１～１５」の中から、たとえば、「１，４，７，１０，１３」（あらかじめ定められた１行分）をダミーデータ（使い捨てる物理乱数）として取り除き、「２，３，５，６，８，９，１１，１２，１４，１５」（あらかじめ定められた２行分）を抜き出すことにより、乱数鍵１０２を生成する。

【0082】

完全秘密分散の場合には、乱数と平文との割合が「閾値－１：１」（「２：１」）であるので、ユーザ［１］１０７は、たとえば、「１，２，４，５，７，８，１０，１１，１３、１４」（あらかじめ定められた２行分）をダミーデータ（使い捨てる物理乱数）として取り除き、「３，６，９，１２，１５」（あらかじめ定められた１行分）を抜き出すことにより、乱数鍵１０２を生成する。

【0083】

一方、ユーザ［１］１０７から分散データ１０６を受け取ったユーザ［２］１１５においても、ユーザ［１］１０７と同じ計算を行って、乱数鍵１０２を生成する。ユーザ［１］１０７で生成される乱数鍵１０２と、ユーザ［２］１１５で生成される乱数鍵１０２とは同一である。換言すれば、この乱数鍵１０２は、ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５との間で共有化された乱数鍵１０２である。

【0084】

図１０は、ユーザ［１］１０７における平文データ１０１の暗号化の一例を示す図である。

【0085】

ユーザ［１］１０７は、
・乱数鍵１０２ ＸＯＲ 平文データ１０１
を計算することで、暗号データ１０３を得る。

【0086】

このように、第１実施形態の暗号通信システムは、ランプ型秘密分散法で分散したものと見なした複数の分散データ１０６（実際は、単なる乱数）を配送することで、不正な盗聴者が、ユーザとの間で分散データ１０６を送受信するノードの１つに侵入し、分散データ１０６の一部を窃取したとしても、乱数鍵１０２の情報は漏洩しない。したがって、ユーザ［１］１０７とユーザ［２］１１５とがインターネット網１０５で通信する暗号データ１０３の一部ですら復号化することはできない。

【0087】

以上のように、第１実施形態の暗号通信システムにおいては、ユーザ間において、秘密分散法による復元処理を前提として、乱数鍵１０２の生成に必須の複数の分散データ１０６を複数のノードへ振り分けて量子暗号通信網１２０へ送出し、かつ、当該複数の分散データ１０６を量子暗号通信網１２０の複数のノードから受信して乱数鍵１０２（共通鍵）を共有することにより、不正な盗聴者により、ユーザとの間で分散データ１０６を送受信する１つノードに侵入されて、乱数鍵１０２の生成に必須の複数の分散データ１０６の一部を窃取されたとしても、不正な盗聴者は、乱数鍵１０２を復号することはできず、ユーザの通信の安全性を保つことができる。

【0088】

ところで、以上の説明では、ある元データの存在を仮定して、分散数３、閾値３のランプ型秘密分散による復元を実行し、乱数と平文との割合が「１：２」であるならば、復元によって得られるデータの中から（３行分中の）１行分を乱数（ダミーデータ）として取り除き、２行分のデータを乱数鍵１０２として使用した。ここで、情報理論的安全性をあきらめれば、復元によって得たデータのすべてを平文（乱数鍵１０２）として使用することもできるし、あるいは、１行分のすべてではなく、その行の一部のみを乱数とすることもできる。この場合においても、情報理論的安全性は確保できないものの、元データを得るための演算子の組み合わせは膨大であり、ユーザの暗号通信の安全性は十分に確保できる。そして、この場合には、乱数の消費量を大幅に削減することができる。したがって、転送レートもそれに伴い向上する。

【0089】

閾値２とした場合、情報理論的安全性を確保するためには、乱数と平文との割合は「１：１」とするしかないが、前述のように、情報理論的安全性をあきらめれば、復元によって得たデータのすべてを平文として使用することもできるし、あるいは、（２行分中の）１行分のすべてではなく、その行の一部のみを乱数とすることもできる。この場合においても、情報理論的安全性は確保できないものの、元データを得るための演算子の組み合わせは膨大であり、ユーザの暗号通信の安全性は十分に確保できる。よって、乱数の消費量を大幅に削減することができる。なお、ここでは説明を簡単にするために、図８、および図９の秘密分散方式で説明したが、利用できる秘密分散方式はこれに限られるものではなく、例えば他の排他的論理和により秘密分散方式や多項式による秘密分散方式なども利用可能である。

【0090】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。

【0091】

第１実施形態の暗号通信システムでは、暗号通信を実行する２ユーザの一方が、複数の乱数を分散データ１０６として生成し、それらを秘密分散法により分散し生成したデータとみなして、秘密分散法による復元処理を実行し、乱数鍵１０２を取得する。また、２ユーザの一方は、複数の分散データ１０６を複数のノードに振り分けて２ユーザの他方へ向けて量子暗号通信網１２０へ送出する。一方、２ユーザの他方は、複数のノードから複数の分散データ１０６を受信して、秘密分散法による復元処理を実行し、乱数鍵１０２を取得する。

【0092】

これに対して、第２実施形態の暗号通信システムでは、暗号通信を実行する２ユーザの一方が、複数の乱数を分散データ１０６として生成した後、それらを秘密分散法により分散し生成したデータとみなして、秘密分散法による復元処理を実行するのではなく、それらを排他的論理和などで重ね合わせて乱数鍵１０２を生成する。一方、２ユーザの他方においても、量子暗号通信網１２０の複数のノードから受信する複数の分散データ１０６を排他的論理和などで重ね合わせて乱数鍵１０２を生成する。なお、重ね合わせは、排他的論理和の代わりに、または、排他的論理和と共に、多数存在する別の手法、たとえば加算や減算を使用してもよい。

【0093】

この場合においても、第１実施形態の暗号通信システムと比較して、通信の冗長度（分散数を閾値より大きくすること）はないものの、ユーザ間において、排他的論理和などの重ね合わせを前提として、乱数鍵１０２の生成に必須の複数の分散データ１０６を複数のノードに振り分けて量子暗号通信網１２０へ送出し、かつ、当該複数の分散データ１０６を量子暗号通信網１２０の複数のノードから受信して乱数鍵１０２（共通鍵）を共有することにより、不正な盗聴者により、ユーザとの間で分散データ１０６を送受信する１つノードに侵入されて、乱数鍵１０２の生成に必須の複数の分散データ１０６の一部を窃取されたとしても、不正な盗聴者は、乱数鍵１０２を復号することはできず、ユーザの通信の安全性を保つことができる。

【0094】

図１１は、第２実施形態の暗号通信システムにおける乱数鍵１０２の生成方法および平文データ１０１の暗号化の一例を示す図である。

【0095】

ここでは、生成した２つの乱数鍵（分散データ１０６）を、それぞれ乱数鍵［１］、乱数鍵［２］とする。送信側のユーザ（ユーザ［１］１０７）において、
・乱数鍵［１］ ＸＯＲ 乱数鍵［２］
を計算することで、乱数鍵１０２を得る。

【0096】

また、ユーザ［１］Ａ１１は、
・乱数鍵１０２ ＸＯＲ 平文データ１０１
を計算することで、暗号データ１０３を得る。

【0097】

なお、受信側のユーザ（ユーザ［２］１１５）においては、
乱数鍵［１］ ＸＯＲ 乱数鍵［２］
を計算することで、乱数鍵１０２を得る。

【0098】

そして、ユーザ［２］１１５は、
・乱数鍵１０２ ＸＯＲ 暗号データ１０３
を計算することで、平文データ１０１を得る。

【0099】

このように、第２実施形態の暗号通信システムは、複数の分散データ１０６のバーナム暗号の重ね合わせで乱数鍵１０２を生成しているため、不正な盗聴者が、ユーザとの間で分散データ１０６を送受信する１つノードに侵入し、分散データ１０６の一部を窃取したとしても、２ユーザがインターネット網１０５で通信する暗号データ１０３の一部ですら復号化することはできない。

【0100】

以上のように、第２実施形態の暗号通信システムにおいても、ユーザ間において、排他的論理和などの重ね合わせを前提として、乱数鍵１０２の生成に必須の複数の分散データ１０６を複数のノードに振り分けて量子暗号通信網１２０へ送出し、かつ、当該複数の分散データ１０６を量子暗号通信網１２０の複数のノードから受信して乱数鍵１０２（共通鍵）を共有することにより、不正な盗聴者により、ユーザとの間で分散データ１０６を送受信する１つノードに侵入されて、乱数鍵１０２の生成に必須の複数の分散データ１０６の一部を窃取されたとしても、不正な盗聴者は、乱数鍵１０２を復号することはできず、ユーザの通信の安全性を保つことができる。

【0101】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0102】

１０１…平文データ、１０２…乱数鍵、１０３…暗号データ、１０５…インターネット網、１０６…分散データ、１０７，１１５…ユーザ（ユーザの通信機器）、１０９，１１３…末端ノード、１１２…中間ノード、１２０…量子暗号通信網、２１３～２２０…ＱＫＤ装置（異なるＱＫＤ装置）、２０７～２１２…ＱＫＤ装置、４０１…アプリケーション部、４０２…データ暗号化部、４０３…データ送信部、４０４…データ受信部、４０５…乱数鍵分散部、４０６…乱数鍵復元部、４０７…乱数生成部、４０８…量子鍵送信部、４０９…量子鍵受信部、４１０…記憶部、５０１…乱数生成部、５０２…分散データ受け渡し部、５０３…量子鍵送信部、５０４…量子鍵受信部、５０５…記憶部、６０１…乱数生成部、６０２…分散データ受け渡し部、６０３…量子鍵送信部、６０４…量子鍵受信部、６０５…記憶部、６０６…乱数鍵復元部、７０１…乱数生成部、７０２…分散データ受け渡し部、７０３…量子鍵送信部、７０４…量子鍵受信部、７０５…記憶部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】