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特開2024-118747連続量量子鍵配送システムにおける受信機、共有情報生成方法、通信制御方法およびプログラム
(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】P2024118747
(43)【公開日】2024-09-02
(54)【発明の名称】連続量量子鍵配送システムにおける受信機、共有情報生成方法、通信制御方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
H04L 9/12 20060101AFI20240826BHJP
H04B 10/70 20130101ALI20240826BHJP
【ＦＩ】
H04L9/12
H04B10/70
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023025203
(22)【出願日】2023-02-21
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124811
【弁理士】
【氏名又は名称】馬場 資博
(74)【代理人】
【識別番号】100088959
【弁理士】
【氏名又は名称】境 廣巳
(74)【代理人】
【識別番号】100097157
【弁理士】
【氏名又は名称】桂木 雄二
(74)【代理人】
【識別番号】100187724
【弁理士】
【氏名又は名称】唐鎌 睦
(72)【発明者】
【氏名】安田 和佳子
(72)【発明者】
【氏名】川上 哲生
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AA52
5K102AB11
5K102AD15
5K102AH14
5K102AH24
5K102AH27
5K102PB01
5K102PH02
5K102PH37
5K102PH42
5K102RD26
(57)【要約】
【課題】連続量ＱＫＤにおいて軟判定誤り訂正を行う場合に鍵生成レートの向上を達成する。
【解決手段】連続量量子鍵配送システムにおいて、送信機１０が基底Ａおよび鍵の素Ｋ０に従って直交変調された微弱光を微弱光伝送し、それを受信した受信機２０がコヒーレント検波して受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを格納する。受信機２０が共有情報を生成するための基準ビット位置を設定して受信量子化データからシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成し、その一部を硬判定する。硬判定データと送信機のシフト鍵データＳＳＫとのビット位置同期が成立した場合、受信機２０のシフト鍵量子化データと送信機１０のシフト鍵データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する。
【選択図】 図３
【解決手段】連続量量子鍵配送システムにおいて、送信機１０が基底Ａおよび鍵の素Ｋ０に従って直交変調された微弱光を微弱光伝送し、それを受信した受信機２０がコヒーレント検波して受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを格納する。受信機２０が共有情報を生成するための基準ビット位置を設定して受信量子化データからシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成し、その一部を硬判定する。硬判定データと送信機のシフト鍵データＳＳＫとのビット位置同期が成立した場合、受信機２０のシフト鍵量子化データと送信機１０のシフト鍵データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続量量子鍵配送システムにおいて、第１チャネルと第２チャネルとにより送信機と接続された受信機であって、
前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記送信機と通信することで前記受信量子化データから共有情報を生成するデータ処理部と、
を有し、前記データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機。
前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記送信機と通信することで前記受信量子化データから共有情報を生成するデータ処理部と、
を有し、前記データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機。
【請求項2】
前記ｃ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合、前記ａ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする請求項１に記載の受信機。
【請求項3】
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
【請求項4】
前記ｄ）において、
前記データ処理部が、前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定することで共有情報を生成する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
前記データ処理部が、前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定することで共有情報を生成する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
【請求項5】
前記ａ）において、
前記送信機から前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して受信し、
前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
前記送信機から前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して受信し、
前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
【請求項6】
前記ａ）において、
第３乱数列を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、
前記送信機から前記第１乱数列と前記第３乱数列との一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として受信する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
第３乱数列を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、
前記送信機から前記第１乱数列と前記第３乱数列との一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として受信する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の受信機。
【請求項7】
請求項４に記載の受信機と接続された送信機であって、
前記微弱光を前記第１チャネルを通して前記受信機へ送信する送信側量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記受信機と通信することで前記第２乱数列に基づいて共有情報を生成する送信側データ処理部と、
を有し、前記送信側データ処理部が、
前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列から前記シフト鍵データを生成し、
前記受信機から受信した前記硬判定データと前記シフト鍵データとから算出した前記誤り率を用いた同期判定結果を前記受信機へ送信し、
前記受信機から受信した前記誤り訂正情報に従って前記残りのシフト鍵データから送信側の共有情報を生成する、
ことを特徴とする送信機。
前記微弱光を前記第１チャネルを通して前記受信機へ送信する送信側量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記受信機と通信することで前記第２乱数列に基づいて共有情報を生成する送信側データ処理部と、
を有し、前記送信側データ処理部が、
前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列から前記シフト鍵データを生成し、
前記受信機から受信した前記硬判定データと前記シフト鍵データとから算出した前記誤り率を用いた同期判定結果を前記受信機へ送信し、
前記受信機から受信した前記誤り訂正情報に従って前記残りのシフト鍵データから送信側の共有情報を生成する、
ことを特徴とする送信機。
【請求項8】
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機の通信制御方法であって、
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力し、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期の確立が判定された場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機の通信制御方法。
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力し、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期の確立が判定された場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機の通信制御方法。
【請求項9】
第１チャネルと第２チャネルを通して接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により共有情報を生成する方法であって、
ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、
ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｅ）前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記第１通信装置が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記第２通信装置が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｆ）前記第１通信装置および前記第２通信装置が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする共有情報生成方法。
ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、
ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｅ）前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記第１通信装置が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記第２通信装置が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｆ）前記第１通信装置および前記第２通信装置が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする共有情報生成方法。
【請求項10】
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する機能と、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成する機能と、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する機能と、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成する機能と、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は量子鍵配送（ＱＫＤ：Quantum Key Distribution）技術に係り、特に送信機と受信機との間で共有情報を生成する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
量子鍵配送（以下、ＱＫＤと記す。）は，暗号鍵の素となる乱数列を単一光子伝送することにより，離れた２地点間で安全な鍵共有を可能にする技術として知られている。単一光子を利用することで暗号鍵の漏洩防止を量子力学的に保証することができ、高い秘匿性を実現できる。このために重要機密情報を扱う暗号通信への活用が期待されている。
【0003】
図１に示すように、ＱＫＤは、（１）微弱光伝送、（２）基底照合、（３）誤り訂正、および（４）秘匿増強の４ステップから構成される。
【0004】
（１）微弱光伝送には、量子チャネルを通して単一光子を伝送する離散量ＱＫＤと、光の直交振幅を変調して送信する連続量ＱＫＤとがある。離散量ＱＫＤでは、光子検出器を用いて光子の有無を検出し、その検出データから暗号鍵を生成する（たとえば特許文献１を参照）。したがって単一光子発生源および単一光子検出器などの特殊なデバイスを必要とする。これに対して、連続量ＱＫＤでは、コヒーレント検波により光電場の状態を測定し、その測定データから暗号鍵を生成する（たとえば特許文献２を参照）。コヒーレント検波は長距離大容量光通信において一般的に用いられている技術であるから一般的な光学部品で実現可能である。したがって連続量ＱＫＤは離散量ＱＫＤと比較して低コスト化を期待できる。
【0005】
（２）基底照合では、送信機と受信機の間で基底情報を通常光のチャネル（古典チャネル）を通してやり取りし、基底が一致した受信情報を選別する。その際、送信機と受信機とは、送信した基底情報が量子チャネルで伝送したどのビットに対応しているかについて一致していること（ビット位置同期の確立）が必要である。特許文献１には、離散量ＱＫＤにおいて受信情報の誤り率に基づいてビット位置同期を確立する手法が開示されている。
【0006】
（３）誤り訂正は、基底照合で得られた選別情報（シフト鍵）に対して行われ、特許文献１では入力データとして硬判定値が用いられる。硬判定は任意の閾値を用いた０／１の判定である。
【0007】
（４）秘匿増強は、送信器内で乱数（パリティ計算ビット）を生成し、それを用いて鍵配送中に漏洩した可能性のある情報量を除去し新たな乱数（最終鍵）を生成するプロセスである。盗聴者はパリティ計算ビットの全てを知らないと秘匿増強後の最終鍵を知ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第４１２４１９４号公報
【特許文献2】特表２０１９－５２２３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述したように、ＱＫＤシステムでは送信機と受信機との間でビット位置の同期を確立する必要がある。鍵生成フローにおいて、ビット位置の同期確立は大前提であり、同期が確立していないと最終鍵は生成できない。
【0010】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたビット位置同期方法は、離散量ＱＫＤを前提としており、硬判定により得られたシフト鍵のビット誤り率を計算することでビット位置の同期確立の成否を判定している。したがって、同期確立後の誤り訂正も硬判定誤り訂正に限定される。
【0011】
硬判定誤り訂正とは異なり、軟判定誤り訂正は実装が複雑になるものの、誤り訂正性能の大きな改善および鍵生成レートの向上が期待できる。しかしながら、特許文献１では硬判定誤り訂正に限定される必要があり、特許文献２では連続量ＱＫＤの誤り訂正について何ら言及されていない。
【0012】
特許文献１に記載された硬判定誤り訂正は、基底照合で得られた選別情報（シフト鍵）に対して行われ、入力データとして硬判定値が用いられる。したがって、連続量ＱＫＤでは誤り訂正を完了した後でなければ、特許文献１に記載されたビット位置同期の判定を行うことができない。
【0013】
ところが誤り訂正はしばしば失敗する場合がある。誤り訂正に失敗した場合、それが基底照合でのビット位置の非同期が原因なのか誤り訂正の失敗なのかを特定することが困難である。誤り訂正に失敗したデータの取り扱いは実装に依存し、たとえば誤り訂正に失敗したデータを破棄する場合と誤り訂正を再実行する場合とがある。
【0014】
失敗したデータを破棄する方式では、基底照合時のビット位置の非同期だけが原因で誤り訂正が失敗した場合もデータが破棄される。すなわちデータの並びは正しいにもかかわらず基底照合時のビット位置がズレていたために誤り訂正に失敗した場合もデータが破棄される。その結果、鍵生成レートが低下してしまう。
【0015】
また誤り訂正をやり直す方式では、連続量ＱＫＤで軟判定誤り訂正を採用した場合、計算負荷が増大する。さらに上述したように誤り判定後にビット位置同期判定を行う必要があるためにフィードバックループが大きくなり、スループットの低下、引いては鍵生成レートの低下を惹起する。
【0016】
そこで、本発明の目的は、連続量ＱＫＤにおいて軟判定誤り訂正を行う場合に鍵生成レートの向上を達成できる共有情報生成方法、受信機、通信制御方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の一態様によれば、連続量量子鍵配送システムにおいて、第１チャネルと第２チャネルとにより送信機と接続された受信機であって、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する量子ユニットと、前記第２チャネルを通して前記送信機と通信することで前記受信量子化データから共有情報を生成するデータ処理部と、を有し、前記データ処理部が、ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機の通信制御方法であって、量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力し、データ処理部が、ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期の確立が判定された場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１チャネルと第２チャネルを通して接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により共有情報を生成する方法であって、ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、ｅ）前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記第１通信装置が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記第２通信装置が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、ｆ）前記第１通信装置および前記第２通信装置が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機としてコンピュータを機能させるプログラムであって、量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する機能と、データ処理部が、ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成する機能と、ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成する機能と、ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成する機能と、ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する機能と、を前記コンピュータで実現することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機の通信制御方法であって、量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力し、データ処理部が、ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期の確立が判定された場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１チャネルと第２チャネルを通して接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により共有情報を生成する方法であって、ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、ｅ）前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記第１通信装置が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記第２通信装置が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、ｆ）前記第１通信装置および前記第２通信装置が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、ことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機としてコンピュータを機能させるプログラムであって、量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する機能と、データ処理部が、ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成する機能と、ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成する機能と、ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成する機能と、ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する機能と、を前記コンピュータで実現することを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば，連続量ＱＫＤにおいて軟判定誤り訂正の前に基底照合でのビット位置の同期確立を確認すること誤り訂正性能の改善および鍵生成レートの向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、部分的な硬判定を行うことで基底照合でのビット位置の同期を確立し、その後で軟判定誤り訂正処理を実行する。より詳しくは、送信側の通信装置（第１通信装置あるいは送信機）と受信側の通信装置（第２通信装置あるいは受信機）とからなる連続量ＱＫＤシステムが以下のように動作する。受信機は基底照合により得られたシフト鍵量子化データの一部を硬判定する。ビット位置の同期判定は硬判定データと送信機のシフト鍵データとを用いて行われる。
本発明の実施形態によれば、部分的な硬判定を行うことで基底照合でのビット位置の同期を確立し、その後で軟判定誤り訂正処理を実行する。より詳しくは、送信側の通信装置（第１通信装置あるいは送信機）と受信側の通信装置（第２通信装置あるいは受信機）とからなる連続量ＱＫＤシステムが以下のように動作する。受信機は基底照合により得られたシフト鍵量子化データの一部を硬判定する。ビット位置の同期判定は硬判定データと送信機のシフト鍵データとを用いて行われる。
【0021】
同期が確立すると、硬判定に使用したデータを破棄した後、受信側の残りのシフト鍵量子化データと送信側の残りのシフト鍵データとを用いて軟判定誤り訂正処理を実行し、これにより送信機および受信機に共有情報が生成される。
【0022】
このように軟判定誤り訂正の前に基底照合でのビット位置の同期確立を確認することで、ビット位置非同期に起因する誤り訂正の失敗を抑制することができる。また連続量ＱＫＤにおいて軟判定誤り訂正を採用することで誤り訂正性能の改善、鍵生成レートの向上を達成できる。以下、本発明の実施形態および実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0023】
１．実施形態
１．１）システム構成
図２に例示するように、本実施形態による連続量ＱＫＤシステムは送信機１０および受信機２０から構成され、それらは量子チャネル３１および古典チャネル３２により接続されている。ここで量子チャネル３１は送信機１０から受信機２０へ微弱光を送信する通信チャネルであり、微弱光は１フォトン／ビット以下の微弱な光パワーを有する。したがって量子チャネルは相対的に損失および雑音が大きく誤りが多いチャネルであり、通常のチャネルより信頼性が低い。
１．１）システム構成
図２に例示するように、本実施形態による連続量ＱＫＤシステムは送信機１０および受信機２０から構成され、それらは量子チャネル３１および古典チャネル３２により接続されている。ここで量子チャネル３１は送信機１０から受信機２０へ微弱光を送信する通信チャネルであり、微弱光は１フォトン／ビット以下の微弱な光パワーを有する。したがって量子チャネルは相対的に損失および雑音が大きく誤りが多いチャネルであり、通常のチャネルより信頼性が低い。
【0024】
古典チャネル３２は一般的な通信チャネルであり、たとえば通常強度の光パワーで光信号を伝送する。したがって、古典チャネル３２は実質的に誤りのない通信チャネルであり、十分高い通信の信頼性を有する。このために古典チャネル３２は、送信機１０と受信機２０とが基底照合、誤り訂正、秘匿増強を実行する際の必要な情報をやり取りするために用いられる。なお、量子チャネル３１と古典チャネル３２とは物理的に別個の伝送路であってもよいし、１つの光伝送路に多重されていてもよい。
【0025】
送信機１０は、連続量ＱＫＤのための微弱光を送信する量子ユニット１００と、鍵生成処理機能を実現するデータ処理部１０１と、乱数生成部１０２および乱数メモリ１０３と、シフト鍵データ記憶部１０４、訂正鍵記憶部１０５および最終鍵記憶部１０６と、を有する。なお、古典チャネル３２による受信機２０とのデータ通信は図示しない通信部を通して実行される。
【0026】
乱数生成部１０２が生成した乱数は乱数メモリ１０３に格納される。乱数メモリ１０３に格納された乱数は、後述するように鍵生成過程でデータ処理部１０１からアクセスされ、鍵の素Ｋ０および基底Ａとして供給される。量子ユニット１００は、データ処理部１０１による制御の下で、乱数である鍵の素Ｋ０と基底Ａとに従って直交変調された微弱光を量子チャネル３１を通して受信機２０へ送信する。
【0027】
データ処理部１０１は、送信機全体の動作を制御する制御部の他に、後述する基底照合部１０１ａ、同期判定部１０１ｂ、軟判定誤り訂正部１０１ｃおよび秘匿増強部１０１ｄからなる鍵生成機能を実現する。この鍵生成機能は、たとえばＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプロセッサ上で実行されるソフトウエアにより実現されてもよいし、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)やＡＳＩＣ(Application-Specific Integrated Circuit)のハードウエアにより実現されてもよい。基底照合部１０１ａにより生成されたシフト鍵データＳＳＫはシフト鍵データ記憶部１０４に、軟判定誤り訂正部１０１ｃにより生成された第１共有情報である訂正鍵Ｋ１Ａは訂正鍵記憶部１０５に、秘匿増強部１０１ｄにより生成された最終鍵ＱＫＡは最終鍵記憶部１０６に、それぞれ格納される。
【0028】
受信機２０は、連続量ＱＫＤのための微弱光を受信する量子ユニット２００と、鍵生成処理機能を実現するデータ処理部２０１と、受信量子化データ記憶部２０２、シフト鍵量子化データ記憶部２０３、訂正鍵記憶部２０４および最終鍵記憶部２０５と、を有する。なお、古典チャネル３２による送信機１０とのデータ通信は図示しない通信部を通して実行される。
【0029】
データ処理部２０１は、受信機全体の動作を制御する制御部の他に、後述する基底照合部２０１ａ、硬判定部２０１ｂ、軟判定誤り訂正部２０１ｃ、および秘匿増強部２０１ｄからなる鍵生成機能を実現する。この鍵生成機能は、たとえばＣＰＵ等のプロセッサ上で実行されるソフトウエアにより実現されてもよいし、ＦＰＧＡやＡＳＩＣのハードウエアにより実現されてもよい。
【0030】
量子ユニット２００は、送信機１０から量子チャネル３１を通して到達した微弱光を受信し、後述する受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを受信量子化データ記憶部２０２に格納する。データ処理部２０１は、後述するように量子鍵を生成する過程で受信量子化データＳＱ－ＲＣＶにアクセスする。また、基底照合部２０１ａにより生成されたシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫはシフト鍵量子化データ記憶部２０３に、軟判定誤り訂正部２０１ｃにより生成された第２共有情報である訂正鍵Ｋ１Ｂは訂正鍵記憶部２０４に、秘匿増強部２０１ｄにより生成された最終鍵ＱＫＢは最終鍵記憶部２０５に、それぞれ格納される。
【0031】
１．２）鍵生成プロセス
図３に例示するように、本実施形態による連続量ＱＫＤシステムでは、微弱光伝送Ｓ３０１、基底照合Ｓ３０２、受信機２０での硬判定Ｓ３０３、硬判定部分の誤り率に基づく同期判定Ｓ３０４、基底位置の設定変更Ｓ３０５、軟判定誤り訂正Ｓ３０６、および秘匿増強Ｓ３０７が順次実行され、最終鍵ＱＫＡおよびＱＫＢが生成される。以下、図３～図７を参照しながら説明する。
図３に例示するように、本実施形態による連続量ＱＫＤシステムでは、微弱光伝送Ｓ３０１、基底照合Ｓ３０２、受信機２０での硬判定Ｓ３０３、硬判定部分の誤り率に基づく同期判定Ｓ３０４、基底位置の設定変更Ｓ３０５、軟判定誤り訂正Ｓ３０６、および秘匿増強Ｓ３０７が順次実行され、最終鍵ＱＫＡおよびＱＫＢが生成される。以下、図３～図７を参照しながら説明する。
【0032】
＜微弱光伝送＞
図４および図５に例示するように、送信機１０の量子ユニット１００は、鍵の素Ｋ０および基底Ａに従って直交変調された微弱光を送信するものとする（Ｓ３０１）。鍵の素Ｋ０は最終的な鍵を生成する素となる乱数列である。基底Ａも同様に０／１からなる乱数列であるが、説明の便宜上、それぞれ×／＋で表記される。鍵の素Ｋ０および基底Ａの乱数列は所定数毎にフレーム化され、各フレームにおいて図４にビット番号で示すように配置されているものとする。たとえば図４の例示では、２番目のビット位置（ビット番号＝１）では鍵の素Ｋ０＝“０”、基底Ａ＝“＋”である。なお、送信機１０はビット番号あるいは基底情報を古典チャネル３２を通して受信機２０へ通知できる。
図４および図５に例示するように、送信機１０の量子ユニット１００は、鍵の素Ｋ０および基底Ａに従って直交変調された微弱光を送信するものとする（Ｓ３０１）。鍵の素Ｋ０は最終的な鍵を生成する素となる乱数列である。基底Ａも同様に０／１からなる乱数列であるが、説明の便宜上、それぞれ×／＋で表記される。鍵の素Ｋ０および基底Ａの乱数列は所定数毎にフレーム化され、各フレームにおいて図４にビット番号で示すように配置されているものとする。たとえば図４の例示では、２番目のビット位置（ビット番号＝１）では鍵の素Ｋ０＝“０”、基底Ａ＝“＋”である。なお、送信機１０はビット番号あるいは基底情報を古典チャネル３２を通して受信機２０へ通知できる。
【0033】
このような鍵の素Ｋ０および基底Ａからなる２ビットの乱数は、図５に例示するように、ＩＱ平面上の４つの信号点のいずれかに配置される（ＩＱ変調）。たとえば基底Ａ＝“×”であれば、鍵の素Ｋ０＝“１”で信号点（×，１）に、Ｋ０＝“０”で信号点（×，０）にそれぞれ配置される。すなわち９０°の位相差を有するＩ信号とＱ信号とを基底Ａの値（＋／×）に対応させ、それぞれの信号値０／１を鍵の素Ｋ０に対応させる。言い換えれば、基底Ａ＝“＋”のときはＩ軸を使って振幅変調を行い、Ａ＝“×”の時はＱ軸を使って振幅変調を行う。
【0034】
このようなＩＱ変調はマッハツェンダ型のＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)変調器により実現できる。図５では、（基底Ａ，鍵の素Ｋ０）＝（＋，０）のときに０°、（Ａ，Ｋ０）＝（＋，１）のときに１８０°の位相変調を行う。また、（Ａ，Ｋ０）＝（×，０）のときに９０°、（Ａ，Ｋ０）＝（×，１）のときに２７０°の位相変調を行う。言い換えれば、微弱光は鍵の素Ｋ０および基底Ａの乱数列に従って０°、９０°、１８０°および２７０°のいずれかの位相変調が与えられ、量子ユニット１００から量子チャネル３１を通して受信機２０へ送信される。
【0035】
もし量子揺らぎが存在しなければ、図５に示す送信信号点配置のように受信機２０の測定値にもばらつきは生じない。しかしながら量子揺らぎにより、受信信号の振幅測定値にはばらつきが生じる。この量子揺らぎにより生じた受信状態を図６の受信量子化データＳＱ－ＲＣＶとして例示する。
【0036】
図６の受信量子化データＳＱ－ＲＣＶに例示するように、４つの状態の直交振幅の分布は重なっており、明確に区別することは原理的にできない。特に微弱光の光パワーが１フォトン／ビット以下の場合、受信データがどの状態であるかを誤りなく区別することは困難になる。受信量子化データＳＱ－ＲＣＶは、このような４つの状態の直交振幅の分布が重なった連続状態として受信信号を量子化したデータである。受信機２０のデータ処理部２０１は、ビット番号を基準ビット位置として振り、受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを基準ビット位置と共に受信量子化データ記憶部２０２に格納する。
【0037】
＜基底照合＞
図６に例示するように、送信機１０が微弱光を生成したときの基底Ａ（＋あるいは×）が分かれば、受信機２０はその基底情報を用いて基準ビット位置に従って基底照合を行うことでシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成できる（Ｓ３０２）。たとえば基準ビット位置が正しい場合、基底Ａが＋であれば受信量子化データＳＱ－ＲＣＶに対してＩ軸を選択することで２つの領域のいずれかの量子化データが得られる（正基底）。基底Ａが×であれば受信量子化データＳＱ－ＲＣＶに対してＱ軸を選択することで２つの領域のいずれかの量子化データが得られ、それを－９０°回転することでＩ軸上の量子化データを生成することができる（正基底）。このように正しい基準ビット位置で正しい基底照合であれば、いずれのシンボルであるかを軟判定可能なシフト鍵量子化データを得ることができる。
図６に例示するように、送信機１０が微弱光を生成したときの基底Ａ（＋あるいは×）が分かれば、受信機２０はその基底情報を用いて基準ビット位置に従って基底照合を行うことでシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成できる（Ｓ３０２）。たとえば基準ビット位置が正しい場合、基底Ａが＋であれば受信量子化データＳＱ－ＲＣＶに対してＩ軸を選択することで２つの領域のいずれかの量子化データが得られる（正基底）。基底Ａが×であれば受信量子化データＳＱ－ＲＣＶに対してＱ軸を選択することで２つの領域のいずれかの量子化データが得られ、それを－９０°回転することでＩ軸上の量子化データを生成することができる（正基底）。このように正しい基準ビット位置で正しい基底照合であれば、いずれのシンボルであるかを軟判定可能なシフト鍵量子化データを得ることができる。
【0038】
これに対して、たとえば基準ビット位置がずれており、送信側の基底Ａが＋であるにもかかわらず、誤った基底×で基底照合を行うと、ＩＱ平面の原点近傍に分布した量子化データしか得られず、いずれのシンボルであるか判定できない（誤基底）。
【0039】
なお、基底照合Ｓ３０２には２つの方法がある。第１の方法は送信機１０が基底Ａを全て受信機２０へ古典チャネル３２を通して送信する方法である。第２の方法は古典チャネル３２を通して送信機１０の基底Ａと受信機２０の基底Ｂとを照合し、一致した基底だけを採用する方法である。これらの方法については、第１実施例および第２実施例でそれぞれ詳細に説明する。
【0040】
送信機１０において、データ処理部１０１は、基底照合により採用された基底（全部あるいは一部の基底）に従って鍵の素Ｋ０からシフト鍵データＳＳＫを生成しシフト鍵データ記憶部１０４に格納する。受信機２０において、データ処理部２０１は、共有鍵を生成するための基準ビット位置を設定し、基底照合で設定された基底に従ってシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成し、それをシフト鍵量子化データ記憶部２０３に格納する。
【0041】
＜硬判定データを用いた同期判定＞
続いて、受信機２０のデータ処理部２０１は、シフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫの所定フレーム部分を読み出し、その所定フレーム部分の量子化データに対して少なくとも１つの閾値を用いて０／１を確定する硬判定を行う（動作Ｓ３０３）。所定フレーム部分の硬判定データは送信機１０のシフト鍵データＳＳＫの同じ所定フレーム部分のデータと比較され、誤り率が算出される。
続いて、受信機２０のデータ処理部２０１は、シフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫの所定フレーム部分を読み出し、その所定フレーム部分の量子化データに対して少なくとも１つの閾値を用いて０／１を確定する硬判定を行う（動作Ｓ３０３）。所定フレーム部分の硬判定データは送信機１０のシフト鍵データＳＳＫの同じ所定フレーム部分のデータと比較され、誤り率が算出される。
【0042】
誤り率が所定の閾値以下であれば同期ＯＫと判定し、所定閾値を超える場合、具体的には５０％近傍（所定範囲内）の場合には同期ＮＧと判定する（動作Ｓ３０４）。硬判定データとシフト鍵データＳＳＫの対応するデータとがランダムに異なっていれば、送信機１０と受信機２０との間で全く相関がなくなり、誤り率は５０％近傍に分布するはずである。したがって所定閾値は同期判定が可能となるように５０％より小さい値、たとえば１５～５０％の間に設定され得る。
【0043】
図７に例示するように、硬判定は、シフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫにおける受信フレームＦの先頭の所定フレーム部分ＦＨＤ（フレーム長の数％程度）を用いて実行できる。ここでは、設定された基準ビット位置を基準として、受信フレームＦのビット番号０からｎ－１へ向けた方向が時間軸であるとする。受信フレームＦのビット番号０－ｉ（すなわち時間軸上の一部）のシフト鍵量子化データ（所定フレーム部分ＦＨＤ）が硬判定されて硬判定データが得られる。基準ビット位置を基準としているので、ビット番号を＋１して基準ビット位置を１ビットスライドさせればシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫにおけるフレーム内の乱数列、従って硬判定データを変更可能である。
【0044】
硬判定データと送信側のシフト鍵データＳＳＫの対応部分とから算出された誤り率が所定閾値以下であれば（同期ＯＫ）、後述するように、硬判定に利用した所定フレーム部分を破棄し、残りのビット番号（ｉ＋１）－（ｎ－１）の量子化データＳＱ－ＳＫを軟判定誤り訂正処理に利用する。
【0045】
誤り率が所定閾値を超えている場合（同期ＮＧ）、データ処理部２０１は基準ビット位置の設定を変更し（動作Ｓ３０５）、残りのビット番号（ｉ＋１）－（ｎ－１）の量子化データＳＱ－ＳＫにおける先頭の所定フレーム部分を同様に硬判定して同期判定を行う。基準ビット位置の設定変更（動作Ｓ３０５）は、上述したように基準ビット位置を所定ビット分だけスライドさせればよい。
【0046】
以下、同期ＮＧであれば、誤り率計算に利用した所定フレーム部分を破棄しながら、同様の同期判定を所定回数繰り返すことが可能である。ただし、所定回数繰り返しても同期が確立しなければ、当該フレームを破棄して次のフレームに対して同様の同期判定を行ってもよい。また、同期判定用の誤り率は受信側で得られた硬判定データと送信側のシフト鍵データの対応部分とから算出される。したがって、同期判定は送信機１０あるいは受信機２０の何れか一方で実行され得る。
【0047】
＜軟判定誤り訂正＞
同期判定Ｓ３０４で同期ＯＫになれば、受信機２０のデータ処理部２０１は残りの量子化データＳＱ－ＳＫを用いて送信機１０との間で軟判定誤り訂正処理を実行する（動作Ｓ３０６）。詳しくは後述するが、データ処理部２０１は軟判定誤り訂正の誤り訂正情報（シンドローム）を算出して送信機１０へ送信する。送信機１０のデータ処理部１０１はシンドロームを用いてシフト鍵データＳＳＫを訂正して訂正鍵Ｋ１Ａを生成する。受信機２０のデータ処理部２０１は残りの量子化データＳＱ－ＳＫを硬判定することで訂正鍵Ｋ１Ｂを生成する。
同期判定Ｓ３０４で同期ＯＫになれば、受信機２０のデータ処理部２０１は残りの量子化データＳＱ－ＳＫを用いて送信機１０との間で軟判定誤り訂正処理を実行する（動作Ｓ３０６）。詳しくは後述するが、データ処理部２０１は軟判定誤り訂正の誤り訂正情報（シンドローム）を算出して送信機１０へ送信する。送信機１０のデータ処理部１０１はシンドロームを用いてシフト鍵データＳＳＫを訂正して訂正鍵Ｋ１Ａを生成する。受信機２０のデータ処理部２０１は残りの量子化データＳＱ－ＳＫを硬判定することで訂正鍵Ｋ１Ｂを生成する。
【0048】
＜秘匿増強＞
送信機１０および受信機２０にそれぞれ訂正鍵Ｋ１Ａおよび訂正鍵Ｋ１Ｂが生成されると、データ処理部１０１および２０１は秘匿増強処理を実行する（Ｓ３０７）。秘匿増強処理は、鍵生成処理中に漏洩した可能性のある情報量を除去し、新たな乱数を最終鍵ＱＫＡ、ＱＫＢとしてそれぞれ生成する過程である。
送信機１０および受信機２０にそれぞれ訂正鍵Ｋ１Ａおよび訂正鍵Ｋ１Ｂが生成されると、データ処理部１０１および２０１は秘匿増強処理を実行する（Ｓ３０７）。秘匿増強処理は、鍵生成処理中に漏洩した可能性のある情報量を除去し、新たな乱数を最終鍵ＱＫＡ、ＱＫＢとしてそれぞれ生成する過程である。
【0049】
１．３）効果
上述したように、本実施形態によれば、受信機は基底照合により得られたシフト鍵量子化データの一部を硬判定し、硬判定データと送信機のシフト鍵データとを用いてビット位置の同期判定が行われる。
上述したように、本実施形態によれば、受信機は基底照合により得られたシフト鍵量子化データの一部を硬判定し、硬判定データと送信機のシフト鍵データとを用いてビット位置の同期判定が行われる。
【0050】
同期が確立すると、送信機１０および受信機２０において同期判定に使用したデータを破棄し、それぞれの残りのシフト鍵量子化データおよび残りのシフト鍵データを用いて軟判定誤り訂正処理を実行する。これにより、送信機および受信機において共有情報（訂正鍵Ｋ１Ａおよび訂正鍵Ｋ１Ｂ）が生成される。
【0051】
このように軟判定誤り訂正の前に、受信側の量子化データの一部を硬判定することで基底照合でのビット位置の同期確立を確認する。これによりビット位置非同期に起因する誤り訂正の失敗を抑制することができ、連続量ＱＫＤにおける誤り訂正性能の改善および鍵生成レートの向上を達成できる。
【0052】
またビット位置の同期がはずれた場合でも、生成フローを終了することなく、受信ビットのビット番号の付け替え行い、再度共有情報を生成し直して同期判定を行うことができる。このように、連続量ＱＫＤシステムにおいて、同期が外れた場合であっても、ＱＫＤで生成した受信量子化データをそのまま利用して同期判定を行うことができ、安定かつ高速な鍵生成レートを実現することができる。
【0053】
２．第１実施例
２．１）構成
図８に例示するように、本発明の第１実施例による連続量ＱＫＤシステムは、図２に示すＱＫＤシステムと同様に、送信機１０および受信機２０から構成され，それらは量子チャネル３１および古典チャネル３２により接続されているものとする。以下、図２に示す実施形態と同様の機能を有するブロックには同一の参照番号を付して説明を簡略化する。
２．１）構成
図８に例示するように、本発明の第１実施例による連続量ＱＫＤシステムは、図２に示すＱＫＤシステムと同様に、送信機１０および受信機２０から構成され，それらは量子チャネル３１および古典チャネル３２により接続されているものとする。以下、図２に示す実施形態と同様の機能を有するブロックには同一の参照番号を付して説明を簡略化する。
【0054】
本実施例による送信機１０は、上記実施形態と同様に、量子ユニット１００と、データ処理部１０１と、シフト鍵データ記憶部１０４と、乱数生成部１０２および乱数メモリ１０３と、訂正鍵記憶部１０５および最終鍵記憶部１０６と、を有する。ただし、図８では簡略化のために一部ブロックが省略されている。
【0055】
送信機１０の量子ユニット１００は、レーザ光源１１０、ＩＱ変調器１１１および可変減衰器（ＶＯＡ）１１２を含む。なお、図８ではＩＱ変調器１１１が図示されているが、実際には偏波多重ＩＱ変調器が用いられる。偏波多重ＩＱ変調器では、Ｘ偏波およびＹ偏波にそれぞれＩＱ変調器が設けられ、それぞれＩＱ変調された光信号が偏波多重され微弱光として送信される。１つのＩＱ変調器は２つのマッハツェンダ型変調器を並列接続することが構成され得る。偏波多重ＩＱ変調器は各偏波で同様にＩＱ変調器を設けることで構成される。
【0056】
データ処理部１０１は鍵の素Ｋ０および基底Ａに従ってＩＱ変調器１１１を制御する。これによりＩＱ変調器１１１はレーザ光源１１０から出射したレーザ光を図５に示すようにＩＱ変調する。可変減衰器１１２はＩＱ変調されたレーザ光を光パワーが１フォトン／ビット以下の微弱な状態まで減衰する。こうして得られた微弱光ＬＱが量子チャネル３１を通して受信機２０へ送信される。
【0057】
本実施例による受信機２０は、量子ユニット２００と、データ処理部２０１と、受信量子化データ記憶部２０２、シフト鍵量子化データ記憶部２０３、訂正鍵記憶部２０４および最終鍵記憶部２０５と、を有する。ただし、図８では簡略化のために一部ブロックが省略されている。
【0058】
受信機２０の量子ユニット２００は、局所レーザ光源２１０、９０°ハイブリッド２１１、バランス型レシーバ（ＢＤ: Balanced Receiver）、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）、およびデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２１２を含む。なお、上述した偏波多重ＩＱ変調方式にあれば、量子チャネル３１を通して到達した微弱光ＬＱＲＣＶを偏波分離し、Ｘ偏波およびＹ偏波ごとに、９０°ハイブリッド２１１、ＢＤおよびＡＤＣからなる検波モジュールが設けられる。
【0059】
９０°ハイブリッド２１１は微弱光ＬＱＲＣＶと局所レーザ光ＬＯとを入力し、それらを干渉させて微弱光ＬＱＲＣＶの電界のＩ成分とＱ成分を抽出する（コヒーレント検波）。これらのＩ成分およびＱ成分はそれぞれＢＤにより電気信号に変換され、ＡＤＣでサンプリングされる。ＤＳＰ２１２は、サンプリングされたＩ成分およびＱ成分に対して波長分散補償、偏波分離や等化等の処理を実行し、受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを出力する。
【0060】
上述したように、微弱光ＬＱＲＣＶと局所レーザ光ＬＯとを干渉させる受信方式はコヒーレント検波と呼ばれる。コヒーレント検波では光パワーの強い局所光を信号光と干渉させることにより、信号光の光増幅効果を得ることができる。このため，信号光のパワーが１フォトン／ビット以下の微弱な状態であっても、一般的な光検出器を用いて検波することが可能となる。
【0061】
特にデジタルコヒーレント光受信器ではイントラダイン方式が主流となっている。イントラダイン方式は、微弱光ＬＱＲＣＶと局所レーザ光ＬＯの周波数を一致させるのではなく、ある程度のオフセットを許容する方式である。周波数オフセットによるビート周波数の影響はＤＳＰ２１２で補償することができ、局所レーザ光源２１０の高精度な波長制御が不要となる等の利点がある。
【0062】
上述したように受信量子化データＳＱ－ＲＣＶが得られると、図９に例示するように鍵生成プロセスにより最終鍵が生成される。以下の鍵生成プロセスは、送信機１０のプログラムメモリ１２０と受信機２０のプログラムメモリ２２０にそれぞれ格納されたプログラムをデータ処理部１０１および２０１上でそれぞれ実行することにより実現することができる。
【0063】
２．２）鍵生成プロセス
図９において、送信機１０のデータ処理部１０１は、乱数を鍵の素Ｋ０および基底Ａ（＋基底、×基底）としてＩＱ変調器１１１を駆動し、ＩＱ変調された微弱光ＬＱを量子チャネル３１を通して伝送する（動作Ｓ４０１）。受信機２０の量子ユニット２００は到達した微弱光ＬＱＲＣＶをコヒーレント検波し、データ処理部１０１はビット番号を基準ビット位置として振り、受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを基準ビット位置と共に受信量子化データ記憶部２０２に格納する。
図９において、送信機１０のデータ処理部１０１は、乱数を鍵の素Ｋ０および基底Ａ（＋基底、×基底）としてＩＱ変調器１１１を駆動し、ＩＱ変調された微弱光ＬＱを量子チャネル３１を通して伝送する（動作Ｓ４０１）。受信機２０の量子ユニット２００は到達した微弱光ＬＱＲＣＶをコヒーレント検波し、データ処理部１０１はビット番号を基準ビット位置として振り、受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを基準ビット位置と共に受信量子化データ記憶部２０２に格納する。
【0064】
続いて、送信機１０のデータ処理部１０１は、鍵の素Ｋ０および基底Ａによる微弱光伝送が完了した後、使用した基底Ａの乱数（＋、×）を古典チャネル３２を通して受信機２０へ通知する（動作Ｓ４０２）。
【0065】
受信機２０のデータ処理部２０１は、基準ビット位置に基づき、図６に示すように送信機１０から受信した基底Ａに従って受信量子化データＳＱ－ＲＣＶの基底照合を行う（動作Ｓ４０３）。これによりシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成し、シフト鍵量子化データ記憶部２０３に格納する。一方、送信機１０のデータ処理部１０１は、全ての基底Ａを受信機２０へ通知したので、対応する鍵の素Ｋ０をシフト鍵データＳＳＫとしてシフト鍵データ記憶部１０４に格納する。
【0066】
続いて、受信機２０のデータ処理部２０１は、シフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫの所定フレーム部分ＦＨＤを読み出し、読み出されたシフト鍵量子化データを硬判定して硬判定データを生成する（動作Ｓ４０４）。データ処理部２０１は硬判定データを送信機１０へ古典チャネル３２を通して送信する（動作Ｓ４０５）。
【0067】
送信機１０のデータ処理部１０１は、受信した硬判定データと、対応するシフト鍵データＳＳＫと、を比較して誤り率を算出する（動作Ｓ４０６）。データ処理部１０１は、誤り率が所定閾値より大きいか否かによって同期ＮＧあるいは同期ＯＫの同期判定を実行する（動作Ｓ４０７）。算出された誤り率が所定閾値以下であれば同期ＯＫと判定し、所定閾値を超えれば同期ＮＧと判定する。なお、所定閾値はたとえば誤り率１５～５０％の間で設定されるが、その理由は盗聴者への情報漏洩量が送受信者の共有情報量を上回らないようにするためである。
【0068】
データ処理部１０１は、同期判定結果（ＮＧあるいはＯＫ）を古典チャネル３２を通して受信機２０へ通知する（動作Ｓ４０８）。受信機２０のデータ処理部２０１は、同期判定が同期ＮＧであれば、基準ビット位置（ビット番号）を１ビットだけスライドさせる（動作Ｓ４１０）。基準ビット位置をスライドさせることで、新たなビット番号とそれに対応する基底により基底照合Ｓ４０３、硬判定データの生成Ｓ４０４および同期判定Ｓ４０５～Ｓ４０９が実行される。
【0069】
同期判定Ｓ３０４で同期ＯＫになれば、受信機２０のデータ処理部２０１は、誤り率算出に用いたデータを破棄し、残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正符号化を行い誤り訂正情報（シンドローム）を算出する（動作Ｓ４１２）。シンドロームは、残りのシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫと所定の検査行列とから計算され、古典チャネル３２を通して送信機１０へ送信される（動作Ｓ４１３）。
【0070】
送信機１０のデータ処理部１０１は、シフト鍵データＳＳＫから誤り率算出に用いたデータを破棄し、その残りのシフト鍵データを格納する。続いて、データ処理部１０１は、受信機２０から受信したシンドロームと所定の検査行列とを用いて残りのシフト鍵データを訂正して訂正鍵Ｋ１Ａを生成する（動作Ｓ４１１）。
【0071】
また、受信機２０のデータ処理部２０１は、残りのシフト鍵量子化データを硬判定することで訂正鍵Ｋ１Ｂを生成する。以下、図３で述べたように、訂正鍵Ｋ１Ａおよび訂正鍵Ｋ１Ｂに対して秘匿増強処理を実行することで最終鍵ＱＫＡおよびＱＫＢが生成される。
【0072】
なお、同期ＮＧが所定回数を超える場合は、データ処理部２０１は現在フレームを廃棄して処理を終了し、基準ビット位置を１ビットスライドした状態で次のフレームの基底照合を行うことができる。
【0073】
２．３）効果
上述したように、本実施例によれば、上述した実施形態と同様に、軟判定誤り訂正の前に、受信側の量子化データの一部を硬判定することで基底照合でのビット位置の同期確立を確認することができる。これによりビット位置非同期に起因する誤り訂正の失敗を抑制することができ、連続量ＱＫＤにおける誤り訂正性能の改善および鍵生成レートの向上を達成できる。
上述したように、本実施例によれば、上述した実施形態と同様に、軟判定誤り訂正の前に、受信側の量子化データの一部を硬判定することで基底照合でのビット位置の同期確立を確認することができる。これによりビット位置非同期に起因する誤り訂正の失敗を抑制することができ、連続量ＱＫＤにおける誤り訂正性能の改善および鍵生成レートの向上を達成できる。
【0074】
さらに本実施例によれば、送信機１０から受信機２０へ基底Ａを全て通知し、受信機２０が基底Ａを用いて基底照合を行う。したがって基底照合において鍵が減少しないのでシフト鍵の生成効率が大きく増加するという利点がある。
【0075】
３．第２実施例
３．１）構成
図１０に例示するように、本発明の第２実施例による連続量ＱＫＤシステムは、図８に示す第１実施例と同様に、送信機１０および受信機２０から構成され，それらは量子チャネル３１および古典チャネル３２により接続されているものとする。以下、第２実施例と異なる機能について主に説明し、同様の機能を有するブロックには同一の参照番号を付して説明を簡略化する。
３．１）構成
図１０に例示するように、本発明の第２実施例による連続量ＱＫＤシステムは、図８に示す第１実施例と同様に、送信機１０および受信機２０から構成され，それらは量子チャネル３１および古典チャネル３２により接続されているものとする。以下、第２実施例と異なる機能について主に説明し、同様の機能を有するブロックには同一の参照番号を付して説明を簡略化する。
【0076】
本実施例による送信機１０は、上記実施形態と同様に、量子ユニット１００と、データ処理部１０１と、シフト鍵データ記憶部１０４と、乱数生成部１０２および乱数メモリ１０３と、訂正鍵記憶部１０５および最終鍵記憶部１０６と、を有する。ただし、図１０では簡略化のために一部ブロックが省略されている。
【0077】
本実施例による送信機１０の量子ユニット１００は、レーザ光源１３０、位相変調器（ＰＭ）１３１、無偏光のビームスプリッタＢＳａ、可変減衰器（ＶＯＡ）１３２、および偏光ビームスプリッタＰＢＳａを含む。ビームスプリッタＢＳａはレーザ光源１３０からの光パルスを所定の比率で参照光経路と信号光経路とに分岐する。分岐比率は参照光が信号光より十分大きな強度となる値であり、たとえば参照光：信号光＝９９：１である。
【0078】
参照光経路に分岐した参照光パルスＬＯは、そのまま（あるいは図示しない位相変調器を通して）、偏光ビームスプリッタＰＢＳａに入射する。参照光パルスＬＯは偏光ビームスプリッタＰＢＳａで反射して所定の直線偏光の参照光パルスとなり、量子チャネル３１を通して受信機２０へ送信される。信号光経路に分岐した信号光パルスは、位相変調器１３１および可変減衰器１３２を通して微弱な信号光パルスＬＱとして偏光ビームスプリッタＰＢＳａに入射する。微弱な信号光パルスＬＱは偏光ビームスプリッタＰＢＳａを透過し、参照光パルスとは直交する直線偏光の信号光パルスとなり、量子チャネル３１を通して受信機２０へ送信される。
【0079】
本実施例において、位相変調器１３１は、図５に示すように、データ処理部１０１が鍵の素Ｋ０および基底Ａの乱数列に従って信号光パルスに対して０、π／２、πおよび３π／２のいずれかの位相変調を与える。こうして位相変調された信号光パルスは可変減衰器１３２により１フォトン／ビット以下の微弱光パルスＬＱとなり、偏光ビームスプリッタＰＢＳａおよび量子チャネル３１を通して受信機２０へ送信される。
【0080】
なお、第１実施例と同様に、位相変調器１３１は偏波多重ＱＰＳＫ変調器であってもよい。偏波多重ＱＰＳＫ変調器では、Ｘ偏波およびＹ偏波にそれぞれＱＰＳＫ変調器が設けられ、それぞれＱＰＳＫ変調された光信号が偏波多重され微弱光として送信される。
【0081】
本実施例による受信機２０は、量子ユニット２００と、データ処理部２０１と、受信量子化データ記憶部２０２、シフト鍵量子化データ記憶部２０３、訂正鍵記憶部２０４および最終鍵記憶部２０５と、を有する。ただし、図１０では簡略化のために一部ブロックが省略されている。
【0082】
受信機２０の量子ユニット２００は、偏光ビームスプリッタＰＢＳｂ、位相変調器（ＰＭ）２３１、無偏光のビームスプリッタＢＳｂ、光検出器ＰＤ１およびＰＤ２、差分演算部ＳＵＢ、およびアナログ－デジタル変換器ＡＤＣを含む。送信機１０から量子チャネル３１を通して到達した光パルスは偏光ビームスプリッタＰＢＳｂで受信信号光パルスＬＱＲＣＶと受信参照光パルスＬＯＲＣＶとに分離する。
【0083】
受信信号光パルスＬＱＲＣＶは、そのまま（あるいは図示しない位相変調器を通して）、ビームスプリッタＢＳｂの一方の入力ポートに入射する。受信参照光パルスＬＯＲＣＶは位相変調器２３１により変調され、ビームスプリッタＢＳｂの他方の入力ポートに入射する。位相変調器２３１はデータ処理部２０１により乱数である基底Ｂ（＋、×）に従って駆動される。本実施例において、基底Ｂ（＋、×）は位相変調の深さ（０、π／２）にそれぞれ対応する。受信信号光パルスＬＱＲＣＶと位相変調された受信参照光パルスＬＯＲＣＶとはビームスプリッタＢＳｂへ入射する。
【0084】
ビームスプリッタＢＳｂは光の透過率と反射率とが等しく、受信信号光パルスＬＱＲＣＶと受信参照光パルスＬＯＲＣＶとを重ね合わせ、２つの出力光をそれぞれ光検出器ＰＤ１、ＰＤ２へ出力する。したがって、送信機１０のビームスプリッタＢＳａと受信機２０のビームスプリッタＢＳｂとは一つの干渉計を構成している。
【0085】
光検出器ＰＤ１、ＰＤ２によりそれぞれ検出された信号は差分演算部ＳＵＢで差分演算される。差分演算部ＳＵＢの出力である差信号ＳＲＣＶはＡＤＣにより量子化され、受信量子化データＳＱ－ＲＣＶとして受信量子化データ記憶部２０２に格納される。
【0086】
上述したような干渉計を構成して受信信号光パルスＬＱＲＣＶと受信参照光パルスＬＯＲＣＶとを干渉させる受信方式はセルフホモダイン検波を呼ばれ、信号光と局所光の波長差の補償が不要となる利点を有する。セルフホモダイン検波においても、光パワーの強い参照光を用いるので信号光の光増幅効果を得ることができる。このため信号光のパワーが１フォトン／ビット以下の微弱な状態であっても、一般的な光検出器を用いて検波することが可能となる。
【0087】
上述したように受信量子化データＳＱ－ＲＣＶが得られると、図１１に例示するように鍵生成プロセスにより最終鍵が生成される。以下の鍵生成プロセスは、送信機１０のプログラムメモリ１４０と受信機２０のプログラムメモリ２４０にそれぞれ格納されたプログラムをデータ処理部１０１および２０１上でそれぞれ実行することにより実現することができる。
【0088】
３．２）鍵生成プロセス
図１１において、送信機１０のデータ処理部１０１は、乱数を鍵の素Ｋ０および基底Ａ（＋基底、×基底）として位相変調器１３１を駆動し、位相変調され微弱な信号光パルスＬＱおよび参照光パルスＬＯを量子チャネル３１を通して伝送する（動作Ｓ５０１）。また、送信機１０のデータ処理部１０１は鍵の素Ｋ０および基底Ａのビット番号を古典チャネル３２を通して受信機２０へ送信する。
図１１において、送信機１０のデータ処理部１０１は、乱数を鍵の素Ｋ０および基底Ａ（＋基底、×基底）として位相変調器１３１を駆動し、位相変調され微弱な信号光パルスＬＱおよび参照光パルスＬＯを量子チャネル３１を通して伝送する（動作Ｓ５０１）。また、送信機１０のデータ処理部１０１は鍵の素Ｋ０および基底Ａのビット番号を古典チャネル３２を通して受信機２０へ送信する。
【0089】
受信機２０のデータ処理部２０１は、受信側の基底Ｂに従って量子ユニット２００の位相変調器２３１を駆動してと受信参照光パルスＬＯＲＣＶを位相変調する。量子ユニット２００は、位相変調された受信参照光パルスＬＯＲＣＶと到達した受信信号光パルスＬＱＲＣＶとを干渉させることでコヒーレント検波して受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを出力する。データ処理部２０１はビット番号を基準ビット位置として振り、受信量子化データＳＱ－ＲＣＶを基準ビット位置と共に受信量子化データ記憶部２０２に格納する。
【0090】
続いて、受信機２０のデータ処理部２０１は、受信側の基底Ｂを古典チャネル３２を通して送信機１０へ通知する（動作Ｓ５０２）。
【0091】
送信機１０のデータ処理部１０１は、受信機２０から送られた基底Ｂと鍵の素Ｋ０の基底Ａとを照合し、基底が一致したビット番号を古典チャネル３２を通して受信機２０へ通知する（動作Ｓ５０４）。同時に、基底が一致した鍵の素Ｋ０のみを残してシフト鍵データＳＳＫをシフト鍵データ記憶部１０４に格納する。
【0092】
受信機２０のデータ処理部２０１は、基底が一致したビット番号を受け取ると、基準ビット位置に従って受信量子化データ記憶部２０２に格納された受信量子化データＳＱ－ＲＣＶの基底照合を行う（動作Ｓ５０５）。こうして基底が一致したビット番号の受信量子化データＳＱ－ＲＣＶからシフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫを生成しシフト鍵量子化データ記憶部２０３に格納する。
【0093】
以下、第１実施例と同様のデータ処理が実行される。すなわち、受信機２０のデータ処理部２０１は、シフト鍵量子化データＳＱ－ＳＫの所定フレーム部分ＦＨＤを硬判定して硬判定データを生成し（動作Ｓ４０４）、硬判定データを送信機１０へ古典チャネル３２を通して送信する（動作Ｓ４０５）。
【0094】
送信機１０のデータ処理部１０１は、受信した硬判定データとシフト鍵データＳＳＫとから誤り率を算出し（動作Ｓ４０６）、同期ＮＧあるいは同期ＯＫの同期判定を実行する（動作Ｓ４０７）。同期判定結果（ＮＧあるいはＯＫ）は古典チャネル３２を通して受信機２０へ通知される（動作Ｓ４０８）。
【0095】
受信機２０のデータ処理部２０１は、同期判定が同期ＮＧであれば、基準ビット位置（ビット番号）を１ビットだけスライドさせる（動作Ｓ４１０）。ビット番号をスライドさせることで、新たなビット番号とそれに対応する基底により基底照合Ｓ５０５が実行され、続いて上述した硬判定Ｓ４０４および同期判定Ｓ４０５～Ｓ４０９が実行される。同期ＮＧが所定回数を超える場合は、データ処理部２０１は現在フレームを廃棄して処理を終了し、基準ビット位置を１ビットスライドした状態で次のフレームの基底照合を行うことができる。
【0096】
同期判定Ｓ３０４で同期ＯＫになれば、受信機２０のデータ処理部２０１は、誤り率算出に用いたデータを破棄し、残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正符号化を行う（動作Ｓ４１２）。軟判定誤り訂正符号化により算出された誤り訂正情報（シンドローム）は古典チャネル３２を通して送信機１０へ送信される（動作Ｓ４１３）。
【0097】
送信機１０のデータ処理部１０１は、シフト鍵データＳＳＫから誤り率算出に用いたデータを破棄し、その残りのシフト鍵データを格納する。続いて、データ処理部１０１は、受信機２０から受信したシンドロームに従って残りのシフト鍵データを訂正し、訂正鍵Ｋ１Ａを生成する（動作Ｓ４１１）。
【0098】
また、受信機２０のデータ処理部２０１は、残りのシフト鍵量子化データを硬判定することで訂正鍵Ｋ１Ｂを生成する。以下、図３で述べたように、訂正鍵Ｋ１Ａおよび訂正鍵Ｋ１Ｂに対して秘匿増強処理を実行することで最終鍵ＱＫＡおよびＱＫＢが生成される。
【0099】
３．３）効果
上述したように、本実施例によれば、上述した実施形態と同様に、軟判定誤り訂正の前に、受信側の量子化データの一部を硬判定することで基底照合でのビット位置の同期確立を確認することができる。これによりビット位置非同期に起因する誤り訂正の失敗を抑制することができ、連続量ＱＫＤにおける誤り訂正性能の改善および鍵生成レートの向上を達成できる。
上述したように、本実施例によれば、上述した実施形態と同様に、軟判定誤り訂正の前に、受信側の量子化データの一部を硬判定することで基底照合でのビット位置の同期確立を確認することができる。これによりビット位置非同期に起因する誤り訂正の失敗を抑制することができ、連続量ＱＫＤにおける誤り訂正性能の改善および鍵生成レートの向上を達成できる。
【0100】
さらに本実施例によれば、送信機１０および受信機２０の双方で乱数を発生させ、それらの基底が一致したデータだけでシフト鍵が生成されるので、シフト鍵の効率的な生成と安全性の向上が可能となる。
【0101】
４．付記
上述した実施形態および実施例の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
第１チャネルと第２チャネルを通して接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により共有情報を生成する方法であって、
ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、
ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｅ）前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記第１通信装置が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記第２通信装置が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｆ）前記第１通信装置および前記第２通信装置が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする共有情報生成方法。
（付記２）
前記ｅ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合は前記ｃ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする付記１に記載の共有情報生成方法。
（付記３）
前記ｃ）において前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせることを特徴とする付記２に記載の同期判定方法。
（付記４）
前記ｅ）において、前記第１通信装置および前記第２通信装置の一方が、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記５）
前記ｆ）において、
前記第２通信装置が前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、
前記第１通信装置が前記誤り訂正情報を復号することで前記残りのシフト鍵データから第１共有情報を生成し、前記第２通信装置が軟判定により前記残りのシフト鍵量子化データから第２共有情報を生成する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記６）
前記ｃ）において、前記第１通信装置が前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、前記第２通信装置が前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記第２乱数列を前記シフト鍵データとする、ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記７）
前記ｃ）において、前記第２通信装置が第３乱数列を生成して前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、前記第１通信装置が前記第１乱数列と前記第３乱数列とを照合し、一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として前記第２通信装置へ送信する、ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記８）
前記第１通信装置および前記第２通信装置が前記共有情報に基づいて秘匿増強処理を実行し、最終鍵を生成することを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記９）
前記微弱光はパルス当たり１光子以下であることを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記１０）
連続量量子鍵配送システムにおいて、第１チャネルと第２チャネルとにより送信機と接続された受信機であって、
前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記送信機と通信することで前記受信量子化データから共有情報を生成するデータ処理部と、
を有し、前記データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機。
（付記１１）
前記ｃ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合、前記ａ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする付記１０に記載の受信機。
（付記１２）
前記ａ）において前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせることを特徴とする付記１１に記載の受信機。
（付記１３）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１４）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分から算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かの判定結果を前記第２チャネルを通して前記送信機から受信することを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１５）
前記ｄ）において、
前記データ処理部が、前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定することで共有情報を生成する、ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１６）
前記ａ）において、
前記送信機から前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して受信し、
前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成する、
ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１７）
前記ａ）において、
第３乱数列を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、
前記送信機から前記第１乱数列と前記第３乱数列との一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として受信する、
ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１８）
前記データ処理部が、前記共有情報に基づいて秘匿増強処理を実行し、最終鍵を生成することを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１９）
前記微弱光はパルス当たり１光子以下であることを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記２０）
付記１５に記載の受信機と接続された送信機であって、
前記微弱光を前記第１チャネルを通して前記受信機へ送信する送信側量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記受信機と通信することで前記第２乱数列に基づいて共有情報を生成する送信側データ処理部と、
を有し、前記送信側データ処理部が、
前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列から前記シフト鍵データを生成し、
前記受信機から受信した前記硬判定データと前記シフト鍵データとから算出した前記誤り率を用いた同期判定結果を前記受信機へ送信し、
前記受信機から受信した前記誤り訂正情報に従って前記残りのシフト鍵データから送信側の共有情報を生成する、
ことを特徴とする送信機。
（付記２１）
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機の通信制御方法であって、
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力し、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期の確立が判定された場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機の通信制御方法。
（付記２２）
前記ｃ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合、前記ａ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする付記２１に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２３）
前記ａ）において前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせることを特徴とする付記２２に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２４）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの前記硬判定に対応する部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２５）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分から算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かの判定結果を前記第２チャネルを通して前記送信機から受信することを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２６）
前記ｄ）において、
前記データ処理部が、前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定することで共有情報を生成する、ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２７）
前記ａ）において、
前記送信機から前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して受信し、
前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成する、
ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２８）
前記ａ）において、
第３乱数列を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、
前記送信機から前記第１乱数列と前記第３乱数列との一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として受信する、
ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２９）
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する機能と、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成する機能と、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
（付記３０）
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により生成された共有情報の同期を判定する方法であって、
ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、
ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することで硬判定データを生成し、
ｅ）前記第１通信装置および前記第２通信装置の一方が、前記硬判定データと前記少シフト鍵データとから算出された誤り率を用いて前記シフト鍵量子化データと前記シフト鍵データとの間でビット位置同期が成立しているか否かを判定する、
ことを特徴とする同期判定方法。
（付記３１）
前記ｅ）において前記誤り率が所定値以下である場合は、前記シフト鍵量子化データと前記シフト鍵データから前記誤り率の算出に用いた部分を破棄し、残りのシフト鍵量子化データおよびシフト鍵データに対して誤り訂正処理を実行して共有情報を生成し、
前記ｅ）において前記誤り率が所定値を超えている場合は、前記ｃ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更する、
ことを特徴とする付記３０に記載の同期判定方法。
（付記３２）
前記誤り訂正処理は、
前記第２通信装置が前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、
前記第１通信装置が前記誤り訂正情報を用いた誤り訂正処理により前記シフト鍵データから第１共有情報を生成し、前記第２通信装置が軟判定復号処理により前記シフト鍵量子化データから第２共有情報を生成する、
ことを特徴とする付記３１に記載の同期判定方法。
（付記３３）
前記ｅ）において、前記誤り率が所定値を超えている場合は、前記ｃ）に戻り前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせる、ことを特徴とする付記３１または３２に記載の同期判定方法。
（付記３４）
前記ｃ）において、前記第１通信装置が前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、前記第２通信装置が前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記第２乱数列を前記シフト鍵データとする、ことを特徴とする付記２８－３０のいずれか１項に記載の同期判定方法。
（付記３５）
前記ｃ）において、前記第２通信装置が第３乱数列を生成して前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、前記第１通信装置が前記第１乱数列と前記第３乱数列とを照合し、一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として前記第２通信装置へ送信する、ことを特徴とする付記３０または３１に記載の同期判定方法。
（付記３６）
第１チャネルと第２チャネルを通して接続された送信機と受信機とを含む連続量量子鍵配送システムであって、
前記送信機が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記受信機へ送信し、
前記受信機が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
前記受信機が前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記送信機が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
前記受信機が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記送信機が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記受信機が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
前記送信機および前記受信機が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする連続量量子鍵配送システム。
上述した実施形態および実施例の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
第１チャネルと第２チャネルを通して接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により共有情報を生成する方法であって、
ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、
ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｅ）前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記第１通信装置が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記第２通信装置が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｆ）前記第１通信装置および前記第２通信装置が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする共有情報生成方法。
（付記２）
前記ｅ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合は前記ｃ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする付記１に記載の共有情報生成方法。
（付記３）
前記ｃ）において前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせることを特徴とする付記２に記載の同期判定方法。
（付記４）
前記ｅ）において、前記第１通信装置および前記第２通信装置の一方が、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記５）
前記ｆ）において、
前記第２通信装置が前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、
前記第１通信装置が前記誤り訂正情報を復号することで前記残りのシフト鍵データから第１共有情報を生成し、前記第２通信装置が軟判定により前記残りのシフト鍵量子化データから第２共有情報を生成する、
ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記６）
前記ｃ）において、前記第１通信装置が前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、前記第２通信装置が前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記第２乱数列を前記シフト鍵データとする、ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記７）
前記ｃ）において、前記第２通信装置が第３乱数列を生成して前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、前記第１通信装置が前記第１乱数列と前記第３乱数列とを照合し、一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として前記第２通信装置へ送信する、ことを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記８）
前記第１通信装置および前記第２通信装置が前記共有情報に基づいて秘匿増強処理を実行し、最終鍵を生成することを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記９）
前記微弱光はパルス当たり１光子以下であることを特徴とする付記１－３のいずれか１項に記載の共有情報生成方法。
（付記１０）
連続量量子鍵配送システムにおいて、第１チャネルと第２チャネルとにより送信機と接続された受信機であって、
前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記送信機と通信することで前記受信量子化データから共有情報を生成するデータ処理部と、
を有し、前記データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機。
（付記１１）
前記ｃ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合、前記ａ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする付記１０に記載の受信機。
（付記１２）
前記ａ）において前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせることを特徴とする付記１１に記載の受信機。
（付記１３）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１４）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分から算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かの判定結果を前記第２チャネルを通して前記送信機から受信することを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１５）
前記ｄ）において、
前記データ処理部が、前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定することで共有情報を生成する、ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１６）
前記ａ）において、
前記送信機から前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して受信し、
前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成する、
ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１７）
前記ａ）において、
第３乱数列を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、
前記送信機から前記第１乱数列と前記第３乱数列との一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として受信する、
ことを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１８）
前記データ処理部が、前記共有情報に基づいて秘匿増強処理を実行し、最終鍵を生成することを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記１９）
前記微弱光はパルス当たり１光子以下であることを特徴とする付記１０－１２のいずれか１項に記載の受信機。
（付記２０）
付記１５に記載の受信機と接続された送信機であって、
前記微弱光を前記第１チャネルを通して前記受信機へ送信する送信側量子ユニットと、
前記第２チャネルを通して前記受信機と通信することで前記第２乱数列に基づいて共有情報を生成する送信側データ処理部と、
を有し、前記送信側データ処理部が、
前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列から前記シフト鍵データを生成し、
前記受信機から受信した前記硬判定データと前記シフト鍵データとから算出した前記誤り率を用いた同期判定結果を前記受信機へ送信し、
前記受信機から受信した前記誤り訂正情報に従って前記残りのシフト鍵データから送信側の共有情報を生成する、
ことを特徴とする送信機。
（付記２１）
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機の通信制御方法であって、
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力し、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期の確立が判定された場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする受信機の通信制御方法。
（付記２２）
前記ｃ）において前記ビット位置同期が成立しなかった場合、前記ａ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更することを特徴とする付記２１に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２３）
前記ａ）において前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせることを特徴とする付記２２に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２４）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの前記硬判定に対応する部分とから算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かを判定する、ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２５）
前記ｃ）において、前記硬判定データと前記シフト鍵データの対応部分から算出された誤り率を用いて前記ビット位置同期が成立したか否かの判定結果を前記第２チャネルを通して前記送信機から受信することを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２６）
前記ｄ）において、
前記データ処理部が、前記残りのシフト鍵量子化データを前記軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定することで共有情報を生成する、ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２７）
前記ａ）において、
前記送信機から前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して受信し、
前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データから前記シフト鍵量子化データを生成する、
ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２８）
前記ａ）において、
第３乱数列を前記第２チャネルを通して前記送信機へ送信し、
前記送信機から前記第１乱数列と前記第３乱数列との一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として受信する、
ことを特徴とする付記２１－２３のいずれか１項に記載の受信機の通信制御方法。
（付記２９）
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された送信機と受信機とからなる連続量量子鍵配送システムにおける受信機としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
量子ユニットが、前記送信機から、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して受信し、コヒーレント検波して受信量子化データを出力する機能と、
データ処理部が、
ａ）前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｂ）前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成する機能と、
ｃ）前記硬判定データと前記送信機の前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成する機能と、
ｄ）前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
（付記３０）
第１チャネルと第２チャネルとにより接続された第１通信装置と第２通信装置との間で連続量量子鍵配送により生成された共有情報の同期を判定する方法であって、
ａ）前記第１通信装置が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、
ｂ）前記第２通信装置が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
ｃ）前記第２通信装置が前記第１通信装置との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
ｄ）前記第２通信装置が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することで硬判定データを生成し、
ｅ）前記第１通信装置および前記第２通信装置の一方が、前記硬判定データと前記少シフト鍵データとから算出された誤り率を用いて前記シフト鍵量子化データと前記シフト鍵データとの間でビット位置同期が成立しているか否かを判定する、
ことを特徴とする同期判定方法。
（付記３１）
前記ｅ）において前記誤り率が所定値以下である場合は、前記シフト鍵量子化データと前記シフト鍵データから前記誤り率の算出に用いた部分を破棄し、残りのシフト鍵量子化データおよびシフト鍵データに対して誤り訂正処理を実行して共有情報を生成し、
前記ｅ）において前記誤り率が所定値を超えている場合は、前記ｃ）に戻り前記基準ビット位置の設定を変更する、
ことを特徴とする付記３０に記載の同期判定方法。
（付記３２）
前記誤り訂正処理は、
前記第２通信装置が前記残りのシフト鍵量子化データを軟判定誤り訂正処理することで誤り訂正情報を算出し、前記誤り訂正情報を前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、
前記第１通信装置が前記誤り訂正情報を用いた誤り訂正処理により前記シフト鍵データから第１共有情報を生成し、前記第２通信装置が軟判定復号処理により前記シフト鍵量子化データから第２共有情報を生成する、
ことを特徴とする付記３１に記載の同期判定方法。
（付記３３）
前記ｅ）において、前記誤り率が所定値を超えている場合は、前記ｃ）に戻り前記基準ビット位置の設定を１ビット分スライドさせる、ことを特徴とする付記３１または３２に記載の同期判定方法。
（付記３４）
前記ｃ）において、前記第１通信装置が前記第１乱数列を前記第２チャネルを通して前記第２通信装置へ送信し、前記第２通信装置が前記第１乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記第１通信装置が前記第２乱数列を前記シフト鍵データとする、ことを特徴とする付記２８－３０のいずれか１項に記載の同期判定方法。
（付記３５）
前記ｃ）において、前記第２通信装置が第３乱数列を生成して前記第２チャネルを通して前記第１通信装置へ送信し、前記第１通信装置が前記第１乱数列と前記第３乱数列とを照合し、一致したビット位置の前記第１乱数列を前記少なくとも一部の乱数列として前記第２通信装置へ送信する、ことを特徴とする付記３０または３１に記載の同期判定方法。
（付記３６）
第１チャネルと第２チャネルを通して接続された送信機と受信機とを含む連続量量子鍵配送システムであって、
前記送信機が、それぞれビット位置が相対的に定められた第１乱数列と第２乱数列とに従って直交変調された微弱光を前記第１チャネルを通して前記受信機へ送信し、
前記受信機が前記第１チャネルを通して受け取った前記微弱光をコヒーレント検波して受信量子化データを生成し、
前記受信機が前記送信機との間で共有情報を生成するための基準ビット位置を設定し、前記第１乱数列の少なくとも一部の乱数列を用いて前記受信量子化データからシフト鍵量子化データを生成し、前記送信機が前記少なくとも一部の乱数列に対応する前記第２乱数列からシフト鍵データを生成し、
前記受信機が、前記シフト鍵量子化データの一部を硬判定することでビット位置同期判定用の硬判定データを生成し、
前記硬判定データと前記シフト鍵データとのビット位置同期が成立した場合、前記送信機が、前記ビット位置同期判定に使用された前記シフト鍵データの一部を破棄した残りのシフト鍵データを生成し、前記受信機が、前記硬判定に用いた前記シフト鍵量子化データの一部を破棄した残りのシフト鍵量子化データを生成し、
前記送信機および前記受信機が、前記残りのシフト鍵データおよび前記残りのシフト鍵量子化データに対して軟判定誤り訂正処理を実行して共有情報を生成する、
ことを特徴とする連続量量子鍵配送システム。
【産業上の利用可能性】
【0102】
本発明は連続量ＱＫＤシステムに適用可能である。
【符号の説明】
【0103】
１０ 送信機
２０ 受信機
３１ 量子チャネル
３２ 古典チャネル
１００ 量子ユニット
１０１ データ処理部
１０１ａ 基底照合部
１０１ｂ 同期判定部
１０１ｃ 軟飯邸誤り訂正部（復号）
１０１ｄ 秘匿増強部
１０２ 乱数生成器
１０３ 乱数メモリ
１０４ シフト鍵データ記憶部
１０５ 訂正鍵記憶部
１０６ 最終鍵記憶部
２００ 量子ユニット
２０１ データ処理部
２０１ａ 基底照合部
２０１ｂ 硬判定部
２０１ｃ 軟判定誤り訂正部（符号化）
２０１ｄ 秘匿増強部
２０２ 受信量子化データ記憶部
２０３ シフト鍵量子化データ記憶部
２０４ 訂正鍵記憶部
２０５ 最終鍵記憶部
２０ 受信機
３１ 量子チャネル
３２ 古典チャネル
１００ 量子ユニット
１０１ データ処理部
１０１ａ 基底照合部
１０１ｂ 同期判定部
１０１ｃ 軟飯邸誤り訂正部（復号）
１０１ｄ 秘匿増強部
１０２ 乱数生成器
１０３ 乱数メモリ
１０４ シフト鍵データ記憶部
１０５ 訂正鍵記憶部
１０６ 最終鍵記憶部
２００ 量子ユニット
２０１ データ処理部
２０１ａ 基底照合部
２０１ｂ 硬判定部
２０１ｃ 軟判定誤り訂正部（符号化）
２０１ｄ 秘匿増強部
２０２ 受信量子化データ記憶部
２０３ シフト鍵量子化データ記憶部
２０４ 訂正鍵記憶部
２０５ 最終鍵記憶部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
