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特開2024-134296鍵管理装置、ＱＫＤＮ制御装置、量子暗号通信システム、情報処理装置、鍵管理方法、ＱＫＤＮ制御方法、情報処理方法及びプログラム
(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】P2024134296
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】鍵管理装置、ＱＫＤＮ制御装置、量子暗号通信システム、情報処理装置、鍵管理方法、ＱＫＤＮ制御方法、情報処理方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
H04L 9/08 20060101AFI20240926BHJP
H04L 45/12 20220101ALI20240926BHJP
H04L 45/42 20220101ALI20240926BHJP
H04L 9/14 20060101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
H04L9/08 B
H04L45/12
H04L45/42
H04L9/14
【審査請求】有
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044525
(22)【出願日】2023-03-20
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、総務省「グローバル量子暗号通信網構築のための研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】兪 ユ
(72)【発明者】
【氏名】谷澤 佳道
【テーマコード（参考）】
5K030
【Ｆターム（参考）】
5K030GA01
5K030LB07
5K030LD19
(57)【要約】
【課題】ＱＫＤＮの規模に関わらず、暗号鍵を送る最適な経路を決定できるようにする。
【解決手段】実施形態の鍵管理装置は、ＱＫＤによって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ制御装置とに接続される鍵管理装置であって、通信インターフェースと処理部とを備える。通信インターフェースは、ＱＫＤＮ制御装置から、アプリケーション鍵を宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する。処理部は、経路情報から、アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、第１鍵共有ネットワーク内の経路を、第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、経路を使用して、リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を通信インターフェースに送らせる。
【選択図】図４
【解決手段】実施形態の鍵管理装置は、ＱＫＤによって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ制御装置とに接続される鍵管理装置であって、通信インターフェースと処理部とを備える。通信インターフェースは、ＱＫＤＮ制御装置から、アプリケーション鍵を宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する。処理部は、経路情報から、アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、第１鍵共有ネットワーク内の経路を、第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、経路を使用して、リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を通信インターフェースに送らせる。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置であって、
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部と、
を備える鍵管理装置。
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部と、
を備える鍵管理装置。
【請求項2】
前記リソース情報は、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出される前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つに基づき算出されるリンク鍵の状態情報を含み、
前記処理部は、前記経路の候補に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の状態情報に基づき、前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つから算出される値を、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出し、前記値が最小となるリンクを、リンクのボトルネックとして特定し、前記経路の候補に含まれる前記リンクのボトルネックに基づき前記経路を決定する、
請求項１に記載の鍵管理装置。
前記処理部は、前記経路の候補に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の状態情報に基づき、前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つから算出される値を、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出し、前記値が最小となるリンクを、リンクのボトルネックとして特定し、前記経路の候補に含まれる前記リンクのボトルネックに基づき前記経路を決定する、
請求項１に記載の鍵管理装置。
【請求項3】
前記リソース情報は、前記経路の候補毎に算出された前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までのホップ数を更に含み、
前記処理部は、前記ホップ数に更に基づき前記経路を決定する、
請求項２に記載の鍵管理装置。
前記処理部は、前記ホップ数に更に基づき前記経路を決定する、
請求項２に記載の鍵管理装置。
【請求項4】
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置であって、
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェースと、
を備えるＱＫＤＮ制御装置。
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェースと、
を備えるＱＫＤＮ制御装置。
【請求項5】
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークに含まれるリンクの通信の暗号化又は復号の少なくとも一方に使用され、前記判断対象の鍵共有ネットワークに含まれる複数の鍵管理装置で保有されているリンク鍵の残量の合計値、平均値、最小値及び中央値の少なくとも１つに基づき算出される、
請求項４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
請求項４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【請求項6】
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークの経路に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネック、及び、前記経路に含まれるリンクのホップ数の少なくとも一方に基づき算出される、
請求項４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
請求項４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【請求項7】
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークに含まれる複数の経路の候補のリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネックの合計値及び平均値の少なくとも一方に基づき算出される、
請求項４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
請求項４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【請求項8】
前記第１基準値は、前記複数の経路の候補に含まれるリンクのホップ数の合計値又は平均値の少なくとも一方に、更に基づき算出される、
請求項７に記載のＱＫＤＮ制御装置。
請求項７に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【請求項9】
前記処理部は、前記経由される鍵共有ネットワークが、前記アプリケーション鍵のリレー経路に複数、含まれる場合、それぞれの鍵共有ネットワークの第１基準値から、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される複数の前記鍵共有ネットワークを判断する第２基準値を算出し、前記第２基準値に基づき前記リレー経路を決定する、
請求項４乃至８のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置。
請求項４乃至８のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【請求項10】
前記第２基準値は、複数の前記経由される鍵共有ネットワークの第１基準値のボトルネック及び平均値の少なくとも一方に基づき算出される、
請求項９に記載のＱＫＤＮ制御装置。
請求項９に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【請求項11】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置である、第１ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置と、
前記第１鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第１アプリケーションと、
前記第２鍵共有ネットワークに属する前記第２鍵管理装置と、
前記第２鍵管理装置と接続される第２ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第２鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第２アプリケーションと、
を備える量子暗号通信システム。
前記第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置と、
前記第１鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第１アプリケーションと、
前記第２鍵共有ネットワークに属する前記第２鍵管理装置と、
前記第２鍵管理装置と接続される第２ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第２鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第２アプリケーションと、
を備える量子暗号通信システム。
【請求項12】
ＱＫＤによってリンク鍵を生成する第１ＱＫＤ装置及び第２ＱＫＤ装置を更に備え、
前記第１ＱＫＤ装置は、前記第１鍵管理装置に前記リンク鍵を送信し、
前記第２ＱＫＤ装置は、前記第２鍵管理装置に前記リンク鍵を送信する、
請求項１１に記載の量子暗号通信システム。
前記第１ＱＫＤ装置は、前記第１鍵管理装置に前記リンク鍵を送信し、
前記第２ＱＫＤ装置は、前記第２鍵管理装置に前記リンク鍵を送信する、
請求項１１に記載の量子暗号通信システム。
【請求項13】
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と接続される第１鍵管理装置から、ユーザネットワークにおける宛先アプリケーションとの通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を受信する通信インターフェースと、
送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化する処理部と、を備え、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理装置。
送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化する処理部と、を備え、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理装置。
【請求項14】
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置の鍵管理方法であって、
鍵管理装置が、前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を通信インターフェースに送らせるステップと、
を含む鍵管理方法。
鍵管理装置が、前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を通信インターフェースに送らせるステップと、
を含む鍵管理方法。
【請求項15】
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置のＱＫＤＮ制御方法であって、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信するステップと、
を含むＱＫＤＮ制御方法。
前記ＱＫＤＮ制御装置が、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信するステップと、
を含むＱＫＤＮ制御方法。
【請求項16】
情報処理装置が、ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と接続される第１鍵管理装置から、ユーザネットワークにおける宛先アプリケーションとの通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を受信するステップと、
前記情報処理装置が、送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化するステップと、を含み、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理方法。
前記情報処理装置が、送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化するステップと、を含み、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理方法。
【請求項17】
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置を、
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部、
として機能させるためのプログラム。
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部、
として機能させるためのプログラム。
【請求項18】
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置を、
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェース、
として機能させるためのプログラム。
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェース、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は鍵管理装置、ＱＫＤＮ制御装置、量子暗号通信システム、情報処理装置、鍵管理方法、ＱＫＤＮ制御方法、情報処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
アプリケーションが、量子鍵配送（ＱＫＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を利用して別のアプリケーションとの間で共有された乱数を、鍵管理装置から取得し、この乱数を暗号鍵として利用して、別のアプリケーションとの間で暗号通信を行う技術が従来から知られている。このアプリケーションによる暗号通信は、ＱＫＤネットワークとは異なる、インターネットなどのユーザネットワークで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－９２９８７号公報
【特許文献2】特許第５７８４５６２号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】ＩＴＵ－Ｔ， Ｙ．３８００， “Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，” ２０１９．
【非特許文献2】ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４， “Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ （ＱＫＤ）； Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ｆｏｒｍａｔ ｏｆ ＲＥＳＴ－ｂａｓｅｄ ｋｅｙ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ＡＰＩ，” ２０１９．
【非特許文献3】ＩＥＴＦ， ＲＦＣ２３２８， “ＯＳＰＦ Ｖｅｒｓｉｏｎ ２，” １９９８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら従来の技術では、ＱＫＤネットワークの規模が大きくなるほど、暗号鍵を送る最適な経路を決定することが困難だった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態の鍵管理装置は、ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置であって、通信インターフェースと、処理部とを備える。通信インターフェースは、前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する。処理部は、前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態の量子暗号通信システムの構成の例を示す図。
【図2】実施形態の量子暗号通信ネットワークの例を示す図。
【図3A】実施形態のリソース情報の例１（リンク鍵残量のボトルネック）を示す図。
【図3B】実施形態のリソース情報の例２（ホップ数）を示す図。
【図3C】実施形態の鍵リレー経路の決定方法の例を説明するための図。
【図4】実施形態の鍵管理装置の機能構成の例を示す図。
【図5】実施形態のＱＫＤＮ制御装置の機能構成の例を示す図。
【図6】実施形態の情報処理装置の機能構成の例を示す図。
【図7】実施形態の異なる種類のＫＳＮ間の鍵リレーの例について説明するための図。
【図8A】実施形態のＫＳＮドメインの例１を示す図。
【図8B】実施形態のＫＳＮドメインの例２を示す図。
【図9】実施形態の第１基準値の計算例１を説明するための図。
【図10】実施形態の第１基準値の計算例２を説明するための図。
【図11】実施形態の鍵リレー経路の決定方法の例を説明するための図。
【図12】実施形態のＱＫＤＮ制御方法の例を示すフローチャート。
【図13】実施形態の所属情報の例を示す図。
【図14】実施形態の接続状況情報の例を示す図。
【図15】実施形態の第１基準値情報の例を示す図。
【図16】実施形態の鍵リレーメッセージのヘッダフォーマットの例１を示す図。
【図17】実施形態の鍵リレーメッセージのヘッダフォーマットの例２を示す図。
【図18】実施形態の集中管理の構成の例を示す図。
【図19】実施形態のＫＭ、ＱＫＤＮ制御装置及び情報処理装置のハードウェア構成の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に添付図面を参照して、鍵管理装置、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置、量子暗号通信システム、情報処理装置、鍵管理方法、ＱＫＤＮ制御方法、情報処理方法及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。
【0009】
図１は実施形態の量子暗号通信システムの構成の例を示す図である。横から見ると、ＱＫＤネットワークアーキテクチャは下から量子レイヤ、鍵管理レイヤ、ＱＫＤネットワーク制御レイヤ、さらにこれら３レイヤを管理するためのＱＫＤネットワーク管理レイヤで構成されている。これらの４レイヤによって、アプリケーション５のデータ通信の暗号化及び復号に用いられるアプリケーション鍵（以下、「アプリ鍵」という。）が生成されて、最上位のユーザネットワークにおけるサービスレイヤへ供給される。縦から見ると、ＱＫＤネットワークとユーザネットワークとを含む３つのノード１（ＱＫＤノード／トラステッドノード）がそれぞれ拠点Ａ、拠点Ｂ、拠点Ｃに設置される。
【0010】
量子レイヤはＱＫＤモジュール２と、ＱＫＤリンク３とから構成される。量子レイヤの主な機能は、別拠点にあるＱＫＤモジュール２との間で光子と、古典情報（ＱＫＤリンクとは異なる通常の制御リンクで送受信される制御情報）と、をやり取りして、リンク鍵（乱数列）を共有することである。さらに、量子レイヤは、鍵管理装置（ＫＭ：Ｋｅｙ ｍａｎａｇｅｒ）１０（１０ａ～１０ｃ）へ乱数列を供給する機能を有する。ＱＫＤリンク３で共有されるリンク鍵（量子暗号鍵）は、量子力学の原理に基づいて、盗聴されていないことが保証されている。共有されたリンク鍵を用いて、ワンタイムパッドと呼ばれる暗号通信方式を利用して暗号データ通信を行うと、送受信されるデータは、いかなる知識を有する盗聴者によっても解読できないことが情報理論によって保証されている。ＱＫＤモジュール２（２ａ、２ｂ―１、２ｂ－２及び２ｃ）は、それぞれ光ファイバーなどによるＱＫＤリンク３によって接続される。
【0011】
ただし、ＱＫＤ技術でリンク鍵を共有する方式は、単一光子をメディアとして利用することに起因する、リンク鍵を共有可能な距離の制約がある。例えば図１の量子レイヤの例に示すように、ＱＫＤモジュール２は基本的には１対１となるが、中継する場合、中継を行う拠点Ｂには少なくとも２つのＱＫＤモジュール２ｂ－１及び２ｂ－２が必要となる。図１の例は、拠点Ａと拠点Ｃにアプリ鍵ＫＡ
ＡＣを供給する場合を示す。拠点Ｂでは、ＱＫＤモジュール２ｂ－１が拠点Ａで暗号化されたアプリ鍵を、拠点Ａと同じリンク鍵ＫＬ
ＡＢ（すなわち、暗号鍵と復号鍵とが同じである共通鍵）で復号する。そして、ＱＫＤモジュール２ｂ－２が、復号されたアプリ鍵をリンク鍵ＫＬ
ＢＣでもう一回暗号化し、暗号化されたアプリ鍵ＫＡ
ＡＣを拠点Ｃへリレーする。
【0012】
ＱＫＤは、無条件安全性を保証するために、距離及び速度などの通信性能はある程度犠牲にならざるを得ない。一般的には、敷設ファイバー５０ｋｍ圏でリンク鍵生成レートが毎秒２０万～３０万ビット（２００～３００ｋｂｐｓ）程度である。ＱＫＤの鍵蒸留処理をハードウェア化・最適化すると、短距離の場合には、ＱＫＤの鍵生成速度は最大１０Ｍｂｐｓに達する。
【0013】
鍵生成速度をＭｂｐｓに保持するためには、Ｍｂｐｓを保持可能な距離間隔で中継ノードを設置し、中継を行う拠点間で鍵リレーを行う必要がある。一方、中継を行う拠点では、暗号化・復号の処理時間がかかる。
【0014】
鍵管理レイヤは鍵管理装置（ＫＭ）１０ａ～１０ｃ及びＫＭリンクから構成される。鍵管理レイヤの主な機能には、実際にデータの暗号化を行うアプリケーション５ａ及び５ｃへのアプリ鍵の供給、及び、ＫＭリンクを介した他の拠点への鍵リレーなどがある。鍵管理装置（ＫＭ）１０ａ～１０ｃは、これらに付随して、アプリケーション５ａ及び５ｃからの鍵要求の受信やインターフェースの格納など鍵管理全般を担う。
【0015】
ＱＫＤネットワーク制御レイヤは、ＱＫＤネットワークコントローラ４及びリンクから構成される。ＱＫＤネットワーク制御レイヤはＱＫＤネットワーク全般のサービスの制御を行う。ＱＫＤネットワークコントローラは拠点ごとにあってもよいし、図１に示すように、量子暗号通信システム全体で１つ（あるいは複数）でもよい。また、ＱＫＤネットワークコントローラ４とＫＭ１０とが一体として実現されていてもよい。
【0016】
ＱＫＤネットワーク管理レイヤにはＱＫＤＮ制御装置６が含まれる。ＱＫＤネットワーク管理レイヤは、各レイヤからパフォーマンス情報を収集し、サービスが適切に稼働しているかを監視して、必要に応じて制御をＱＫＤネットワーク制御レイヤへ命じる機能を持つ。また、ＱＫＤＮ制御装置６はＱＫＤネットワークの構成に応じて、複数存在してもよい。また、ＱＫＤＮ制御装置６の機能が、ＫＭ１０で実現・実施されてもよい。
【0017】
サービスレイヤはユーザによって構成が異なるが、暗号化通信を実現するためのアプリケーション５ａ及び５ｃや、コンピュータモジュールなどで構成される。また、サービスレイヤは、アプリ鍵をリンク鍵で暗号化して隣接ノードに転送する機能を有する。なお、サービスレイヤのアプリケーション５が、ＱＫＤとは無関係に、別途、乱数情報等から、リンク鍵とは別の暗号鍵（アプリ鍵）を生成してもよい。
【0018】
サービスレイヤにおいて、アプリ鍵は、主に共通暗号方式による暗号化に利用される。共通暗号方式は、いわゆる、送信側及び受信側で事前に共有されていた同じアプリ鍵を利用して、通信データ・メッセージの暗号化・復号を行う暗号方式である。具体的には、アプリ鍵は、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ（ＡＥＳ）暗号、及び、ワンタイムパッド（Ｏｎｅ Ｔｉｍｅ ＰＡＤ：ＯＴＰ）暗号などで使われる。
【0019】
ユーザネットワーク管理レイヤにはユーザネットワーク制御装置７が含まれる。ユーザネットワーク管理レイヤは、サービスレイヤからパフォーマンス情報を収集し、サービスが適切に稼働しているかを監視する。
【0020】
なお、図１に示すアーキテクチャは基本の要素を示す。実際には状況により、アーキテクチャの構成が変わることがある。例えば、拠点の個数は３個に限られない。また例えば、アプリケーション５の個数は２個に限られない。また例えば、ＱＫＤネットワーク管理レイアにおけるＱＫＤＮ制御装置６の個数は、１個に限られない。
【0021】
上述のユーザネットワークはパブリックなネットワークであり、アプリケーション５によって暗号通信が行われるネットワークである。アプリケーション５は、例えばパーソナルコンピュータ及びスマートデバイス等の情報処理装置８で動作する。ユーザネットワークは、例えば、インターネット及びセルラー通信ネットワークなどのデータ通信ネットワークである。
【0022】
一方、上述のＱＫＤネットワーク（量子暗号通信ネットワーク）はプライベートなネットワークとなり、実際のニーズによりノード（ＱＫＤノード／ノード）が設置される。ノードは、ユーザネットワークに暗号通信用の暗号鍵を提供する。
【0023】
図２は実施形態の量子暗号通信ネットワーク１００の例を示す図である。図２の例は、ＫＭの数が８個と少ないため、小規模のＱＫＤＮの例である。ユーザネットワークにおけるアプリケーションＡ及びＤ間は、データ通信ネットワーク１０３を経由し、セキュア通信を行う。
【0024】
鍵管理レイヤにおける鍵共有ネットワーク（ＫＳＮ：Ｋｅｙ ｓｈａｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）１０２は、ＫＭ１０、及び、ＫＭ１０間のリンクから構成される。以下、鍵共有ネットワーク１０２を、ＫＳＮ１０２という。ＱＫＤＮ管理レイヤには、ＫＳＮ１０２のＫＭ１０と通信するＱＫＤＮ制御装置６が設置される。
【0025】
量子レイヤでは、複数のＱＫＤモジュール２、及び、ＱＫＤモジュール２間の複数のＱＫＤリンク３を含むネットワーク１０１が構成される。ＱＫＤモジュール２間の接続は１対１のため、上位のＫＭ１０に対応するＱＫＤモジュール２は、上位のＫＭ１０に接続されるリンクの数に応じて設置される。
【0026】
なお、ＫＭ１０の数、ＱＫＤモジュール２の数、アプリケーションの数は図２の例に限られない。
【0027】
なお、ＫＭ１０は、アプリ鍵をリンク鍵で暗号化して送信する際、リンク鍵をワンタイムパッドで利用するため、すなわち、一度利用したリンク鍵を捨てるため、リンク鍵を消費する。従って、ＫＭ１０は、共有しているリンク鍵の量またはリンク鍵を共有する速度以上の速さで、アプリ鍵を中継することはできない。
【0028】
複数のＫＭ１０を介してアプリ鍵を送信する場合、アプリ鍵の共有速度は、リンク鍵の最も少ないリンク、または、リンク鍵の共有速度が最も低いリンクに律速される。量子暗号通信システムにおける暗号通信のスループットは、このようなリンクがボトルネックとなり制約を受ける。または、リンク鍵が枯渇したリンクではアプリ鍵を共有するということができなくなる。量子暗号通信システムでは、できるだけボトルネックが最良の経路（例えば、リンクのボトルネックが最大となる経路）を選択してアプリ鍵を共有することが望まれる。経路に含まれるリンクのボトルネックは、例えば、経路に含まれるリンク毎に算出された値に基づき特定される。具体的には、経路に含まれるリンクのボトルネックは、例えば後述の式（１）により算出された値のうち、当該値が最小となるリンクによって特定される。
【0029】
一方、量子暗号通信システム全体のリンク鍵の消費量に着目すると、多くのリンクを経由する経路ほどリンク鍵の消費量が多いと言える。リンク鍵はアプリ鍵を共有する際に用いられるため、アプリケーション５のスループットを決定するシステムリソースである。このため、システム全体として、経由するリンクの数が少なくし、リンク鍵の消費量を抑えることが望ましい。
【0030】
なお、ＫＳＮ１０２内に量子鍵配送でアプリ鍵を共有するためのルート（鍵リレールート）を決定するプロトコル（ルーティングプロトコル）は任意の方式で行われる。例えば、ＩＰベースのＫＳＮ１０２の場合、Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＩＧＰ）の通信プロトコルが用いられる。幅広く使われているＩＧＰ通信プロトコルとして、例えば、ＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆａｓｔ）が用いられる。ＯＳＰＦは、ルーティング（経路制御）を行うためのメトリックとして距離（各鍵リレールートに含まれるリンクのコストの和）を用いる。非ＩＰベースのＫＳＮ１０２の場合、アプリ鍵を共有する経路は、ＩＧＰ通信プロトコルとは異なる任意の方式で決定される。
【0031】
ＫＳＮ１０２を構成するＫＭ１０と隣接ＫＭ１０間のリンクに対応付けられるデータは以下の通りとする。下のデータは時間順のシーケンス番号を付けられ、シーケンス番号より更新される。
【0032】
リンクに対応付けられるデータ：
・鍵残量情報：リンク鍵の保有量
・鍵残量情報：リンク鍵の生成速度
・鍵残量情報：リンク鍵の消費速度
・鍵残量情報：リンク鍵の保有量
・鍵残量情報：リンク鍵の生成速度
・鍵残量情報：リンク鍵の消費速度
【0033】
ＫＭに対応付けられるデータ：
・ＫＳＮドメイン内の構成を表すデータベース（リンクステートデータベース）
・ＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭへの最短パスツリーの確定情報
・送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭまでのボトルネック
・送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭまでのホップ数
・ネクストホップ
・ＫＳＮドメイン内の構成を表すデータベース（リンクステートデータベース）
・ＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭへの最短パスツリーの確定情報
・送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭまでのボトルネック
・送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭまでのホップ数
・ネクストホップ
【0034】
リンクに対応づけられるデータは、鍵残量情報である。鍵残量情報は、３種類の情報（リンク鍵の保有量、リンク鍵の生成速度、および、リンク鍵の消費速度）を含む。
【0035】
リンク鍵の保有量は、隣接ＫＭ１０間で量子鍵配送を行うことで共有した鍵のうち、まだ使用されていない鍵の量である。リンク鍵の保有量は、量子鍵配送を行うことによって蓄積し（増加する）、任意の送信元ＫＭ１０～宛先ＫＭ１０間のアプリ鍵リレーでリンク鍵を利用することによって消費される（減少する）。
【0036】
リンク鍵の生成速度は、隣接ＫＭ１０間で量子鍵配送を行うことでリンク鍵を共有する速度を表す。リンク鍵の生成速度は、リンクに接続されたＫＭ１０の設定パラメータ及び接続環境等の影響によって、リンクごとに異なる。
【0037】
リンク鍵の消費速度は、隣接ＫＭ１０間でアプリ鍵を共有するために使われるリンク鍵の消費速度を表す。リンク鍵の消費速度は、アプリ鍵の要求及び接続環境などの影響によって、リンクごとに異なる。
【0038】
したがって、各リンクの利用可能な鍵残量の算出式は、例えば下記式（１）により算出される。
【0039】
【数1】
【0040】
ここで、ｋは、ＫＭ１０を識別する番号である。Ｌｉｎｋｋ
ｃｕｒｒｅｎｔはリンク鍵の保有量を示し、ＳＫＲｋはリンク鍵の生成速度を示し、Ｃｋはリンク鍵の消費速度を示し、ＴＲは参照用時間間隔を示す。参照用時間間隔（ｔ）は実際の状況に従い設定される。
【0041】
例えば、Ｌｉｎｋｋ
ｃｕｒｒｅｎｔが１０００Ｍｂｉｔｓ、ＳＫＲｋが３Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃ、Ｃｋが１Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃ、ＴＲが３００ｓｅｃのとき、このＫＭ１０の参照用時間後に利用可能なリンク鍵残量Ａｋ
ｋｅｙは１６００（１．６Ｇｂｉｔｓ）となる。
【0042】
なお、鍵残量情報の算出方法は上記式（１）に限られない。例えば、リンク鍵の保有量のみで、鍵残量情報を算出してもよい。また例えば、リンク鍵の生成速度のみで、鍵残量情報を算出してもよい。また例えば、リンク鍵の生成速度とリンク鍵の保有量との組み合わせで、鍵残量情報を算出してもよい。また例えば、リンク鍵の生成速度とリンク鍵の消費速度との組み合わせで、鍵残量情報を算出してもよい。また例えば、リンク鍵の保有量とリンク鍵の消費速度との組み合わせで、鍵残量情報を算出してもよい。また例えば、リンク鍵の生成速度と、リンク鍵の保有量と、リンク鍵の消費速度との組み合わせで、鍵残量情報を算出してもよい。
【0043】
ＫＳＮドメイン内の鍵リレールート決定に必要な情報は、例えば、ＩＰベースのＫＳＮの場合、既存のルーティングプロトコルであるＯＳＰＦを利用して、下記（１）～（４）の処理によって収集される。
【0044】
（１）ＯＳＰＦでは、ＫＭ１０はリンクステートアップデートと呼ばれるメッセージを出し、ＫＭ１０が接続しているリンクの状態、そのリンクのネットワークアドレス、及びコストなどの情報を他のＫＭ１０と共有する。リンクステートには、あるＫＭ１０が、ほかのＫＭ１０にどのように接続しているかを示す情報（ルート情報）が含まれる。
【0045】
（２）各ＫＭ１０は、受け取ったリンクステートアップデートの情報に基づいて、ＫＳＮドメイン内のネットワーク構成を把握する。そして、各ＫＭ１０は、ＫＳＮドメイン内のネットワーク構成を表す表（リンクステートデータベース）を構築する。
【0046】
（３）各ＫＭ１０は、このデータベースからＤｉｊｋｓｔｒａアルゴリズムを用いて、自身を送信元としたドメイン内の最短パスツリーを計算し、フォワーディングテーブルを作成する。
【0047】
（４）各ＫＭ１０は、あるＫＭ１０からＫＳＮドメイン内のほかのＫＭ１０までのフォワーディンテーブル情報とリソース情報とを記憶する。
【0048】
上記のように、ＫＭ１０に対応付けられるデータは、リンクステートデータベース、ＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭ１０への最短パスツリーの確定情報、送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭ１０までのボトルネック、送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭ１０までのホップ数、及び、ネクストホップである。
【0049】
リンクステートデータベースは、ＫＳＮドメイン内のネットワーク構成（接続関係）を表し、各ＫＭ１０が、最短パスを計算する時に使用される情報である。ＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭ１０ごとの最短パスツリーは確定している場合と確定していない場合とがある。
【0050】
最短パスツリーが確定していない宛先ＫＭ１０は、その宛先ＫＭ１０までの鍵リレールートは最短パス候補に過ぎない。送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭ１０までのボトルネックは、宛先ＫＭ１０に到達するための最短パス候補を経由するときのリンクの鍵残量のボトルネックを表す。送信元からＫＳＮドメイン内の宛先ＫＭ１０までのホップ数は、宛先ＫＭ１０に到達するための最短パス候補を経由するときのホップ数を表す。ネクストホップは、最短パスの候補となるネクストホップを表す。
【0051】
各ＫＭ１０は、リンクステートデータベース、ＫＳＮドメイン内の最短鍵リレールートツリーとしての確定情報、送信元ＫＭからほかの各ＫＭ１０までの各リンクの鍵残量、送信元からほかの各ＫＭ１０までのホップ数、および、ネクストホップを持つ。送信元から他のＫＭ１０までの各リンクの鍵残量、および、送信元から他のＫＭ１０までのホップ数は、当該他のＫＭ１０ごとに保持される。
【0052】
ＯＳＰＦにおけるダイクストラアルゴリズムでは、メトリックは距離であった。一方、本実施形態の鍵共有ルーティングプロトコルでは、距離ではなく、鍵リレールートにおける鍵残量のボトルネックをメトリックの算出に用いる。これにより、アプリ鍵を共有するＫＭ１０間のリンク鍵保有量とリンク鍵生成速度とを一定の値以上に保ち、ユーザネットワークにおけるアプリケーションが必要となる量のアプリ鍵の獲得に支障が生じないようにする。
【0053】
まず、メトリックの算出に用いるリソース情報について説明する。
【0054】
図３Ａは実施形態のリソース情報の例１（リンク鍵残量のボトルネック）を示す図である。各リンクに付けられた数値がリンク鍵の残量を表す。送信元（Ｓ）からリレー（Ｒ）を経由して宛先（Ｄ）までの鍵リレールートに含まれる各リンクの鍵残量の最小値がボトルネックとなる。図３Ａでは、ボトルネックは、鍵リレールートに含まれる各リンクの鍵残量の最小値なので、ｍｉｎ｛６，５，３｝＝３となる。すなわち、図３Ａの鍵リレールートのボトルネックは３となる。
【0055】
図３Ｂは実施形態のリソース情報の例２（ホップ数）を示す図である。ホップ数はリレーＫＭ１０の数＋１の値とする。送信元（Ｓ）からリレー（Ｒ）を経由して宛先（Ｄ）までの鍵リレールートに含まれるリレーＫＭ１０の数＋１の値がホップ数となる。図３Ｂの例では、ホップ数は、リレーＫＭ１０の数＋１なので、鍵リレールートに含まれるリレー数（２）＋１＝３となる。すなわち、図３Ｂの鍵リレールートのホップ数は３となる。
【0056】
図３Ｃは実施形態の鍵リレー経路の決定方法の例を説明するための図である。図３Ｃでは、送信元ＫＭ１０をＳで表し、宛先ＫＭ１０をＤで表し、アプリ鍵を共有するためのリレーＫＭ１０をＲで表す。また、リンクに付けられた数値がリンクの鍵残量を表す。
【0057】
鍵リレールートＡは、ボトルネックが３、ホップ数が２となる。鍵リレールートＢは、ボトルネックが６、ホップ数が３となる。鍵リレールートＣは、ボトルネックが７、ホップ数が４となる。
【0058】
ボトルネック及びホップ数から算出される場合のリファレンス値算出方法の例を以下に示す。
方法１：ボトルネックを優先し、ボトルネックが等しい場合に、ホップ数を比較し、ホップ数が少ないルートを最適な鍵リレールートに決定する。
方法２：ホップ数を優先し、ホップ数が等しい場合にボトルネックを比較し、ボトルネックが大きいルートを最適な鍵リレールートに決定する。
方法３：ボトルネック（ＢＮ）とホップ数（Ｈｏｐｓ）とを含むリファレンス値（ＲＶ：ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ）を算出式により、最適な鍵リレールートを決定する。
方法１：ボトルネックを優先し、ボトルネックが等しい場合に、ホップ数を比較し、ホップ数が少ないルートを最適な鍵リレールートに決定する。
方法２：ホップ数を優先し、ホップ数が等しい場合にボトルネックを比較し、ボトルネックが大きいルートを最適な鍵リレールートに決定する。
方法３：ボトルネック（ＢＮ）とホップ数（Ｈｏｐｓ）とを含むリファレンス値（ＲＶ：ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ）を算出式により、最適な鍵リレールートを決定する。
【0059】
算出式は、例えば下記式により算出される。
ＲＶ＝δ×ＢＮ＋（１－δ）×（１／Ｈｏｐｓ）
ここでδは、係数であり、１より小さい正実数である。
ＲＶ＝δ×ＢＮ＋（１－δ）×（１／Ｈｏｐｓ）
ここでδは、係数であり、１より小さい正実数である。
【0060】
一方、リファレンス値がボトルネックだけの場合、鍵リレールートＣが最適な鍵リレールートとなる。リファレンス値がホップ数だけの場合、鍵リレールートＡが最適な鍵リレールートとなる。上記の算出式の係数を設定することで、リファレンス値が片方だけの場合を実現することが可能である。例えば、リファレンス値をボトルネックだけにする場合は、δ＝１に設定する。また、リファレンス値をホップ数だけにする場合は、δ＝０に設定する。
【0061】
図３Ｃの例を用いて、δ＝０．５に設定し、上記方法３に従いリファレンス値を計算する例について説明する。
【0062】
鍵リレールートＡのリファレンス値は、ＲＶ＝０．５×３＋（１－０．５）×（１／２）＝１．７５となる。鍵リレールートＢのリファレンス値は、ＲＶ＝０．５×６＋（１－０．５）×（１／３）＝３．６７となる。鍵リレールートＣのリファレンス値は、ＲＶ＝０．５×７＋（１－０．５）×（１／４）＝３．６２５となる。
【0063】
方法１では、各ＫＭ１０までのボトルネックとホップ数とをそれぞれ保持し、ボトルネックが等しい場合にのみホップ数の比較を行う。方法２では、各ＫＭ１０までのボトルネックとホップ数とをそれぞれ保持し、ホップ数が等しい場合にのみボトルネックの比較を行う。方法３では、リファレンス値を表す算出式を予め作っておき、各ＫＭ１０までのボトルネックとホップ数とからリファレンス値を算出しておく。
【0064】
なお、上記リファレンス値の算出式は一例であり、これらに限られるものではない。例えば、ボトルネックとホップ数とそれぞれに重みを付けて足し合わせた結果をリファレンス値とする他の式を用いてもよい。この場合、ボトルネックおよびホップ数にかかる係数（重み）は任意である。
【0065】
［ＫＭの機能構成の例］
図４は実施形態の鍵管理装置（ＫＭ）１０の機能構成の例を示す図である。実施形態の鍵管理装置（ＫＭ）１０は、通信部１１、記憶部１２及び処理部１３を備える。
図４は実施形態の鍵管理装置（ＫＭ）１０の機能構成の例を示す図である。実施形態の鍵管理装置（ＫＭ）１０は、通信部１１、記憶部１２及び処理部１３を備える。
【0066】
通信部１１は、無線方式又は有線方式の少なくとも一方で通信する通信インターフェースによって実現される。通信部１１は、ＫＭ通信部１１１、制御通信部１１２及びアプリ通信部１１３を備える。ＫＭ通信部１１１は、ＱＫＤＮの鍵管理レイアにおける１以上のＫＭ１０との間で暗号鍵（アプリ鍵）を共有するための通信を行う。制御通信部１１２は、ＱＫＤネットワーク管理レイヤにおけるＱＫＤＮ制御装置６と、例えば、鍵リレー経路情報などの情報を共有するための通信を行う。アプリ通信部１１３は、最上位のサービスレイアであるユーザネットワークのアプリケーション５と、例えば、アプリ鍵要求に関する情報などを共有するための通信を行う。
【0067】
なお、通信部１１は上記３つの機能構成に分割せずに実現されてもよい。
【0068】
記憶部１２は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、光ディスク、メモリカード、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体により実現される。
【0069】
記憶部１２は、ルート関連情報、及び、ＫＭ１０間で共有されたアプリ鍵を記憶する。ルート関連情報は、例えば、ＱＫＤＮ制御装置６から受信された鍵リレー経路情報などを含む。
【0070】
処理部１３は、少なくとも１つの処理装置によって実現され、ＫＭ１０の処理を実行する。この処理装置は、例えば制御装置及び演算装置を含み、アナログまたはデジタル回路等で実現される。処理装置は、中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよいし、汎用目的プロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）及びこれらの組み合わせであってもよい。
【0071】
処理部１３は、算出部１３１、管理部１３２、情報交換部１３３、実行部１３４、鍵処理部１３５、提供部１３６，制御部１３７、及びプラットフォーム部１３８を備える。
【0072】
算出部１３１は、記憶部１２からルート関連情報を読み出し、鍵リレー経路を実施するためのＫＳＮ１０２内部の鍵リレールートを算出し、宛先ＫＭ１０・経由されるＢＫＭ（Ｂｏａｒｄｅｒ ＫＭ）１０への最適な鍵リレールートを算出する。ここで、ＢＫＭ１０は、ＫＳＮドメイン間境界に設置されたＫＭ１０を示す。
【0073】
例えば、ＫＳＮ１０２内部の鍵リレールート（経路）の算出には、リソース情報が用いられる。例えば、リソース情報は、経路の候補に含まれるリンク毎に算出されるリンク鍵の生成速度、残量及び消費速度の少なくとも１つに基づき算出されるリンク鍵の状態情報を含む。算出部１３１は、経路の候補に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の状態情報のボトルネックを特定し、ボトルネックに基づき経路を決定する。
【0074】
なお、リソース情報は、経路の候補毎に算出された経由されるＢＫＭ１０（境界にあるＫＭ１０までのホップ数を更に含んでもよい。そして、算出部１３１は、ホップ数に更に基づき経路を決定してもよい。
【0075】
算出部１３１は、算出されたＫＳＮ１０２内部の鍵リレールートも記憶部１２に保存する。
【0076】
管理部１３２は、ＫＭ１０の接続しているリンクの鍵生成速度、鍵保有量及び鍵の消費速度などを含む鍵残量情報を管理する。
【0077】
情報交換部１３３は、通信部１１と管理部１３２とから、上述の情報を取得する。また、情報交換部１３３は、上記記憶部１２に保存された情報をＱＫＤＮ制御装置６に共有する。
【0078】
実行部１３４は、上記算出部１３１により算出された鍵リレールートに従い、ＫＭ１０間の鍵リレーを実行する。
【0079】
鍵処理部１３５は、アプリケーション５からの鍵要求に従い、アプリ鍵を提供部１３６に渡す。具体的には、鍵処理部１３５は、アプリケーション５からの要求に応じて、アプリ鍵の要求量と、アプリケーション５にアプリ鍵を提供する提供時間と、アプリ鍵の提供先を示す宛先とを決定する。
【0080】
提供部１３６は、鍵処理部１３５からアプリ鍵を受け付けると、上記サービスレイアのユーザネットワークのアプリケーション５にアプリ鍵を提供する。例えば、提供部１３６は、鍵処理部１３５により決定された要求量のアプリ鍵を、鍵処理部１３５により決定された提供時間までに、鍵処理部１３５により決定された提供先に提供する。なお、提供部１３６の機能は、通信部１１に含まれていてもよい。
【0081】
制御部１３７は、ＫＭ１０で行われる処理の制御を行う。例えば、制御部１３７は、ＫＭ１０の各機能の起動及び動作の制御を担う。
【0082】
プラットフォーム部１３８は、ＫＭ１０上の機能の管理と動作に必要なコンピュータのオペレーティングシステム機能、基本的なネットワーク機能、および、セキュリティ機能等を提供する。
【0083】
［ＱＫＤＮ制御装置の機能構成の例］
図５は実施形態のＱＫＤＮ制御装置６の機能構成の例を示す図である。実施形態のＱＫＤＮ制御装置６は、通信部６１、記憶部６２及び処理部６３を備える。なお、通信部６１、記憶部６２及び処理部６３のハードウェアによる実現方法は、ＫＭ１０の通信部１１、記憶部１２及び処理部１３と同様である。
図５は実施形態のＱＫＤＮ制御装置６の機能構成の例を示す図である。実施形態のＱＫＤＮ制御装置６は、通信部６１、記憶部６２及び処理部６３を備える。なお、通信部６１、記憶部６２及び処理部６３のハードウェアによる実現方法は、ＫＭ１０の通信部１１、記憶部１２及び処理部１３と同様である。
【0084】
実施形態のＱＫＤＮ制御装置６は、ユーザネットワークにおけるアプリケーション５間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリ鍵を、アプリケーション５に提供する複数のＫＭ１０と接続される。
【0085】
通信部６１は、ＫＭ通信部６１１と制御通信部６１２とを備える。
【0086】
ＫＭ通信部６１１は、上記１以上のＫＭ１０と通信する。例えば、ＫＭ通信部６１１は、ＫＭ１０のＩＤ情報、ＢＫＭ１０と隣接するＫＳＮ１０２との接続状況、ＫＳＮ１０２内のリンクの鍵残量情報、及び、ＫＳＮ１０２内の鍵リレールート関連情報などを共有するための通信を行う。鍵リレールート関連情報は、例えば、ＫＭ１０属する情報、ＫＳＮ１０２間の接続状況、及び、各ＫＳＮ１０２を経由するか否かの判断に使用される第１基準値である。
【0087】
制御通信部６１２は、ＱＫＤＮ制御装置６間で、ＫＭ１０のＩＤ情報、ＢＫＭ１０の接続状況、及び、上述の第１基準値などの情報を共有するための通信を行う。また、制御通信部６１２は、上述の第１基準値などの情報が、権威ルートサーバ装置によって集中管理されている場合には、権威ルートサーバ装置と通信する。
【0088】
なお、通信部６１は上記２つの構成に分割せずに実現されてもよい。
【0089】
記憶部６２は、ＫＭ情報、接続情報及び経路関連情報を記憶する。ＫＭ情報は、ＫＭ１０のＩＤ情報とＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２のＩＤ情報とを含む。接続情報は、ＫＳＮ１０２間で接続しているＢＫＭ１０のＩＤ情報及びＫＳＮ１０２のＩＤ情報等を含む。経路関連情報は、ＫＭ１０間のリンクの鍵残量情報、及び、鍵リレールート関連情報などを含む。経路関連情報は、各ＫＳＮ１０２の第１基準値を算出するために使用される。
【0090】
処理部６３は、情報交換部６３１、算出部６３２、決定部６３３、制御部６３４、管理部６３５及びプラットフォーム部６３６を備える。
【0091】
情報交換部６３１は、通信部６１から上述の情報を取得し、記憶部６２に記憶する。また、情報交換部６３１は、記憶部６２に保存された情報を別のＱＫＤＮ制御装置６に共有する。
【0092】
算出部６３２は、上述の経路関連情報（例えば、ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２の情報、及び、ＫＳＮ１０２間の接続状況など）に基づき、ＫＳＮ１０２の第１基準値を算出する。また、算出部６３２は、算出された第１基準値も記憶部６２に保存する。
【0093】
決定部６３３は、上記記憶部６２から経路関連情報を読み出し、複数の鍵リレー経路の第２基準値を計算し、第２基準値に基づき、最適な鍵リレー経路を決定する。決定部６３３は、決定された最適な鍵リレー経路情報を通信部経由で、当該鍵リレーに関連するＫＭ１０に通知する。
【0094】
制御部６３４は、ＱＫＤＮ制御装置６で行われる処理の制御を行う。例えば、制御部６３４は、各機能の起動及び動作の制御を担う。
【0095】
管理部６３５は、ＱＫＤＮ制御装置６に接続されているＫＭ１０の情報、およびＫＭ１０の数などを管理する。
【0096】
プラットフォーム部６３６は、ＱＫＤＮ制御装置６上の機能の管理と動作に必要なコンピュータのオペレーティングシステム機能、基本的なネットワーク機能、および、セキュリティ機能等を提供する。
【0097】
［情報処理装置の機能構成の例］
図６は実施形態の情報処理装置８の機能構成の例を示す図である。実施形態の情報処理装置８は、通信部８１、記憶部８２及び処理部８３を備える。なお、通信部８１、記憶部８２及び処理部８３のハードウェアによる実現方法は、ＫＭ１０の通信部１１、記憶部１２及び処理部１３と同様である。
図６は実施形態の情報処理装置８の機能構成の例を示す図である。実施形態の情報処理装置８は、通信部８１、記憶部８２及び処理部８３を備える。なお、通信部８１、記憶部８２及び処理部８３のハードウェアによる実現方法は、ＫＭ１０の通信部１１、記憶部１２及び処理部１３と同様である。
【0098】
通信部８１は、ＱＫＤによって、リンク鍵を生成するＱＫＤモジュール２ａ（ＱＫＤ装置の一例）と接続されるＫＭ１０ａ（第１鍵管理装置の一例）から、ユーザネットワークにおけるアプリケーション５ａ（送信元アプリケーションの一例）の通信の暗号化又は復号に使用されるアプリ鍵を受信する。また、このアプリ鍵は、第１のＫＳＮ１０２に属するＫＭ１０ａから、第２のＫＳＮ１０２に属するＫＭ１０ｃまでリレーするときに経由されるＫＳＮ１０２を判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、ＫＭ１０ｃまで、リンク鍵により暗号化送信され、ＫＭ１０ｃからアプリケーション５ｃに送信される。
【0099】
記憶部８２は、例えばアプリケーション５ａ（送信元アプリケーションの一例）の通信の宛先毎のアプリ鍵を記憶する。
【0100】
処理部８３は、例えばアプリケーション５ａ（送信元アプリケーションの一例）を動作させることによって、アプリケーション５ｃ（宛先アプリケーションの一例）との通信を暗号化する。
【0101】
なお、本実施形態におけるＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８の構成は一例であり、適宜、構成に変更が加えられてもよい。
【0102】
量子レイヤの量子鍵配送プロトコル、鍵管理レイヤの仕組み、または、鍵リレー方式などが異なる複数のＫＳＮ１０２が構成されることがある。
【0103】
図７は、実施形態の異なる種類のＫＳＮ１０２間の鍵リレーの例について説明するための図である。アプリケーションＡとアプリケーションＢとは、データ通信ネットワーク１０３を経由してセキュア通信を行う。
【0104】
図７の例では、ＫＭ１０及びＢＫＭ１０に当該ＫＭ１０を識別する識別情報が付与されている。例えば、ＫＭ１０ａには、識別情報ａ０１１が付与されている。図７の例では、各ＫＭ１０及び各ＢＫＭ１０を区別して説明する場合、この識別情報を使用して説明する。
【0105】
アプリケーションＡがＫＳＮ１０２ａに属するＫＭａ０１１に接続する。アプリケーションＢが、ＫＳＮ１０２ｂに属するＫＭｂ３３３に接続する。ＫＳＮ１０２ａはＩＰベースのネットワークであり、ＫＳＮ１０２ｂは非ＩＰベースのネットワークである。ＫＳＮ１０２ａとＫＳＮ１０２ｂとは、物理的に同じ場所に置かれているＢＫＭａ００ｘ及びＢＫＭｂ００ｙ、あるいは、物理的に同じ場所に置かれているＢＫＭａ９ｘｘ及びＢＫＭｂ９ｙｙによって接続される。
【0106】
ＢＫＭ１０２ａ及び１０２ｂ間のリンク（Ｌｉｎｋ＃１とＬｉｎｋ＃２）は、ＱＫＤ ｌｉｎｋｓ１０１ａ及び１０１ｂのＱＫＤリンク３に依存しない。
【0107】
また、ＫＳＮ１０２ａとＫＳＮ１０２ｂとにそれぞれＱＫＤＮ制御装置６＃ａとＱＫＤＮ制御装置６＃ｂが設置され、ＱＫＤＮ制御装置６間は、Ｌｉｎｋ＃１及びＬｉｎｋ＃２とは別のリンクで接続される。ＱＫＤＮ制御装置６間のリンクはＱＤＫリンクでもよいし、ＱＫＤ以外の方式で守られる普通のリンクでもよい。なお、ＱＫＤＮ制御装置６間のリンクが存在しない場合もある。ＱＫＤＮ制御装置６間のリンクが存在しない場合、ＢＫＭ１０間のＬｉｎｋ＃１またはＬｉｎｋ＃２を経由して情報共有する。
【0108】
なお、図７の例では、簡略化のため、鍵共有ネットワーク１０２ａ及び１０２ｂ内のＫＭ１０と、ＱＫＤリンク３のネットワーク１０１ａ及び１０１ｂ内のＱＫＤモジュール２は、全てが記載されておらず、一部のみが記載されている。
【0109】
図７に示すように、アプリケーションＡに接続するＫＭａ０１１がアプリケーションＢに接続するＫＭｂ３３３にアプリ鍵を共有する際に、宛先ＫＭｂ３３３への経路は決定できない。例えば、Ｌｉｎｋ＃１を経由する経路と、Ｌｉｎｋ＃２を経由する経路とがある。異なる種類のＫＳＮ１０２ａ及び１０２ｂ間でアプリ鍵を共有するための経路（鍵リレー経路）の決定は、各ＫＳＮ１０２設置された専用のＱＫＤＮ制御装置６によって行われる。例えば、ＱＫＤＮ制御装置６ａは、ＫＳＮ１０２内部の情報を収集し、ＫＳＮ１０２内部の情報をＱＫＤＮ制御装置６ｂに共有し、鍵リレー経路を決定する。収集されるＫＳＮ１０２内部の情報は、例えば、ＫＳＮ１０２ａにおける宛先ＫＭａ０１１からＢＫＭａ００ｘまでの経路情報、隣接するＫＳＮ１０２ｂとの接続状況、隣接するＫＳＮ１０２ｂにおけるＢＫＭｂ００ｙから宛先ＫＭｂ３３３までの経路情報などである。
【0110】
［大規模ＱＫＤＮの構成例］
ＱＤＫＮが大規模化され、ＫＭ１０の数も多くなると、鍵共有ネットワーク（ＫＳＮ）１０２の管理を効率的かつ容易にするため、鍵共有ネットワーク１０２が複数のＫＳＮドメインに分割されることが一般的である。ＫＳＮドメインでは、例えば、ＫＭ１０の数、またはＫＭ１０間のリンクの数等がある制限値（例えば、１０００）以内に制限される。
ＱＤＫＮが大規模化され、ＫＭ１０の数も多くなると、鍵共有ネットワーク（ＫＳＮ）１０２の管理を効率的かつ容易にするため、鍵共有ネットワーク１０２が複数のＫＳＮドメインに分割されることが一般的である。ＫＳＮドメインでは、例えば、ＫＭ１０の数、またはＫＭ１０間のリンクの数等がある制限値（例えば、１０００）以内に制限される。
【0111】
なお、上述したように、各ＫＳＮドメインが同じ規格、同じ規模、同じ量子プロトコルに限らない。同種類のＫＳＮ１０２の分割型として、例えば、ドメインのＫＭ数あるいはリンク数に上限を設定すると、ＫＳＮドメイン内における多くのＫＭ１０は、持つ鍵リレー経路情報が少なくなり、処理時間が短縮できるが、ドメイン外のＫＭ１０へ鍵共有する際に、特定のＫＭ１０を経由してドメイン間の鍵リレー経路の決定が必要になる。
【0112】
図８Ａは実施形態のＫＳＮドメインの例１を示す図である。図８Ａは、同種類（図８Ａの例では、ＩＰベース）の５つの鍵共有ネットワーク１０２ａ～１０２ｅ（同種類の５つのＫＳＮドメイン）が存在する場合を示す。なお、鍵共有ネットワーク１０２の数、ＱＫＤＮ制御装置６の数は任意でよく、図８Ａの例に限られない。
【0113】
図８Ａに示す５つのＫＳＮドメインは、ＩＰベースのＩＤ体系を有する。鍵管理レイヤにおける各鍵共有ネットワーク１０２ａ～１０２ｅに対して、ＱＫＤネットワーク管理レイヤにおける専用のＱＫＤＮ制御装置６ａ～６ｅが設置される。
【0114】
各ＱＫＤＮ制御装置６は、各鍵共有ネットワーク１０２のＫＭ１０から、ＫＭ１０間のリンク鍵の保有状況などの情報を周期的に収集し、収集された情報を管理する。
【0115】
鍵共有ネットワーク１０２間はドメイン間境界に設置されたＢＫＭ１０で接続される。ドメイン間境界のＢＫＭ１０は、物理的に同じ場所（ノード）に置かれる。また、ＢＫＭ１０間の情報共有は、リンク鍵の共有に使用されるＱＫＤリンク３に依存しない。
【0116】
ＱＫＤＮ制御装置６ａ～６ｅは、専用ネットワークを構築し、ＫＳＮ１０２間の接続状況（ＢＫＭ１０の接続情報）及び、鍵リレー関連情報などを共有する。ＱＫＤＮ制御装置６ａ～６ｅ間のリンクは、上述のＱＫＤリンク３でもよいし、ＱＫＤ以外の方式で守られる普通のリンクでもいい。
【0117】
図８Ｂは実施形態のＫＳＮドメインの例２を示す図である。図８Ｂは、異なる種類の鍵共有ネットワーク１０２が混在する例を示す。図８Ｂの例では、５つの鍵共有ネットワーク１０２ａ～１０２ｅが存在する。鍵共有ネットワーク１０２ａ、１０２ｃ及び１０２ｄは、ＩＰベースの鍵共有ネットワーク１０２であり、鍵共有ネットワーク１０２ｂ及び１０２ｅはｎｏｎ－ＩＰベースの鍵共有ネットワーク１０２である。なお、鍵共有ネットワーク１０２の数、ＱＫＤＮ制御装置６の数は任意でよく、図８Ｂの例に限られない。
【0118】
ＫＳＮ１０２ａにおけるＫＭ１０ａに接続しているアプリケーション（ソース）からＫＳＮ１０２ｄにおけるＫＭ１０ｄに接続しているアプリケーション（宛先）までセキュア通信を行う際に、リンク鍵の状況に従い、鍵の消費及び枯渇を避けつつ、最適なＫＳＮ１０２を経由し、宛先のＫＭ１０ｄまで効率的な鍵リレー経路を決定することが望ましい。
【0119】
そこで、本実施形態にかかる量子暗号通信システムは、リンク鍵の消費をできるだけ抑制し、最適な経由するＫＳＮドメインを選定し、鍵リレー経路の決定をする。これにより、特定のＫＭ１０におけるリンク鍵の枯渇を避けつつ、ＫＳＮ１０２間におけるアプリ鍵共有のスループットを維持しながら、システム全体でのリンク鍵の消費量を小さくすることが可能となる。
【0120】
図９は実施形態の第１基準値の計算例１を説明するための図である。図９の例を用いて、鍵リレー経路決定に関するＫＳＮドメイン選択の第１基準値の計算方法について説明する。図９では、５つのＫＳＮ１０２が存在し、ＫＳＮ１０２ｈ、ＫＳＮ１０２ｘ及びＫＳＮ１０２ｆはＩＰベースのＫＳＮであり、ＫＳＮ１０２ｕ及びＫＳＮ１０２ｓはｎｏｎ－ＩＰベースのＫＳＮである。
【0121】
ＫＳＮ１０２ｘには、適切な数のＫＭ１０が設置されている。図９の例では、ＫＭ１０及びＢＫＭ１０に当該ＫＭ１０を識別する識別情報が付与されている。図９の例では、各ＫＭ１０及び各ＢＫＭ１０を区別して説明する場合、この識別情報を使用して説明する。
【0122】
ＫＳＮ１０２ｘに属するＫＭ１０間はリンクで接続されている。ＫＳＮ１０２ｘのエッジ側に４つのＢＫＭｘ０１１、ｘ０６６、ｘ６３３及びｘ８５７が設置され、４つのＢＫＭｘ０１１、ｘ０６６、ｘ６３３及びｘ８５７によって隣接の４つのＫＳＮ１０２ｕ、１０２ｈ、１０２ｆ及び１０２ｓと接続される。
【0123】
なお、ＫＭ１０の数、ＫＭ１０間のリンクの数、ＢＫＭ１０の数、ＫＳＮ１０２の数、ＱＫＤＮ制御装置６の数は図９の例に限られない。
【0124】
以下、鍵リレー経路にＫＳＮ１０２ｘを選択するか否かを判断する第１基準値の計算方法について説明する。第１基準値の計算方法には、主に二つの方式がある。
方式１：ＫＳＮ１０２全体ベースの第１基準値（下記のオプション１からオプション４）
方式２：ＫＳＮ１０２内部のルートベースの第１基準値（下記のオプション５からオプション８）
方式１：ＫＳＮ１０２全体ベースの第１基準値（下記のオプション１からオプション４）
方式２：ＫＳＮ１０２内部のルートベースの第１基準値（下記のオプション５からオプション８）
【0125】
まずは、方式１について説明する。ＱＫＤＮ制御装置６ｘの通信部６１は、ＫＳＮ１０２内部の各ＫＭ１０（ＢＫＭ１０を含む）間のリンクのリンク鍵残量を、周期的に取得する。ＱＫＤＮ制御装置６ｘの処理部６３は、全てのリンクのリンク鍵残量に基づきＫＳＮ１０２全体ベースの第１基準値を計算する。
【0126】
そのため、方法１では、全てのＫＭ１０がＱＫＤＮ制御装置６ｘに接続することを前提とする。ＫＳＮ１０２ｘ全体ベースの第１基準値の計算方法として、以下のオプション１からオプション４のような計算方法がある。
【0127】
＜オプション１＞
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能な鍵残量の合計値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。合計値は、例えば下記式（２）により算出される。
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能な鍵残量の合計値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。合計値は、例えば下記式（２）により算出される。
【0128】
【数2】
【0129】
ここで、ＯｏｗｎはＫＳＮ１０２ｘの第１基準値を示す。ｉはＫＳＮ１０２ｘ内の全てのリンクの数を示す。Ａｉ
ｋｅｙはリンクｉで利用可能な鍵残量を示す。また、アプリ鍵の共有は双方向通信のため、各リンクの利用可能な鍵残量を送信用（暗号化）と受信用（復号）とに分ける場合もある。各リンクの利用可能な鍵残量は変わらないが、アプリ鍵の共有が効率的にできる。その場合、上記の算出式の一つのリンクの利用可能な鍵残量も、２つ分（送信用（暗号化）及び受信用（復号））の合計値となる。
【0130】
＜オプション２＞
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能な鍵残量の平均値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。平均値は、例えば下記式（３）により算出される。
出される。
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能な鍵残量の平均値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。平均値は、例えば下記式（３）により算出される。
出される。
【0131】
【数3】
【0132】
ここで、Ｏｏｗｎ、ｉ及びＡｉ
ｋｅｙの意味は、上述の式（２）と同じである。
【0133】
全てのリンクの利用可能な鍵残量の合計値（オプション１）、あるいは、全てのリンクの利用可能な鍵残量の平均値（オプション２）をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする利点として、以下の２点がある。
（１）各ＫＭ１０の計算量が少ない。
（２）ＱＫＤＮ制御装置６ｘにより周期的に取得されたリンク鍵状況に基づき、第１基準値Ｏを効率的に算出することが可能である。
（１）各ＫＭ１０の計算量が少ない。
（２）ＱＫＤＮ制御装置６ｘにより周期的に取得されたリンク鍵状況に基づき、第１基準値Ｏを効率的に算出することが可能である。
【0134】
また、欠点は、あるリンクの利用可能な鍵残量が、鍵リレー経路上の他のリンクの利用可能な鍵残量との差が極めて大きい場合、鍵リレー速度は、鍵残量が小さいリンクで利用可能な鍵残量に制限される。
【0135】
例えば、ＫＳＮ１０２ｘ内のリンクの数が５０個であり、１リンクだけ利用可能な鍵残量が１０Ｇｂｉｔｓであり、残りの４９リンクの利用可能な鍵残量が全て０．００１Ｇｂｉｔｓであるとする。この場合、実際に利用可能な鍵残量である０．００１Ｇｂｉｔｓよりも、合計値又は平均値による第１基準値が高くなる。この第１基準値に基づき、ＫＳＮ１０２ｘが選択された場合、鍵リレー速度は、実際に利用可能な鍵残量である０．００１Ｇｂｉｔｓに基づく速度に制限される（ボトルネック）。
【0136】
＜オプション３＞
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能なリンク鍵残量の最小値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。最小値は、例えば下記式（４）により算出される。
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能なリンク鍵残量の最小値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。最小値は、例えば下記式（４）により算出される。
【0137】
【数4】
【0138】
ここで、Ｏｏｗｎ、ｉ及びＡｉ
ｋｅｙの意味は、上述の式（２）と同じである。
【0139】
全てのリンクで利用可能なリンク鍵残量の最小値をＫＳＮの第１基準値Ｏとする利点として、
（１）各ＫＭ１０の計算量が少ない。
（２）ＱＫＤＮ制御装置６ｘにより周期的に取得されたリンク鍵状況に基づき、第１基準値Ｏを効率的に算出することが可能である。
（３）ＫＳＮ１０２ｘが選択される場合、少なくともリンク鍵残量の最小値以上のアプリ鍵の共有が保証される。
（１）各ＫＭ１０の計算量が少ない。
（２）ＱＫＤＮ制御装置６ｘにより周期的に取得されたリンク鍵状況に基づき、第１基準値Ｏを効率的に算出することが可能である。
（３）ＫＳＮ１０２ｘが選択される場合、少なくともリンク鍵残量の最小値以上のアプリ鍵の共有が保証される。
【0140】
また、欠点は、リンク鍵残量が、最小値であるリンクが実際に鍵リレー経路として利用されない場合もあるが、第１基準値は、この最小値で表されてしまう。
【0141】
例えば、ＫＳＮ１０２ｕのＫＭ１０から、ＫＳＮ１０２ｘを経由してＫＳＮ１０２ｆのＫＭ１０へアプリ鍵が共有される際に、ＫＳＮ１０２ｕに接続されるエッジ側のＢＫＭｘ０１１から、ＫＳＮ１０２ｆに接続されるエッジ側のＢＫＭｘ６３３まで、５つのルートが存在し、どのルートのボトルネックも最小値であるリンクより大きいリンク鍵残量を持つとする。すなわち、リンク鍵残量が、最小値であるリンクが、どのルートにも含まれていないとする。この場合でも、ＫＳＮ＃ｘが選択されるか否かを判断する第１基準値は、この最小値で表されてしまう。
【0142】
＜オプション４＞
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能な鍵残量の中央値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。各リンクの利用可能なリンク鍵残量を大きさの順に並べ替えると、例えば、｛Ａ’１，Ａ’２，Ａ’３，・・・，Ａ’ｉ｝となる。中央値は、例えば下記式（５）により算出される。
例えば、ＫＳＮ１０２ｘにおける全てのリンクの利用可能な鍵残量の中央値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。各リンクの利用可能なリンク鍵残量を大きさの順に並べ替えると、例えば、｛Ａ’１，Ａ’２，Ａ’３，・・・，Ａ’ｉ｝となる。中央値は、例えば下記式（５）により算出される。
【0143】
【数5】
【0144】
全てのリンクの利用可能なリンク鍵残量の中央値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする利点として、ちょうど順番が真ん中になる値のため、平均値より極端に高い（もしくは低い）値があることによる影響を受けない。
【0145】
欠点として、中央値のリンク鍵残量が第１基準値として使用されるが、実際にリレー経路で使われるリンクのリンク鍵残量が中央値より小さい場合、このリレー経路では中央値より小さい利用可能なリンク鍵残量しか提供されない。
【0146】
上記のオプション１からオプション４により、ＫＳＮ１０２ｘ全体ベースの第１基準値が計算できる。なお、上記第１基準値の算出方法は一例であり、これらに限られるものではない。第１基準値は、判断対象のＫＳＮ１０２ｘに含まれる複数のＫＭ１０及びＢＫＭ１０で保有されているリンク鍵の残量の合計値、平均値、最小値及び中央値の少なくとも１つに基づき算出されてもよい。
【0147】
また、全体ベースの第１基準値であるため、どのＫＳＮ１０２からどのＫＳＮ１０２までに関係なく、同じ第１基準値となる。例えば、図９の例の場合、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｘを経由してＫＳＮ１０２ｆまで鍵リレーをする場合、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｘを経由してＫＳＮ１０２ｈまで鍵リレーをする場合、及び、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｘを経由してＫＳＮ１０２ｓまで鍵リレーをする場合が、全て同じ第１基準値Ｏになる。
【0148】
また、ＫＳＮ１０２ｘ全体ベースの第１基準値が用いられる場合、各ＫＭ１０（ＢＫＭ１０）の計算量が少ない利点がある。
【0149】
次に、方式２について説明する。
【0150】
図１０は実施形態の第１基準値の計算例２を説明するための図である。ＱＫＤＮ制御装置６ｘの通信部６１は、ＫＳＮ１０２ｘ内部の各ＢＫＭ１０間の鍵リレールートを周期的に取得する。ＱＫＤＮ制御装置６ｘの処理部６３は、ＫＳＮ１０２ｘ内の鍵リレールートに基づきＫＳＮ１０２ｘのルートベースの第１基準値を計算する。
【0151】
そのため、ＱＫＤＮ制御装置６ｘの処理部６３は、ＫＳＮ１０２ｘ内の鍵リレールートを計算する必要がある。ＫＳＮ１０２ｘ内の鍵リレールートは任意のルーティング方式で決定される。例えば、ＩＰベースのＫＳＮ１０２ｘの場合、既存のルーティングプロトコルであるＯＳＰＦを利用して、各リンクの利用可能な鍵残量のボトルネックに合わせて、鍵リレールートと選定する。ＫＳＮ１０２ｘのルートベースの第１基準値として、以下のオプション５からオプション８のような計算方法がある。
【0152】
＜オプション５＞
例えば、ＢＫＭ１０間の最適鍵リレールートの利用可能な鍵残量ボトルネック値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。
例えば、ＢＫＭ１０間の最適鍵リレールートの利用可能な鍵残量ボトルネック値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。
【0153】
この場合、図１０に示すように、例えば、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｆまでＫＳＮ１０２ｘを経由する場合、ルート＃１～＃ｊがある。例えば、ルート＃１は、複数のリンク｛Ｌｉｎｋ１，Ｌｉｎｋ２，Ｌｉｎｋ３，・・・，Ｌｉｎｋｋ｝を経由してアプリ鍵を共有する。各リンクの利用可能な鍵残量は、例えば、上記の算出式（１）で算出され、ルート＃１の利用可能な鍵残量Ａｒｏｕｔｅ＿ｉｄのボトルネックは、例えば、下記の算出式（６）で算出される。
【0154】
【数6】
【0155】
また、処理部６３は、ＢＫＭｘ０１１からＢＫＭｘ６３３までの他のルート＃２～＃ｊについても、ルート＃１と同様に、利用可能な鍵残量Ａｒｏｕｔｅ＿ｉｄを計算する。そして、処理部６３は、ルート＃１～＃ｊから最適なルートを選定する。最適なルートは、例えば下記式（７）により算出される。
【0156】
【数7】
【0157】
ここで、第１基準値ＯＦｒｏｍ，Ｔｏ
Ｏｗｎは、送信元（Ｆｒｏｍ）、宛先（Ｔｏ）、経由（Ｏｗｎ）を明記する。
【0158】
例えば、各鍵リレールートのうち、ルート＃２の利用可能な鍵残量のボトルネックが最大となる場合、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｆまでＫＳＮ１０２ｘを経由する第１基準値は、ルート＃２の利用可能なリンク鍵残量のボトルネックにより表される。
【0159】
なお、各リンクの利用可能なリンク鍵残量は、ＫＭ１０側で計算される。そのほかの計算は、例えばＢＫＭ１０によって実施され、ＱＫＤＮ制御装置６ｘに周期的に報告することでもよい。また例えば、ＱＫＤＮ制御装置６ｘが周期的に情報を収集し、最適ルートの第１基準値ＯＦｒｏｍ，Ｔｏ
Ｏｗｎを計算してもよい。
【0160】
＜オプション６＞
例えば、ＢＫＭ１０間の最適な３つの鍵リレールートの利用可能な鍵残量ボトルネック値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。オプション５と基本的に同じ算出方法であるが、最適なルートを算出する際に、最適なルートだけではなく、２番目によいルート及び３番目によいルートの利用可能なリンク鍵残量のボトルネックも算出する。そして、そのベスト３のルートの利用可能なリンク鍵残量のボトルネックの合計値・平均値を第１基準値Ｏとする。
例えば、ＢＫＭ１０間の最適な３つの鍵リレールートの利用可能な鍵残量ボトルネック値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。オプション５と基本的に同じ算出方法であるが、最適なルートを算出する際に、最適なルートだけではなく、２番目によいルート及び３番目によいルートの利用可能なリンク鍵残量のボトルネックも算出する。そして、そのベスト３のルートの利用可能なリンク鍵残量のボトルネックの合計値・平均値を第１基準値Ｏとする。
【0161】
アプリ鍵を共有する際に、最初から最後まで一つのルートで実施することもあるが、リンクの利用可能なアプリ鍵残量が足りない場合、リンク鍵の補充を待つより、別の鍵リレールートを変更し、アプリ鍵の共有を継続することが一般的である。
【0162】
なお、オプション６の第１基準値Ｏの算出方法は、ルート変更の可能性も考慮されていると考えられるので、オプション５と比べ、より適切である。なお、上記のベスト３のルートの算出方法は一例であり、考慮されるルートの数は３に限られない。
【0163】
オプション５とオプション６は、ボトルネックだけを考慮した計算方法であるが、ボトルネック以外のリソース情報が考慮されてもよい。
【0164】
＜オプション７＞
例えば、ＢＫＭ１０間の最適鍵リレールートの利用可能な鍵残量ボトルネックとホップ数とを合わせるリファレンス値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。この場合、図１０に示すように、例えば、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｆまでＫＳＮ１０２ｘを経由する場合、ＢＫＭｘ０１１からＢＫＭｘ６３３までの鍵リレーのルート＃１は、複数のリンク｛Ｌｉｎｋ１，Ｌｉｎｋ２，Ｌｉｎｋ３，・・・，Ｌｉｎｋｋ｝を経由してアプリ鍵を共有する。各リンクの利用可能な鍵残量は、例えば、上記の算出式（１）で算出され、ルート＃１の利用可能な鍵残量Ａｒｏｕｔｅ＿ｉｄのボトルネックは、例えば、上記の算出式（６）で算出される。
例えば、ＢＫＭ１０間の最適鍵リレールートの利用可能な鍵残量ボトルネックとホップ数とを合わせるリファレンス値をＫＳＮ１０２ｘの第１基準値Ｏとする。この場合、図１０に示すように、例えば、ＫＳＮ１０２ｕからＫＳＮ１０２ｆまでＫＳＮ１０２ｘを経由する場合、ＢＫＭｘ０１１からＢＫＭｘ６３３までの鍵リレーのルート＃１は、複数のリンク｛Ｌｉｎｋ１，Ｌｉｎｋ２，Ｌｉｎｋ３，・・・，Ｌｉｎｋｋ｝を経由してアプリ鍵を共有する。各リンクの利用可能な鍵残量は、例えば、上記の算出式（１）で算出され、ルート＃１の利用可能な鍵残量Ａｒｏｕｔｅ＿ｉｄのボトルネックは、例えば、上記の算出式（６）で算出される。
【0165】
また、上記ルート＃１のホップ数Ｈｒｏｕｔｅ＝ｋである。したがって、上記ルート＃１のリファレンス値ＲＶは、例えば下記式（８）により算出される。
【0166】
【数8】
【0167】
ここでは、α及びβは重みを表す係数であり、０より大きい任意の実数である。処理部６３は、ＢＫＭｘ０１１からＢＫＭｘ６３３までの他のルート＃２～＃ｊについても、ルート＃１と同様に、リファレンス値ＲＶを計算する。そして、処理部６３は、ルート＃１～＃ｊから最適なルートを選定する。最適なルートは、例えば下記式（９）により算出される。
【0168】
【数9】
【0169】
＜オプション８＞
オプション６と同じように、オプション７の計算方法に従い、例えば、最適なルートだけではなく、２番目によいルート及び３番目によいルートの利用可能なリンク鍵残量ボトルネックとホップ数とを合わせるリファレンス値も算出する。そして、そのベスト３のルートの利用可能なリンク鍵残量のボトルネックとホップ数とを合わせるリファレンス値の合計値・平均値を第１基準値とする。なお、上記のベスト３のルートの算出方法は一例であり、考慮されるルートの数は３に限られない。
オプション６と同じように、オプション７の計算方法に従い、例えば、最適なルートだけではなく、２番目によいルート及び３番目によいルートの利用可能なリンク鍵残量ボトルネックとホップ数とを合わせるリファレンス値も算出する。そして、そのベスト３のルートの利用可能なリンク鍵残量のボトルネックとホップ数とを合わせるリファレンス値の合計値・平均値を第１基準値とする。なお、上記のベスト３のルートの算出方法は一例であり、考慮されるルートの数は３に限られない。
【0170】
上記のオプション５からオプション８により、ＫＳＮ１０２ｘのルートベースの第１基準値０が計算できる。上記のオプション５からオプション８の第１基準値の算出方法は一例であり、これらに限られない。例えば、第１基準値は、判断対象のＫＳＮ１０２ｘ内の経路に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネック、及び、当該経路に含まれるリンクのホップ数の少なくとも一方に基づき算出されてもよい。リンク鍵の残量のボトルネックは、判断対象のＫＳＮ１０２ｘに含まれる複数の経路の候補のリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネックの合計値及び平均値の少なくとも一方に基づき算出されてもよい。また例えば、第１基準値は、複数の経路の候補に含まれるリンクのホップ数の合計値又は平均値の少なくとも一方に、更に基づき算出されてもよい。
【0171】
方式１と比べ、ＢＫＭ１０の計算量が多いが、ソースＫＳＮ１０２と宛先ＫＳＮ１０２の違いにより、実際に利用されるルートが異なるため、計算されたＫＳＮ１０２ｘの第１基準値も違う。したがって、より最適な鍵リレールートが選定できる。
【0172】
図１１は実施形態の鍵リレー経路の決定方法の例を説明するための図である。図１１の例は、ＫＳＮ１０２ａに属するＫＭａ０１１（ＫＭ１０ａ）からＫＳＮ１０２ｄに属するＫＭｄ６１６（ＫＭ１０ｄ）までアプリ鍵を共有する場合について説明する。
【0173】
まず、各ＫＳＮ１０２専用のＱＫＤＮ制御装置６が、鍵リレー経路の決定に使用される情報を収集する。例えば、ＫＳＮ１０２ａの場合、ソースＫＭ（ＫＭａ０１１）からＫＳＮ１０２ａのＫＳＮドメイン内のＢＫＭ１０へのファレンス値ＲＶをＱＫＤＮ制御装置６＃ａに通知する。
【0174】
同様に、ＫＳＮ１０２ｄの場合、ＫＳＮ１０２ｄのＫＳＮドメイン内のＢＫＭ１０から宛先ＫＭ１０までへのファレンス値ＲＶをＱＫＤＮ制御装置６＃ｄに通知する。
【0175】
また、経由されるＫＳＮ１０２のＫＳＮドメインのＱＫＤＮ制御装置６の処理部６３は、上記の計算方法に従い、第１基準値Ｏを計算する。次に、各ＱＫＤＮ制御装置６は、経路関連情報（例えば、ＫＭ１０が属するＫＳＮドメイン情報、ＫＳＮ１０２間の接続状況、及び、各ＫＳＮ１０２を経由するか否か判断するための第１基準値）を共有する。
【0176】
最後に、ＱＫＤＮ制御装置６ａの処理部６３は、複数の鍵リレー経路の中で、例えば、一番大きい第２基準値に基づき経路を決定する。すなわち、処理部６３は、経由されるＫＳＮ１０２が、アプリ鍵のリレー経路に複数、含まれる場合、それぞれのＫＳＮ１０２の第１基準値から、アプリ鍵を送るときに経由される複数のＫＳＮ１０２を判断する第２基準値を算出し、第２基準値に基づきリレー経路を決定する。
【0177】
第２基準値について、以下で説明する。
【0178】
例えば、複数のＫＳＮドメイン｛ＫＳＮ１，ＫＳＮ２，ＫＳＮ３，・・・，ＫＳＮｑ｝を経由する経路で鍵リレーを実施するとする。経由されるＫＳＮドメインの数はｑ＝ΣＫＳＮｓである。ここでは、ソースＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２と、宛先ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２も含まれる。図１１の例では、Ｐａｔｈ＃１の場合、ＫＳＮ１０２ｂを経由するため、ＫＳＮ１０２ａとＫＳＮ１０２ｄを含め、ｑ＝３である。
【0179】
複数のＫＳＮドメインを経由する経路の第２基準値は、例えば下記式（１０）による決定方式（１）で算出される。
【0180】
決定方式（１）：経由する全てのＫＳＮ１０２の第１基準値のボトルネックを鍵リレー経路の第２基準値とする。
【0181】
【数10】
【0182】
ここで、ＯＫＳＮ１はソースＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２のファレンス値を表す。ＯＫＳＮｑは宛先ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２のファレンス値を表す。ＱＫＤＮ制御装置６の処理部６３は、そのほかの経由するＫＳＮ１０２の第１基準値ＯＦｒｏｍ，Ｔｏ
Ｏｗｎを、例えば、上記の８種類のオプションで計算する。
【0183】
決定方式（２）：ソースＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２と、宛先ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２のファレンス値と、経路する全てのＫＳＮ１０２との第１基準値の平均値を下記式（１１）で計算し、この平均値を鍵リレー経路の第２基準値とする。
【0184】
【数11】
【0185】
図１１の例の場合、ＱＫＤＮ制御装置６ａの処理部６３は、Ｐａｔｈ＃１、Ｐａｔｈ＃２及びＰａｔｈ＃３は上記の２つの決定方式で第２基準値を計算する。その後、ＱＫＤＮ制御装置６の処理部６３は、例えば下記の式（１２）により、最適な鍵リレー経路を決定する。
【0186】
【数12】
【0187】
なお、上記の算出式は一例であり、これらに限られない。例えば、第２基準値は、複数の経由されるＫＳＮ１０２の第１基準値のボトルネック及び平均値の少なくとも一方に基づき算出されてもよい。
【0188】
［ＱＫＤＮ制御方法の例］
図１２は実施形態のＱＫＤＮ制御方法の例を示すフローチャートである。ＱＫＤＮ制御装置６は、定期的に、ＱＫＤＮ制御装置６が管理するＫＳＮ１０２のＫＭ１０から、鍵リレー経路の決定に使用される情報を収集する。また、ＱＫＤＮ制御装置６間も定期的に鍵リレー経路の決定に使用される情報を共有する。
図１２は実施形態のＱＫＤＮ制御方法の例を示すフローチャートである。ＱＫＤＮ制御装置６は、定期的に、ＱＫＤＮ制御装置６が管理するＫＳＮ１０２のＫＭ１０から、鍵リレー経路の決定に使用される情報を収集する。また、ＱＫＤＮ制御装置６間も定期的に鍵リレー経路の決定に使用される情報を共有する。
【0189】
まず、ＱＫＤＮ制御装置６の処理部６３は、ＫＭ１０間でアプリ鍵を共有する要求があったら、ＫＭ１０の所属情報のテーブル（後述の図１３）を参照し、宛先のＫＳＮ情報（宛先ＫＭ１０及び宛先ＫＳＮ１０）を確定する（ステップＳ１）。次に、処理部６３は、接続状況情報のテーブル（後述の図１４）を参照し、宛先ＫＭ１０までの経由するＢＫＭ１０及びＫＳＮ１０２を確定する（ステップＳ２）。
【0190】
次に、処理部６３は、第１基準値情報のテーブル（後述の図１５）を参照し、各鍵リレー経路の第２基準値を計算する（ステップＳ３）。次に、処理部６３は、計算された第２基準値に従い、最適な鍵リレー経路を決定する（ステップＳ４）。ステップＳ４までの最適な鍵リレー経路決定は周期的な情報更新により変化する。
【0191】
最後に、処理部６３は、最適な鍵リレー経路を決定されたら、ＱＫＤＮ制御装置６間のネットワーク経由で、関連のＫＭ１０に鍵リレー経路関連情報を送信する（ステップＳ５）。
【0192】
なお、処理部６３は、接続情報テーブルを参照することによって、宛先ＫＭ１０までの鍵リレー経路において、どのＢＫＭ１０及びＫＳＮ１０２を経由すればよいかを確定できる。経由されるＫＳＮ１０２内ＢＫＭ１０間の鍵リレールートは各ＫＳＮ１０２のルーティング方式に従う。
【0193】
図１３は実施形態の所属情報の例を示す図である。図１３に示すテーブルは、ＱＫＤＮ制御装置６ａのテーブルである。このテーブルは主に３つの部分、種別、ＫＭ ＩＤ及びＫＳＮ ＩＤからなる。種別は２種類に分かれる。各ＫＳＮ１０２に属するＫＭ１０から収集され、登録したＩＤ情報には、ｉｎｓｉｄｅ情報として、「ｉ」が付けられる。一方、ＱＫＤＮ制御装置６間で共有され、登録されたＩＤ情報には、ｏｕｔｓｉｄｅ情報として、「ｏ」が付けられる。
【0194】
ＫＭａ０１１のＩＤ情報は、例えば、ＩＰｖ４アドレスの場合、１６．１０．１．１である。ＫＳＮ１０２のＩＤは、例えば、ＫＭａ０１１が属するＫＳＮ１０２ａの場合、＃ａである。ＫＭ１０のＩＤ情報は、ＫＭ１０のＩＤだけを含んでもよいし、ＫＳＮ１０２のＩＤも含んでもよい。図１３の例では、ＫＭａ０１１はＩＰベースのＩＤ体系となり、ＫＭｄ６１６は非ＩＰベースのＩＤ体系を示す。
【0195】
図１４は実施形態の接続状況情報の例を示す図である。図１４に示すテーブルは、ＱＫＤＮ制御装置６＃ａのテーブルである。このテーブルは主に５つの部分、種別、接続されているＫＳＮのＩＤの組と、接続されているＢＫＭのＩＤの組とからなる。種別は、図１３と同じなので説明を省略する。
【0196】
図１４の第一行目を例として説明すると、ＫＳＮ１０２ａとＫＳＮ１０２ｂがＢＫＭａ０６２とＢＫＭｂ０５３とで接続される。この第一行目の情報は、例えばＢＫＭａ０６２から取得された情報となる。
【0197】
図１５は実施形態の第１基準値情報の例を示す図である。図１５に示すテーブルは、各ＱＫＤＮ制御装置６間で共有された情報から作成される。このテーブルは主に５つの部分、種別、始点とするＫＳＮ１０２のＩＤと、経由されるＫＳＮ１０２のＩＤと、終点とするＫＳＮ１０２のＩＤと、第１基準値とからなる。図１５の２行目と３行目とを例として説明すると、ＫＳＮ１０２ｃからＫＳＮ１０２ｄまで鍵リレー経路を決定する場合、２行目はＫＳＮ１０２ｂを経由するなら、第１基準値はＯｂ
ｃ，ｄであることを示し、３行目はＫＳＮ１０２ｅを経由するなら、第１基準値はＯｅ
ｃ，ｄであることを示す。
【0198】
鍵リレー経路が決定されたら、ＫＭ１０間はアプリ鍵の共有を行う。鍵リレーの際に、ＱＫＤＮ制御装置６との交流があるか否かにより、２つの種類のメッセージ構成例がある。
【0199】
図１６は実施形態の鍵リレーメッセージのヘッダフォーマットの例１を示す図である。図１６は、ＱＫＤＮ制御装置６間で交流する場合の鍵リレーメッセージのヘッダフォーマットの一例を示す。ヘッダ部分は６のフィールドから成り立っている。
【0200】
Ｖｅｒｓｉｏｎは、ＫＭ１０のバージョンを示すフィールドである。例えば、ＩＰｖ４の場合、０ｘ０４がＶｅｒｓｉｏｎに格納され、ＩＰｖ６の場合、０ｘ０６がＶｅｒｓｉｏｎに格納される、非ＩＰの場合、０ｘ１０がＶｅｒｓｉｏｎに格納される。
【0201】
Ｔｙｐｅは、メッセージの種類を示すフィールドである。例えば、ＫＳＮ１０２内の鍵リレーを行う場合、０ｘ０１がＴｙｐｅに格納され、ＫＳＮ１０２を経由して鍵リレーを行う場合、０ｘ１０がＴｙｐｅに格納される。
【0202】
Ｌｅｎｇｔｈは、メッセージの長さを示すフィールドである。
【0203】
Ｃｈｅｃｋｓｕｍは、エラーチェックのフィールドである。
【0204】
Ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ＫＳＮｓは、鍵リレー経路に関連するＫＳＮ１０２の数を示すフィールドであり、ソースＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２と、宛先ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２とが含まれる。
【0205】
Ｎｅｘｔ ＢＫＭ ＩＤ （Ｏｐｔｉｏｎａｌ）は、次に経由されるＫＳＮ１０２のＢＫＭ１０のＩＤを示すフィールドである。
【0206】
Ｓｏｕｒｃｅ ＫＭ ＩＤは、ソースＫＭ１０のＩＤ情報を示すフィールドである。
【0207】
Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＫＭ ＩＤは、宛先のＫＭのＩＤ情報を示すフィールドである。
【0208】
Ｋｅｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎは、アプリ鍵情報を示すフィールドである。例えば、アプリ鍵のＩＤとそのＩＤに対応するアプリ鍵などがＫｅｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎに格納される。
【0209】
なお、ＱＫＤＮ制御装置６は、次に経由されるＫＳＮ１０２のＢＫＭ ＩＤを、対応するＱＫＤＮ制御装置６に問い合わせし、次のＢＫＭ１０を確定することによってＮｅｘｔ ＢＫＭ ＩＤのフィールドを更新する。ＫＳＮ１０２内の鍵リレーを行う場合、このフィールドは使用しない。
【0210】
また、Ｋｅｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎフィールドは、例えばＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４（非特許文献２）に従う。
【0211】
図１７は実施形態の鍵リレーメッセージのヘッダフォーマットの例２を示す図である。図１７は、ＱＫＤＮ制御装置６間と交流しない場合の鍵リレーメッセージのヘッダフォーマットの一例である。鍵リレー経路が決定された場合、経路情報がヘッダに含まれる。図１８の例では、図１６と比べ、経路情報の部分が追加されている。経路情報の部分は主に以下のフィールドがある。
【0212】
Ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ＫＳＮｓは、鍵リレー経路に関連するＫＳＮ１０２の数を示すフィールドであり、ソースＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２と、宛先ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２が含まれる。
【0213】
Ｃｕｒｒｅｎｔ ＫＳＮ ＩＤは、現在どのＫＳＮ１０２でアプリ鍵の鍵リレーを実施しているかを表すフィールドである。
【0214】
Ｓｏｕｒｃｅ ＫＳＮ ＩＤは、ソースＫＭ１０に属するＫＳＮ１０２のＩＤを表すフィールドである。
【0215】
Ｓｏｕｒｃｅ ＫＭ ＩＤは、ソースＫＭ１０のＩＤを表すフィールドである。
【0216】
Ｒｅｌａｙ ＫＳＮ ＩＤは、鍵リレー経路が経由するＫＳＮ１０２のＩＤを表すフィールドである。
【0217】
Ｆｒｏｍ ＢＫＭ ＩＤは、鍵リレー経路が経由するＫＳＮ１０２の始点ＢＫＭ１０のＩＤを表すフィールドである。
【0218】
Ｔｏ ＢＫＭ ＩＤは、鍵リレー経路が経由するＫＳＮ１０２の終点ＢＫＭ１０のＩＤを表すフィールドである。
【0219】
Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＫＳＮ ＩＤは、宛先ＫＭ１０が属するＫＳＮ１０２のＩＤを表すフィールドである。
【0220】
Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＫＭ ＩＤは、宛先ＫＭ１０のＩＤを表すフィールドである。
【0221】
なお、Ｒｅｌａｙ ＫＳＮ ＩＤと、Ｆｒｏｍ ＢＫＭ ＩＤと、Ｔｏ ＢＫＭ ＩＤは経由するＫＳＮ１０２の数による複数存在することがある。
【0222】
なお、ＱＫＤＮ制御装置６と交流しない場合、アプリ鍵の量により、オーバーヘッドが高くなる。一方、ＱＫＤＮ制御装置６との通信が不要になり、遅延を短縮することが可能になる。
【0223】
図１８は実施形態の集中管理の構成の例を示す図である。図１８の例では、ＱＫＤＮ制御装置６は権威ルートサーバ装置９に接続する。所属情報、接続状況情報及び第１基準値情報（図１３乃至１５）などの関連情報は、権威ルートサーバ装置９で統一管理される。ＱＫＤＮ制御装置６は、ユーザネットワークにおけるアプリケーション５からアプリ鍵が要求される際に、権威ルートサーバ装置９に関連情報を問い合わせる。ＱＫＤＮ制御装置６は、権威ルートサーバ装置９から応答メッセージに基づき、鍵リレー経路を決定する。
【0224】
権威ルートサーバ装置９の情報更新については、情報が常に更新される場合、権威ルートサーバ装置９とＱＫＤＮ制御装置６とが一致するシーケンス番号を付ける。鍵リレー経路を決定する時だけ、権威ルートサーバ装置９の情報が更新される場合、関連するＱＫＤＮ制御装置６が、鍵リレー経路の決定の問い合わせがあったときに、権威ルートサーバ装置９へ最新の情報を通知する。
【0225】
なお、権威ルートサーバ装置９とＱＫＤＮ制御装置６との間のリンクはＱＫＤリンク３でもよいし、ＱＫＤ以外の方式で守られる普通のリンクでもよい。
【0226】
以上、説明したように、例えば、実施形態のＫＭ１０ａでは、通信部１１（通信インターフェースの一例）が、ＱＫＤＮ制御装置６ａから、ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリ鍵を、宛先のＫＭ１０まで送る経路情報を受信する。そして、処理部１３が、経路情報から、アプリケーション５ａと接続されるＫＭ１０ａが属するＫＳＮ１０２ａ（第１鍵共有ネットワークの一例）にあり、かつ、ＫＳＮ１０２ｂ（第２鍵共有ネットワークの一例）と接続されるＢＫＭ１０を特定し、アプリケーション５ａと接続されるＫＭ１０ａからＫＳＮ１０２ｂと接続されるＢＫＭ１０までのＫＳＮ１０２ａ内の経路を、ＫＳＮ１０２ａのリソース情報に基づき決定し、当該経路を使用して、リンク鍵で暗号化されたアプリ鍵を通信部１１に送らせる。
【0227】
また、実施形態のＱＫＤＮ制御装置６ａでは、処理部６３が、例えば、ＫＳＮ１０２ａに属するＫＭ１０ａ（第１鍵管理装置の一例）から、ＫＳＮ１０２ｄ（第２鍵共有ネットワークの一例）に属するＫＭ１０ｄ（第２鍵管理装置の一例）まで、アプリ鍵を送るときに経由されるＫＳＮ１０２ｄを判断する第１基準値を算出する。処理部６３は、アプリ鍵を、ＫＭ１０ａからＫＭ１０ｄまで送るときに経由されるＫＳＮ１０２を、第１基準値に基づき決定する。そして、通信部６１（通信インターフェースの一例）が、経由されるＫＳＮ１０２を示す経路情報を、ＫＭ１０ａに送信する。
【0228】
これにより実施形態の量子暗号通信システムによれば、ＱＫＤネットワークの規模に関わらず、暗号鍵を送る最適な経路を決定することができる。
【0229】
最後に、本実施形態にかかるＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８のハードウェア構成の例について説明する。
【0230】
［ハードウェア構成の例］
図１９は実施形態のＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８のハードウェア構成の例を示す図である。ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８は、ＣＰＵ２０１などの制御装置、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ２０３などの記憶装置、及び、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ２０４を備える。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及び通信Ｉ／Ｆ２０４は、バス２０５により接続される。
図１９は実施形態のＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８のハードウェア構成の例を示す図である。ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８は、ＣＰＵ２０１などの制御装置、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ２０３などの記憶装置、及び、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ２０４を備える。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及び通信Ｉ／Ｆ２０４は、バス２０５により接続される。
【0231】
例えば、ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８で実行されるプログラムは、ＲＯＭ２０２等に予め組み込まれて提供される。
【0232】
また例えば、ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、及び、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。
【0233】
さらに、ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
【0234】
ＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８で実行されるプログラムは、コンピュータを上述したＫＭ１０、ＱＫＤＮ制御装置６及び情報処理装置８の各部として機能させうる。このコンピュータは、ＣＰＵ２０１がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムをＲＡＭ２０３などの主記憶装置上に読み出して実行することができる。
【0235】
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。
【0236】
（付記）
なお、上記の実施形態を、以下の技術案にまとめることができる。
なお、上記の実施形態を、以下の技術案にまとめることができる。
【0237】
技術案１
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置であって、
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部と、
を備える鍵管理装置。
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置であって、
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部と、
を備える鍵管理装置。
【0238】
技術案２
前記リソース情報は、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出される前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つに基づき算出されるリンク鍵の状態情報を含み、
前記処理部は、前記経路の候補に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の状態情報に基づき、前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つから算出される値を、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出し、前記値が最小となるリンクを、リンクのボトルネックとして特定し、前記経路の候補に含まれる前記リンクのボトルネックに基づき前記経路を決定する、
技術案１に記載の鍵管理装置。
前記リソース情報は、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出される前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つに基づき算出されるリンク鍵の状態情報を含み、
前記処理部は、前記経路の候補に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の状態情報に基づき、前記リンク鍵の生成速度、保有量及び消費速度の少なくとも１つから算出される値を、前記経路の候補に含まれるリンク毎に算出し、前記値が最小となるリンクを、リンクのボトルネックとして特定し、前記経路の候補に含まれる前記リンクのボトルネックに基づき前記経路を決定する、
技術案１に記載の鍵管理装置。
【0239】
技術案３
前記リソース情報は、前記経路の候補毎に算出された前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までのホップ数を更に含み、
前記処理部は、前記ホップ数に更に基づき前記経路を決定する、
技術案２に記載の鍵管理装置。
前記リソース情報は、前記経路の候補毎に算出された前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までのホップ数を更に含み、
前記処理部は、前記ホップ数に更に基づき前記経路を決定する、
技術案２に記載の鍵管理装置。
【0240】
技術案４
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置であって、
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェースと、
を備えるＱＫＤＮ制御装置。
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置であって、
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェースと、
を備えるＱＫＤＮ制御装置。
【0241】
技術案５
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークに含まれるリンクの通信の暗号化又は復号の少なくとも一方に使用され、前記判断対象の鍵共有ネットワークに含まれる複数の鍵管理装置で保有されているリンク鍵の残量の合計値、平均値、最小値及び中央値の少なくとも１つに基づき算出される、
技術案４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークに含まれるリンクの通信の暗号化又は復号の少なくとも一方に使用され、前記判断対象の鍵共有ネットワークに含まれる複数の鍵管理装置で保有されているリンク鍵の残量の合計値、平均値、最小値及び中央値の少なくとも１つに基づき算出される、
技術案４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【0242】
技術案６
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークの経路に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネック、及び、前記経路に含まれるリンクのホップ数の少なくとも一方に基づき算出される、
技術案４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークの経路に含まれるリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネック、及び、前記経路に含まれるリンクのホップ数の少なくとも一方に基づき算出される、
技術案４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【0243】
技術案７
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークに含まれる複数の経路の候補のリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネックの合計値及び平均値の少なくとも一方に基づき算出される、
技術案４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
前記第１基準値は、判断対象の鍵共有ネットワークに含まれる複数の経路の候補のリンクで使用されるリンク鍵の残量のボトルネックの合計値及び平均値の少なくとも一方に基づき算出される、
技術案４に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【0244】
技術案８
前記第１基準値は、前記複数の経路の候補に含まれるリンクのホップ数の合計値又は平均値の少なくとも一方に、更に基づき算出される、
技術案７に記載のＱＫＤＮ制御装置。
前記第１基準値は、前記複数の経路の候補に含まれるリンクのホップ数の合計値又は平均値の少なくとも一方に、更に基づき算出される、
技術案７に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【0245】
技術案９
前記処理部は、前記経由される鍵共有ネットワークが、前記アプリケーション鍵のリレー経路に複数、含まれる場合、それぞれの鍵共有ネットワークの第１基準値から、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される複数の前記鍵共有ネットワークを判断する第２基準値を算出し、前記第２基準値に基づき前記リレー経路を決定する、
技術案４乃至８のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置。
前記処理部は、前記経由される鍵共有ネットワークが、前記アプリケーション鍵のリレー経路に複数、含まれる場合、それぞれの鍵共有ネットワークの第１基準値から、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される複数の前記鍵共有ネットワークを判断する第２基準値を算出し、前記第２基準値に基づき前記リレー経路を決定する、
技術案４乃至８のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【0246】
技術案１０
前記第２基準値は、複数の前記経由される鍵共有ネットワークの第１基準値のボトルネック及び平均値の少なくとも一方に基づき算出される、
技術案９に記載のＱＫＤＮ制御装置。
前記第２基準値は、複数の前記経由される鍵共有ネットワークの第１基準値のボトルネック及び平均値の少なくとも一方に基づき算出される、
技術案９に記載のＱＫＤＮ制御装置。
【0247】
技術案１１
技術案４乃至１０のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置である、第１ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置と、
前記第１鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第１アプリケーションと、
前記第２鍵共有ネットワークに属する前記第２鍵管理装置と、
前記第２鍵管理装置と接続される第２ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第２鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第２アプリケーションと、
を備える量子暗号通信システム。
技術案４乃至１０のいずれか１項に記載のＱＫＤＮ制御装置である、第１ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置と、
前記第１鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第１アプリケーションと、
前記第２鍵共有ネットワークに属する前記第２鍵管理装置と、
前記第２鍵管理装置と接続される第２ＱＫＤＮ制御装置と、
前記第２鍵管理装置から前記アプリケーション鍵を受信する第２アプリケーションと、
を備える量子暗号通信システム。
【0248】
技術案１２
ＱＫＤによってリンク鍵を生成する第１ＱＫＤ装置及び第２ＱＫＤ装置を更に備え、
前記第１ＱＫＤ装置は、前記第１鍵管理装置に前記リンク鍵を送信し、
前記第２ＱＫＤ装置は、前記第２鍵管理装置に前記リンク鍵を送信する、
技術案１１に記載の量子暗号通信システム。
ＱＫＤによってリンク鍵を生成する第１ＱＫＤ装置及び第２ＱＫＤ装置を更に備え、
前記第１ＱＫＤ装置は、前記第１鍵管理装置に前記リンク鍵を送信し、
前記第２ＱＫＤ装置は、前記第２鍵管理装置に前記リンク鍵を送信する、
技術案１１に記載の量子暗号通信システム。
【0249】
技術案１３
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と接続される第１鍵管理装置から、ユーザネットワークにおける宛先アプリケーションとの通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を受信する通信インターフェースと、
送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化する処理部と、を備え、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理装置。
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と接続される第１鍵管理装置から、ユーザネットワークにおける宛先アプリケーションとの通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を受信する通信インターフェースと、
送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化する処理部と、を備え、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理装置。
【0250】
技術案１４
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置の鍵管理方法であって、
鍵管理装置が、前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を通信インターフェースに送らせるステップと、
を含む鍵管理方法。
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置の鍵管理方法であって、
鍵管理装置が、前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定するステップと、
前記鍵管理装置が、前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を通信インターフェースに送らせるステップと、
を含む鍵管理方法。
【0251】
技術案１５
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置のＱＫＤＮ制御方法であって、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信するステップと、
を含むＱＫＤＮ制御方法。
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置のＱＫＤＮ制御方法であって、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定するステップと、
前記ＱＫＤＮ制御装置が、前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信するステップと、
を含むＱＫＤＮ制御方法。
【0252】
技術案１６
情報処理装置が、ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と接続される第１鍵管理装置から、ユーザネットワークにおける宛先アプリケーションとの通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を受信するステップと、
前記情報処理装置が、送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化するステップと、を含み、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理方法。
情報処理装置が、ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と接続される第１鍵管理装置から、ユーザネットワークにおける宛先アプリケーションとの通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を受信するステップと、
前記情報処理装置が、送信元アプリケーションを動作させることによって、前記宛先アプリケーションとの通信を暗号化するステップと、を含み、
前記アプリケーション鍵は、第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値に基づき決定された経路情報を使用して、前記第２鍵管理装置まで、前記リンク鍵により暗号化送信され、前記第２鍵管理装置から前記宛先アプリケーションに送信される、
情報処理方法。
【0253】
技術案１７
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置を、
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部、
として機能させるためのプログラム。
ＱＫＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって、リンク鍵を生成するＱＫＤ装置と、ユーザネットワークのアプリケーションと、ＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置とに接続される鍵管理装置を、
前記ＱＫＤＮ制御装置から、前記ユーザネットワークにおける通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、宛先の鍵管理装置まで送る経路情報を受信する通信インターフェースと、
前記経路情報から、前記アプリケーションと接続される鍵管理装置が属する第１鍵共有ネットワークにあり、かつ、第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置を特定し、
前記アプリケーションと接続される鍵管理装置から前記第２鍵共有ネットワークに接続される鍵管理装置までの前記第１鍵共有ネットワーク内の経路を、前記第１鍵共有ネットワークのリソース情報に基づき決定し、
前記経路を使用して、前記リンク鍵で暗号化されたアプリケーション鍵を前記通信インターフェースに送らせる処理部、
として機能させるためのプログラム。
【0254】
技術案１８
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置を、
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェース、
として機能させるためのプログラム。
ユーザネットワークにおけるアプリケーション間で通信の暗号化又は復号に使用されるアプリケーション鍵を、アプリケーションに送信する第１鍵管理装置と接続されるＱＫＤＮ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）制御装置を、
第１鍵共有ネットワークに属する前記第１鍵管理装置から、第２鍵共有ネットワークに属する第２鍵管理装置まで、前記アプリケーション鍵を送るときに経由される鍵共有ネットワークを判断する第１基準値を算出し、
前記アプリケーション鍵を、前記第１鍵管理装置から前記第２鍵管理装置まで送るときに経由される鍵共有ネットワークを、前記第１基準値に基づき決定する処理部と、
前記経由される鍵共有ネットワークを示す経路情報を、前記第１鍵管理装置に送信する通信インターフェース、
として機能させるためのプログラム。
【符号の説明】
【0255】
１ ノード
２ ＱＫＤモジュール
３ ＱＫＤリンク
４ ＱＫＤネットワークコントローラ
５ アプリケーション
６ ＱＫＤＮ制御装置
７ ユーザネットワーク制御装置
８ 情報処理装置
９ 権威ルートサーバ装置
１０ 鍵管理装置（ＫＭ）
１１ 通信部
１２ 記憶部
１３ 処理部
６１ 通信部
６２ 記憶部
６３ 処理部
８１ 通信部
８２ 記憶部
８３ 処理部
１００ 量子暗号通信ネットワーク
１０１ ＱＫＤリンクのネットワーク
１０２ 鍵共有ネットワーク
１０３ データ通信ネットワーク
１１１ ＫＭ通信部
１１２ 制御通信部
１１３ アプリ通信部
１３１ 算出部
１３２ 管理部
１３３ 情報交換部
１３４ 実行部
１３５ 鍵処理部
１３６ 提供部
１３７ 制御部
１３８ プラットフォーム部
６１１ ＫＭ通信部
６１２ 制御通信部
６３１ 情報交換部
６３２ 算出部
６３３ 決定部
６３４ 制御部
６３５ 管理部
６３６ プラットフォーム部
２ ＱＫＤモジュール
３ ＱＫＤリンク
４ ＱＫＤネットワークコントローラ
５ アプリケーション
６ ＱＫＤＮ制御装置
７ ユーザネットワーク制御装置
８ 情報処理装置
９ 権威ルートサーバ装置
１０ 鍵管理装置（ＫＭ）
１１ 通信部
１２ 記憶部
１３ 処理部
６１ 通信部
６２ 記憶部
６３ 処理部
８１ 通信部
８２ 記憶部
８３ 処理部
１００ 量子暗号通信ネットワーク
１０１ ＱＫＤリンクのネットワーク
１０２ 鍵共有ネットワーク
１０３ データ通信ネットワーク
１１１ ＫＭ通信部
１１２ 制御通信部
１１３ アプリ通信部
１３１ 算出部
１３２ 管理部
１３３ 情報交換部
１３４ 実行部
１３５ 鍵処理部
１３６ 提供部
１３７ 制御部
１３８ プラットフォーム部
６１１ ＫＭ通信部
６１２ 制御通信部
６３１ 情報交換部
６３２ 算出部
６３３ 決定部
６３４ 制御部
６３５ 管理部
６３６ プラットフォーム部
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】