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JP2015012311A - Quantum cryptography apparatus and wiretapping prevention method used for quantum cryptography apparatus - Google Patents

Quantum cryptography apparatus and wiretapping prevention method used for quantum cryptography apparatus Download PDF

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JP2015012311A
JP2015012311A JP2013133771A JP2013133771A JP2015012311A JP 2015012311 A JP2015012311 A JP 2015012311A JP 2013133771 A JP2013133771 A JP 2013133771A JP 2013133771 A JP2013133771 A JP 2013133771A JP 2015012311 A JP2015012311 A JP 2015012311A
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Japan
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quantum cryptography
auxiliary light
light source
cryptography device
transmission
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JP2013133771A
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Japanese (ja)
Inventor
健志 浅井
Kenji Asai
健志 浅井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】使用する光検出器の数を増やす必要がなく、乱数生成器も必須としない構成で、プローブ光の位相以外の測定データに対しても、量子暗号装置の情報を盗聴されないようにする。
【解決手段】暗号処理される光信号とは無関係な補助光を発する補助光源(16、25)を含んで構成され、盗聴者が、伝送路(30)を介してプローブ光を入射し、盗聴用の測定データを取得しようとした場合に、プローブ光と、補助光源から発する補助光とを混ぜ合わせることで、測定データを補助光のデータ値とする盗聴防止機能を有し、盗聴者によるサイドチャネル攻撃に対する耐性を有する量子暗号装置を実現する。
【選択図】図1
The present invention relates to a configuration that does not require an increase in the number of photodetectors to be used and does not require a random number generator, so that measurement data other than the phase of probe light is not wiretapped. .
An eavesdropper is configured to include auxiliary light sources (16, 25) that emit auxiliary light that is not related to an optical signal to be encrypted, and an eavesdropper enters probe light via a transmission path (30) to eavesdrop. When acquiring measurement data for use, the probe light and the auxiliary light emitted from the auxiliary light source are mixed to provide an eavesdropping prevention function that uses the measurement data as the data value of the auxiliary light. A quantum cryptography device having resistance against a channel attack is realized.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、盗聴者によるサイドチャネル攻撃に対する耐性を備えた量子暗号装置および量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法に関する。   The present invention relates to a quantum cryptography device having resistance against a side channel attack by an eavesdropper and an eavesdropping prevention method used for the quantum cryptography device.

量子鍵配布(QKD:Quantum Key Distribution)を行うと、通信を行う二者間で安全に秘密鍵を共有することができる。ここで、「安全に」とは、攻撃者の能力に制限を課さないことを意味し(無条件安全性)、このような安全性を量子力学の原理を用いて証明できることが、QKD最大の利点と言える。   When quantum key distribution (QKD) is performed, a secret key can be securely shared between two parties performing communication. Here, “safely” means that no limit is imposed on the attacker's ability (unconditional safety), and that the ability to prove such safety using the principle of quantum mechanics is the largest in QKD. This is an advantage.

ただし、その証明の前提として、盗聴者は、送受信者の量子暗号装置を繋ぐ量子通信路(量子ビット(通常は、微弱コヒーレント光)を送受信するための通信路)、および公開通信路(公開情報を送受信するための認証機能付きの通信路)に対しては攻撃できるが、量子暗号装置に対してはアクセスできないとしている。   However, as a premise of the proof, an eavesdropper can use a quantum communication channel (communication channel for transmitting and receiving quantum bits (usually weak coherent light)) that connects the sender and the receiver's quantum cryptography device, and a public communication channel (public information). The communication path with an authentication function for transmitting and receiving the message can be attacked, but the quantum cryptography apparatus cannot be accessed.

一方、サイドチャネル攻撃と呼ばれる暗号解読手法がある。これは、メッセージや暗号文だけを用いて暗号解読を行うのではなく、暗号装置の振る舞い、例えば、暗号化のための演算時間・装置からの放射電磁波・消費電力などの情報も加味して解析を行う手法である。   On the other hand, there is a cryptanalysis technique called a side channel attack. This analysis is not based on decryption using only messages and ciphertext, but also by considering the behavior of the cryptographic device, for example, information such as the calculation time for encryption, the electromagnetic wave radiated from the device, and the power consumption. It is a technique to do.

上述したように、量子暗号の安全性証明では、盗聴者が、装置にアクセスできないことを前提としている。しかしながら、実際には、盗聴者が装置にアクセスできないといったことはなく、量子暗号装置に対するサイドチャネル攻撃が多数研究されている。したがって、実際に量子暗号装置を作る際には、安全性証明の際に課した前提を満たせるよう、これらのサイドチャネル攻撃に耐性をもつような実装を行うべきである。   As described above, the security proof of quantum cryptography assumes that an eavesdropper cannot access the device. However, in practice, an eavesdropper cannot access the device, and many side channel attacks against the quantum cryptography device have been studied. Therefore, when actually creating a quantum cryptography device, it should be implemented so as to be resistant to these side channel attacks so as to satisfy the assumptions imposed at the time of security proof.

上述した量子暗号装置に対するサイドチャネル攻撃の一つに、Trojan horse attackがある。この攻撃は、量子通信路を介して外部から量子暗号装置にプローブ光を入射し、装置の情報、特に、送受信者の送信/受信基底を盗聴するものである。本攻撃に対する従来の対策案として、基底の選択を能動的に行わない手法(例えば、特許文献1参照)や、基底情報の乗ったプローブ光の状態をさらに変化させる手法(例えば、非特許文献1参照)等が提案されている。   One of the side channel attacks on the quantum cryptography apparatus described above is Trojan horse attack. In this attack, probe light is incident on the quantum cryptography apparatus from the outside via the quantum communication path, and the information of the apparatus, in particular, the transmission / reception base of the sender / receiver is eavesdropped. As conventional countermeasures against this attack, a method that does not actively select a base (for example, refer to Patent Document 1), or a method that further changes the state of probe light carrying the base information (for example, Non-Patent Document 1). Etc.) have been proposed.

特許第5146681号公報Japanese Patent No. 5146682

N. Gisin, S. Fasel, B. Kraus, H. Zbinden, and G. Ribordy Phys.Rev. A 73, 022320 (2006)N. Gisin, S.M. Fasel, B.B. Kraus, H.C. Zbinden, and G.G. Ribbon Phys. Rev. A 73, 023320 (2006)

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1では、基底の選択を能動的に行わない代わりに、受信側量子暗号装置の光検出器として、従来の方式よりも多くの台数を使用しなければいけない(通常は、2つであるが、特許文献1では4つ)。また、非特許文献1では、プローブ光に対してランダムな変調を行うために、乱数生成器を追加して使用する必要がある。
However, the prior art has the following problems.
In Patent Document 1, instead of actively performing base selection, a larger number of detectors must be used as the photodetectors of the reception-side quantum cryptography device than in the conventional method (normally two). However, in Patent Document 1, there are four). In Non-Patent Document 1, it is necessary to additionally use a random number generator in order to perform random modulation on the probe light.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、使用する光検出器の数を増やす必要がなく、乱数生成器も必須としない構成で、プローブ光の位相以外の測定データに対しても、量子暗号装置の情報を盗聴されないようにする盗聴防止機能を有する量子暗号装置および量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is not necessary to increase the number of photodetectors to be used, and does not require a random number generator, and measures other than the phase of the probe light. An object of the present invention is to obtain a quantum cryptography device having an eavesdropping preventing function for preventing information on the quantum cryptography device from being eavesdropped on data, and an eavesdropping prevention method used for the quantum cryptography device.

本発明に係る量子暗号装置は、盗聴者によるサイドチャネル攻撃に対する耐性を有する量子暗号装置であって、暗号処理される光信号とは無関係な補助光を発する補助光源を含んで構成され、盗聴者が、伝送路を介してプローブ光を入射し、盗聴用の測定データを取得しようとした場合に、プローブ光と、補助光源から発する補助光とを混ぜ合わせることで、測定データを補助光のデータ値とする盗聴防止機能を有するものである。   A quantum cryptography device according to the present invention is a quantum cryptography device having resistance against side channel attacks by an eavesdropper, and includes an auxiliary light source that emits auxiliary light that is not related to an optical signal to be encrypted. However, when probe light is incident through the transmission line and measurement data for eavesdropping is to be acquired, the measurement data is converted to auxiliary light data by mixing the probe light with the auxiliary light emitted from the auxiliary light source. It has an eavesdropping prevention function as a value.

また、本発明に係る量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法は、盗聴者によるサイドチャネル攻撃に対する耐性を有するとともに、暗号処理される光信号とは無関係な補助光を発する補助光源を含んで構成される量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法であって、盗聴者が、伝送路を介してプローブ光を入射し、盗聴用の測定データを取得しようとした場合に、プローブ光と、補助光源から発する補助光とを混ぜ合わせることで、測定データを補助光のデータ値とする盗聴防止ステップを有するものである。   The wiretapping prevention method used in the quantum cryptography device according to the present invention includes an auxiliary light source that has resistance against a side channel attack by an eavesdropper and emits auxiliary light that is unrelated to the optical signal to be encrypted. An eavesdropping prevention method used in a quantum cryptography device that emits probe light and an auxiliary light source when an eavesdropper enters probe light through a transmission line and attempts to acquire measurement data for eavesdropping. By mixing with auxiliary light, there is an eavesdropping prevention step in which the measurement data becomes the data value of the auxiliary light.

本発明によれば、送受信者が新たに用意した補助光源を用いて、盗聴者の測定データ値を、補助光源から出力される鍵共有には用いない光のデータ値とすることにより、使用する光検出器の数を増やす必要がなく、乱数生成器も必須としない構成で、プローブ光の位相以外の測定データに対しても、量子暗号装置の情報を盗聴されないようにする盗聴防止機能を有する量子暗号装置および量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法を得ることができる。   According to the present invention, using the auxiliary light source newly prepared by the transmitter / receiver, the measurement data value of the eavesdropper is used as the light data value not used for key sharing output from the auxiliary light source. Eliminates the need to increase the number of photodetectors and does not require a random number generator, and has an eavesdropping prevention function that prevents information on the quantum cryptography device from being eavesdropped on measurement data other than the phase of the probe light. The quantum cryptography device and the wiretapping prevention method used for the quantum cryptography device can be obtained.

本発明の実施の形態1における量子暗号装置の構成図である。It is a block diagram of the quantum cryptography apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における送信側量子暗号装置が有する盗聴防止機能の説明図である。It is explanatory drawing of the eavesdropping prevention function which the transmission side quantum cryptography apparatus in Embodiment 1 of this invention has. 本発明の実施の形態1における受信側量子暗号装置が有する盗聴防止機能の説明図である。It is explanatory drawing of the eavesdropping prevention function which the receiving side quantum cryptography apparatus in Embodiment 1 of this invention has.

以下、本発明の量子暗号装置および量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a quantum cryptography device and an eavesdropping prevention method used in the quantum cryptography device of the invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における量子暗号装置の構成図である。本実施の形態1における量子暗号装置は、大きく分けて、送信側量子暗号装置10、受信側量子暗号装置20、および両装置間を結ぶ伝送路30の3つで構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a quantum cryptography apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The quantum cryptography apparatus according to the first embodiment is roughly composed of three parts: a transmission-side quantum cryptography apparatus 10, a reception-side quantum cryptography apparatus 20, and a transmission path 30 that connects the two apparatuses.

そして、送信側量子暗号装置10は、レーザ光源(LD)11、送信側PLC(Planer Light wave Circuit)12、送信側位相変調器(PM)13、光アッテネータ(ATT)14、光ファイバカプラ15、および補助光源(Source)16を備えて構成されている。また、受信側量子暗号装置20は、光ファイバカプラ21、受信側位相調整器(PM)22、受信側PLC23、光子検出器24、および補助光源(Source)25を備えて構成されている。また、伝送路30には、光ファイバが使用されている。   The transmission-side quantum cryptography device 10 includes a laser light source (LD) 11, a transmission-side PLC (Planer Light wave Circuit) 12, a transmission-side phase modulator (PM) 13, an optical attenuator (ATT) 14, an optical fiber coupler 15, And an auxiliary light source (Source) 16. The reception-side quantum cryptography apparatus 20 includes an optical fiber coupler 21, a reception-side phase adjuster (PM) 22, a reception-side PLC 23, a photon detector 24, and an auxiliary light source (Source) 25. An optical fiber is used for the transmission line 30.

以下、送信側量子暗号装置10および受信側量子暗号装置20のそれぞれにおける盗聴防止動作を説明する。
まず始めに、送信側量子暗号装置10における盗聴防止機能について説明する。
<送信側量子暗号装置の説明>
送信側量子暗号装置10では、まず、レーザ光源11からパルス状の光(信号光)が発せられ、送信側PLC12へと入射する。この送信側PLC12は、非対称マッハツェンダー干渉計(2つの入力と、2つの出力、および、長さの異なる2つの経路Long arm、Short armから構成される干渉計)であり、入射した信号光は、内部で2つのパルスに分割される。
Hereinafter, an eavesdropping preventing operation in each of the transmission-side quantum cryptography device 10 and the reception-side quantum cryptography device 20 will be described.
First, an eavesdropping prevention function in the transmission-side quantum cryptography device 10 will be described.
<Description of transmitting side quantum cryptography device>
In the transmission-side quantum cryptography device 10, first, pulsed light (signal light) is emitted from the laser light source 11 and enters the transmission-side PLC 12. This transmission side PLC 12 is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer (interferometer configured with two inputs, two outputs, and two paths Long arm and Short arm having different lengths). , Internally divided into two pulses.

それぞれの信号光パルスは、Long arm、Short armを伝播した後、さらに2つずつに分割され、PLCの出力ポート1、2から時間的に離れた2連信号光パルスが出力される。   Each signal light pulse propagates through a long arm and a short arm, and is further divided into two, and a duplex signal light pulse separated in time from the output ports 1 and 2 of the PLC is output.

ここで、送信側PLC12の内部の温度は、ペルチエ素子等を用いることによって、一定に保っておく必要がある。これは、上述した2連光パルス間の遅延量を一定に保っておくことに相当する。なお、送信側PLC12の出力ポート2から出力された2連光パルスは、以降、使用されない。   Here, it is necessary to keep the temperature inside the transmission side PLC 12 constant by using a Peltier element or the like. This corresponds to keeping the delay amount between the above-mentioned two light pulses constant. Note that the dual light pulse output from the output port 2 of the transmission side PLC 12 is not used thereafter.

次に、出力ポート1から出力された2連信号光パルスは、送信側位相変調器13へと入射する。送信側位相変調器13では、2連信号光パルスの間に相対的な位相差を付加する。与える位相差量φAは、例えば(−π/2、0、π/2、π)のいずれかをランダムに選択する。   Next, the duplex signal light pulse output from the output port 1 enters the transmission-side phase modulator 13. In the transmission-side phase modulator 13, a relative phase difference is added between the duplex signal light pulses. As the phase difference amount φA to be given, for example, any one of (−π / 2, 0, π / 2, π) is selected at random.

この位相φAが、鍵共有に用いる鍵情報、および送信側の基底情報である。その後、相対位相差φAの付いた2連信号光パルスは、光アッテネータ14によって、1パルスあたりの光の強度を、単一光子レベルにまで減光される。   This phase φA is key information used for key sharing and base information on the transmitting side. Thereafter, the double signal light pulse with the relative phase difference φA is attenuated by the optical attenuator 14 to the intensity of light per pulse to a single photon level.

2連信号光パルスの光強度は、送信側量子暗号装置10から出力される際に、単一光子レベルになっていればよい。従って、減光操作は、例えば、レーザ光源11から光が出力された直後、あるいは送信側PLC12の出力ポート1の直後に行ってもよい。   The light intensity of the duplex signal light pulse only needs to be at a single photon level when output from the transmission-side quantum cryptography apparatus 10. Therefore, the dimming operation may be performed, for example, immediately after the light is output from the laser light source 11 or immediately after the output port 1 of the transmission side PLC 12.

減光された2連信号光パルスは、その後、光ファイバカプラ15の入力ポート1へと入射し、最後に出力ポート1から出力され、伝送路30へと入射する。なお、光ファイバカプラ15の出力ポート2から出力された2連信号光パルスは、以降、使用されない。   The dimmed duplex signal light pulse then enters the input port 1 of the optical fiber coupler 15, and is finally output from the output port 1 and enters the transmission line 30. It should be noted that the duplex signal light pulse output from the output port 2 of the optical fiber coupler 15 is not used thereafter.

図2は、本発明の実施の形態1における送信側量子暗号装置10が有する盗聴防止機能の説明図である。ここで、Trojan horse attackを行う盗聴者の観点からすると、量子暗号装置の動作情報、特に、上述した位相φAを得ることが目的である。そのために、盗聴者は、先ず、量子暗号装置と接続している伝送路30を介して、送信側量子暗号装置10にプローブ光を入射する(図2におけるステップS21に相当)。すると、このプローブ光は、送信側量子暗号装置10内の内部を通過し、各光コンポーネント接続点等において反射して(図2におけるステップS22に相当)、再び伝送路30へと戻る。   FIG. 2 is an explanatory diagram of an eavesdropping prevention function of the transmission-side quantum cryptography apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. Here, from the viewpoint of an eavesdropper performing Trojan horse attack, the object is to obtain the operation information of the quantum cryptography device, particularly the phase φA described above. For this purpose, the eavesdropper first enters probe light into the transmission-side quantum cryptography device 10 via the transmission path 30 connected to the quantum cryptography device (corresponding to step S21 in FIG. 2). Then, the probe light passes through the inside of the transmission-side quantum cryptography apparatus 10, is reflected at each optical component connection point or the like (corresponding to step S22 in FIG. 2), and returns to the transmission path 30 again.

プローブ光は、送信側量子暗号装置10の内部を通過していることから、装置の状態を反映しており、盗聴者は、その戻ってきたプローブ光を測定することで、装置の情報を得る。特に、送信側量子暗号装置10内の送信側位相変調器13が、(−π/2、0、π/2、π)のいずれかの設定を維持している時間中に、プローブ光が送信側位相変調器13を通過すると、プローブ光にはφAの情報が乗る。すなわち、盗聴者は、送信者(送信側量子暗号装置10)の選択した鍵共有に用いる鍵、および、基底に関わる情報を得ることができる。   Since the probe light passes through the inside of the transmission-side quantum cryptography device 10, it reflects the state of the device, and the eavesdropper obtains device information by measuring the returned probe light. . In particular, the probe light is transmitted during the time that the transmission-side phase modulator 13 in the transmission-side quantum cryptography apparatus 10 maintains any setting of (−π / 2, 0, π / 2, π). When passing through the side phase modulator 13, information of φA is carried on the probe light. That is, the eavesdropper can obtain the key used for key sharing selected by the sender (transmission-side quantum cryptography apparatus 10) and information related to the base.

話を送信者の視点に戻す。送信者からすると、自身の選択した鍵、および、基底の情報を盗聴者に知られたくない。そこで、本実施の形態1では、盗聴者のプローブ光の状態、特に、位相状態を変化させるために、送信側量子暗号装置10では、鍵共有には用いない光を使用する。そこで、送信側量子暗号装置10内では、鍵共有には用いない光(すなわち、暗号処理される光信号とは無関係な補助光)を発するための光源を補助光源16として備え、この補助光源16を上述の光ファイバカプラ15の入力ポート2と接続する。補助光源16が発する光としては、CW(Continuous Wave:連続波)光、および時間的にランダムなパルス光が考えられる。   Return the story to the sender's perspective. From the sender's point of view, the eavesdropper does not want to know his / her selected key and base information. Therefore, in the first embodiment, in order to change the probe light state of the eavesdropper, particularly the phase state, the transmitting-side quantum cryptography apparatus 10 uses light that is not used for key sharing. Therefore, in the transmission-side quantum cryptography apparatus 10, a light source for emitting light that is not used for key sharing (that is, auxiliary light unrelated to the optical signal to be encrypted) is provided as the auxiliary light source 16, and the auxiliary light source 16 Is connected to the input port 2 of the optical fiber coupler 15 described above. As the light emitted from the auxiliary light source 16, CW (Continuous Wave) light and temporally random pulse light can be considered.

どちらの場合においても、光ファイバカプラ15から伝送路30へ入射する際に、送信者の信号光パルスと時間的に重複しないように、補助光源16を駆動する。また、補助光源16が発する光信号の強度は、盗聴者からのプローブ光の反射光と同程度、もしくはそれ以上であるとする。補助光源16からの光の位相は、ランダムに変化させてもよいが、させなくてもよい。ランダムに変化させない場合には、乱数生成器が不要である。   In either case, the auxiliary light source 16 is driven so that it does not overlap in time with the signal light pulse of the sender when entering the transmission line 30 from the optical fiber coupler 15. Further, it is assumed that the intensity of the optical signal emitted from the auxiliary light source 16 is approximately the same as or higher than the reflected light of the probe light from the eavesdropper. The phase of the light from the auxiliary light source 16 may be changed randomly, but may not be changed. If it is not changed randomly, a random number generator is unnecessary.

以上のように、送信側量子暗号装置10を動作させることで、盗聴者のプローブ光は、補助光源16からの光と混ぜ合わされて、同じタイミングで伝送路30へ入射する(図2におけるステップS23に相当)こととなる。このように、盗聴者からのプローブ光と補助光源16からの光を混ぜ合わさせることで、盗聴者の測定データ値は、送信者が用意した補助光源16の光のデータ値とすることができる。この補助光源16による測定データの操作は、位相に加え、他の測定データについても同様のことが言え、これにより、鍵や基底情報を含む送信側量子暗号装置10の情報漏洩を防ぐことができる。   As described above, by operating the transmission-side quantum cryptography device 10, the probe light of the eavesdropper is mixed with the light from the auxiliary light source 16 and enters the transmission line 30 at the same timing (step S23 in FIG. 2). Equivalent). Thus, by mixing the probe light from the eavesdropper and the light from the auxiliary light source 16, the measurement data value of the eavesdropper can be the light data value of the auxiliary light source 16 prepared by the sender. The operation of the measurement data by the auxiliary light source 16 can be applied to the other measurement data in addition to the phase, thereby preventing information leakage of the transmission-side quantum cryptography apparatus 10 including the key and the base information. .

次に、受信側量子暗号装置20における盗聴防止機能について説明する。
<受信側量子暗号装置の説明>
受信側量子暗号装置20では、まず、伝送路30から出力された2連光パルスが、光ファイバカプラ21の入力ポート1へと入射し、出力ポート1から出力される。光ファイバカプラ21の出力ポート2には、受信側と同様に、補助光源25が接続されている。補助光源25の動作については、後述する。
Next, an eavesdropping prevention function in the reception-side quantum cryptography device 20 will be described.
<Description of receiving-side quantum cryptography device>
In the reception-side quantum cryptography device 20, first, the double light pulse output from the transmission path 30 enters the input port 1 of the optical fiber coupler 21 and is output from the output port 1. An auxiliary light source 25 is connected to the output port 2 of the optical fiber coupler 21 as in the receiving side. The operation of the auxiliary light source 25 will be described later.

次に、2連光パルスは、受信側位相変調器22へと入力される。受信側位相変調器22では、送信側で行ったのと同様に、2連光パルスの間に相対的な位相差を付加する。与える位相差量φBは、例えば(0、π/2)のいずれかをランダムに選択する。この位相φBが、受信者の基底情報である。   Next, the double light pulse is input to the reception-side phase modulator 22. The reception-side phase modulator 22 adds a relative phase difference between the two series of optical pulses in the same manner as performed on the transmission side. As the phase difference amount φB to be given, for example, any one of (0, π / 2) is selected at random. This phase φB is the basis information of the receiver.

次に、受信側位相変調器22から出力された2連光パルスは、受信側PLC23の入力ポート1へと入射する。受信側PLC23では、送信側PLC12と同様に、2連光パルスのそれぞれが2つのパルスずつに分割され、Long armとShort armを伝播した後、出力ポート1、出力ポート2に出力される。   Next, the double light pulse output from the reception-side phase modulator 22 enters the input port 1 of the reception-side PLC 23. In the reception side PLC 23, each of the duplex light pulses is divided into two pulses, and propagates through the long arm and the short arm, and then is output to the output port 1 and the output port 2, as in the transmission side PLC 12.

このとき、送信側PLC12と同様に、受信側PLC23内部の温度も、一定に保ち、かつ、送信側PLC12で生じた2連光パルス間の遅延量と同じ量の遅延を生じさせる温度設定とすることで、Long armを伝播したパルスのうちの前方のパルスと、Short armを伝播したパルスのうちの後方のパルスが干渉し、3連光パルスとなって出力される。この3連光パルスのうち、真ん中のパルスが、共有する秘密鍵の基となるデータである。   At this time, similarly to the transmission side PLC 12, the temperature inside the reception side PLC 23 is also kept constant and is set to a temperature setting that causes a delay of the same amount as the delay amount between the two optical pulses generated in the transmission side PLC 12. Thus, the front pulse among the pulses propagated through the long arm and the rear pulse among the pulses propagated through the short arm interfere with each other, and are output as a triplet light pulse. Of these triplex light pulses, the middle pulse is data that is the basis of the shared secret key.

また、干渉した光パルス(3連光パルスの真ん中のパルス)が、出力ポート1、出力ポート2のどちらから出力されるかは、送信側位相変調器13で付加した位相差量φAと、受信側位相変調器22で付加した位相差量φBの組み合わせにより変化する。   Whether the interfering optical pulse (the middle pulse of the triplet optical pulse) is output from the output port 1 or the output port 2 depends on the phase difference amount φA added by the transmission-side phase modulator 13 and the reception. It changes depending on the combination of the phase difference amount φB added by the side phase modulator 22.

最後に、受信側PLC23から出力された3連光パルスのうち、真ん中のパルスを光子検出器24にて検出するために、当該パルスが入射するタイミングで光子検出器24を駆動し検出する。送受信者は、検出したパルスデータを基にして、秘密鍵の共有を行う。   Finally, in order to detect the middle pulse among the triplet light pulses output from the receiving side PLC 23 with the photon detector 24, the photon detector 24 is driven and detected at the timing when the pulse is incident. The sender / receiver shares a secret key based on the detected pulse data.

ここで、送信側量子暗号装置10でも考えたように、受信側量子暗号装置20に対するTrojan horse attackを考える。図3は、本発明の実施の形態1における受信側量子暗号装置20が有する盗聴防止機能の説明図である。   Here, as considered in the transmission-side quantum cryptography device 10, the Trojan horse attack for the reception-side quantum cryptography device 20 is considered. FIG. 3 is an explanatory diagram of an eavesdropping prevention function of the reception-side quantum cryptography apparatus 20 according to Embodiment 1 of the present invention.

盗聴者の目的は、受信側量子暗号装置20の動作情報、特に、上述した位相φBを得ることである。そのために、盗聴者は、量子暗号装置と接続している伝送路30を介して、受信側量子暗号装置20にプローブ光を入射する(図3におけるステップS31に相当)。入射したプローブ光は、受信側量子暗号装置20内の内部を通過し、各光コンポーネント接続点等において反射して(図3におけるステップS32に相当)、再び伝送路30へと戻る。   The purpose of the eavesdropper is to obtain the operation information of the receiving-side quantum cryptography device 20, particularly the phase φB described above. For this purpose, the eavesdropper enters probe light into the reception-side quantum cryptography device 20 via the transmission path 30 connected to the quantum cryptography device (corresponding to step S31 in FIG. 3). The incident probe light passes through the inside of the reception-side quantum cryptography device 20, is reflected at each optical component connection point or the like (corresponding to step S32 in FIG. 3), and returns to the transmission path 30 again.

プローブ光は、受信側量子暗号装置20の内部を通過していることから、装置の状態を反映しており、盗聴者は、その戻ってきたプローブ光を測定することで、装置の情報を得る。特に、受信側量子暗号装置20内の受信側位相変調器22が、2連信号光パルスに対する変調(0、π/2)のいずれかの設定を維持している時間中に、プローブ光が受信側位相変調器22を通過すると、プローブ光にはφBの情報が乗る。すなわち、盗聴者は、受信者(受信側量子暗号装置20)の選択した鍵共有に用いる基底に関わる情報を得ることができる。   Since the probe light passes through the inside of the reception-side quantum cryptography device 20, it reflects the state of the device, and the eavesdropper obtains device information by measuring the returned probe light. . In particular, the probe light is received during the time in which the reception-side phase modulator 22 in the reception-side quantum cryptography device 20 maintains one of the modulation (0, π / 2) settings for the duplex signal light pulse. When passing through the side phase modulator 22, information of φB is carried on the probe light. That is, the eavesdropper can obtain information related to the base used for key sharing selected by the receiver (reception-side quantum cryptography apparatus 20).

基底情報の漏洩を防ぐために、受信者は、送信者と同様に、鍵共有には用いない光を使用する。鍵共有には用いない光は、上述した光ファイバカプラ21の出力ポート2に接続されている補助光源25によって入射される。補助光源25が発する光としては、CW光、および時間的にランダムなパルス光が考えられる。   In order to prevent leakage of the base information, the receiver uses light that is not used for key sharing, like the sender. Light that is not used for key sharing is made incident by the auxiliary light source 25 connected to the output port 2 of the optical fiber coupler 21 described above. As the light emitted from the auxiliary light source 25, CW light and temporally random pulse light can be considered.

その光強度は、盗聴者からのプローブ光の反射光と同程度、もしくはそれ以上であるとする。補助光源25からの光の位相は、ランダムに変化させてもよいが、させなくてもよい。ランダムに変化させない場合は、乱数生成器が不要である。また、鍵共有に用いない光は、入力ポート1,2から出力されるが、入力ポート2から出力された光は、以降、使用されない。   It is assumed that the light intensity is comparable to or higher than the reflected light of the probe light from the eavesdropper. The phase of the light from the auxiliary light source 25 may be randomly changed, but may not be changed. If it is not changed randomly, a random number generator is unnecessary. Light that is not used for key sharing is output from the input ports 1 and 2, but the light output from the input port 2 is not used thereafter.

以上のように、受信側量子暗号装置20を動作させることで、盗聴者のプローブ光は、補助光源25からの光と混ぜ合わされて、同じタイミングで伝送路30へ入射する(図3におけるステップS33に相当)こととなる。送信側と同様に、盗聴者からのプローブ光と補助光源25からの光を混ぜ合わさせることで、盗聴者の測定データ値は、受信者が用意した補助光源25の光のデータ値とすることができる。この補助光源25による測定データの操作は、位相に加え、他の測定データについても同様のことが言え、これにより、鍵や基底情報を含む受信側量子暗号装置20の情報漏洩を防ぐことができる。   As described above, by operating the reception-side quantum cryptography device 20, the probe light of the eavesdropper is mixed with the light from the auxiliary light source 25 and enters the transmission line 30 at the same timing (step S33 in FIG. 3). Equivalent). Similar to the transmission side, the probe light from the eavesdropper and the light from the auxiliary light source 25 are mixed, so that the measurement data value of the eavesdropper can be the light data value of the auxiliary light source 25 prepared by the receiver. it can. The operation of the measurement data by the auxiliary light source 25 can be applied to the other measurement data in addition to the phase, thereby preventing information leakage of the reception-side quantum cryptography device 20 including the key and the base information. .

以上のように、実施の形態1によれば、以下のような効果を得ることができる。従来方式では、プローブ光の位相をランダムに変化させることで、量子暗号装置の情報漏洩(盗聴)を防止していた。一方、本発明では、送受信者が、新たに用意した補助光源による光を混ぜ合わせることで、上記目的を達成する。本発明の利点は、位相に加え、他の測定データにおいてもプローブ光の状態を変化させることができる点、使用する光検出器の数を増やす必要がない点、および乱数生成器を必要としない点にある。   As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained. In the conventional method, information leakage (wiretapping) of the quantum cryptography device is prevented by randomly changing the phase of the probe light. On the other hand, in the present invention, the transmitter / receiver achieves the above-mentioned object by mixing light from a newly prepared auxiliary light source. The advantage of the present invention is that the state of the probe light can be changed in other measurement data in addition to the phase, the number of photodetectors to be used need not be increased, and a random number generator is not required. In the point.

10 送信側量子暗号装置、11 レーザ光源(LD)、12 送信側PLC、13 送信側位相変調器(送信側PM)、14 光アッテネータ、15 光ファイバカプラ、16 補助光源(送信側補助光源)、20 受信側量子暗号装置、21 光ファイバカプラ、22 受信側位相変調器(受信側PM)、23 受信側PLC、24 光子検出器、25 補助光源(受信側補助光源)、30 伝送路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmission side quantum cryptography apparatus, 11 Laser light source (LD), 12 Transmission side PLC, 13 Transmission side phase modulator (transmission side PM), 14 Optical attenuator, 15 Optical fiber coupler, 16 Auxiliary light source (transmission side auxiliary light source), 20 reception side quantum cryptography device, 21 optical fiber coupler, 22 reception side phase modulator (reception side PM), 23 reception side PLC, 24 photon detector, 25 auxiliary light source (reception side auxiliary light source), 30 transmission path.

Claims (10)

盗聴者によるサイドチャネル攻撃に対する耐性を有する量子暗号装置であって、
暗号処理される光信号とは無関係な補助光を発する補助光源を含んで構成され、
前記盗聴者が、伝送路を介してプローブ光を入射し、盗聴用の測定データを取得しようとした場合に、前記プローブ光と、前記補助光源から発する前記補助光とを混ぜ合わせることで、前記測定データを前記補助光のデータ値とする盗聴防止機能を有する
量子暗号装置。
A quantum cryptography device having resistance to side channel attacks by an eavesdropper,
An auxiliary light source that emits auxiliary light that is unrelated to the optical signal to be encrypted is configured,
When the eavesdropper enters probe light through a transmission path and tries to acquire measurement data for eavesdropping, by mixing the probe light and the auxiliary light emitted from the auxiliary light source, A quantum cryptography device having an eavesdropping prevention function in which measurement data is a data value of the auxiliary light.
請求項1に記載の量子暗号装置において、
前記補助光源は、前記伝送路を介して接続された送信側量子暗号装置および受信側量子暗号装置のうち、前記送信側量子暗号装置内に設けられた送信側補助光源であり、
前記送信側量子暗号装置は、前記暗号処理された光信号を出射するタイミングとは時間的に重複しないようにして前記送信側補助光源を駆動し、前記補助光を出射させる
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 1,
The auxiliary light source is a transmission-side auxiliary light source provided in the transmission-side quantum cryptography device among the transmission-side quantum cryptography device and the reception-side quantum cryptography device connected via the transmission path,
The transmission-side quantum cryptography device drives the transmission-side auxiliary light source to emit the auxiliary light so as not to overlap in time with the timing of emitting the encrypted optical signal.
請求項2に記載の量子暗号装置において、
前記送信側補助光源は、前記補助光を時間的にランダムなパルス光として出射する
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 2,
The transmission-side auxiliary light source emits the auxiliary light as temporally random pulsed light.
請求項2に記載の量子暗号装置において、
前記送信側補助光源は、前記補助光をCW光として出射する
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 2,
The transmission-side auxiliary light source emits the auxiliary light as CW light.
請求項2に記載の量子暗号装置において、
前記送信側補助光源は、前記プローブ光による反射光と同等以上の光強度を有するように前記補助光を出射する
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 2,
The transmission side auxiliary light source emits the auxiliary light so as to have a light intensity equal to or higher than the reflected light by the probe light.
請求項1に記載の量子暗号装置において、
前記補助光源は、前記伝送路を介して接続された送信側量子暗号装置および受信側量子暗号装置のうち、前記受信側量子暗号装置内に設けられた受信側補助光源であり、
前記受信側量子暗号装置は、前記受信側補助光源を駆動し、前記補助光を出射させる
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 1,
The auxiliary light source is a reception-side auxiliary light source provided in the reception-side quantum cryptography device among the transmission-side quantum cryptography device and the reception-side quantum cryptography device connected via the transmission path,
The reception-side quantum cryptography device drives the reception-side auxiliary light source to emit the auxiliary light.
請求項6に記載の量子暗号装置において、
前記受信側補助光源は、前記補助光を時間的にランダムなパルス光として出射する
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 6,
The reception side auxiliary light source emits the auxiliary light as temporally random pulsed light.
請求項6に記載の量子暗号装置において、
前記受信側補助光源は、前記補助光をCW光として出射する
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 6,
The reception side auxiliary light source emits the auxiliary light as CW light.
請求項6に記載の量子暗号装置において、
前記受信側補助光源は、前記プローブ光による反射光と同等以上の光強度を有するように前記補助光を出射する
量子暗号装置。
The quantum cryptography device according to claim 6,
The quantum cryptography apparatus, wherein the reception side auxiliary light source emits the auxiliary light so as to have a light intensity equal to or higher than that of the reflected light by the probe light.
盗聴者によるサイドチャネル攻撃に対する耐性を有するとともに、暗号処理される光信号とは無関係な補助光を発する補助光源を含んで構成される量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法であって、
前記盗聴者が、伝送路を介してプローブ光を入射し、盗聴用の測定データを取得しようとした場合に、前記プローブ光と、前記補助光源から発する前記補助光とを混ぜ合わせることで、前記測定データを前記補助光のデータ値とする盗聴防止ステップを有する
量子暗号装置に用いられる盗聴防止方法。
An eavesdropping prevention method used in a quantum cryptography device that includes an auxiliary light source that has resistance against a side channel attack by an eavesdropper and emits auxiliary light that is not related to an optical signal to be encrypted.
When the eavesdropper enters probe light through a transmission path and tries to acquire measurement data for eavesdropping, by mixing the probe light and the auxiliary light emitted from the auxiliary light source, An eavesdropping prevention method used in a quantum cryptography apparatus, comprising an eavesdropping prevention step in which measurement data is a data value of the auxiliary light.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018515046A (en) * 2015-03-10 2018-06-07 ザ・ユニヴァーシティ・オブ・ブリストル Chip-based quantum key distribution
US12463791B2 (en) 2021-04-19 2025-11-04 National University Of Singapore Method for detecting blinding attacks on photodetectors in a quantum cryptography system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005252705A (en) * 2004-03-04 2005-09-15 Sony Corp Data processing circuit and control method
WO2006038660A1 (en) * 2004-10-06 2006-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Data communication system
WO2007105833A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Nec Corporation Quantum encryption transmission system and optical circuit
WO2012046135A2 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Id Quantique S.A. Apparatus and method for the detection of attacks taking control of the single photon detectors of a quantum cryptography apparatus by randomly changing their efficiency

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005252705A (en) * 2004-03-04 2005-09-15 Sony Corp Data processing circuit and control method
WO2006038660A1 (en) * 2004-10-06 2006-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Data communication system
WO2007105833A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Nec Corporation Quantum encryption transmission system and optical circuit
WO2012046135A2 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Id Quantique S.A. Apparatus and method for the detection of attacks taking control of the single photon detectors of a quantum cryptography apparatus by randomly changing their efficiency

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. GISIN, ET AL.: "Trojan-horse attacks on quantum-key-distribution systems", PHYSICAL REVIEW A 73,022320, vol. Vol.73, Iss.2, JPN6016034323, 13 February 2006 (2006-02-13), pages 022320 - 1, ISSN: 0003394224 *
T. YAMAMOTO, ET AL.: "Faithful Qubit Distribution Assisted by One Additional Qubit against Collective Noise", PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. Vol.95, Iss.4, PRL95,040503, JPN6016034320, 22 July 2005 (2005-07-22), US, pages 040503 - 1, ISSN: 0003394223 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018515046A (en) * 2015-03-10 2018-06-07 ザ・ユニヴァーシティ・オブ・ブリストル Chip-based quantum key distribution
US12463791B2 (en) 2021-04-19 2025-11-04 National University Of Singapore Method for detecting blinding attacks on photodetectors in a quantum cryptography system

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