超強力!?量子暗号

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こんにちは、長谷川です。

以前「量子コンピュータ」についてブログを書かせて頂きましたが、今回は暗号分野について記事を書かせていただきます。

量子暗号

量子暗号とは量子(非常に小さなスケールの世界)の性質を利用した強力な暗号方式です。

普段私たちが利用している暗号は、十分な時間がなければ解読することができないという計算の大変さを担保に安全性を確保しています。この安全性は、世界中の人が高性能(例えばスパコンよりも)なコンピュータを所持していない、かつ暗号を効率的に解くことができる方法を所持していないという仮定の下で成り立っており、このような仮定を保証することができないという点で脆弱性も有しています。

実際、量子コンピュータと言われる新型のコンピュータでは現在の暗号を効率的に解くことのできるアルゴリズムが発見されており、将来的には今の暗号方式が役立たない可能性が示唆されています。

図1. 現代暗号の概要

一方、量子暗号は計算の大変さではなく、量子の性質を安全性の拠り所としているため、どんなに高性能(スパコンはもちろん量子コンピュータを含め)なコンピュータが存在していたとしても絶対に破られることはありません。

さまざまな情報が電子化され、インターネットを通してやり取りされる現代では、量子暗号のような完璧な安全性を必要とする場面は増えてくると考えられます。

概要

量子暗号は以下の性質によって、安全性を確保しています。

量子の世界において、情報はコピーできない
量子の世界において、情報に対するあらゆる行為は検知可能である

図2. 量子の性質

ctrl + Cや右クリックでデータをコピーしている私たちにとって1. は考えられない性質だと思います。また、重要なデータをコピーできないというのは非常に不便なように感じるかもしれません。実際、量子コンピュータではコピーが許されないことが大きな課題になっています。

しかし、暗号において情報をコピーされないというのは非常に強力な性質になります。送られてきた情報は世界で唯一無二の情報のため、第三者が同じ情報を所持していないことを示すためです。

また2.の性質も魅力的な性質です。現在の通信では、仮に情報が盗聴されてしまった場合、その情報が意図しない場面で利用されて初めて情報が盗聴された事実を知ることになります。従って、情報が盗聴されただけでは、その事実を知ることはできません。しかし、量子暗号においては、この盗聴を検知することができるため、不用意に情報を送ってしまうことを防ぐことができます。これは、データを参照するだけでは、データの書き換えは起こらないと考えている私たちには納得できないことかもしれませんが、量子の世界において、参照するだけでも情報が書き換わってしまうからです。
(この性質のせいで、情報が正しいかどうかを確認するのにも一苦労してしまいますが)

図3. 盗聴検知可能

まとめ

量子暗号は量子コンピュータに比べて実世界での利用が近い技術になります。実際、2010年には東京QKDネットワークと呼ばれる東京を中心とする半径100km圏内での量子暗号を利用したビデオ通信が実験されたり、2016年には中国が量子通信を行うための衛星を打ち上げ、2017年に量子通信の基礎実験を成功させたりしています。