日本新技術讓量子加密通信成本降至1/10

2021/01/29


  新一代密碼技術量子加密通信的普及出現重大進展。東京大學的小蘆雅鬥教授等人發現了在通信中利用光的波的性質、使用廉價的通用産品進行檢測也能驗證安全性的方法。預計可以把量子加密通信設備的開發成本降至約10分之1。將與NEC展開合作,力爭2025年之前實用化。

    

  量子加密通信是利用量子力學的原理生成用於加密和破解保密信息的秘鑰。把秘鑰等信息放在光子上。任何人試圖偷看,光都會産生混亂,留下被窺視的痕跡。非法破解量子加密信息被認為是不可能的。

 

利用與通常的光通信相同類型的檢測器,可大幅降低成本(圖由NEC提供)

     

  光具備波粒二象性(具備直線傳播及反射的粒子的性質,以及繞到障礙物等之後的波的性質)。一部分已經實際開始應用的量子加密通信利用了粒子的性質。要在監視是否被偷看的同時打造破解密碼的秘鑰,需要在接收端準確檢測一個個光子。在需要較高靈敏度的同時,還需要冷卻設備,有時1台檢測器就需要100多萬日元。

     

  另一方面,如果採用光的波性質的方式,忽視光子的有無,利用光波振動的時機生成秘鑰。能在檢測時對接收的光進行增幅,沒必要區分一個個光子。這種方式可以利用與通常的光通信相同的檢測器,檢測器的成本只需數萬日元左右。

     

  量子加密通信的光源可使用通常的雷射。檢測器推高了量子加密通信的整體設備成本。據悉,如果檢測器能使用通用産品,整體成本有可能降至約10分之1。

      

  不過,利用波的性質的方式雖然在原理上可行,但仍未證明安全性。小蘆教授等人發現了即使利用光的波性質的方式,也能準確發現偷看痕跡的手法。

   

  量子加密通信僅在被偷看時會産生錯誤(error),利用光的粒子性質的方式能計算出錯誤的比率。小蘆教授等人發現,用特殊函數處理利用接收時從光波振動時機獲得的數值,同樣也能計算出這種錯誤的比率。  

      

  如果僅提取未被偷看的信息生成秘鑰,即可保證安全性。1條光纖可同時通過不同波長的光,還具有能增加通信量的優點。小蘆教授表示,對於利用光的波性質的方式,解決了此前成為課題的安全風險,「全球研究將加速」。

    


          

  關於量子加密通信,瑞士的IDQ和中國企業已推出服務。東芝也預定2020年度內實現商業化,預測到2035年度全球市場規模將達到約2.1萬億日元。

     

  不過,量子加密通信與現在採用數學問題的密碼不同,需要交換量子的狀態的專用設備。因此,用途一般僅限於交換金融、醫療、防衛相關等機密信息的領域。如果能使用廉價的通用設備,量子加密將在廣泛領域得到利用。

     

  中國在量子加密通信領域領先,在北京和上海之間構建約2000公里的通信網。小蘆教授表示力爭與NEC攜手推進實用化,「希望在高質量的硬體和證明安全性的理論研究上佔據優勢」。

     

  日本經濟新聞(中文版:日經中文網)大越優樹 

   

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