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 トップページテクの雑学 > 第71回 秘密の鍵は光に乗せて −量子暗号の仕組み−
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秘密の鍵は光に乗せて −量子暗号の仕組み−

 コンピュータネットワークでさまざまな情報がやりとりされるようになり、盗聴されない安全な通信が必要とされています。今回のテクの雑学では、「絶対に安全な暗号化手法」として注目されている量子暗号の仕組みをみてみましょう。

現在使われている暗号理論の限界
 「コンピュータで文書を暗号化する」というのは、任意のビット列と文書ファイル(これもビット列です)のデータに一定規則の演算を加えることで、元の文書ファイルとは異なるビット列に変換する操作をいいます。変換時に用いるビット列を「鍵」と呼びます。

 現在、通信時の暗号化に広く使われているPGP(Pretty Good Privacy)では、「公開鍵」と「秘密鍵」という2本セットの鍵を使用します。公開鍵とは文字通り世界中に公開されている鍵で、秘密鍵は所持者が他の人に分からないように所持している鍵です。公開鍵を使って暗号化された文字列は、対応する秘密鍵でしか復号できない仕組みになっています。

 Aさんに暗号化された文書を送るには、まず、Aさんが公開している公開鍵を使って平文(暗号化前の文書)を暗号化します。復号(暗号化された文書を平文に戻す)するためにはAさんが持っている秘密鍵が必要です。すなわち、Aさん以外の人は平文を取り出すことはできないというわけです。

 現在使われているPGPでは、鍵の長さが128bitのものが主流です。この長さの鍵では、公開されている公開鍵の情報から対応する秘密鍵の情報を計算で割り出すためには、数千年単位の膨大な時間がかかるとされています。つまり、現実に第三者に暗号化されたファイルを復号されて困ることはない、だから安全だという理屈です。

 ここで重要なのは、「解読に時間がかかるから安全」だということは、すぐに計算できるようなアルゴリズムができたり、コンピュータの計算能力が向上してしまうと、もっと短時間で鍵を発見される可能性があるということです。実際に、現在研究が進められている量子コンピュータが実用化された場合、計算速度は飛躍的に高まり、現在のPGP方式が一気に無力化されてしまう可能性が指摘されています。

 「時間がかかるから安全」ではなく、理論的に絶対に安全を保証された方式はないのでしょうか。実は、「平文と同じ長さの秘密鍵を1回で使い捨てる」Vernam暗号という方式だけが、絶対に安全な方式であることが理論的に証明されています。

秘密鍵をどうやって渡すか?
 とはいえ問題は、「平文と同じ長さの使い捨ての秘密鍵」が、現実に可能なのかということです。「平文と同じ長さで使い捨ての鍵」が必要であるということは、通信を行うたびに鍵を生成し、その鍵を文書の送信者と受信者で共有しなくてはいけません。しかも、「秘密鍵」ですから、絶対に第三者に知られないように鍵の情報を伝えなくてはいけないのです。

 これを可能にするのが、量子暗号方式です。「秘密鍵」の伝送に量子暗号を使うことで、文書の送信時に生成する鍵の情報を安全に共有し、暗号化された文書は従来使用しているコンピュータネットワークで送信します。鍵の伝送と文書の伝送を別々にするところがこの技術の肝になります。

量子暗号通信とVernam暗号の併用


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