盗聴すると必ずバレる通信が、もう実用化されていた

私たちの通信は暗号で守られていますが、その安全は「鍵を相手にどう安全に渡すか」にかかっています。データが世界の網を渡る話は「あなたのメッセージは世界の網を渡っていた」で扱いました。ここでは、その通信を守る最先端の技術を扱います。

量子暗号（QKD）とは何か

量子鍵配送（QKD）とは、光の粒である光子（こうし）に暗号の鍵のビット（0と1）を載せて送るしくみです。送信者と受信者が、安全に同じ「鍵」を共有することを目的にしています。

代表的な手順は、1984年に提案されたBB84というプロトコルです。光子の振動の向き（偏光）などに0と1を対応させて送り、受信側がそれを測定して鍵を組み立てます。ふつうの通信と違うのは、その安全性が「数学の難しさ」ではなく「物理法則」に支えられている点です（東芝）。

なぜ盗聴すると必ずバレるのか

カギは、量子の世界の不思議な性質です。量子の状態は、観測（測定）すると変化してしまうのです。さらに、量子の状態はそっくりコピーすることができません（複製不可能）。

つまり、盗聴者が途中で光子をのぞき見ようと測定すると、その光子の状態が乱れてしまいます。下の図で「盗聴あり」に切り替えてみてください。

受信側で鍵を照合すると、盗聴があった場合はエラーが増えます。これにより「誰かが盗み見た」と分かり、その鍵は使わずに破棄されます。盗み見た瞬間に痕跡が残る——これが、ふつうの暗号にはないQKDの決定的な強みです（ただし現実の装置には実装上の弱点もあり、原理上の保証とは区別されます）。

どこまで実用化されているのか

QKDは、研究室の中の話ではありません。実際、日本では、NICT（情報通信研究機構）が東芝・NEC・NTTらと2010年に「Tokyo QKD Network」を構築し、45kmの秘匿映像伝送を実証しました。いまもIOWNとの連携などで発展を続けています。

一方、世界で先行するのが中国です。2016年に打ち上げた量子衛星「Micius（墨子号）」を使い、衛星と地上の間で約1,200km、さらに北京とウィーンの間 約7,600kmにわたる鍵共有を実証しました。地上でも北京〜上海の約2,000kmの幹線が築かれています。衛星を使う通信という点では、「衛星インターネット」とも通じる発想です（NICT）（Liao et al., PRL 120, 030501 / arXiv:1801.04418）。

なぜいま量子暗号なのか

背景にあるのが、量子コンピューターの脅威です。将来の強力な量子コンピューターは、いま広く使われている暗号（RSAなど）を短時間で破ってしまう恐れがあります。さらに、いま盗み取った暗号データを保存しておき、量子コンピューターが実用化されてから解読する「ハーベスト・ナウ・デクリプト・レイター（先に収穫し、後で解読する）」という脅威も指摘されています。

この備えには2つの方向があります。ひとつが本記事のQKD（物理法則で守る・専用の機器が必要）。もうひとつがPQC（耐量子計算機暗号＝量子でも破られにくい新しい数学の暗号。既存のネットワーク上で動く）です。NISTは2024年にPQCの最初の標準を公表し、ChromeやiMessageではすでに導入が始まっています。PQCの全体像と移行スケジュールは「いま盗まれた暗号データは、10年後にまとめて解読される」で詳しく解説しています。海底ケーブルなど「通信インフラ」の安全保障とあわせ、通信を「将来も守れる」ようにする取り組みが世界で進んでいます（NIST）。

この記事のまとめ

• 量子鍵配送（QKD）は、光子に暗号の鍵を載せて送る通信。代表は1984年提案のBB84。
• 「観測すると状態が変わる」量子の性質で、盗聴があれば原理的に必ず検知できる。
• 日本はNICTがTokyo QKD Networkを2010年に構築。中国は量子衛星Miciusで約7,600kmの鍵共有を実証。
• 距離は数百kmが限界で、長距離には信頼中継が必要という課題がある。
• 量子コンピューターが既存暗号を破る脅威への備えで、QKD（物理ベース）とPQC（数学ベース）が並行して進む。