随机数序列生成装置、量子密码发送机以及量子密码通信系统制造方法及图纸

随机数序列生成装置(1)包括：半导体激光装置(11)，反复生成每一个脉冲的相位无序的脉冲激光；干涉仪(12)，具有：有互不相同的传输路径长度的第1传输路径(22)和第2传输路径(23)，与输入端(20)一侧连接、输入脉冲激光的第1端口(24)，与输出端(21)一侧连接，输出经由任一的传输路径的脉冲激光的第2端口(25)，以及与输入端(20)一侧连接的第3端口(26)；法拉第镜(50)，与第2端口连接，反射脉冲激光；光电二极管(51)，与第3端口(26)连接，根据由法拉第镜(50)反射的、经由任一的传输路径的脉冲激光的干扰光，输出电信号；以及AD变换单元(53)，基于电信号的信号强度和阈值的大小关系，生成随机数序列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】随机数序列生成装置、量子密码发送机以及量子密码通信系统
本专利技术的一个方式涉及随机数序列生成装置、量子密码发送机和量子密码通信系统。
技术介绍
以往，已知用于在信息理论上安全地传输信息的量子密码通信系统。在量子密码通信系统中，信息的发送者通过基于光子的量子密钥分发(QKD：QuantumKeyDistribution)，对于接收者传输密钥。据此，发送者和接收者能够共享与密钥有关的信息而不被第三者获取(窃听)。发送者将应传输给接收者的信息使用密钥进行加密。然后，发送者将加密的信息通过任意的通信方式传输给接收者。接收者将加密的信息使用密钥进行解码。基于随机数序列来获取密钥。作为类似这样的随机数序列，需要使用信息理论上的不可预测的物理随机数，并且不能够使用基于算法生成的伪随机数。此外，为了对应信息通信的高速化，对于随机数序列来说，存在要求生成速度达到例如数Gb/s以上的情况。在量子密钥分发中，如果第三者从光子窃听与密钥有关的信息，则光子的量子状态根据不确定性原理而发生变化，并且留下窃听的痕迹。因此，发送者和接收者能够可靠地检测到窃听。作为能够执行类似这样的量子密钥分发的量子密码通信系统，例如在专利文献1中记载了具有包括半导体激光装置、干涉仪、以及随机数源的量子密码发送机的系统。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-233123号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在专利文献1中记载的量子密码通信系统中，除被用于进行量子密钥分发的半导体激光装置以及干涉仪等之外，还独立设置了用于生成随机数序列的随机数源。在这里，在能够生成信息理论上不可预测的物理随机数的、且能够按例如数Gb/s以上的生成速度来生成随机数序列的随机数源中，存在装置结构变得复杂的情况。在使用类似这样的随机数源的情况下，使作为量子密码通信系统整体的装置结构复杂。本专利技术的一个方式是鉴于上述课题而完成的，目的在于提供能够通过简单的结构而高速地生成信息理论上安全的随机数序列的随机数序列装置、量子密码发送机以及量子密码通信系统。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术的一个方式的随机数序列生成装置包括：半导体激光装置，反复生成脉冲振荡的、每一个脉冲的相位无序的脉冲激光；干涉仪；光反射单元，与第2端口连接，反射从第2端口输出的脉冲激光，再次输入到第2端口；光电二极管，与第3端口连接，被输入通过光反射单元输入到第2端口、经由第1传输路径或第2传输路径的脉冲激光的干扰光，并且根据干扰光的输入而输出电信号；以及AD变换单元，基于电信号的信号强度和被预先设定的阈值之间的大小关系，生成随机数序列。所述干涉仪具有：第1传输路径和第2传输路径，有互不相同的传输路径长度；第1端口，与第1传输路径和第2传输路径的输入端一侧连接，被输入脉冲激光；第2端口，与第1传输路径和第2传输路径的输出端一侧连接，输出被输入到第1端口、且经由第1传输路径或第2传输路径的各个脉冲激光；第3端口，与输入端一侧连接。在类似这样的随机数序列生成装置中，脉冲激光从第1端口经由第1传输路径或第2传输路径传输到第2端口，由光反射单元反射之后从第2端口经由第1传输路径或第2传输路径传输到第3端口。第1传输路径和第2传输路径有互不相同的传输路径长度。因此，在脉冲激光分别从第1端口被传输到第2端口时，以及从第2端口被传输到第3端口时，1个脉冲被分离成保持干扰性的2个脉冲(双脉冲)。在形成双脉冲的2个脉冲内，经由传输路径的长度更长的传输路径传输的脉冲比其它的脉冲延迟到达传输目的地的端口。因此，如果适当地设定第1传输路径和第2传输路径的传输路径长度的差，则从通过半导体激光装置在互不相同的时机而生成的2个脉冲激光中分离的脉冲将大致同时到达第3端口，且在第3端口中互相干扰并生成干扰光。在这里，由于脉冲激光的每个脉冲的相位无序，因此干扰光的干扰峰值的光强度为无序的值。如果该干扰光被输入到光电二极管，则光电二极管将输出与干扰峰值对应的峰值的信号强度无序的电信号。如果该电信号被输入到AD变换单元，则AD变换单元基于电信号的峰值的信号强度和被预先设定的阈值之间的大小关系，输出被2值化的随机数序列。因此，能够通过简单的结构，高速地生成信息理论上安全的随机数序列。本专利技术的一个方式的量子密码发送机包括上述的随机数序列生成装置，干涉仪还具有与输出端一侧连接、输出被输入到第1端口、经由第1传输路径或第2传输路径的各个脉冲激光的第4端口，并且所述随机数序列生成装置也可以包括基于随机数序列存储单元中存储的随机数序列，调制从第4端口被输出的脉冲激光的光强度以及相位的调制单元。在这种情况下，由于将量子密码发送机所包括的半导体激光装置以及干涉仪也当作随机数序列生成装置的半导体激光装置以及干涉仪来利用，因此能够简化结构。本专利技术的一个方式的量子密码通信系统包括上述的量子密码发送机，也可以包括将通过调制单元调制了光强度以及相位的脉冲激光，与量子密码发送机之间进行量子通信的量子密码接收机。在这种情况下，由于将量子密码发送机所包括的半导体激光装置以及干涉仪也当作随机数序列生成装置的半导体激光装置以及干涉仪来使用，因此能够简化结构。专利技术效果根据本专利技术的一个方式，能够提供通过简单的结构，能够高速地生成信息理论上安全的随机数序列的随机数序列生成装置、量子密码发送机以及量子密码通信系统。附图说明图1是表示本实施方式的量子密码通信系统的功能结构的概略图。图2是表示图1的干涉仪的结构的图。图3是用于说明脉冲激光的干扰的图。图4是表示光电二极管根据干扰光的输入而输出的电信号的一例子。图5是表示根据有无随机性的验证的密钥信息的传输距离和密钥生成速率之间的关系的图表。图6是表示前提结构的量子密码通信系统的功能结构的概略图。图7是表示图6的干涉仪的结构的图。具体实施方式以下一边参照附图一边对本专利技术涉及的随机数序列生成装置、量子密码发送机以及量子密码通信系统的优选的实施方式进行详细的说明。另外，在附图的说明中，对相同或者相当的部分附加相同的标号，并省略重复的说明。(前提的结构)首先，说明作为本实施方式的前提的量子密码通信系统的结构。图6是表示前提结构的量子密码通信系统200的功能结构的概略图。如图6所示，量子密码通信系统200包括量子密码发送机210、包括光纤等的光传输路径80、以及量子密码接收机90。量子密码通信系统200是在量子密码发送机210和量子密码接收机90之间，不被第三者窃听地共享与密钥有关的信息(以下称为“密钥信息”)的系统。即，根据量子密码通信系统200，能够信息理论上安全地传输从量子密码发送机210要传输到量子密码接收机90的信息(以下称为“消息”)。量子密码发送机生成随机数序列，并通过基于生成的随机数序列获取的密钥来加密消息。此外，量子密码发送机210使光子携带密钥信息，并将该光子输出到光传输路径80。另外，加密的消息例如通过网络等的任意的通信方式从量子密码发送机210传输到量子密码接收机90。光传输路径80将光子从量子密码发送机210传输到量子密码接收机90。量子密码接收机90从光传输路径80输入的光子所携带的密钥信息中获取密钥，并且将加密的消息基于密钥进行解码。量子密码发送机210包括半导体激光装置11、干涉仪12、调制单元13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随机数序列生成装置，包括：半导体激光装置，反复生成脉冲振荡的、每一个脉冲的相位无序的脉冲激光；干涉仪，具有：第1传输路径和第2传输路径，有互不相同的传输路径长度；第1端口，与所述第1传输路径和所述第2传输路径的输入端一侧连接，被输入所述脉冲激光；第2端口，与所述第1传输路径和所述第2传输路径的输出端一侧连接，输出被输入到所述第1端口、且经由所述第1传输路径或所述第2传输路径的各个所述脉冲激光；以及第3端口，与所述输入端一侧连接；光反射单元，与所述第2端口连接，反射从所述第2端口输出的所述脉冲激光，再次输入到所述第2端口；光电二极管，与所述第3端口连接，被输入通过所述光反射单元输入到所述第2端口、经由所述第1传输路径或所述第2传输路径的所述脉冲激光的干扰光，并且根据所述干扰光的输入而输出电信号；以及AD变换单元，基于所述电信号的信号强度和被预先设定的阈值之间的大小关系，生成随机数序列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.04 JP 2016-0195521.一种随机数序列生成装置，包括：半导体激光装置，反复生成脉冲振荡的、每一个脉冲的相位无序的脉冲激光；干涉仪，具有：第1传输路径和第2传输路径，有互不相同的传输路径长度；第1端口，与所述第1传输路径和所述第2传输路径的输入端一侧连接，被输入所述脉冲激光；第2端口，与所述第1传输路径和所述第2传输路径的输出端一侧连接，输出被输入到所述第1端口、且经由所述第1传输路径或所述第2传输路径的各个所述脉冲激光；以及第3端口，与所述输入端一侧连接；光反射单元，与所述第2端口连接，反射从所述第2端口输出的所述脉冲激光，再次输入到所述第2端口；光电二极管，与所述第3端口连接，被输入通过所述光反射单元输入到所述第2端口、经由所述第1传输路径或所述第2传输路径的所述脉冲激光的干扰光，并且根据所述干扰光的输入而输出电信号；以及AD变换单元，基于所述电信号的信号强度和被预先设定的阈值之间的大小关系，生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：富田章久，中田贤佑，
申请(专利权)人：国立大学法人北海道大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP