How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Hiroshi Uchiyama

Recently, we've seen the effects of cyber attacks on the business world.

近年 ビジネス界では サイバー攻撃の影響が見受けられます

Data breaches at companies like JP Morgan, Yahoo, Home Depot and Target

JPモーガン、ヤフー、Home Depot Targetといった会社からのデータ漏洩は

have caused losses of hundreds of millions

数億ドル 時には数十億ドルの

and in some cases, billions of dollars.

損失をもたらしました

It wouldn't take many large attacks to ravage the world economy.

世界経済の破壊に 大掛かりな攻撃を必要とはしません

And the public sector has not been immune, either.

公共部門も被害を免れていません

In 2012 to 2014,

2012年から2014年にかけて

there was a significant data breach at the US Office of Personnel Management.

米国人事管理局では 重大なデータ漏洩がありました

Security clearance and fingerprint data was compromised,

職員2200万人分の 身元調査記録や指紋データが

affecting 22 million employees.

盗まれました

And you may have heard of the attempt by state-sponsored hackers

耳にしたことがあると思いますが 国家が背後で支援するハッカーたちが

to use stolen data to influence election outcomes in a number of countries.

盗んだデータを悪用し 多くの国で 選挙結果に影響を及ぼしました

Two recent examples are the compromise of a large amount of data

最近の例を２つ挙げると

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

ドイツの連邦議会の 大量のデータが盗まれた件と

and the theft of emails from the US Democratic National Committee.

米国民主党全国委員会から 電子メイルが盗み取られた件です

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

サイバー攻撃は民主的なプロセスに 影響を及ぼしています

And it's likely to get worse.

更に事態は悪化することでしょう

As computer technology is becoming more powerful,

コンピュータ・テクノロジーが より進歩するにつれて

the systems we use to protect our data are becoming more vulnerable.

データを保護するシステムは より脆弱になっています

Adding to the concern is a new type of computing technology,

更に懸念されるのが 新しいコンピュータ技術

called quantum computing,

量子コンピューティングの登場です

which leverages microscopic properties of nature

これは微視的な自然の性質を 利用するもので

to deliver unimaginable increases in computational power.

想像を絶するような 計算能力の向上をもたらします

It's so powerful that it will crack many of the encryption systems

とても強力なので 現在使われている多くの暗号システムが

that we use today.

無力となります

So is the situation hopeless?

絶望的な状況なのでしょうか？

Should we start packing our digital survival gear

デジタル・サバイバルキットを 詰め込んで

and prepare for an upcoming data apocalypse?

来るべきデータの大惨事に 備えるべきなのでしょうか？

I would say, not yet.

いえ まだそんな必要はありません

Quantum computing is still in the labs,

量子コンピューティングは まだ研究段階で

and it will take a few years until it's put to practical applications.

実用化にはまだ数年かかることでしょう

More important,

さらに重要なことに

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

暗号技術の分野で 飛躍的進歩がありました

For me, this is a particularly exciting time

私にとっては 通信セキュリティの歴史において

in the history of secure communications.

とてもワクワクする時代の 到来に思えます

About 15 years ago,

およそ15年前

when I learned of our new-found ability

自然界には存在しない

to create quantum effects that don't exist in nature,

量子効果を産み出す 新たな方法について自分が学んだ時

I was excited.

私は興奮しました

The idea of applying the fundamental laws of physics

暗号の強化を可能にする 物理学の基本法則を

to make encryption stronger

応用する着想に

really intrigued me.

強く関心を抱きました

Today, a select groups of companies and labs around the world, including mine,

現在では 私の研究室を含む 世界中の企業や研究所の

are maturing this technology for practical applications.

選り抜き集団が この技術を 実用化しようとしています

That's right.

そう そのとおり

We are now preparing to fight quantum with quantum.

我々は量子による攻撃を 量子で迎え撃とうとしています

So how does this all work?

その仕組みとは どういうものでしょう？

Well, first, let's take a quick tour of the world of encryption.

では始めに 少しだけ 暗号の世界にご案内しましょう

For that, you'll need a briefcase,

まずは 手提げかばんと

some important documents that you want to send your friend, James Bond,

友人のジェームズ・ボンドに 送り届ける書類と

and a lock to keep it all safe.

これらを安全に保つ 鍵が必要です

Because the documents are top secret, we're going to use an advanced briefcase.

これは極秘書類なので 最新式のカバンを使います

It has a special combination lock

鍵は特殊なダイヤル錠で

which, when closed,

閉じると

converts all the text in the documents to random numbers.

書類の中の全てのテキストを ランダムな数字に変換します

So you put your documents inside, close the lock --

書類を中に入れ 鍵を掛けると

at which point in time the documents get converted to random numbers --

その瞬間に書類の内容が ランダムな数字に変換され

and you send the briefcase to James.

これがジェームズに届けられます

While it's on its way, you call him to give him the code.

届ける途中で彼に電話し コードを伝えます

When he gets the briefcase, he enters the code,

ジェームズはカバンを手にし コードを入力すると

the documents get unscrambled, and voilà,

書類は復号され ほらっ

you've just sent an encoded message to James Bond.

暗号化された文章が ジェームズ・ボンドに届けられました

(Laughter)

（笑）

A fun example, but it does illustrate three things important for encryption.

面白い例ですが ここには 暗号の重要な３要素が示されています

The code -- we call this an encryption key.

コード ― これは暗号鍵と 呼ばれています

You can think of it as a password.

パスワードのようなものです

The call to James to give him the code for the combination lock.

そして 解鍵するコードを ジェームズに伝える電話 —

We call this key exchange.

これを鍵交換と言います

This is how you ensure

このようにして

you get the encryption key securely to the right place.

暗号鍵を安全に 正しい場所へ送ります

And the lock, which encodes and decodes the document.

鍵は 書類を暗号化したり 平文に戻したりします

We call this an encryption algorithm.

これを暗号化アルゴリズムといいます

Using the key, it encodes the text in the documents

鍵を使って 書類の文字を ランダムに見える数字へと

to random numbers.

暗号化します

A good algorithm will encode in such a way

良い暗号化アルゴリズムとは

that without the key it's very difficult to unscramble.

鍵がなくては 解読するのが とても難しいものをいいます

What makes encryption so important

暗号でとても重要なのは

is that if someone were to capture the briefcase and cut it open

誰かがカバンを奪い取り こじ開けても

without the encryption key and the encryption algorithm,

暗号鍵と暗号化アルゴリズムを 知らない限り

they wouldn't be able to read the documents.

書類が読めないことです

They would look like nothing more than a bunch of random numbers.

一見 単なるランダムな数字の 並びに見えることでしょう

Most security systems rely on a secure method for key exchange

たいていのセキュリティ・システムは 暗号鍵を

to communicate the encryption key to the right place.

相手と交換する 安全な手段に依存しています

However, rapid increases in computational power

しかし コンピュータの計算能力の 急速な向上によって

are putting at risk a number of the key exchange methods we have today.

現在利用されている 多くの鍵交換の 方法はリスクにさらされています

Consider one of the very widely used systems today -- RSA.

現在 もっとも普及している暗号の一つ RSA暗号について見てみましょう

When it was invented, in 1977,

これは1977年に発明されました

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

426ビットのRSA暗号を破るには

to break a 426-bit RSA key.

４京年かかると見積もられていました

In 1994, just 17 years later,

わずか17年後の1994年に

the code was broken.

暗号は破られました

As computers have become more and more powerful,

コンピュータの性能が 向上するにつれ

we've had to use larger and larger codes.

より長いコードを用いなければ ならなくなりました

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

現在では 通常 2048か4096ビットの 鍵長が使われています

As you can see, code makers and breakers are engaged in an ongoing battle

ご存じのとおり 暗号化する側と これを破ろうとする側の間で

to outwit each other.

互いを出し抜く戦いが 繰り広げられています

And when quantum computers arrive in the next 10 to 15 years,

量子コンピュータが10年から15年後に 実用化されたら

they will even more rapidly crack the complex mathematics

複雑な数学的な手法によって支えられた 現代の暗号システムが

that underlies many of our encryption systems today.

さらに高速に解読されることになります

Indeed, the quantum computer is likely to turn our present security castle

量子コンピュータによって 今は堅固な城であっても

into a mere house of cards.

トランプタワー程度になってしまう 可能性があります

We have to find a way to defend our castle.

城を守る方法を 見つけなければなりません

There's been a growing body of research in recent years

近年では暗号を強化するために

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

量子効果の利用について 研究する組織が増えています

And there have been some exciting breakthroughs.

ワクワクするような 大発見もありました

Remember those three things important for encryption --

暗号において大切な ３つのポイントを思い出してください

high-quality keys, secure key exchange and a strong algorithm?

質の高い鍵、安全な鍵交換 それに堅固なアルゴリズムですね？

Well, advances in science and engineering

科学と技術の進歩は

are putting two of those three elements at risk.

この３つの要素の内 ２つを危険にさらしています

First of all, those keys.

まず第一に 鍵です

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

乱数の生成は 暗号鍵の基本的な要素です

But today, they're not truly random.

しかし 現在使われているのは 真の乱数ではありません

Currently, we construct encryption keys

今のところ ソフトウェアを使って

from sequences of random numbers generated from software,

疑似乱数という一連の乱数を発生させ

so-called pseudo-random numbers.

暗号鍵を生成します

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

プログラムや 数学的な方法で 生成された数には

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

幾分 おそらく僅かではありますが パターンが見出されます

The less random the numbers are,

生成された数が真の乱数でないほど

or in scientific terms, the less entropy they contain,

もしくは 科学的な言葉で言えば エントロピーが低いほど

the easier they are to predict.

発生する数の予測が容易になります

Recently, several casinos have been victims of a creative attack.

最近では いくつかのカジノが 創造的な攻撃手段の犠牲になっています

The output of slot machines was recorded over a period of time

スロットマシーンの出目が ある期間記録され

and then analyzed.

分析されました

This allowed the cyber criminals

これがサイバー犯罪を可能にしました

to reverse engineer the pseudo-random number generator

回転盤の背後で稼働する疑似乱数発生器の リバース・エンジニアリングが

behind the spinning wheels.

行われていたのです

And allowed them, with high accuracy, to predict the spins of the wheels,

これによって スロットマシンの出目を 正確に予測し

enabling them to make big financial gains.

大金を手にしたのです

Similar risks apply to encryption keys.

同様のリスクが暗号鍵にも 起こり得ます

So having a true random number generator is essential for secure encryption.

真の乱数発生器は 安全な暗号には本質的に必要なものです

For years, researchers have been looking at building true random number generators.

何年もの間 研究者たちは 真の乱数発生器を製作しようとしてきました

But most designs to date are either not random enough,

しかしこれまでに設計されたものの多くは 真にランダムではなかったり

fast enough or aren't easily repeatable.

低速だったり 繰り返し利用が困難だったりしています

But the quantum world is truly random.

一方 量子の世界は 真にランダムなんです

So it makes sense to take advantage of this intrinsic randomness.

だから この内在するランダム性を 利用することは意味があります

Devices that can measure quantum effects

量子効果を測定できる装置があれば

can produce an endless stream of random numbers at high speed.

高速で いくらでも乱数を 発生させることが可能です

Foiling all those would-be casino criminals.

自称 カジノ犯罪者を全て がっかりさせられます

A select group of universities and companies around the world

世界中の大学や企業の選り抜き集団は

are focused on building true random number generators.

真の乱数発生器の製作に 真剣に取り組んでいます

At my company, our quantum random number generator

私の会社で最初に稼働した 量子乱数発生器は

started life on a two meter by one meter optic table.

２ｍｘ１ｍの 光学テーブルに 取り付けられていました

We were then able to reduce it to a server-size box.

その後 サーバー位の大きさに 小型化できました

Today, it's miniaturized into a PCI card that plugs into a standard computer.

今では 標準的なコンピュータに装着する PCIカードへと小型化されました

This is the world's fastest true random number generator.

世界で最も高速の 真の乱数発生器です

It measures quantum effects to produce a billion random numbers per second.

量子効果を測定して 毎秒数十億の乱数を生成します

And it's in use today to improve security

今ではセキュリティの向上のために

at cloud providers, banks and government agencies

世界中のクラウドサービスのプロバイダー 銀行や政府機関で

around the world.

使われています

(Applause)

（拍手）

But even with a true random number generator,

しかし 真の乱数発生器を 用いても

we've still got the second big cyber threat:

まだ ２つ目の 由々しきサイバー脅威が残されています

the problem of secure key exchange.

鍵交換の安全問題です

Current key exchange techniques will not stand up to a quantum computer.

今ある鍵交換技術では 量子コンピュータに対抗できません

The quantum solution to this problem

量子的な解決策は

is called quantum key distribution or QKD,

量子鍵配送 QKDといわれ

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

量子力学の 原理的、反直観的な性質を

of quantum mechanics.

活用します

The very act of looking at a quantum particle changes it.

量子的な粒子を観測するという行為は それ自体を変化させます

Let me give you an example of how this works.

その仕組みを例示しましょう

Consider again exchanging the code for the lock with James Bond.

鍵を掛けるためのコードを ジェームズ・ボンドと交換する場面を再考します

Except this time, instead of a call to give James the code,

ただ 今回は ジェームズにコードを 伝えるのに電話は用いず

we're going to use quantum effects on a laser to carry the code

コードを搬送するために レーザー光の量子効果を利用し

and send it over standard optic fiber to James.

標準的な光ファイバーケーブルで ジェームズへと送信します

We assume that Dr. No is trying to hack the exchange.

ドクター・ノーが交換鍵の ハッキングを試みるとします

Luckily, Dr. No's attempt to intercept the quantum keys while in transit

搬送経路上で量子鍵の傍受を試みても 幸いにもその形跡が残り

will leave fingerprints that James and you can detect.

ジェームズと皆さんは 傍受の事実を知ることができます

This allows those intercepted keys to be discarded.

傍受されたなら 鍵を破棄できます

The keys which are then retained

無事伝わった鍵は

can be used to provide very strong data protection.

データを堅固に守るのに使えます

And because the security is based on the fundamental laws of physics,

セキュリティが 物理学の基本法則に基づいているので

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

量子コンピュータであれ どんな未来のスーパーコンピュータであれ

will not be able to break it.

暗号を破ることができません

My team and I are collaborating with leading universities

私はチームのメンバーと共に 一流大学や

and the defense sector

防衛部門と協力して

to mature this exciting technology

この素晴らしい技術を熟成させ

into the next generation of security products.

次世代のセキュリティ製品を 作ろうとしています

The internet of things is heralding a hyperconnected era

「モノのインターネット(IoT)」は 複雑につながった時代を予期しており

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

2020年までに 250億から300億の 装置が接続されると予測されています

For the correct functioning of our society in an IoT world,

IoTの世の中で 社会が正しく機能するためには

trust in the systems that support these connected devices is vital.

接続された装置を支援するシステムの 信頼性こそが不可欠です

We're betting that quantum technologies will be essential in providing this trust,

この信頼を提供するために 量子技術が必須となり

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

これが素晴らしい技術革新の恩恵を 十分にもたらして

that are going to so enrich our lives.

生活を豊かにするに違いありません

Thank you.

ありがとう

(Applause)

（拍手）