ChatGPTによる「量子暗号」をテーマとした物語
エミリーは、量子暗号の研究者であり、その革新的な技術を用いて、安全な通信手段を模索していた。彼女は、量子ビットと量子エンタングルメントの原理を理解し、古典的な暗号技術よりもはるかに安全な暗号化手法を開発することに情熱を傾けていた。
ある日、エミリーは新しいプロトタイプの量子暗号通信装置をテストしていた。この装置は、量子ビットを用いて情報を暗号化し、量子エンタングルメントを利用して受信者との間で情報を安全に共有することができるものだった。彼女は、装置を使って簡単なメッセージを暗号化し、それを彼女の友人であるアダムに送信することに決めた。
アダムはエミリーの研究に興味を持っており、彼女からの暗号化されたメッセージを受け取るのを楽しみにしていた。彼は、受信したメッセージをデコードするために彼女が提供した量子暗号通信装置を使い、メッセージを解読するための準備を整えた。
しかし、彼らが暗号化されたメッセージのやりとりをしている間、エミリーの研究室に不審な影が忍び寄っていた。それは、彼女の競合他社からのスパイであり、彼らは彼女の量子暗号技術を盗み出そうとしていた。
彼らのスパイは、エミリーの研究室に侵入し、彼女のコンピューターシステムにアクセスしようとした。しかし、エミリーはすでにセキュリティを強化しており、彼らの侵入を検知し、警告を発した。
エミリーは、スパイの侵入を防ぐために緊急措置を講じ、彼らの攻撃を回避するための手段を見出した。彼女は、量子暗号通信装置を使って、スパイとの通信を暗号化し、彼らの情報を保護することに成功した。
同時に、アダムはエミリーからの暗号化されたメッセージを受信し、その解読を試みていた。彼は、量子暗号通信装置を使用して、メッセージを解読し、エミリーからのメッセージを読み取ることに成功した。
彼がメッセージを読み終えると、彼はその内容に驚愕した。それは、スパイがエミリーの研究室に侵入しようとしていることを警告するものであり、彼女はアダムにその情報を伝えていたのだ。アダムは即座に警察に通報し、スパイの逮捕に貢献した。
エミリーは、量子暗号技術の力を再確認し、その安全性と有用性を改めて理解した。彼女の研究は、世界中の通信を安全に保護し、スパイやハッカーから情報を守るための重要な手段として評価された。
そして、エミリーとアダムの協力によって、世界はより安全で安心した通信手段を手に入れたのである。量子暗号技術は、その秘密の力を通じて、未来の通信を変革し、新しい安全な世界を築いていくのであった。
【注】この物語は、生成AIのChatGPTで作ってます（表題は「はてなブログ」のAIアシスト機能を使いました）。明らかな表記ゆれがある部分は、修正しています。
感想
今回はChtGPTに「量子暗号」をテーマとした物語を書いてもらいました。
文章は簡易なのですが、全体として内容がスンナリと、入ってこない印象を受けました。これは、細かな日本語表現のゆらぎがある為だと思います。よく「てにをは」と呼ばれる日本語の助詞の使い方です。助詞の使い方が本来と違うと意味が変わってきます。
ChatGPTは英語で大量のデータを学習しているので基本は英語脳でしょう。わたしが日本語で聞いたことが、ChatGPTのなかでは、英語で解釈され、日本語で返してます。機械翻訳の過程のなか、表現のゆらぎは仕方ないことです。
今回の物語では「量子ビット」と「量子エンタングルメント」というふたつの専門的な言葉があります。
この言葉は量子コンピュータや量子暗号の原理を知るうえで重要な言葉です。
量子ビット
ビットというのは、コンピュータの世界でいう 0と１の単位です。０と１はスイッチの ON/OFF に該当します。
2ビットであれば、以下、4通りの組合せがあります。
- 00
- 01
- 10
- 11
一方、量子コンピュータは「重ね合わせ」と呼ばれる、0 と 1 が混ざった状態があります、0 と 1 が重ね合わせた状態のそれぞれに情報を持たせることが出来ます。
量子コンピュータでは「量子ビット」という単位が使われます。いまのコンピュータで 2ビット の演算を行う場合、4通りの組合せが存在しますが、その組合せひとつひとつを逐次計算する必要がありました。
しかし、量子コンピュータでは、1量子ビットで、0と1の状態を同時に示します。2量子ビットは、0と1の4通りの組合せを同時に示すこととなります。
nビットで同時に持てる値の比較
- いままでのビット：１通り
- 量子ビット：2n通り
「重ね合わせ」の原理を使うことで、量子コンピュータは、一度に大量の並行処理を可能にします。
暗号の世界で、量子コンピュータは脅威です。高速処理が出来る量子コンピュータの登場によって、いまある暗号はすべて危殆化すると言われてます。
この課題を解決するには、後に述べる「量子エンタングルメント」の原理を活用した「量子暗号」の登場を待つのが最適です。
しかし、量子コンピュータの方が、研究が進んでいるため、先に普及する可能性が高いと思われます。
暗号の課題は、いまの暗号よりも強度を強くした「量子耐性暗号」のアルゴリズムの研究が進んでます。
量子エンタングルメント（量子もつれ）
「量子エンタングルメント」は「量子もつれ」と呼ばれます。
わたし達が生きてる空間では、物体や粒子は、それぞれが独立して行動し、他の物体や粒子とは独立しています。たとえば、ペアでリンゴがあって、片方のりんごが割れても、もうひとつのりんごが自動的に割れるわけではありません。
しかし、量子のもつれは、一つの粒子が他の粒子と状態を共有し、それによって相互に影響を受け合うことが起こります。ですので、片方の粒子を観測することで、もう片方の粒子の動きが確定します。これは、小さな量子の世界でおきる物理的な特性です。
量子は粒子と波の性質をあわせ持った、とても小さな物質やエネルギーの単位を指します。量子は原子以下の世界に存在します。原子を形成している電子、中性子、陽子が代表選手です。
「量子もつれ」を使った暗号通信では、量子の性質を利用して通信の盗聴や傍受を検知することができます。暗号通信が解読されたら、量子もつれの状態が崩れるので、通信の双方がそれを検知することができます。
暗号の命題に於いて、これは画期的な発想転換です。
というのは、いまの暗号は「強度を高くする」ことに重点がおかれてます。
ちなみに、電子政府における調達のために参照すべき暗号のリスト（CRYPTREC）では、いまは下記の暗号を強度が適切として推奨してます。
| 技術分類 | 暗号名称 | |
| 公開鍵暗号 | 署名 | DSA |
| ECDSA | ||
| EdDSA | ||
| RSA-PSS | ||
| RSASSA-PKCS1-v1_5 | ||
| 守秘 | RSA-OAEP | |
| 鍵共有 | DH | |
| ECDH | ||
| 共通鍵暗号 | 64ビットブロック暗号 | 該当なし |
| 128ビットブロック暗号 | AES | |
| Camellia | ||
| ストリーム暗号 | KCipher-2 | |
| ハッシュ関数 | SHA-256 | |
| SHA-384 | ||
| SHA-512 | ||
| SHA-512/256 | ||
| SHA3-256 | ||
| SHA3-384 | ||
| SHA3-512 | ||
| SHAKE128 | ||
| SHAKE256 | ||
| 暗号利用モード | 秘匿モード | CBC |
| CFB | ||
| CTR | ||
| OFB | ||
| XTS | ||
| 認証付き | CCM | |
| 秘匿モード | GCM | |
| メッセージ認証コード | CMAC | |
| HMAC | ||
| 認証暗号 | ChaCha20-Poly1305 | |
| エンティティ認証 | ISO/IEC 9798-2 | |
| ISO/IEC 9798-3 | ||
| ISO/IEC 9798-4 | ||
暗号化の本質的な問題は、強度ではありません。解読されることです。強度が強くとも、解読された暗号は暗号としての役割を終えてます。解読されたことに気がつかずに暗号を使い続けることが問題です。
量子暗号は、暗号が解読されたら、自動でそれが検知されることがポイントです。
