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Quantum Key Distribution on Airport Surface for Secure ADS-B

Research Project

Project/Area Number 22K04098
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
Research InstitutionNational Institute of Maritime, Port and Aviation Technology

Principal Investigator

金田 直樹  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 電子航法研究所, 主任研究員 (10392797)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宮崎 裕己  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 電子航法研究所, 領域長 (40392782)
塩見 格一  福井医療大学, 保健医療学部, 教授 (60392768)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords量子鍵配送 / 情報セキュリティ / 光無線通信 / 航空通信 / 航空機監視システム / ADS-B
Outline of Research at the Start

航空機の安全かつ効率的な運航のための監視システムとして世界的に用いられるADS-B(放送型自動従属監視)では、航空機上のトランスポンダが自機の位置情報等を自発的に放送する。ADS-Bは従来のレーダと比較してシステムが安価かつ位置精度が高いが、なりすましなどの問題が起こり得ることが指摘されている。本研究では高い通信速度を実現できる空港面において、量子鍵配送により安全なADS-Bを実現するための基礎的な検証を行う。

Outline of Annual Research Achievements

航空交通の安全性を確保する航空交通管理のためのインフラには,高度のサイバーセキュリティ対策が必要不可欠であり暗号化は有効な対策である。暗号化の前に送信者と受信者は秘密の鍵と呼ばれる暗号化および復号に必要な情報を共有する。解読に数万年かかるために安全とされる公開鍵暗号を用い,送信者と受信者は鍵を安全に共有できる。しかし,一般的な公開鍵暗号は将来の量子コンピュータにより数時間で解読できてしまう。量子鍵配送(Quantum Key Distribution, QKD)は,安全でない通信手段により秘密鍵の共有を実現し,かつ,量子力学の基本原理により秘密鍵の漏洩がないことを保証できるため,現在の公開鍵暗号と比較して決定的に優れている。
本研究では,2040年頃に航空交通管理のためのインフラとして予想されるADS-Bにおいて,空港面の航空機と地上施設での間で光通信によるQKDが利用できるか技術的な検証を行う。量子複製不可能定理により,任意の量子状態を増幅することは不可能であるためQKDでは伝送損失と雑音を減らすことが重要である。
本研究は,以下(1),(2)の研究開発を実施する。(1) 空港面における航空機と地上間の光伝送損失と環境光を測定し, QKDの性能を推定する。(2) 2040年頃の航空交通管理のためのインフラとしてADS-Bを想定し,QKDによるセキュリティ改善のための手法を検討する。
2年目の令和5年度は,航空機で測定することを念頭に広帯域の光自由空間損失を測定する方法を検討し,定量的に評価する手法を確立した。また,民間航空における情報セキュリティの現状について調査した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

鍵配送問題を解決するための既存技術である公開鍵基盤により,安全な航空通信や航空航法に関する実装や実装を前提とする検討が現在すすめられているが,航空監視システムへの公開鍵基盤の適用については実装や実装を前提とする検討がなく,無線信号の方式から検討する必要があることがわかった。

Strategy for Future Research Activity

実際の航空機における量子鍵配送の利用を想定し、当所の実験用航空機の窓による透過損失特性を測定し、航空機と地上間で量子鍵配送を行うのに適した条件を示す。
量子鍵配送により共有した鍵を使い,航空機監視システムに適用について検討する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Feasibility Study on Quantum Key Distribution to Future Air Traffic Management2024

    • Author(s)
      金田 直樹
    • Journal Title

      Electronic Navigation Research Institute papers

      Volume: 2024 Issue: 137 Pages: 19-29

    • DOI

      10.57358/enrihoukoku.2024.137_19

    • ISSN
      1341-9102, 2758-2973
    • Year and Date
      2024-03-13
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 航空機の窓の光損失特性の測定手法について2024

    • Author(s)
      金田 直樹,塩見 格一
    • Organizer
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ICAOにおけるトラストフレームワークの動向2023

    • Author(s)
      金田直樹,呂暁東
    • Organizer
      第61回飛行機シンポジウム講演集
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Preliminary Feasibility Study of Quantum Key Distribution for Future Air Traffic Management Systems2023

    • Author(s)
      Kanada Naoki、Lu Xiaodong
    • Organizer
      2023 IEEE 15th International Symposium on Autonomous Decentralized System (ISADS)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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