論文の概要: Secure Medical Data Transmission Using Quantum Key Distribution and Post-Quantum Cryptography in Real-World Fiber Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.18869v1
- Date: Wed, 19 Aug 2026 12:46:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-20 20:13:55.402002
- Title: Secure Medical Data Transmission Using Quantum Key Distribution and Post-Quantum Cryptography in Real-World Fiber Networks
- Title（参考訳）: 実世界のファイバネットワークにおける量子鍵分布とポスト量子暗号を用いたセキュアな医用データ伝送
- Abstract要約: 量子鍵分散(QKD)とポスト量子暗号(PQC)は相補的なセキュリティ保証を提供する。
本研究では,ドイツ・テューリンゲンに設置した140km以上のPQCと絡み合いに基づくQKDを統合したフィールド展開型量子セキュアネットワークを実演する。
生成された鍵は、既存の医療システムを変更することなく、遠隔医療による概念実証を確保した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.447055318796842
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The threat quantum computers pose to classical public-key cryptography motivates the deployment of quantum-safe communication for critical infrastructure such as healthcare, finance, and energy systems. Quantum key distribution (QKD) and post-quantum cryptography (PQC) offer complementary security guarantees, information-theoretic key exchange and quantum-resistant end-to-end authentication that can be combined in a layered architecture. Here, we demonstrate a field-deployed quantum-secure network integrating entanglement-based QKD with end-to-end PQC over 140 km of installed fiber in Thuringia, Germany, connecting a rural health kiosk to a university hospital via a trusted-node architecture comprising heterogeneous underground and aerial fiber links. Unlike conventional deployments that rely on a dedicated key management system to forward keys to applications, our architecture injects QKD keys directly into standard Linux-based VPN tunnels between adjacent nodes, while PQC secures the communication end-to-end, remaining fully compatible with existing infrastructure and software. Polarization-entangled photon pairs were generated at 810 nm and 1550 nm, with the telecom photon transmitted over deployed fiber. Active polarization stabilization and dispersion compensation preserve the entanglement and enable 22 days of continuous, fully autonomous operation, further underscoring the technological maturity of entanglement-based QKD approaches in a real-world fiber environment. Although the two deployed links were operated during separate rather than concurrent periods, the predominantly aerial link exhibited markedly greater instability, with QBER variations most strongly correlated with wind speed. The generated keys secured a telemedicine proof-of-concept without modifying existing medical systems, demonstrating a practical framework for quantum-safe critical infrastructures.
- Abstract（参考訳）: 古典的な公開鍵暗号に対する量子コンピュータの脅威は、医療、金融、エネルギーシステムといった重要なインフラに対する量子セーフな通信の展開を動機付けている。
量子鍵分散(QKD)とポスト量子暗号(PQC)は、レイヤアーキテクチャで組み合わせることができる相補的なセキュリティ保証、情報理論鍵交換、量子耐性エンドツーエンド認証を提供する。
そこで本研究では,ドイツ・テューリンゲン州テューリンゲンに設置された繊維の終端から終端まで140kmのPQCと絡み合いに基づくQKDを統合した量子セキュアネットワークを,不均一な地中・地中繊維リンクからなる信頼ノードアーキテクチャを用いて,田園部の医療用キオスクを病院に接続することを示した。
キーをアプリケーションに転送する専用のキー管理システムに依存する従来のデプロイメントとは異なり、当社のアーキテクチャでは、隣接ノード間の標準LinuxベースのVPNトンネルに直接QKDキーを注入しています。
光子対は810nmと1550nmで生成され、光子は光ファイバー上に伝達された。
アクティブ偏光安定化と分散補償は絡み合いを保ち、22日間の連続完全自律運転を可能にし、実世界の繊維環境における絡み合いに基づくQKDアプローチの技術的成熟をさらに強調する。
配置された2つのリンクは、同時にではなく、別々に運用されたが、主に空中リンクは、風速に最も強く相関しているため、非常に不安定であった。
生成された鍵は、既存の医療システムを変更することなく、遠隔医療による概念実証を確保し、量子セーフなクリティカルインフラストラクチャのための実践的なフレームワークを実証した。
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