データ送信装置、データ受信装置、並びにデータ通信装置
【課題】 盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的な計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信装置を提供する。
【解決手段】 カオス信号を多値識別した信号を、予め定められた所定の第１の多値化鍵情報に基づいてスクランブルして得られる多値符号列と情報データとを用いて、当該レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。多値信号は、所定の変調形式の変調信号に変換され送信される。変調信号を復調して多値信号を出力し、予め定められた所定の第２の初期値（鍵情報）と多値信号とを入力し、情報データを再生する。このため、変調信号が傍受され、多値信号に再生できたとしても、多値信号から情報データの復号を困難にすることが可能となる。
【解決手段】 カオス信号を多値識別した信号を、予め定められた所定の第１の多値化鍵情報に基づいてスクランブルして得られる多値符号列と情報データとを用いて、当該レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。多値信号は、所定の変調形式の変調信号に変換され送信される。変調信号を復調して多値信号を出力し、予め定められた所定の第２の初期値（鍵情報）と多値信号とを入力し、情報データを再生する。このため、変調信号が傍受され、多値信号に再生できたとしても、多値信号から情報データの復号を困難にすることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。より特定的には、正規の送受信者間で、特定の符号化／復号化（変調／復調）方式を選択・設定してデータ通信を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定者同志でのみ通信を行うためには、送信／受信間で符号化／復号化のための元情報（鍵情報）を共有し、当該情報に基づいて、伝送すべき情報データ（平文）を数学的に演算／逆演算することにより秘密通信を実現する構成が採用されている。図３０は、当該構成に基づく、従来のデータ送信装置の構成を示すブロック図である。図３０において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置９０００１と、伝送路９１３と、データ受信装置９０００２とで構成される。データ送信装置９０００１は、符号化部９１１と、変調部９１２とからなる。データ受信装置９０００２は、復調部９１４と、復号化部９１５とからなる。ここで、符号化部９１１に情報データ９０と第１の鍵情報９１とを入力し、復号化部９１５に第２の鍵情報９６を入力すると、復号化部９１５から情報データ９８が出力される。さらに、第三者による盗聴行為を説明するため、図３０は、盗聴者復調部９１６と、盗聴者復号化部９１７とからなる盗聴者データ受信装置９０００３を含むものとする。盗聴者復号化部９１７には、第３の鍵情報９９が入力される。以下に、図３０を参照しながら、従来のデータ通信装置の動作を説明する。
【０００３】
データ送信装置９０００１において、符号化部９１１は、情報データ９０を、第１の鍵情報９１に基づいて符号化（暗号化）する。変調部９１２は、符号化部９１１で暗号化された情報データを所定の変調形式の変調信号９４に変換して伝送路９１３に送出する。データ受信装置９０００２において、復調部９１４は、伝送路９１３を介して伝送されてきた変調信号９４を所定の復調方式で復調する。復号化部９１５は、符号化部９１１との間で共有した第１の鍵情報９１と同一の第２の鍵情報９６に基づいて復号化（暗号解読）して、元の情報データ９８を出力する。
【０００４】
データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２との間で伝送される変調信号（情報データ）を盗聴するに当たり、盗聴者データ受信装置９０００３において、盗聴者復調部９１６が、伝送路９１３を伝搬する変調信号の一部を分岐、入力し、所定の復調方式で復調し、盗聴者復号化部９１７が第３の鍵情報９９に基づいて復号化を試みる。ここで、盗聴者復号化部９１７は、符号化部９１１との間で鍵情報を共有していないものとする。即ち、盗聴者復号化部９１７は、第１の鍵情報９１と異なる第３の鍵情報９９に基づき復号化を行うため、元の情報データを正しく再生することができない。
【０００５】
このような数学的な演算に基づく数理暗号（または、計算暗号、ソフトウェア暗号とも呼ばれる）技術は、例えば特開平９−２０５４２０号公報にも記されているように、アクセスシステム等に適用できる。即ち、１つの光送信器から送出された光信号を光カプラで分岐し、複数の光加入者宅の光受信器にそれぞれ配信するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）構成では、各光受信器に、所望の光信号以外の他加入者に向けた信号が入力される。そこで、互いに異なる鍵情報を用いて、加入者毎の情報データを暗号化することによって、互いの情報の漏洩・盗聴を防ぎ、安全なデータ通信を実現することができる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【非特許文献１】石橋啓一郎他訳、「暗号とネットワークセキュリティ：理論と実際」、ピアソン・エデュケーション、２００１年
【非特許文献２】安達真弓他訳、「暗号技術大全」、ソフトバンクパブリッシング、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、数理暗号技術に基づく従来のデータ通信装置では、盗聴者は、たとえ鍵情報を共有しなくとも、暗号文（変調信号、または暗号化された情報データ）に対して、考え得る全ての組み合わせの鍵情報を用いた演算（総当たり攻撃）や、特殊な解析アルゴリズムの適用を試みれば、原理的に暗号解読が可能である。特に、近年の計算機の処理速度向上は目覚ましく、将来的に量子コンピュータ等の新しい原理による計算機が実現されれば、有限の時間内で、暗号文を盗聴できるという課題を有していた。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的な計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、暗号化通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と変調部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。
【０００９】
多値符号化部は、多値符号発生部と多値処理部とを備える。多値符号発生部は、所定の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、多値符号列と情報データのレベルの組み合わせに一意に対応した信号レベルを有する多値信号を生成する。
【００１０】
多値符号発生部は、雑音状信号発生部と多値変換部とから構成される。雑音状信号発生部は、所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し出力する。多値変換部は、所定の鍵情報に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換する。好ましくは、雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力するカオス信号発生部である。
【００１１】
好ましくは、カオス信号発生部は、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成される。このような場合、光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換しカオス信号として出力する。帰還部は、光電変換部から出力されるカオス信号の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする。駆動条件設定部は、所定のカオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００１２】
また、カオス信号発生部は、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成されてもよい。このような場合、光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換しカオス信号として出力する。帰還部は、半導体レーザからの出力光の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、半導体レーザに再注入する。駆動条件設定部は、カオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００１３】
好ましくは、多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、所定の制御信号で指定される識別レベルにより、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し多値符号列を出力する多値判定部とから構成される。
【００１５】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とから構成されてもよい。
【００１６】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とから構成されてもよい。
【００１７】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、擬似乱数の値に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換することを特徴とする。
【００１８】
多値変換部は、多値判定部と、乱数信号発生部と、配列部とから構成される。多値判定部は、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する。乱数信号発生部は、所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し出力する。配列部は、離散化雑音状信号と乱数信号とから、多値符号列を生成し出力する。多値符号列は、離散化雑音状信号のビット数と、乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、離散化雑音状信号の各ビットの値と、乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号である。
【００１９】
また、本発明は、暗号通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして上記目的を達成させるために、本発明のデータ受信装置は、復調部と多値復号化部とを備える。復調部は、所定の変調形式の変調信号を復調し多値信号を出力する。多値復号化部は、予め定められた所定の鍵情報と多値信号とを入力し、情報データを出力する。
【００２０】
好ましくは、多値復号化部は、多値符号列発生部と多値識別部とを備える。多値符号列発生部は、鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値識別部は、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００２１】
多値符号発生部は、雑音状信号発生部と多値変換部とから構成される。雑音状信号発生部は、所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し出力する。多値変換部は、所定の鍵情報に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換する。雑音状信号発生部は、変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力する。好ましくは、雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力するカオス信号発生部である。
【００２２】
好ましくは、カオス信号発生部は、光を出力する半導体レーザと、レーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成される。このような場合、レーザ駆動部は、変調信号と別に受信した第１のカオス信号と所定のバイアス電流とを加算し、半導体レーザに駆動電流として供給する。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する。帰還部は、光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする。駆動条件設定部は、カオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００２３】
また、カオス信号発生部は、半導体レーザと、レーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成されてもよい。このような場合、半導体レーザは、変調信号と別に受信したカオス信号が光信号の状態で注入され光を出力する。レーザ駆動部は、半導体レーザに駆動電流を供給する。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する。帰還部は、半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、半導体レーザに再注入する。駆動条件設定部は、カオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００２４】
好ましくは、多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、所定の制御信号で指定される識別レベルにより、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、多値符号列を出力する多値判定部とから構成される。
【００２６】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とから構成されてもよい。
【００２７】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とから構成されてもよい。
【００２８】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、擬似乱数の値に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換する。
【００２９】
多値変換部は、多値判定部と、乱数信号発生部と、配列部とから構成される。多値判定部は、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する。乱数信号発生部は、所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し出力する。配列部は、離散化雑音状信号と乱数信号とから多値符号列を生成し出力する。多値符号列は、離散化雑音状信号のビット数と、乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、離散化雑音状信号の各ビットの値と、乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号である。
【００３０】
データ受信装置は、多値符号発生部の前段または後段もしくは内部に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えてもよい。また、データ受信装置は、復調部の前段または後段に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えてもよい。
【００３１】
また、本発明は、暗号通信を行うデータ通信装置にも向けられている。そして上記目的を達成させるために、本発明のデータ通信装置は、データ送信装置とデータ受信装置とを備える。データ送信装置は、予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とからなるデータ送信装置とを備える。データ受信装置は、変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、予め定められた所定の第２の鍵情報と第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とからなるデータ受信装置とを備える。
【００３２】
好ましくは、多値符号化部は、多値符号発生部と多値処理部とを備える。多値符号発生部は、第１の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する第１の多値信号に変換する。また、多値復号化部は、多値符号列発生部と多値識別部とを備える。多値符号列発生部は、第２の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値識別部は、多値符号列に基づいて、第２の多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００３３】
好ましくは、第１の多値符号発生部は、所定の発生法則に基づいて第１の雑音状信号を発生し出力する第１の雑音状信号発生部と、第１の鍵情報に基づく所定の方法により、第１の雑音状信号を多値符号列に変換する第１の多値変換部とから構成される。また、第２の多値符号発生部は、第１の雑音状信号と同じ発生法則を有する第２の雑音状信号を発生し出力する第２の雑音状信号発生部と、第２の鍵情報に基づく所定の方法により、第２の雑音状信号を多値符号列に変換する第２の多値変換部とから構成される。
【００３４】
好ましくは、第２の雑音状信号発生部は、変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力することを特徴とする。第１の雑音状信号発生部は、所定の第１のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力する第１のカオス信号発生部である。第２の雑音状信号発生部は、所定の第２のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生、出力する第２のカオス信号発生部である。
【００３５】
好ましくは、第１または第２のカオス信号発生部は、それぞれ、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とを備える。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し第１または第２のカオス信号として出力する。帰還部は、光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与えレーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする。第１または第２のカオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。第２のカオス信号発生部に含まれるレーザ駆動部には、第１のカオス信号が入力され、駆動電流に加算されることを特徴とする。
【００３６】
また、第１及び第２のカオス信号発生部は、それぞれ、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とを備えてもよい。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第１または第２のカオス信号として出力する。帰還部は、半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、半導体レーザに再注入する。駆動条件設定部は、第１または第２のカオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。第２のカオス信号発生部に含まれる半導体レーザには、第１のカオス信号が光信号の状態で注入されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のデータ通信装置は、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・符号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化することにより、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信装置を提供することができる。
【００３８】
また、本発明によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、さらにタイミング信号に同期した振幅変動もしくはレベル変動を付与することにより、多値信号復調時の同期処理を容易にして、簡易な構成によるデータ通信装置を提供することができる。
【００３９】
本発明のデータ通信装置、データ送信装置、ならびにデータ受信装置は、半導体レーザを用いて高速のカオス信号を発生させ、これを用いて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・符号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化する。これにより、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高い通信を高速に行うことが可能なデータ通信装置、データ送信装置、ならびにデータ受信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、データ通信装置は、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、伝送路１１０と、復調部２１１と、多値復号化部２１２とで構成される。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂとからなる。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂとからなる。また、多値符号化部１１１と変調部１１２とでデータ送信装置１０１０１を構成し、復調部２１１と多値復号化部２１２とでデータ受信装置１０２０１を構成する。伝送路１１０には、ＬＡＮケーブルや同軸ケーブル等の金属路線や、光ファイバケーブル等の光導波路を用いることができる。また、伝送路１１０は、ＬＡＮケーブル等の有線ケーブルに限られず、無線信号を伝搬する自由な空間であってもよい。
なお、図２および図３に、変調部１１２から出力される変調信号波形を説明するための模式図を示す。以下に、第１の実施形態について、図２および図３を用いながら、その動作を説明する。
【００４１】
第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた所定の第１の鍵情報１１に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２（図２（ｂ））を発生する。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２と情報データ１０（図２（ａ））とを入力し、所定の手順に従って両信号を合成し、当該信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号１３（図２（ｃ））を生成し、出力する。例えば、図２では、多値符号列１２がタイムスロットｔ１／ｔ２／ｔ３／ｔ４に対して当該レベルがｃ１／ｃ５／ｃ３／ｃ４と変化し、これをバイアスレベルとして、情報データ１０を加算することで、Ｌ１／Ｌ８／Ｌ６／Ｌ４と変化する多値信号１３を生成する。ここで、図３に示すように、情報データ１０の振幅を“情報振幅”、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”、各バイアスレベル（多値符号列１２のレベル）ｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５に対応して、多値信号１３が取り得るレベルの組（Ｌ１、Ｌ４）／（Ｌ２、Ｌ５）／（Ｌ３、Ｌ６）／（Ｌ４、Ｌ７）／（Ｌ５、Ｌ８）を、第１〜第５の“基底”、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”とそれぞれ呼称する。変調部１１２は、多値信号１３を元データとして、所定の変調形式の変調信号１４に変換して、伝送路１１０に送出する。
【００４２】
復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を復調し、前記多値信号１５を再生する。第２の多値符号発生部２１２ａは、前記第１の鍵情報１１と同一の第２の鍵情報１６を予め共有し、当該第２の鍵情報１６に基づいて、前記多値符号列１２に相当する多値符号列１７を発生する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を閾値として、多値信号１５の識別（２値判定）を行い、情報データ１８を再生する。ここで、変調部１１２と復調部２１１とが、伝送路１１０を介して送受信する所定の変調形式の変調信号１４は、電磁波（電磁界）または光波を多値信号１３で変調して得られるものである。
【００４３】
なお、多値処理部１１１ｂにおける多値信号１３の生成については、上述のように、多値符号列１２と情報データ１０の加算処理による方法以外に、情報データ１０に従って、多値符号列１２のレベルを振幅変調／制御する方法や、あるいは、両信号レベルの組み合わせに対応した多値信号レベルを予め記憶させたメモリから、両信号レベルに応じて逐次読み出す方法等、いかなる手順であっても構わない。
【００４４】
図２および図３では、多値信号の値数を“８”として表記したが、これに限定されるものではなく、それより大きくても小さくても良い。また、情報振幅を多値信号のステップ幅の３倍、もしくは整数倍として表記したが、これに限らず、いかなる奇数倍や偶数倍であっても良いし、あるいは整数倍でなくても構わない。さらに、これに関連して、図２および図３では、多値符号列の各レベル（各バイアスレベル）が、多値信号の各レベル間の略中心になるよう配置したが、これに限定されるものではなく、多値符号列の各レベルは、多値信号の各レベル間の略中心でなくても良いし、あるいは多値信号の各レベルに一致しても構わない。また、多値符号列と情報データとの変化レートが互いに等しく同期関係にあることを前提としたが、この限りではなく、一方の変化レートが他方より高速（または低速）であっても良いし、非同期であっても構わない。
【００４５】
次に、第三者による、変調信号の盗聴動作について説明する。当該第三者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置１０２０１に準じた構成、もしくはさらに高性能なデータ受信装置（盗聴者データ受信装置）を用いて、変調信号を受信、解読することが想定され、当該復調部（盗聴者復調部）は、変調信号を復調することにより、多値信号を再生する。しかし、当該多値復号化部（盗聴者多値復号化部）は、データ送信装置１０１０１の多値符号化部１１１との間で第１の鍵情報１１を共有しないため、データ受信装置１０２０１のように、当該鍵情報から発生した多値符号列を基準とした２値判定を行うことができない。このような場合に考え得る盗聴動作としては、多値信号の全レベルに対する識別を同時に行う方法（一般に「総当たり攻撃」と呼ばれる）がある。即ち、多値信号が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して同時判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報または情報データを抽出する。例えば、図２に示した、多値符号列のレベルｃ０／ｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５／ｃ６を閾値として用いて、多値信号に対する多値判定を行うことにより、当該レベルを同定する。
【００４６】
しかしながら、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、これが変調信号に重畳されることによって、多値信号のレベルは、図４に示すように時間的・瞬時的に変動する。このような場合、正規受信者（データ受信装置１０２０１）による２値判定動作における被判定信号のＳＮ比（信号対雑音強度比）が、多値信号中の情報振幅と雑音量の比で決まるのに対して、盗聴者データ受信装置による多値判定動作においては、多値信号のステップ幅と雑音量との比によってＳＮ比が決まる。このため、被判定信号が有する雑音レベルが同一条件下においては、当該ＳＮ比は相対的に小さくなり、伝送特性（誤り率）が劣化することになる。即ち、第三者が、全閾値による総当たり攻撃に対して識別誤りを誘発させて、盗聴を困難にすることができる。特に、多値信号のステップ幅を、当該雑音振幅（雑音強度分布の拡がり）に対して同オーダ、もしくは、より小さく設定すれば、第三者による多値判定を事実上不可能にして、理想的な盗聴防止を実現できる。
【００４７】
なお、上述のように被判定信号（多値信号、または変調信号）に重畳される雑音としては、変調信号に無線信号等の電磁波を用いた場合は、空間場や電子部品等が有する熱雑音（ガウス性雑音）を、光波を用いた場合は、熱雑音に加えて、光子が発生する際の光子数ゆらぎ（量子雑音）を、それぞれ利用できる。特に、量子雑音を伴った信号には、その記録や複製等の信号処理が適用できないことから、当該雑音量を基準に多値信号のステップ幅を設定することによって、第三者による盗聴を不可能として、データ通信の絶対的な安全性を確保することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、当該信号点間距離を、当該雑音量に対して適切に設定することにより、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。本図において、データ通信装置は、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、伝送路１１０と、復調部２１１と、多値復号化部２１２と、第１のデータ反転部１１３と、第２のデータ反転部２１３とから構成され、図１の構成に対して、第１のデータ反転部１１３と、第２のデータ反転部２１３を新たに備える点が異なっている。また、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、第１のデータ反転部１１３とで、データ送信装置１０１０２を構成し、復調部２１１と、多値復号化部２１２と、第２のデータ反転部２１３とで、データ受信装置１０２０２を構成する。以下に、本実施形態の動作を説明する。
【００５０】
本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略し、相違点のみを説明する。その構成において、第１のデータ反転部１１３は、情報データの有する“０”と“１”の情報と、ＬｏｗレベルとＨｉｇｈレベルとの対応関係を固定せず、所定の手順で当該対応関係を略ランダムに変更する。例えば、多値符号化部１１１と同様、所定の初期値に基づいて発生させた乱数系列（疑似乱数列）との排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ）演算を行い、その演算結果を多値符号化部１１１に出力する。第２のデータ反転部２１３は、多値復号化部２１２から出力されたデータについて、前記第１のデータ反転部１１３と逆の手順で、当該“０／１”と“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”の対応関係を変更する。例えば、第１のデータ反転部１１３が備える初期値と同一の初期値を共有し、これに基づいて発生させた乱数のビット反転系列との排他的論理和演算を行い、その結果を情報データとして再生する。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データの反転を略ランダムに行うことにより、暗号としての多値信号の複雑性を大きくして、第三者による解読・復号化をさらに困難とし、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。本図において、データ通信装置は、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、伝送路１１０と、復調部２１１と、多値復号化部２１２と、雑音制御部１１４とから構成され、図１の構成に対して、雑音制御部１１４を新たに備える点が異なっている。さらに、雑音制御部１１４は、雑音発生部１１４ａと、合成部１１４ｂとからなる。また、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、雑音制御部１１４とで、データ送信装置１０１０３を構成し、復調部２１１と、多値復号化部２１２とで、データ受信装置１０２０１を構成する。以下に、本実施形態の動作を説明する。
【００５３】
本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略し、相違点のみを説明する。その構成において、雑音発生部１１４ａは、所定の雑音を発生し、合成部１１４ｂが、多値信号と合成して、変調部１１２に出力する。即ち、図４で説明した多値信号のレベル変動を故意に生じさせて、多値信号のＳＮ比を任意の値に制御し、これにより、多値識別部２１２ｂに入力する被判定信号のＳＮ比を制御する。なお、前述したように、雑音発生部１１４ａで発生する雑音としては、熱雑音や量子雑音等が利用される。また、雑音が合成（重畳）された多値信号を雑音重畳多値信号と呼ぶことにする。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、そのＳＮ比を任意に制御することにより、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を故意に与え、その解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５５】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図１）、または第３の実施形態（図６）に準ずる。その構成において、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号の各ステップ幅（Ｓ１〜Ｓ７）を、各レベルの変動量、即ち各レベルに重畳されている雑音強度分布に従い設定し、出力する。具体的には、多値識別部２１２ｂに入力する被判定信号の隣り合う２つの信号点間で決まるＳＮ比が略一致するように、当該信号点間距離を配分する。なお、各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、各ステップ幅を均等に設定する。
【００５６】
一般に、変調部１１２から出力される変調信号として、半導体レーザ（ＬＤ）を光源とする光強度変調信号を想定した場合、ＬＤに入力する多値信号のレベルに依存して当該変動幅（雑音量）は変化する。これは、半導体レーザが自然放出光を「種光」とした誘導放出の原理に基づいて発光することに起因しており、その雑音量は、誘導放出光量に対する自然放出光量の相対比で定義されている。励起率（ＬＤに注入するバイアス電流に対応）が高い程、誘導放出光量の割合が大きくなるため、その雑音量は小さく、逆に、励起率が低い程、自然放出光量の割合が大きく、雑音量は大きくなる。そこで、図７に示すように、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、レベルが大きい領域では小さく、非線形に設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を一致させる。
【００５７】
また、変調信号として光変調信号を利用した場合でも、上記の自然放出光による雑音や光受信器に用いる熱雑音が充分小さい条件下では、受信信号のＳＮ比は、主にショット雑音で決定される。当該条件下では、多値信号のレベルが大きい程、当該雑音量が大きくなるため、図７の場合とは逆に、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を小さく、レベルが大きい領域では大きく設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を一致させる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、当該信号点を多値信号振幅内において略均一に配置し、あるいは、当該瞬時レベルに依らず隣り合う信号点間のＳＮ比を略均一に設定することにより、第三者による盗聴時の受信信号品質を常に劣化させ、その解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５９】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図８において、データ通信装置は、送信部２２１０５と、受信部２２２０５と、伝送路１１０と、カオス伝送路１４８とを備える。送信部２２１０５は、多値符号化部１１１及び変調部１１２を含む。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂとを有する。第１の多値符号発生部１１１ａは、第１のカオス信号発生部１４６と、第１の多値変換部１４７とを有する。受信部２２２０５は、復調部２１１及び多値復号化部２１２を含む。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂとを有する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第２のカオス信号発生部２４６と、第２の多値変換部２４７とを有する。
【００６０】
すなわち、送信部２２１０５は、第１の実施形態と比較して、第１のカオス信号発生部１４６と第１の多値変換部１４７とを新たに有する。受信部２２２０５は、第２のカオス信号発生部２４６と第２の多値変換部２４７とを新たに有する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。なお、第１の実施形態のブロックと同一の動作を行うブロックには、同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態は、カオス信号を用いて多値符号列を発生させるものである。カオスとは、微分方程式で数学的に明確に記述されるシステムにおいて発生する不規則な時間発展を含む現象である。カオスにはわずかな初期値の差であっても信号の時間発展が全く異なるものになるという特性があるが、動作条件が同一の時には、一方のシステムから他方へ微小なカオス信号を送ると、二つのカオス振動が同じになるカオス同期現象が生じることが知られている。すなわち、カオス同期現象を用いることで、一見ランダムに変化するように見えるが実際は送信側と受信側とで同期したカオス信号を発生させることができる。これを多値識別することで、送信側と受信側とで同期した多値符号列を生成することができる。
【００６２】
以下、図８を参照しながら本実施形態に係るデータ通信装置の各ブロックの動作を説明する。第１のカオス信号発生部１４６は、入力される第１のカオス鍵情報７８に基づき、第１のカオス信号７９を発生、出力する。第１のカオス信号７９は、分岐され、一部はカオス伝送路１４８を介して受信部２２２０５に伝送され、残りは第１の多値変換部１４７に入力される。第１の多値変換部１４７は、第１のカオス信号７９を、第１の多値化鍵情報８０に基づく所定の方法により多値符号列１２に変換する。
【００６３】
第２のカオス信号発生部２４６は、入力される第２のカオス鍵情報８１に基づき、カオス伝送路１４８を介して伝送されてきた第１のカオス信号７９に同期した第２のカオス信号８２を発生、出力する。第２の多値変換部２４７は、第１の多値変換部１４７と同様に、第２のカオス信号８２を、第２の多値化鍵情報８３に基づく所定の方法により多値符号列１７に変換する。ここで、第１の多値化鍵情報８０及び第２の多値化鍵情報８３、第１のカオス鍵情報７８及び第２のカオス鍵情報８１は、それぞれ同じものを用い、送信者と受信者との間で秘密鍵としてあらかじめ共有しておくものとする。
【００６４】
カオス信号を発生する方法には様々な方法が存在するが、半導体レーザを用いることで高速なカオス信号を発生できることが知られている。この場合、半導体レーザの駆動条件に応じて、様々なカオス信号を発生させることができる。以下に、半導体レーザを使用する場合における第１及び第２のカオス信号発生部１４６、２４６の構成例を示す。
【００６５】
図９は、第１のカオス信号発生部１４６の構成例を示すブロック図である。この構成例は、半導体レーザからの出力光を光電変換し電気的にフィードバックすることでカオス発振させるものである。図９において、第１のカオス信号発生部１４６は、駆動条件設定部１４６１と、レーザ駆動部１４６２と、半導体レーザ１４６３と、光電変換部１４６４と、帰還部１４６５とから構成される。レーザ駆動部１４６２は、駆動電流制御信号Ｓ１１に基づき設定するバイアス電流に、入力されるフィードバック信号Ｓ１４を加算して駆動電流Ｓ１３として出力し、半導体レーザ１４６３を電流駆動する。光電変換部１４６４は、この時半導体レーザ１４６３から出力される出力光Ｓ１５を光電変換し、第１のカオス信号７９として出力する。第１のカオス信号７９の一部は、分岐され帰還部１４６５に入力される。
【００６６】
帰還部１４６５は、帰還制御信号Ｓ１２に基づき設定する利得と遅延時間とを、第１のカオス信号７９に与え、フィードバック信号Ｓ１４としてレーザ駆動部１４６２に出力する。駆動条件設定部１４６１は、入力される第１のカオス鍵情報７８に基づき、駆動条件（すなわち半導体レーザ１４６２に与えるバイアス電流、及び帰還部１４６５に与える利得と遅延時間と）を設定し、駆動電流制御信号Ｓ１１及び帰還制御信号Ｓ１２として出力する。
【００６７】
図１０は、図９の対となる第２のカオス信号発生部２４６の構成例を示すブロック図である。図１０において、第２のカオス信号発生部２４６は、構成及び各ブロックの動作は基本的に図９と同一であるが、レーザ駆動部２４６２に第１のカオス信号７９が入力され、バイアス電流及びフィードバック信号Ｓ２４に加算して駆動電流Ｓ２３として出力する点が異なる。また、半導体レーザ２４６３は、図９における半導体レーザ１４６３と全く同じ特性のものを用いる。第２のカオス信号発生部２４６は、第１のカオス鍵情報７８と第２のカオス鍵情報８１との値を同一にし（すなわち駆動条件を同一にし）、また第１のカオス信号７９を入力することで、第１のカオス信号７９に同期した第２のカオス信号８２を出力する。
【００６８】
図１１は、第１のカオス信号発生部の別の構成例を示すブロック図である。この構成例は、半導体レーザからの出力光を光学的にフィードバックすることでカオス発振させるものである。図１１において、第１のカオス信号発生部１４６ａは、駆動条件設定部１４６１と、レーザ駆動部１４６２と、半導体レーザ１４６３と、光電変換部１４６４と、帰還部１４６５とから構成される。レーザ駆動部１４６２は、駆動電流制御信号Ｓ１１に基づき設定するバイアス電流を駆動電流Ｓ１３として出力し、半導体レーザ１４６３を電流駆動する。この時半導体レーザ１４６３から出力される出力光Ｓ１５の一部は、分岐され帰還部１４６５に入力される。出力光Ｓ１５の残りは、光電変換部１４６４で光電変換され、第１のカオス信号７９として出力される。
【００６９】
帰還部１４６５は、帰還制御信号Ｓ１２に基づき設定する利得と遅延時間とを、出力光Ｓ１５に与え、戻り光Ｓ１６として半導体レーザ１４６３にフィードバックする。駆動条件設定部１４６１は、入力される第１のカオス鍵情報７８に基づき、駆動条件（すなわち半導体レーザ１３３に与えるバイアス電流、及び帰還部１４６５に与える利得と遅延時間と）を設定し、駆動電流制御信号Ｓ１１及び帰還制御信号Ｓ１２として出力する。
【００７０】
図１２は、図１１の対となる第２のカオス信号発生部の構成例である。図１２において、第２のカオス信号発生部２４６ａは、構成及び各ブロックの動作は基本的に図１１と同一であるが、半導体レーザ２４６３に第１のカオス信号７９が光信号の状態で注入される点が異なる。また、半導体レーザ２４６３は、図１１における半導体レーザ１４６３と全く同じ特性のものを用いる。この場合も、第１のカオス鍵情報７８と第２のカオス鍵情報８１の値（すなわち駆動条件）を同一にし、第１のカオス信号７９を入力することで、第２のカオス信号発生部２４６ａは、第１のカオス信号７９に同期した第２のカオス信号８２を出力する。
【００７１】
第１のカオス信号発生部１４６及び第２のカオス信号発生部２４６は、半導体レーザを用いてカオス信号を発生させると、半導体レーザの緩和振動周波数と同程度の上限周波数を有するカオス信号が発生させることができる。すなわち、第１のカオス信号発生部１４６及び第２のカオス信号発生部２４６は、半導体レーザの緩和振動周波数が最大で数十ＧＨｚに達するため、高速なカオス信号を発生させることができる。緩和振動周波数より低速の信号を得たい場合は、光電変換部１４６４、２４６４の後段に所望の帯域を有するローパスフィルタを設置すればよい。
【００７２】
なお、図９〜図１２において説明した第１カオス信号発生部１４６及び第２のカオス信号発生部２４６の構成はあくまでも一例であり、同期したカオス信号を発生させることができれば他の構成を用いても構わない。また、カオス信号を制御することのできるパラメータであれば、半導体レーザの駆動電流以外のパラメータを変化させる構成であっても構わない。さらに、第１のカオス信号７９を第２のカオス信号発生部２４６に入力することなく、他の手段で第２のカオス信号８２を第１のカオス信号７９に同期させることができれば、必ずしも第１のカオス信号７９をカオス伝送路１４８を介して伝送し、第２のカオス信号発生部２４６に入力する必要はない。
【００７３】
なお、カオス信号を用いて多値符号列を発生させる目的は、カオスが所定の発生法則に基づいて発生する雑音状の信号であるという性質を持つためである。同様の性質を持つ雑音状の信号を発生できる方法であれば、一般にカオスと称されていないものであっても、カオス信号の代わりに用いることができる。
【００７４】
図１３は、第１の多値変換部１４７の構成例を示すブロック図である。図１３において、第１の多値変換部１４７は、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２と、ビット入替部１４７３とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。ビット入替部１４７３は、入力される制御信号Ｓ４２に基づき、離散化カオス信号Ｓ４１のビットを入れ替え、多値符号列１２として出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される第１の多値化鍵情報８０に基づき、離散化カオス信号Ｓ４１の中の入れ替えるビットを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７の構成は、第１の多値変換部１４７と全く同じである。
【００７５】
次に、本実施形態における信号形態について、図１４を参照しながら説明する。図１４（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２から出力される離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値は、図１４（ｂ）に示す値となる。ここで、制御信号Ｓ４２が最上位ビットと最下位ビットとを入れ替えるように指定したとすると、ビット入替部１４７３から出力される多値符号列１２は、図１４（ｃ）に示すようになる。
【００７６】
第１の多値化鍵情報８０と制御信号Ｓ４２との対応関係は、例えば第１の多値化鍵情報８０の値が“１”の時は最上位ビットと最下位ビットとを入れ替え、“０”の時は最上位ビットと２番目のビットとを入れ替えるというように、入れ替えるビットの組合せと第１の多値化鍵情報８０の値とを対応付ける。第１の多値変換部１４７は、このようにして第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【００７７】
なお、受信部２２２０５（図８参照）において、第２の多値変換部２４７が第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図１４を用いて説明した方法と全く同じである。また、図１４で説明した例はあくまでも一例であり、多値数やビット入替部１４７３において入れ替えるビットの設定等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。また、カオス伝送路１４８と伝送路１１０とは同一の経路であってもよく、さらには同一の伝送路上において変調信号１４と第１のカオス信号７９とを任意の多重方式で多重する構成であってもよい。例えば、変調信号１４と第１のカオス信号７９とに互いに異なる波長の光信号を割り当て、波長多重して伝送する構成をとることもできる。
【００７８】
ところで、通信の安全性を高めるためには、多値符号列１２のそれぞれの値の出現確率は全て等しいことが望ましい。そのためには、図１５に示すように、多値判定部１４７２における識別レベルは、第１のカオス信号７９のレベルの発生確率分布に対応して、離散化カオス信号のそれぞれの値の出現確率が等しくなるように設定する。
【００７９】
以上のように本実施形態によれば、半導体レーザを用いて高速のカオス信号を発生させ、これを用いて高速に変化する多値符号列を容易に生成することができるため、高速の秘匿通信を実現できる。また、送信側と受信側とで同期したカオス信号を発生させることにより、同期した多値符号列を生成し、適切なタイミングで多値信号を識別することが可能になる。
【００８０】
（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１６において、本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）で示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｂ及び第２の多値変換部２４７ｂの内部構成のみが異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００８１】
図１７は、第６の実施形態における第１の多値変換部１４７ｂの構成を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｂは、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２とから構成される。多値判定部１４７２は、制御信号Ｓ４２で指定される所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、多値符号列１２として出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される第１の多値化鍵情報８０に基づき、多値判定部１４７２における識別レベルを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７ｂの構成は、第１の多値変換部１４７ｂと全く同じである。
【００８２】
次に、本実施形態における信号形態について、図１８を参照しながら説明する。図１８（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２は、“０１１”と“１００”との間の識別レベルを、第１の多値化鍵情報８０の値に応じて切り替えるものとする。すなわち、多値判定部１４７２は、第１のカオス信号７９の識別レベルを第１の多値化鍵情報８０の値が“１”の場合は図１８（ａ）に示す識別レベルＡに、“０”の場合は識別レベルＢに設定するものとする。この場合、多値判定部１４７２から出力される多値符号列の値は図１８（ｂ）に示すようになり、時刻ｔ６での多値符号列が識別レベルによって異なる値となる。
【００８３】
図１８では簡単のため１つの識別レベルのみを変化させる例を示したが、カオス信号レベルから多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を高めるためにはさらに多くの識別レベル、望ましくは全ての識別レベルを第１の多値化鍵情報８０の値に応じて切り替えるとよい。また、各識別レベルにおいて切替幅を異なる量に設定すると、より安全性が高まる。
【００８４】
なお、受信部２２２０６（図１６参照）において、第２の多値変換部２４７ｂが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図１８を用いて説明した方法と全く同じである。また、図１８で説明した例はあくまでも一例であり、多値数、識別レベルの切替幅等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。
【００８５】
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、高速に変化する多値符号列を容易に生成することができる。
【００８６】
（第７の実施形態）
図１９は、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１９において、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）で示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｃ及び第２の多値変換部２４７ｃの内部構成のみが異なる。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００８７】
図２０は、本発明の第７の実施形態における第１の多値変換部１４７ｃの構成例を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｃは、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２と、ビット反転部１４７４とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。ビット反転部１４７４は、制御信号Ｓ４２で指定される離散化カオス信号Ｓ４１のビットの値を反転し、多値符号列１２として出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される第１の多値化鍵情報８０に基づき、ビット反転部１４７４において値を反転させる離散化カオス信号Ｓ４１のビットを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７ｃの構成は、第１の多値変換部１４７ｃと全く同じである。
【００８８】
次に、本実施形態における信号形態について、図２１を参照しながら説明する。図２１（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２から出力される離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値は、図２１（ｂ）に示す値となる。ここで、制御信号Ｓ４２が、最上位ビットの値を反転するように指定したとすると、ビット反転部１４７４から出力される多値符号列１２は図２１（ｃ）に示すようになる。
【００８９】
第１の多値化鍵情報８０と制御信号Ｓ４２との対応関係は、例えば鍵情報の値が“１”の時は最上位ビットの値を反転させ、“０”の時は２番目のビットの値を反転させるというように、反転させるビットと第１の多値化鍵情報８０との値を対応付ける。第１の多値変換部１４７ｃは、このようにして第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【００９０】
なお、受信部２２２０７（図１９参照）において、第２の多値変換部２４７ｃが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図２１を用いて説明した方法と全く同じである。また、図２１で説明した例はあくまでも一例であり、多値数やビット反転部１４７４において反転させるビットの設定等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。
【００９１】
以上のように本実施形態によれば、第５の実施形態と同様に、高速に変化する多値符号列を容易に生成することができる。
【００９２】
（第８の実施形態）
図２２は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２２において、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）で示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｄ及び第２の多値変換部２４７ｄの内部構成のみが異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００９３】
図２３は、第８の実施形態における第１の多値変換部１４７ｄの構成例を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｄは、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２と、ビット反転部１４７４と、制御用乱数発生部１４７５とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。ビット反転部１４７４は、制御信号Ｓ４２で指定される離散化カオス信号Ｓ４１のビットの値を反転し、多値符号列１２として出力する。制御用乱数発生部１４７５は、第１の多値化鍵情報８０に基づき、擬似乱数である制御用乱数Ｓ４３を発生し、多値判定制御部１４７１に出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される制御用乱数Ｓ４３の値に基づき、ビット反転部１４７４において値を反転させる離散化カオス信号Ｓ４１のビットを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７ｄの構成は、第１の多値変換部１４７ｂと全く同じである。
【００９４】
次に、本実施形態における信号形態について、図２４を参照しながら説明する。図２４（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２から出力される離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値は図２４（ｂ）に示す値となる。ここで、制御用乱数Ｓ４３の値が“１”の時は、ビット反転部１４７４において最上位ビットの値を反転するように指定する制御信号Ｓ４２が多値判定制御部１４７１から出力される。
【００９５】
一方、制御用乱数Ｓ４３の値が“０”の時は、ビット反転部１４７４においてビットを反転させずにそのまま出力する。すなわち、制御用乱数の値が図２４（ｂ）に示す値である場合、多値符号列１２は図２４（ｃ）に示すようになる。このように、制御用乱数Ｓ４３を用いてビットの値をランダムに変えることで、第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【００９６】
なお、受信部２２２０８（図２２参照）において、第２の多値変換部２４７ｄが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図２４を用いて説明した方法と全く同じである。また、図２４で説明した例はあくまでも一例であり、離散化カオス信号Ｓ４１の多値数、制御用乱数Ｓ４３のビット数、ビット反転部１４７４において反転させるビットの設定等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。図２４では擬似乱数を用いてビットを反転させる例を示したが、図１４で説明したようなビットを入れ替える方法や、図１８で説明したような識別レベルを切り替える方法と、擬似乱数を組み合わせる方法も可能である。すなわち、擬似乱数の値が“１”の時はビットを入れ替え、“０”の時はそのまま出力するといった方法や、擬似乱数の値に応じて識別レベルを切り替えるといった方法を取ることも可能である。
【００９７】
以上のように本実施形態によれば、第５の実施形態と同様の利点に加え、擬似乱数を用いているため第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することがより困難になり、安全性を高めることができる。
【００９８】
（第９の実施形態）
図２５は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２５において、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）に示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｅ及び第２の多値変換部２４７ｅの内部構成のみが異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００９９】
図２６は、第９の実施施形態における第１の多値変換部１４７ｅの構成を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｅは、多値判定部１４７２と、乱数信号発生部１４７６と、配列部１４７７とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。乱数信号発生部１４７６は、第１の多値化鍵情報８０に基づき、２値あるいは多値の擬似乱数である乱数信号Ｓ４４を発生し出力する。配列部１４７７は、離散化カオス信号Ｓ４１と乱数信号Ｓ４４の各ビットを所定の規則により配列し、離散化カオス信号Ｓ４１と乱数信号Ｓ４４のビット数の和と同じビット数を有する多値信号である多値符号列１２を出力する。第２の多値変換部２４７ｅの構成は、第１の多値変換部１４７ｅと全く同じである。
【０１００】
次に、本実施形態における信号形態について、図２７を参照しながら説明する。この例は、離散化カオス信号Ｓ４１が３ビット、乱数信号Ｓ４４が２ビットの信号であり、離散化カオス信号Ｓ４１の値を多値符号列１２の上位３ビット、乱数信号Ｓ４４の値を多値符号列１２の下位２ビットに配列する例である。例えば時刻ｔ１では、離散化カオス信号Ｓ４１の値が“１１０”、乱数信号Ｓ４４の値が“０１”であるとき、多値符号列１２の値は“１１００１”となる。このように、第１のカオス信号７９と乱数信号Ｓ４４との双方を用いて多値符号列１２の値を決定することで、第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【０１０１】
なお、受信部２２２０９（図２５参照）において、第２の多値変換部２４７ｅが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図２７を用いて説明した方法と全く同じである。なお、図２７で説明した例はあくまでも一例であり、離散化カオス信号Ｓ４１及び乱数信号Ｓ４４の多値数、配列部１４７７におけるビット配列の規則は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。例えば、多値符号列１２の上位ビットに乱数信号Ｓ４４の値を、下位ビットに離散化カオス信号Ｓ４１の値を配列することも可能であり、また乱数信号Ｓ４４と離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値を交互に配列することも可能である。
【０１０２】
以上のように本実施形態によれば、第８の実施形態と同様に、擬似乱数を用いているため第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することがより困難になり、安全性を高めることができる。
【０１０３】
第５から第９の実施形態において、第１のカオス信号７９及び第１の多値化鍵情報８０から多値符号列１２を生成する方法の例をそれぞれ示したが、多値符号列１２の生成方法はこれらに限定されず、第１のカオス信号７９から予測困難な形で多値符号列１２を生成できる方法であれば、いかなる方法を用いても構わない。また、本発明のデータ通信装置は、第５から第９の実施形態で説明した方法を複数組み合わせて使用することも可能である。
【０１０４】
（第１０の実施形態）
図２８は、本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。図２８に示すデータ通信装置は、送信部２２１１０と、受信部２２２１０と、伝送路１１０と、カオス伝送路１４８とを備える。送信部２２１１０は、多値符号化部１１１及び変調部１１２を含む。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂとを有する。第１の多値符号発生部１１１ａは、第１のカオス信号発生部１４６と、第１の多値変換部１４７とを有する。受信部２２２１０は、復調部２１１及び多値復号化部２１２を含む。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂと、遅延部２４８とを有する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第２のカオス信号発生部２４６と、第２の多値変換部２４７とを有する。
【０１０５】
すなわち、本実施形態に係るデータ通信装置は、遅延部２４８を備える点が、第５の実施形態と異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態に係るデータ通信装置は、復調部２１１から出力される多値信号１５と、第２の多値符号発生部２１２ａから出力される多値符号列１７のタイミングが一致していない場合に、これらが多値識別部２１２ｂに入力されるタイミングを一致させるものである。図２８において、受信部２２２１０の構成は、多値信号１５のタイミングに遅れが生じている場合にタイミング調整するためのものである。すなわち、遅延部２４８は、多値符号列１７に遅延を与え、多値信号１５と多値符号列１７とが多値識別部２１２ｂに入力されるタイミングを一致させる。なお、遅延部２４８の位置は、多値符号発生部２１２ａの内部や、カオス伝送路１４８と第２のカオス信号発生部２４６との間であってもよい。
【０１０７】
図２９は、第１０の実施形態の別の構成を示すブロック図である。図２９は、多値符号列１７のタイミングに遅れが生じている場合にタイミング調整するためのものであり、第２の多値変換部２４７と多値識別部２１２ｂとの間の遅延部２４８の代わりに、遅延部２４９が復調部２１１と多値識別部２１２ｂとの間に設置されている点が図２８と異なる。図２９において、遅延部２４９は、多値信号１５に遅延を与え、多値信号１５と多値符号列１７とが多値識別部２１２ｂに入力されるタイミングを一致させる。なお、遅延部２４９の位置は、復調部２１１の前段であってもよい。
【０１０８】
以上の構成をとることにより、本実施形態のデータ伝送装置は、伝送路１１０とカオス伝送路１４８との経路長が異なり、第２のカオス信号８２の発生タイミングが対応する多値信号１５の受信タイミングに対して誤差が生じる場合においても、この誤差を打ち消し、適切なタイミングで識別を行うことができる。したがって、カオス伝送路１４８を伝送路１１０と異なる任意の経路に設定することにより、第１のカオス信号７９が盗聴される可能性を低くすることができる。
【０１０９】
以上のように本実施形態によれば、伝送路とカオス伝送路の経路長差により生じる多値信号と多値符号列のタイミングの誤差を受信部の内部で打ち消すことができるため、カオス伝送路の経路を伝送路と異なる任意の経路に設定することが可能になり、盗聴の可能性を低くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受等を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形を説明する模式図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形の呼称を説明する模式図
【図４】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図
【図５】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図
【図８】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図９】第１のカオス信号発生部１４６の構成例を示すブロック図
【図１０】第２のカオス信号発生部２４６の構成例を示すブロック図
【図１１】第１のカオス信号発生部の別の構成例を示すブロック図
【図１２】第２のカオス信号発生部の別の構成例を示すブロック図
【図１３】第１の多値変換部１４７の構成例を示すブロック図
【図１４】本発明の第５の実施形態における信号形態を説明する図
【図１５】本発明の多値判定部１４７２における識別レベルの設定方法の一例を示す説明する図
【図１６】本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１７】第６の実施形態における第１の多値変換部１４７ｂの構成を示すブロック図
【図１８】本発明の第６の実施形態における信号形態を説明する図
【図１９】本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２０】第１の多値変換部１４７ｃの構成例を示すブロック図
【図２１】本発明の第７の実施形態における信号形態を説明する図
【図２２】本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２３】第１の多値変換部１４７ｄの構成例を示すブロック図
【図２４】本発明の第８の実施形態における信号形態を説明する図
【図２５】本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２６】第１の多値変換部１４７ｅの構成を示すブロック図
【図２７】本発明の第９の実施形態における信号形態を説明する図
【図２８】本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図２９】本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の別の構成例を示すブロック図
【図３０】従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０１１２】
１０、１８ 情報データ
１１、１６ 鍵情報
１２、１７ 多値符号列
１３、１５ 多値信号
１９、２０ 反転情報データ
１４ 変調信号
２２ 雑音重畳多値信号
７８、８１ カオス鍵情報
７９、８２ カオス信号
８０、８３ 多値化鍵情報
Ｓ１１、Ｓ２１ 駆動電流制御信号
Ｓ１２、Ｓ２２ 帰還制御信号
Ｓ１３、Ｓ２３ 駆動電流
Ｓ１４、Ｓ２４ フィードバック信号
Ｓ１５、Ｓ２５ 出力光
Ｓ１６、Ｓ２６ 戻り光
Ｓ４１ 離散化カオス信号
Ｓ４２ 制御信号
Ｓ４３ 制御用乱数
Ｓ４４ 乱数信号
１１０ 伝送路
１１１ 多値符号化部
１１１ａ 第１の多値符号発生部
１１１ｂ 多値処理部
１１２ 変調部
１１３、２１３ データ反転部
１１４ 雑音制御部
１１４ａ 雑音発生部
１１４ｂ 合成部
１４６ 第１のカオス信号発生部
１４７、１４７ｂ〜１４７ｅ 第１の多値変換部
１４８ カオス伝送路
１４６１、２４６１ 駆動条件設定部
１４６２、２４６２ レーザ駆動部
１４６３、２４６３ 半導体レーザ
１４６４、２４６４ 光電変換部
１４６５、２４６５ 帰還部
１４７１ 多値判定制御部
１４７２ 多値判定部
１４７３ ビット入替部
１４７４ ビット反転部
１４７５ 制御用乱数発生部
１４７６ 乱数信号発生部
１４７７ 配列部
２１１ 復調部
２１２ 多値復号化部
２１２ａ 第２の多値符号発生部
２１２ｂ 多値識別部
２４６ 第２のカオス信号発生部
２４７、２４７ｂ〜２４７ｅ 第２の多値変換部
２４８〜２４９ 遅延部
１０１０１〜１０１０３、２２１０５〜２２１１０ 送信部
１０２０１〜１０２０２、２２２０５〜２２２１０ 受信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。より特定的には、正規の送受信者間で、特定の符号化／復号化（変調／復調）方式を選択・設定してデータ通信を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定者同志でのみ通信を行うためには、送信／受信間で符号化／復号化のための元情報（鍵情報）を共有し、当該情報に基づいて、伝送すべき情報データ（平文）を数学的に演算／逆演算することにより秘密通信を実現する構成が採用されている。図３０は、当該構成に基づく、従来のデータ送信装置の構成を示すブロック図である。図３０において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置９０００１と、伝送路９１３と、データ受信装置９０００２とで構成される。データ送信装置９０００１は、符号化部９１１と、変調部９１２とからなる。データ受信装置９０００２は、復調部９１４と、復号化部９１５とからなる。ここで、符号化部９１１に情報データ９０と第１の鍵情報９１とを入力し、復号化部９１５に第２の鍵情報９６を入力すると、復号化部９１５から情報データ９８が出力される。さらに、第三者による盗聴行為を説明するため、図３０は、盗聴者復調部９１６と、盗聴者復号化部９１７とからなる盗聴者データ受信装置９０００３を含むものとする。盗聴者復号化部９１７には、第３の鍵情報９９が入力される。以下に、図３０を参照しながら、従来のデータ通信装置の動作を説明する。
【０００３】
データ送信装置９０００１において、符号化部９１１は、情報データ９０を、第１の鍵情報９１に基づいて符号化（暗号化）する。変調部９１２は、符号化部９１１で暗号化された情報データを所定の変調形式の変調信号９４に変換して伝送路９１３に送出する。データ受信装置９０００２において、復調部９１４は、伝送路９１３を介して伝送されてきた変調信号９４を所定の復調方式で復調する。復号化部９１５は、符号化部９１１との間で共有した第１の鍵情報９１と同一の第２の鍵情報９６に基づいて復号化（暗号解読）して、元の情報データ９８を出力する。
【０００４】
データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２との間で伝送される変調信号（情報データ）を盗聴するに当たり、盗聴者データ受信装置９０００３において、盗聴者復調部９１６が、伝送路９１３を伝搬する変調信号の一部を分岐、入力し、所定の復調方式で復調し、盗聴者復号化部９１７が第３の鍵情報９９に基づいて復号化を試みる。ここで、盗聴者復号化部９１７は、符号化部９１１との間で鍵情報を共有していないものとする。即ち、盗聴者復号化部９１７は、第１の鍵情報９１と異なる第３の鍵情報９９に基づき復号化を行うため、元の情報データを正しく再生することができない。
【０００５】
このような数学的な演算に基づく数理暗号（または、計算暗号、ソフトウェア暗号とも呼ばれる）技術は、例えば特開平９−２０５４２０号公報にも記されているように、アクセスシステム等に適用できる。即ち、１つの光送信器から送出された光信号を光カプラで分岐し、複数の光加入者宅の光受信器にそれぞれ配信するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）構成では、各光受信器に、所望の光信号以外の他加入者に向けた信号が入力される。そこで、互いに異なる鍵情報を用いて、加入者毎の情報データを暗号化することによって、互いの情報の漏洩・盗聴を防ぎ、安全なデータ通信を実現することができる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【非特許文献１】石橋啓一郎他訳、「暗号とネットワークセキュリティ：理論と実際」、ピアソン・エデュケーション、２００１年
【非特許文献２】安達真弓他訳、「暗号技術大全」、ソフトバンクパブリッシング、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、数理暗号技術に基づく従来のデータ通信装置では、盗聴者は、たとえ鍵情報を共有しなくとも、暗号文（変調信号、または暗号化された情報データ）に対して、考え得る全ての組み合わせの鍵情報を用いた演算（総当たり攻撃）や、特殊な解析アルゴリズムの適用を試みれば、原理的に暗号解読が可能である。特に、近年の計算機の処理速度向上は目覚ましく、将来的に量子コンピュータ等の新しい原理による計算機が実現されれば、有限の時間内で、暗号文を盗聴できるという課題を有していた。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的な計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、暗号化通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と変調部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。
【０００９】
多値符号化部は、多値符号発生部と多値処理部とを備える。多値符号発生部は、所定の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、多値符号列と情報データのレベルの組み合わせに一意に対応した信号レベルを有する多値信号を生成する。
【００１０】
多値符号発生部は、雑音状信号発生部と多値変換部とから構成される。雑音状信号発生部は、所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し出力する。多値変換部は、所定の鍵情報に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換する。好ましくは、雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力するカオス信号発生部である。
【００１１】
好ましくは、カオス信号発生部は、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成される。このような場合、光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換しカオス信号として出力する。帰還部は、光電変換部から出力されるカオス信号の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする。駆動条件設定部は、所定のカオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００１２】
また、カオス信号発生部は、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成されてもよい。このような場合、光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換しカオス信号として出力する。帰還部は、半導体レーザからの出力光の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、半導体レーザに再注入する。駆動条件設定部は、カオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００１３】
好ましくは、多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、所定の制御信号で指定される識別レベルにより、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し多値符号列を出力する多値判定部とから構成される。
【００１５】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とから構成されてもよい。
【００１６】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とから構成されてもよい。
【００１７】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、擬似乱数の値に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換することを特徴とする。
【００１８】
多値変換部は、多値判定部と、乱数信号発生部と、配列部とから構成される。多値判定部は、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する。乱数信号発生部は、所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し出力する。配列部は、離散化雑音状信号と乱数信号とから、多値符号列を生成し出力する。多値符号列は、離散化雑音状信号のビット数と、乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、離散化雑音状信号の各ビットの値と、乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号である。
【００１９】
また、本発明は、暗号通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして上記目的を達成させるために、本発明のデータ受信装置は、復調部と多値復号化部とを備える。復調部は、所定の変調形式の変調信号を復調し多値信号を出力する。多値復号化部は、予め定められた所定の鍵情報と多値信号とを入力し、情報データを出力する。
【００２０】
好ましくは、多値復号化部は、多値符号列発生部と多値識別部とを備える。多値符号列発生部は、鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値識別部は、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００２１】
多値符号発生部は、雑音状信号発生部と多値変換部とから構成される。雑音状信号発生部は、所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し出力する。多値変換部は、所定の鍵情報に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換する。雑音状信号発生部は、変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力する。好ましくは、雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力するカオス信号発生部である。
【００２２】
好ましくは、カオス信号発生部は、光を出力する半導体レーザと、レーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成される。このような場合、レーザ駆動部は、変調信号と別に受信した第１のカオス信号と所定のバイアス電流とを加算し、半導体レーザに駆動電流として供給する。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する。帰還部は、光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする。駆動条件設定部は、カオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００２３】
また、カオス信号発生部は、半導体レーザと、レーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とから構成されてもよい。このような場合、半導体レーザは、変調信号と別に受信したカオス信号が光信号の状態で注入され光を出力する。レーザ駆動部は、半導体レーザに駆動電流を供給する。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する。帰還部は、半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、半導体レーザに再注入する。駆動条件設定部は、カオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。
【００２４】
好ましくは、多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする。
【００２５】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、所定の制御信号で指定される識別レベルにより、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、多値符号列を出力する多値判定部とから構成される。
【００２６】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とから構成されてもよい。
【００２７】
また、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し出力する多値判定部と、多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とから構成されてもよい。
【００２８】
好ましくは、多値変換部は、所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、擬似乱数の値に基づく所定の方法により、雑音状信号を多値符号列に変換する。
【００２９】
多値変換部は、多値判定部と、乱数信号発生部と、配列部とから構成される。多値判定部は、雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する。乱数信号発生部は、所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し出力する。配列部は、離散化雑音状信号と乱数信号とから多値符号列を生成し出力する。多値符号列は、離散化雑音状信号のビット数と、乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、離散化雑音状信号の各ビットの値と、乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号である。
【００３０】
データ受信装置は、多値符号発生部の前段または後段もしくは内部に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えてもよい。また、データ受信装置は、復調部の前段または後段に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えてもよい。
【００３１】
また、本発明は、暗号通信を行うデータ通信装置にも向けられている。そして上記目的を達成させるために、本発明のデータ通信装置は、データ送信装置とデータ受信装置とを備える。データ送信装置は、予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とからなるデータ送信装置とを備える。データ受信装置は、変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、予め定められた所定の第２の鍵情報と第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とからなるデータ受信装置とを備える。
【００３２】
好ましくは、多値符号化部は、多値符号発生部と多値処理部とを備える。多値符号発生部は、第１の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する第１の多値信号に変換する。また、多値復号化部は、多値符号列発生部と多値識別部とを備える。多値符号列発生部は、第２の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値識別部は、多値符号列に基づいて、第２の多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００３３】
好ましくは、第１の多値符号発生部は、所定の発生法則に基づいて第１の雑音状信号を発生し出力する第１の雑音状信号発生部と、第１の鍵情報に基づく所定の方法により、第１の雑音状信号を多値符号列に変換する第１の多値変換部とから構成される。また、第２の多値符号発生部は、第１の雑音状信号と同じ発生法則を有する第２の雑音状信号を発生し出力する第２の雑音状信号発生部と、第２の鍵情報に基づく所定の方法により、第２の雑音状信号を多値符号列に変換する第２の多値変換部とから構成される。
【００３４】
好ましくは、第２の雑音状信号発生部は、変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力することを特徴とする。第１の雑音状信号発生部は、所定の第１のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力する第１のカオス信号発生部である。第２の雑音状信号発生部は、所定の第２のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生、出力する第２のカオス信号発生部である。
【００３５】
好ましくは、第１または第２のカオス信号発生部は、それぞれ、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とを備える。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し第１または第２のカオス信号として出力する。帰還部は、光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与えレーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする。第１または第２のカオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。第２のカオス信号発生部に含まれるレーザ駆動部には、第１のカオス信号が入力され、駆動電流に加算されることを特徴とする。
【００３６】
また、第１及び第２のカオス信号発生部は、それぞれ、光を出力する半導体レーザと、半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、光電変換部と、帰還部と、駆動条件設定部とを備えてもよい。光電変換部は、半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第１または第２のカオス信号として出力する。帰還部は、半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、半導体レーザに再注入する。駆動条件設定部は、第１または第２のカオス鍵情報に基づき、レーザ駆動部が出力する駆動電流と、帰還部における利得及び遅延時間とを制御する。第２のカオス信号発生部に含まれる半導体レーザには、第１のカオス信号が光信号の状態で注入されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のデータ通信装置は、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・符号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化することにより、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信装置を提供することができる。
【００３８】
また、本発明によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、さらにタイミング信号に同期した振幅変動もしくはレベル変動を付与することにより、多値信号復調時の同期処理を容易にして、簡易な構成によるデータ通信装置を提供することができる。
【００３９】
本発明のデータ通信装置、データ送信装置、ならびにデータ受信装置は、半導体レーザを用いて高速のカオス信号を発生させ、これを用いて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・符号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化する。これにより、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高い通信を高速に行うことが可能なデータ通信装置、データ送信装置、ならびにデータ受信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、データ通信装置は、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、伝送路１１０と、復調部２１１と、多値復号化部２１２とで構成される。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂとからなる。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂとからなる。また、多値符号化部１１１と変調部１１２とでデータ送信装置１０１０１を構成し、復調部２１１と多値復号化部２１２とでデータ受信装置１０２０１を構成する。伝送路１１０には、ＬＡＮケーブルや同軸ケーブル等の金属路線や、光ファイバケーブル等の光導波路を用いることができる。また、伝送路１１０は、ＬＡＮケーブル等の有線ケーブルに限られず、無線信号を伝搬する自由な空間であってもよい。
なお、図２および図３に、変調部１１２から出力される変調信号波形を説明するための模式図を示す。以下に、第１の実施形態について、図２および図３を用いながら、その動作を説明する。
【００４１】
第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた所定の第１の鍵情報１１に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２（図２（ｂ））を発生する。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２と情報データ１０（図２（ａ））とを入力し、所定の手順に従って両信号を合成し、当該信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号１３（図２（ｃ））を生成し、出力する。例えば、図２では、多値符号列１２がタイムスロットｔ１／ｔ２／ｔ３／ｔ４に対して当該レベルがｃ１／ｃ５／ｃ３／ｃ４と変化し、これをバイアスレベルとして、情報データ１０を加算することで、Ｌ１／Ｌ８／Ｌ６／Ｌ４と変化する多値信号１３を生成する。ここで、図３に示すように、情報データ１０の振幅を“情報振幅”、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”、各バイアスレベル（多値符号列１２のレベル）ｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５に対応して、多値信号１３が取り得るレベルの組（Ｌ１、Ｌ４）／（Ｌ２、Ｌ５）／（Ｌ３、Ｌ６）／（Ｌ４、Ｌ７）／（Ｌ５、Ｌ８）を、第１〜第５の“基底”、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”とそれぞれ呼称する。変調部１１２は、多値信号１３を元データとして、所定の変調形式の変調信号１４に変換して、伝送路１１０に送出する。
【００４２】
復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を復調し、前記多値信号１５を再生する。第２の多値符号発生部２１２ａは、前記第１の鍵情報１１と同一の第２の鍵情報１６を予め共有し、当該第２の鍵情報１６に基づいて、前記多値符号列１２に相当する多値符号列１７を発生する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を閾値として、多値信号１５の識別（２値判定）を行い、情報データ１８を再生する。ここで、変調部１１２と復調部２１１とが、伝送路１１０を介して送受信する所定の変調形式の変調信号１４は、電磁波（電磁界）または光波を多値信号１３で変調して得られるものである。
【００４３】
なお、多値処理部１１１ｂにおける多値信号１３の生成については、上述のように、多値符号列１２と情報データ１０の加算処理による方法以外に、情報データ１０に従って、多値符号列１２のレベルを振幅変調／制御する方法や、あるいは、両信号レベルの組み合わせに対応した多値信号レベルを予め記憶させたメモリから、両信号レベルに応じて逐次読み出す方法等、いかなる手順であっても構わない。
【００４４】
図２および図３では、多値信号の値数を“８”として表記したが、これに限定されるものではなく、それより大きくても小さくても良い。また、情報振幅を多値信号のステップ幅の３倍、もしくは整数倍として表記したが、これに限らず、いかなる奇数倍や偶数倍であっても良いし、あるいは整数倍でなくても構わない。さらに、これに関連して、図２および図３では、多値符号列の各レベル（各バイアスレベル）が、多値信号の各レベル間の略中心になるよう配置したが、これに限定されるものではなく、多値符号列の各レベルは、多値信号の各レベル間の略中心でなくても良いし、あるいは多値信号の各レベルに一致しても構わない。また、多値符号列と情報データとの変化レートが互いに等しく同期関係にあることを前提としたが、この限りではなく、一方の変化レートが他方より高速（または低速）であっても良いし、非同期であっても構わない。
【００４５】
次に、第三者による、変調信号の盗聴動作について説明する。当該第三者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置１０２０１に準じた構成、もしくはさらに高性能なデータ受信装置（盗聴者データ受信装置）を用いて、変調信号を受信、解読することが想定され、当該復調部（盗聴者復調部）は、変調信号を復調することにより、多値信号を再生する。しかし、当該多値復号化部（盗聴者多値復号化部）は、データ送信装置１０１０１の多値符号化部１１１との間で第１の鍵情報１１を共有しないため、データ受信装置１０２０１のように、当該鍵情報から発生した多値符号列を基準とした２値判定を行うことができない。このような場合に考え得る盗聴動作としては、多値信号の全レベルに対する識別を同時に行う方法（一般に「総当たり攻撃」と呼ばれる）がある。即ち、多値信号が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して同時判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報または情報データを抽出する。例えば、図２に示した、多値符号列のレベルｃ０／ｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５／ｃ６を閾値として用いて、多値信号に対する多値判定を行うことにより、当該レベルを同定する。
【００４６】
しかしながら、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、これが変調信号に重畳されることによって、多値信号のレベルは、図４に示すように時間的・瞬時的に変動する。このような場合、正規受信者（データ受信装置１０２０１）による２値判定動作における被判定信号のＳＮ比（信号対雑音強度比）が、多値信号中の情報振幅と雑音量の比で決まるのに対して、盗聴者データ受信装置による多値判定動作においては、多値信号のステップ幅と雑音量との比によってＳＮ比が決まる。このため、被判定信号が有する雑音レベルが同一条件下においては、当該ＳＮ比は相対的に小さくなり、伝送特性（誤り率）が劣化することになる。即ち、第三者が、全閾値による総当たり攻撃に対して識別誤りを誘発させて、盗聴を困難にすることができる。特に、多値信号のステップ幅を、当該雑音振幅（雑音強度分布の拡がり）に対して同オーダ、もしくは、より小さく設定すれば、第三者による多値判定を事実上不可能にして、理想的な盗聴防止を実現できる。
【００４７】
なお、上述のように被判定信号（多値信号、または変調信号）に重畳される雑音としては、変調信号に無線信号等の電磁波を用いた場合は、空間場や電子部品等が有する熱雑音（ガウス性雑音）を、光波を用いた場合は、熱雑音に加えて、光子が発生する際の光子数ゆらぎ（量子雑音）を、それぞれ利用できる。特に、量子雑音を伴った信号には、その記録や複製等の信号処理が適用できないことから、当該雑音量を基準に多値信号のステップ幅を設定することによって、第三者による盗聴を不可能として、データ通信の絶対的な安全性を確保することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、当該信号点間距離を、当該雑音量に対して適切に設定することにより、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。本図において、データ通信装置は、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、伝送路１１０と、復調部２１１と、多値復号化部２１２と、第１のデータ反転部１１３と、第２のデータ反転部２１３とから構成され、図１の構成に対して、第１のデータ反転部１１３と、第２のデータ反転部２１３を新たに備える点が異なっている。また、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、第１のデータ反転部１１３とで、データ送信装置１０１０２を構成し、復調部２１１と、多値復号化部２１２と、第２のデータ反転部２１３とで、データ受信装置１０２０２を構成する。以下に、本実施形態の動作を説明する。
【００５０】
本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略し、相違点のみを説明する。その構成において、第１のデータ反転部１１３は、情報データの有する“０”と“１”の情報と、ＬｏｗレベルとＨｉｇｈレベルとの対応関係を固定せず、所定の手順で当該対応関係を略ランダムに変更する。例えば、多値符号化部１１１と同様、所定の初期値に基づいて発生させた乱数系列（疑似乱数列）との排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ）演算を行い、その演算結果を多値符号化部１１１に出力する。第２のデータ反転部２１３は、多値復号化部２１２から出力されたデータについて、前記第１のデータ反転部１１３と逆の手順で、当該“０／１”と“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”の対応関係を変更する。例えば、第１のデータ反転部１１３が備える初期値と同一の初期値を共有し、これに基づいて発生させた乱数のビット反転系列との排他的論理和演算を行い、その結果を情報データとして再生する。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データの反転を略ランダムに行うことにより、暗号としての多値信号の複雑性を大きくして、第三者による解読・復号化をさらに困難とし、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。本図において、データ通信装置は、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、伝送路１１０と、復調部２１１と、多値復号化部２１２と、雑音制御部１１４とから構成され、図１の構成に対して、雑音制御部１１４を新たに備える点が異なっている。さらに、雑音制御部１１４は、雑音発生部１１４ａと、合成部１１４ｂとからなる。また、多値符号化部１１１と、変調部１１２と、雑音制御部１１４とで、データ送信装置１０１０３を構成し、復調部２１１と、多値復号化部２１２とで、データ受信装置１０２０１を構成する。以下に、本実施形態の動作を説明する。
【００５３】
本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略し、相違点のみを説明する。その構成において、雑音発生部１１４ａは、所定の雑音を発生し、合成部１１４ｂが、多値信号と合成して、変調部１１２に出力する。即ち、図４で説明した多値信号のレベル変動を故意に生じさせて、多値信号のＳＮ比を任意の値に制御し、これにより、多値識別部２１２ｂに入力する被判定信号のＳＮ比を制御する。なお、前述したように、雑音発生部１１４ａで発生する雑音としては、熱雑音や量子雑音等が利用される。また、雑音が合成（重畳）された多値信号を雑音重畳多値信号と呼ぶことにする。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、そのＳＮ比を任意に制御することにより、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を故意に与え、その解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５５】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の動作を説明する。本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態（図１）、または第３の実施形態（図６）に準ずる。その構成において、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号の各ステップ幅（Ｓ１〜Ｓ７）を、各レベルの変動量、即ち各レベルに重畳されている雑音強度分布に従い設定し、出力する。具体的には、多値識別部２１２ｂに入力する被判定信号の隣り合う２つの信号点間で決まるＳＮ比が略一致するように、当該信号点間距離を配分する。なお、各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、各ステップ幅を均等に設定する。
【００５６】
一般に、変調部１１２から出力される変調信号として、半導体レーザ（ＬＤ）を光源とする光強度変調信号を想定した場合、ＬＤに入力する多値信号のレベルに依存して当該変動幅（雑音量）は変化する。これは、半導体レーザが自然放出光を「種光」とした誘導放出の原理に基づいて発光することに起因しており、その雑音量は、誘導放出光量に対する自然放出光量の相対比で定義されている。励起率（ＬＤに注入するバイアス電流に対応）が高い程、誘導放出光量の割合が大きくなるため、その雑音量は小さく、逆に、励起率が低い程、自然放出光量の割合が大きく、雑音量は大きくなる。そこで、図７に示すように、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、レベルが大きい領域では小さく、非線形に設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を一致させる。
【００５７】
また、変調信号として光変調信号を利用した場合でも、上記の自然放出光による雑音や光受信器に用いる熱雑音が充分小さい条件下では、受信信号のＳＮ比は、主にショット雑音で決定される。当該条件下では、多値信号のレベルが大きい程、当該雑音量が大きくなるため、図７の場合とは逆に、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を小さく、レベルが大きい領域では大きく設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を一致させる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、当該信号点を多値信号振幅内において略均一に配置し、あるいは、当該瞬時レベルに依らず隣り合う信号点間のＳＮ比を略均一に設定することにより、第三者による盗聴時の受信信号品質を常に劣化させ、その解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５９】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図８において、データ通信装置は、送信部２２１０５と、受信部２２２０５と、伝送路１１０と、カオス伝送路１４８とを備える。送信部２２１０５は、多値符号化部１１１及び変調部１１２を含む。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂとを有する。第１の多値符号発生部１１１ａは、第１のカオス信号発生部１４６と、第１の多値変換部１４７とを有する。受信部２２２０５は、復調部２１１及び多値復号化部２１２を含む。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂとを有する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第２のカオス信号発生部２４６と、第２の多値変換部２４７とを有する。
【００６０】
すなわち、送信部２２１０５は、第１の実施形態と比較して、第１のカオス信号発生部１４６と第１の多値変換部１４７とを新たに有する。受信部２２２０５は、第２のカオス信号発生部２４６と第２の多値変換部２４７とを新たに有する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。なお、第１の実施形態のブロックと同一の動作を行うブロックには、同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態は、カオス信号を用いて多値符号列を発生させるものである。カオスとは、微分方程式で数学的に明確に記述されるシステムにおいて発生する不規則な時間発展を含む現象である。カオスにはわずかな初期値の差であっても信号の時間発展が全く異なるものになるという特性があるが、動作条件が同一の時には、一方のシステムから他方へ微小なカオス信号を送ると、二つのカオス振動が同じになるカオス同期現象が生じることが知られている。すなわち、カオス同期現象を用いることで、一見ランダムに変化するように見えるが実際は送信側と受信側とで同期したカオス信号を発生させることができる。これを多値識別することで、送信側と受信側とで同期した多値符号列を生成することができる。
【００６２】
以下、図８を参照しながら本実施形態に係るデータ通信装置の各ブロックの動作を説明する。第１のカオス信号発生部１４６は、入力される第１のカオス鍵情報７８に基づき、第１のカオス信号７９を発生、出力する。第１のカオス信号７９は、分岐され、一部はカオス伝送路１４８を介して受信部２２２０５に伝送され、残りは第１の多値変換部１４７に入力される。第１の多値変換部１４７は、第１のカオス信号７９を、第１の多値化鍵情報８０に基づく所定の方法により多値符号列１２に変換する。
【００６３】
第２のカオス信号発生部２４６は、入力される第２のカオス鍵情報８１に基づき、カオス伝送路１４８を介して伝送されてきた第１のカオス信号７９に同期した第２のカオス信号８２を発生、出力する。第２の多値変換部２４７は、第１の多値変換部１４７と同様に、第２のカオス信号８２を、第２の多値化鍵情報８３に基づく所定の方法により多値符号列１７に変換する。ここで、第１の多値化鍵情報８０及び第２の多値化鍵情報８３、第１のカオス鍵情報７８及び第２のカオス鍵情報８１は、それぞれ同じものを用い、送信者と受信者との間で秘密鍵としてあらかじめ共有しておくものとする。
【００６４】
カオス信号を発生する方法には様々な方法が存在するが、半導体レーザを用いることで高速なカオス信号を発生できることが知られている。この場合、半導体レーザの駆動条件に応じて、様々なカオス信号を発生させることができる。以下に、半導体レーザを使用する場合における第１及び第２のカオス信号発生部１４６、２４６の構成例を示す。
【００６５】
図９は、第１のカオス信号発生部１４６の構成例を示すブロック図である。この構成例は、半導体レーザからの出力光を光電変換し電気的にフィードバックすることでカオス発振させるものである。図９において、第１のカオス信号発生部１４６は、駆動条件設定部１４６１と、レーザ駆動部１４６２と、半導体レーザ１４６３と、光電変換部１４６４と、帰還部１４６５とから構成される。レーザ駆動部１４６２は、駆動電流制御信号Ｓ１１に基づき設定するバイアス電流に、入力されるフィードバック信号Ｓ１４を加算して駆動電流Ｓ１３として出力し、半導体レーザ１４６３を電流駆動する。光電変換部１４６４は、この時半導体レーザ１４６３から出力される出力光Ｓ１５を光電変換し、第１のカオス信号７９として出力する。第１のカオス信号７９の一部は、分岐され帰還部１４６５に入力される。
【００６６】
帰還部１４６５は、帰還制御信号Ｓ１２に基づき設定する利得と遅延時間とを、第１のカオス信号７９に与え、フィードバック信号Ｓ１４としてレーザ駆動部１４６２に出力する。駆動条件設定部１４６１は、入力される第１のカオス鍵情報７８に基づき、駆動条件（すなわち半導体レーザ１４６２に与えるバイアス電流、及び帰還部１４６５に与える利得と遅延時間と）を設定し、駆動電流制御信号Ｓ１１及び帰還制御信号Ｓ１２として出力する。
【００６７】
図１０は、図９の対となる第２のカオス信号発生部２４６の構成例を示すブロック図である。図１０において、第２のカオス信号発生部２４６は、構成及び各ブロックの動作は基本的に図９と同一であるが、レーザ駆動部２４６２に第１のカオス信号７９が入力され、バイアス電流及びフィードバック信号Ｓ２４に加算して駆動電流Ｓ２３として出力する点が異なる。また、半導体レーザ２４６３は、図９における半導体レーザ１４６３と全く同じ特性のものを用いる。第２のカオス信号発生部２４６は、第１のカオス鍵情報７８と第２のカオス鍵情報８１との値を同一にし（すなわち駆動条件を同一にし）、また第１のカオス信号７９を入力することで、第１のカオス信号７９に同期した第２のカオス信号８２を出力する。
【００６８】
図１１は、第１のカオス信号発生部の別の構成例を示すブロック図である。この構成例は、半導体レーザからの出力光を光学的にフィードバックすることでカオス発振させるものである。図１１において、第１のカオス信号発生部１４６ａは、駆動条件設定部１４６１と、レーザ駆動部１４６２と、半導体レーザ１４６３と、光電変換部１４６４と、帰還部１４６５とから構成される。レーザ駆動部１４６２は、駆動電流制御信号Ｓ１１に基づき設定するバイアス電流を駆動電流Ｓ１３として出力し、半導体レーザ１４６３を電流駆動する。この時半導体レーザ１４６３から出力される出力光Ｓ１５の一部は、分岐され帰還部１４６５に入力される。出力光Ｓ１５の残りは、光電変換部１４６４で光電変換され、第１のカオス信号７９として出力される。
【００６９】
帰還部１４６５は、帰還制御信号Ｓ１２に基づき設定する利得と遅延時間とを、出力光Ｓ１５に与え、戻り光Ｓ１６として半導体レーザ１４６３にフィードバックする。駆動条件設定部１４６１は、入力される第１のカオス鍵情報７８に基づき、駆動条件（すなわち半導体レーザ１３３に与えるバイアス電流、及び帰還部１４６５に与える利得と遅延時間と）を設定し、駆動電流制御信号Ｓ１１及び帰還制御信号Ｓ１２として出力する。
【００７０】
図１２は、図１１の対となる第２のカオス信号発生部の構成例である。図１２において、第２のカオス信号発生部２４６ａは、構成及び各ブロックの動作は基本的に図１１と同一であるが、半導体レーザ２４６３に第１のカオス信号７９が光信号の状態で注入される点が異なる。また、半導体レーザ２４６３は、図１１における半導体レーザ１４６３と全く同じ特性のものを用いる。この場合も、第１のカオス鍵情報７８と第２のカオス鍵情報８１の値（すなわち駆動条件）を同一にし、第１のカオス信号７９を入力することで、第２のカオス信号発生部２４６ａは、第１のカオス信号７９に同期した第２のカオス信号８２を出力する。
【００７１】
第１のカオス信号発生部１４６及び第２のカオス信号発生部２４６は、半導体レーザを用いてカオス信号を発生させると、半導体レーザの緩和振動周波数と同程度の上限周波数を有するカオス信号が発生させることができる。すなわち、第１のカオス信号発生部１４６及び第２のカオス信号発生部２４６は、半導体レーザの緩和振動周波数が最大で数十ＧＨｚに達するため、高速なカオス信号を発生させることができる。緩和振動周波数より低速の信号を得たい場合は、光電変換部１４６４、２４６４の後段に所望の帯域を有するローパスフィルタを設置すればよい。
【００７２】
なお、図９〜図１２において説明した第１カオス信号発生部１４６及び第２のカオス信号発生部２４６の構成はあくまでも一例であり、同期したカオス信号を発生させることができれば他の構成を用いても構わない。また、カオス信号を制御することのできるパラメータであれば、半導体レーザの駆動電流以外のパラメータを変化させる構成であっても構わない。さらに、第１のカオス信号７９を第２のカオス信号発生部２４６に入力することなく、他の手段で第２のカオス信号８２を第１のカオス信号７９に同期させることができれば、必ずしも第１のカオス信号７９をカオス伝送路１４８を介して伝送し、第２のカオス信号発生部２４６に入力する必要はない。
【００７３】
なお、カオス信号を用いて多値符号列を発生させる目的は、カオスが所定の発生法則に基づいて発生する雑音状の信号であるという性質を持つためである。同様の性質を持つ雑音状の信号を発生できる方法であれば、一般にカオスと称されていないものであっても、カオス信号の代わりに用いることができる。
【００７４】
図１３は、第１の多値変換部１４７の構成例を示すブロック図である。図１３において、第１の多値変換部１４７は、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２と、ビット入替部１４７３とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。ビット入替部１４７３は、入力される制御信号Ｓ４２に基づき、離散化カオス信号Ｓ４１のビットを入れ替え、多値符号列１２として出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される第１の多値化鍵情報８０に基づき、離散化カオス信号Ｓ４１の中の入れ替えるビットを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７の構成は、第１の多値変換部１４７と全く同じである。
【００７５】
次に、本実施形態における信号形態について、図１４を参照しながら説明する。図１４（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２から出力される離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値は、図１４（ｂ）に示す値となる。ここで、制御信号Ｓ４２が最上位ビットと最下位ビットとを入れ替えるように指定したとすると、ビット入替部１４７３から出力される多値符号列１２は、図１４（ｃ）に示すようになる。
【００７６】
第１の多値化鍵情報８０と制御信号Ｓ４２との対応関係は、例えば第１の多値化鍵情報８０の値が“１”の時は最上位ビットと最下位ビットとを入れ替え、“０”の時は最上位ビットと２番目のビットとを入れ替えるというように、入れ替えるビットの組合せと第１の多値化鍵情報８０の値とを対応付ける。第１の多値変換部１４７は、このようにして第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【００７７】
なお、受信部２２２０５（図８参照）において、第２の多値変換部２４７が第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図１４を用いて説明した方法と全く同じである。また、図１４で説明した例はあくまでも一例であり、多値数やビット入替部１４７３において入れ替えるビットの設定等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。また、カオス伝送路１４８と伝送路１１０とは同一の経路であってもよく、さらには同一の伝送路上において変調信号１４と第１のカオス信号７９とを任意の多重方式で多重する構成であってもよい。例えば、変調信号１４と第１のカオス信号７９とに互いに異なる波長の光信号を割り当て、波長多重して伝送する構成をとることもできる。
【００７８】
ところで、通信の安全性を高めるためには、多値符号列１２のそれぞれの値の出現確率は全て等しいことが望ましい。そのためには、図１５に示すように、多値判定部１４７２における識別レベルは、第１のカオス信号７９のレベルの発生確率分布に対応して、離散化カオス信号のそれぞれの値の出現確率が等しくなるように設定する。
【００７９】
以上のように本実施形態によれば、半導体レーザを用いて高速のカオス信号を発生させ、これを用いて高速に変化する多値符号列を容易に生成することができるため、高速の秘匿通信を実現できる。また、送信側と受信側とで同期したカオス信号を発生させることにより、同期した多値符号列を生成し、適切なタイミングで多値信号を識別することが可能になる。
【００８０】
（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１６において、本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）で示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｂ及び第２の多値変換部２４７ｂの内部構成のみが異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００８１】
図１７は、第６の実施形態における第１の多値変換部１４７ｂの構成を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｂは、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２とから構成される。多値判定部１４７２は、制御信号Ｓ４２で指定される所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、多値符号列１２として出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される第１の多値化鍵情報８０に基づき、多値判定部１４７２における識別レベルを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７ｂの構成は、第１の多値変換部１４７ｂと全く同じである。
【００８２】
次に、本実施形態における信号形態について、図１８を参照しながら説明する。図１８（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２は、“０１１”と“１００”との間の識別レベルを、第１の多値化鍵情報８０の値に応じて切り替えるものとする。すなわち、多値判定部１４７２は、第１のカオス信号７９の識別レベルを第１の多値化鍵情報８０の値が“１”の場合は図１８（ａ）に示す識別レベルＡに、“０”の場合は識別レベルＢに設定するものとする。この場合、多値判定部１４７２から出力される多値符号列の値は図１８（ｂ）に示すようになり、時刻ｔ６での多値符号列が識別レベルによって異なる値となる。
【００８３】
図１８では簡単のため１つの識別レベルのみを変化させる例を示したが、カオス信号レベルから多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を高めるためにはさらに多くの識別レベル、望ましくは全ての識別レベルを第１の多値化鍵情報８０の値に応じて切り替えるとよい。また、各識別レベルにおいて切替幅を異なる量に設定すると、より安全性が高まる。
【００８４】
なお、受信部２２２０６（図１６参照）において、第２の多値変換部２４７ｂが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図１８を用いて説明した方法と全く同じである。また、図１８で説明した例はあくまでも一例であり、多値数、識別レベルの切替幅等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。
【００８５】
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、高速に変化する多値符号列を容易に生成することができる。
【００８６】
（第７の実施形態）
図１９は、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１９において、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）で示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｃ及び第２の多値変換部２４７ｃの内部構成のみが異なる。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００８７】
図２０は、本発明の第７の実施形態における第１の多値変換部１４７ｃの構成例を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｃは、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２と、ビット反転部１４７４とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。ビット反転部１４７４は、制御信号Ｓ４２で指定される離散化カオス信号Ｓ４１のビットの値を反転し、多値符号列１２として出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される第１の多値化鍵情報８０に基づき、ビット反転部１４７４において値を反転させる離散化カオス信号Ｓ４１のビットを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７ｃの構成は、第１の多値変換部１４７ｃと全く同じである。
【００８８】
次に、本実施形態における信号形態について、図２１を参照しながら説明する。図２１（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２から出力される離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値は、図２１（ｂ）に示す値となる。ここで、制御信号Ｓ４２が、最上位ビットの値を反転するように指定したとすると、ビット反転部１４７４から出力される多値符号列１２は図２１（ｃ）に示すようになる。
【００８９】
第１の多値化鍵情報８０と制御信号Ｓ４２との対応関係は、例えば鍵情報の値が“１”の時は最上位ビットの値を反転させ、“０”の時は２番目のビットの値を反転させるというように、反転させるビットと第１の多値化鍵情報８０との値を対応付ける。第１の多値変換部１４７ｃは、このようにして第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【００９０】
なお、受信部２２２０７（図１９参照）において、第２の多値変換部２４７ｃが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図２１を用いて説明した方法と全く同じである。また、図２１で説明した例はあくまでも一例であり、多値数やビット反転部１４７４において反転させるビットの設定等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。
【００９１】
以上のように本実施形態によれば、第５の実施形態と同様に、高速に変化する多値符号列を容易に生成することができる。
【００９２】
（第８の実施形態）
図２２は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２２において、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）で示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｄ及び第２の多値変換部２４７ｄの内部構成のみが異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００９３】
図２３は、第８の実施形態における第１の多値変換部１４７ｄの構成例を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｄは、多値判定制御部１４７１と、多値判定部１４７２と、ビット反転部１４７４と、制御用乱数発生部１４７５とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。ビット反転部１４７４は、制御信号Ｓ４２で指定される離散化カオス信号Ｓ４１のビットの値を反転し、多値符号列１２として出力する。制御用乱数発生部１４７５は、第１の多値化鍵情報８０に基づき、擬似乱数である制御用乱数Ｓ４３を発生し、多値判定制御部１４７１に出力する。多値判定制御部１４７１は、入力される制御用乱数Ｓ４３の値に基づき、ビット反転部１４７４において値を反転させる離散化カオス信号Ｓ４１のビットを指定する制御信号Ｓ４２を出力する。第２の多値変換部２４７ｄの構成は、第１の多値変換部１４７ｂと全く同じである。
【００９４】
次に、本実施形態における信号形態について、図２４を参照しながら説明する。図２４（ａ）は、第１のカオス信号発生部１４６から出力される第１のカオス信号７９の波形の一例である。ここでは、多値判定部１４７２が時刻ｔ１〜ｔ１１のそれぞれにおいて、第１のカオス信号７９を８値で識別する場合を考える。このとき、多値判定部１４７２から出力される離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値は図２４（ｂ）に示す値となる。ここで、制御用乱数Ｓ４３の値が“１”の時は、ビット反転部１４７４において最上位ビットの値を反転するように指定する制御信号Ｓ４２が多値判定制御部１４７１から出力される。
【００９５】
一方、制御用乱数Ｓ４３の値が“０”の時は、ビット反転部１４７４においてビットを反転させずにそのまま出力する。すなわち、制御用乱数の値が図２４（ｂ）に示す値である場合、多値符号列１２は図２４（ｃ）に示すようになる。このように、制御用乱数Ｓ４３を用いてビットの値をランダムに変えることで、第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【００９６】
なお、受信部２２２０８（図２２参照）において、第２の多値変換部２４７ｄが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図２４を用いて説明した方法と全く同じである。また、図２４で説明した例はあくまでも一例であり、離散化カオス信号Ｓ４１の多値数、制御用乱数Ｓ４３のビット数、ビット反転部１４７４において反転させるビットの設定等は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。図２４では擬似乱数を用いてビットを反転させる例を示したが、図１４で説明したようなビットを入れ替える方法や、図１８で説明したような識別レベルを切り替える方法と、擬似乱数を組み合わせる方法も可能である。すなわち、擬似乱数の値が“１”の時はビットを入れ替え、“０”の時はそのまま出力するといった方法や、擬似乱数の値に応じて識別レベルを切り替えるといった方法を取ることも可能である。
【００９７】
以上のように本実施形態によれば、第５の実施形態と同様の利点に加え、擬似乱数を用いているため第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することがより困難になり、安全性を高めることができる。
【００９８】
（第９の実施形態）
図２５は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２５において、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の全体の構成は、第５の実施形態（図８参照）に示したものと全く同じであり、第１の多値変換部１４７ｅ及び第２の多値変換部２４７ｅの内部構成のみが異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第５の実施形態と同じ部分に関しては、説明を省略する。
【００９９】
図２６は、第９の実施施形態における第１の多値変換部１４７ｅの構成を示すブロック図である。本実施形態における第１の多値変換部１４７ｅは、多値判定部１４７２と、乱数信号発生部１４７６と、配列部１４７７とから構成される。多値判定部１４７２は、あらかじめ定めた所定の識別レベルで第１のカオス信号７９を多値識別し、離散化カオス信号Ｓ４１として出力する。乱数信号発生部１４７６は、第１の多値化鍵情報８０に基づき、２値あるいは多値の擬似乱数である乱数信号Ｓ４４を発生し出力する。配列部１４７７は、離散化カオス信号Ｓ４１と乱数信号Ｓ４４の各ビットを所定の規則により配列し、離散化カオス信号Ｓ４１と乱数信号Ｓ４４のビット数の和と同じビット数を有する多値信号である多値符号列１２を出力する。第２の多値変換部２４７ｅの構成は、第１の多値変換部１４７ｅと全く同じである。
【０１００】
次に、本実施形態における信号形態について、図２７を参照しながら説明する。この例は、離散化カオス信号Ｓ４１が３ビット、乱数信号Ｓ４４が２ビットの信号であり、離散化カオス信号Ｓ４１の値を多値符号列１２の上位３ビット、乱数信号Ｓ４４の値を多値符号列１２の下位２ビットに配列する例である。例えば時刻ｔ１では、離散化カオス信号Ｓ４１の値が“１１０”、乱数信号Ｓ４４の値が“０１”であるとき、多値符号列１２の値は“１１００１”となる。このように、第１のカオス信号７９と乱数信号Ｓ４４との双方を用いて多値符号列１２の値を決定することで、第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することを困難にし、安全性を確保する。
【０１０１】
なお、受信部２２２０９（図２５参照）において、第２の多値変換部２４７ｅが第２のカオス信号８２から多値符号列１７を生成する方法は、図２７を用いて説明した方法と全く同じである。なお、図２７で説明した例はあくまでも一例であり、離散化カオス信号Ｓ４１及び乱数信号Ｓ４４の多値数、配列部１４７７におけるビット配列の規則は以上に説明したものに限定されず、任意に設定することが可能である。例えば、多値符号列１２の上位ビットに乱数信号Ｓ４４の値を、下位ビットに離散化カオス信号Ｓ４１の値を配列することも可能であり、また乱数信号Ｓ４４と離散化カオス信号Ｓ４１の各ビットの値を交互に配列することも可能である。
【０１０２】
以上のように本実施形態によれば、第８の実施形態と同様に、擬似乱数を用いているため第１のカオス信号７９から多値符号列１２の値を予測することがより困難になり、安全性を高めることができる。
【０１０３】
第５から第９の実施形態において、第１のカオス信号７９及び第１の多値化鍵情報８０から多値符号列１２を生成する方法の例をそれぞれ示したが、多値符号列１２の生成方法はこれらに限定されず、第１のカオス信号７９から予測困難な形で多値符号列１２を生成できる方法であれば、いかなる方法を用いても構わない。また、本発明のデータ通信装置は、第５から第９の実施形態で説明した方法を複数組み合わせて使用することも可能である。
【０１０４】
（第１０の実施形態）
図２８は、本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。図２８に示すデータ通信装置は、送信部２２１１０と、受信部２２２１０と、伝送路１１０と、カオス伝送路１４８とを備える。送信部２２１１０は、多値符号化部１１１及び変調部１１２を含む。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂとを有する。第１の多値符号発生部１１１ａは、第１のカオス信号発生部１４６と、第１の多値変換部１４７とを有する。受信部２２２１０は、復調部２１１及び多値復号化部２１２を含む。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂと、遅延部２４８とを有する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第２のカオス信号発生部２４６と、第２の多値変換部２４７とを有する。
【０１０５】
すなわち、本実施形態に係るデータ通信装置は、遅延部２４８を備える点が、第５の実施形態と異なる。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態に係るデータ通信装置を説明する。第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態に係るデータ通信装置は、復調部２１１から出力される多値信号１５と、第２の多値符号発生部２１２ａから出力される多値符号列１７のタイミングが一致していない場合に、これらが多値識別部２１２ｂに入力されるタイミングを一致させるものである。図２８において、受信部２２２１０の構成は、多値信号１５のタイミングに遅れが生じている場合にタイミング調整するためのものである。すなわち、遅延部２４８は、多値符号列１７に遅延を与え、多値信号１５と多値符号列１７とが多値識別部２１２ｂに入力されるタイミングを一致させる。なお、遅延部２４８の位置は、多値符号発生部２１２ａの内部や、カオス伝送路１４８と第２のカオス信号発生部２４６との間であってもよい。
【０１０７】
図２９は、第１０の実施形態の別の構成を示すブロック図である。図２９は、多値符号列１７のタイミングに遅れが生じている場合にタイミング調整するためのものであり、第２の多値変換部２４７と多値識別部２１２ｂとの間の遅延部２４８の代わりに、遅延部２４９が復調部２１１と多値識別部２１２ｂとの間に設置されている点が図２８と異なる。図２９において、遅延部２４９は、多値信号１５に遅延を与え、多値信号１５と多値符号列１７とが多値識別部２１２ｂに入力されるタイミングを一致させる。なお、遅延部２４９の位置は、復調部２１１の前段であってもよい。
【０１０８】
以上の構成をとることにより、本実施形態のデータ伝送装置は、伝送路１１０とカオス伝送路１４８との経路長が異なり、第２のカオス信号８２の発生タイミングが対応する多値信号１５の受信タイミングに対して誤差が生じる場合においても、この誤差を打ち消し、適切なタイミングで識別を行うことができる。したがって、カオス伝送路１４８を伝送路１１０と異なる任意の経路に設定することにより、第１のカオス信号７９が盗聴される可能性を低くすることができる。
【０１０９】
以上のように本実施形態によれば、伝送路とカオス伝送路の経路長差により生じる多値信号と多値符号列のタイミングの誤差を受信部の内部で打ち消すことができるため、カオス伝送路の経路を伝送路と異なる任意の経路に設定することが可能になり、盗聴の可能性を低くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受等を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形を説明する模式図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形の呼称を説明する模式図
【図４】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図
【図５】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図
【図８】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図９】第１のカオス信号発生部１４６の構成例を示すブロック図
【図１０】第２のカオス信号発生部２４６の構成例を示すブロック図
【図１１】第１のカオス信号発生部の別の構成例を示すブロック図
【図１２】第２のカオス信号発生部の別の構成例を示すブロック図
【図１３】第１の多値変換部１４７の構成例を示すブロック図
【図１４】本発明の第５の実施形態における信号形態を説明する図
【図１５】本発明の多値判定部１４７２における識別レベルの設定方法の一例を示す説明する図
【図１６】本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１７】第６の実施形態における第１の多値変換部１４７ｂの構成を示すブロック図
【図１８】本発明の第６の実施形態における信号形態を説明する図
【図１９】本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２０】第１の多値変換部１４７ｃの構成例を示すブロック図
【図２１】本発明の第７の実施形態における信号形態を説明する図
【図２２】本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２３】第１の多値変換部１４７ｄの構成例を示すブロック図
【図２４】本発明の第８の実施形態における信号形態を説明する図
【図２５】本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２６】第１の多値変換部１４７ｅの構成を示すブロック図
【図２７】本発明の第９の実施形態における信号形態を説明する図
【図２８】本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図２９】本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の別の構成例を示すブロック図
【図３０】従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０１１２】
１０、１８ 情報データ
１１、１６ 鍵情報
１２、１７ 多値符号列
１３、１５ 多値信号
１９、２０ 反転情報データ
１４ 変調信号
２２ 雑音重畳多値信号
７８、８１ カオス鍵情報
７９、８２ カオス信号
８０、８３ 多値化鍵情報
Ｓ１１、Ｓ２１ 駆動電流制御信号
Ｓ１２、Ｓ２２ 帰還制御信号
Ｓ１３、Ｓ２３ 駆動電流
Ｓ１４、Ｓ２４ フィードバック信号
Ｓ１５、Ｓ２５ 出力光
Ｓ１６、Ｓ２６ 戻り光
Ｓ４１ 離散化カオス信号
Ｓ４２ 制御信号
Ｓ４３ 制御用乱数
Ｓ４４ 乱数信号
１１０ 伝送路
１１１ 多値符号化部
１１１ａ 第１の多値符号発生部
１１１ｂ 多値処理部
１１２ 変調部
１１３、２１３ データ反転部
１１４ 雑音制御部
１１４ａ 雑音発生部
１１４ｂ 合成部
１４６ 第１のカオス信号発生部
１４７、１４７ｂ〜１４７ｅ 第１の多値変換部
１４８ カオス伝送路
１４６１、２４６１ 駆動条件設定部
１４６２、２４６２ レーザ駆動部
１４６３、２４６３ 半導体レーザ
１４６４、２４６４ 光電変換部
１４６５、２４６５ 帰還部
１４７１ 多値判定制御部
１４７２ 多値判定部
１４７３ ビット入替部
１４７４ ビット反転部
１４７５ 制御用乱数発生部
１４７６ 乱数信号発生部
１４７７ 配列部
２１１ 復調部
２１２ 多値復号化部
２１２ａ 第２の多値符号発生部
２１２ｂ 多値識別部
２４６ 第２のカオス信号発生部
２４７、２４７ｂ〜２４７ｅ 第２の多値変換部
２４８〜２４９ 遅延部
１０１０１〜１０１０３、２２１０５〜２２１１０ 送信部
１０２０１〜１０２０２、２２２０５〜２２２１０ 受信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する多値符号化部と、
前記多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とを備えることを特徴とする、データ送信装置。
【請求項２】
前記多値符号化部は、
前記鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号を生成する多値処理部とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記多値符号発生部は、
所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し、出力する雑音状信号発生部と、
前記所定の鍵情報に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換する多値変換部とからなることを特徴とする、請求項２に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し、出力するカオス信号発生部であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
前記カオス信号発生部は、
光を出力する半導体レーザと、
半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、カオス信号として出力する光電変換部と、
前記光電変換部から出力されるカオス信号の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする帰還部と、
前記所定のカオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項４に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
前記カオス信号発生部は、
光を出力する半導体レーザと、
半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、カオス信号として出力する光電変換部と、
前記半導体レーザからの出力光の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、前記半導体レーザに再注入する帰還部と、
前記カオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項４に記載のデータ送信装置。
【請求項７】
前記多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項８】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記所定の制御信号で指定される識別レベルにより、前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、多値符号列を出力する多値判定部とからなることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、前記制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とからなることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１０】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、前記制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とからなることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、前記擬似乱数の値に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換することを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記多値変換部は、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する多値判定部と、
前記所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し、出力する乱数信号発生部と、
前記離散化雑音状信号と前記乱数信号とから多値符号列を生成し、出力する配列部とからなり、
前記多値符号列は、前記離散化雑音状信号のビット数と、前記乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、前記離散化雑音状信号の各ビットの値と、前記乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
暗号通信を行うデータ受信装置であって、
所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の鍵情報と前記多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備えることを特徴とする、データ受信装置。
【請求項１４】
前記多値復号化部は、
前記鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを備えることを特徴とする、請求項１３に記載のデータ受信装置。
【請求項１５】
前記多値符号発生部は、
所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し、出力する雑音状信号発生部と、
前記所定の鍵情報に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換する多値変換部とからなることを特徴とする、請求項１４に記載のデータ受信装置。
【請求項１６】
前記雑音状信号発生部は、
前記変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力することを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項１７】
前記雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し、出力するカオス信号発生部であることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項１８】
前記カオス信号発生部は、
光を出力する半導体レーザと、
前記変調信号とは別に受信した第１のカオス信号と所定のバイアス電流とを加算し、半導体レーザに駆動電流として供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする帰還部と、
前記カオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項１７に記載のデータ受信装置。
【請求項１９】
前記カオス信号発生部は、
前記変調信号と別に受信したカオス信号が光信号の状態で注入され、光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記半導体レーザに再注入する帰還部と、
前記カオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項１７に記載のデータ受信装置。
【請求項２０】
前記多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２１】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記所定の制御信号で指定される識別レベルにより、前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、多値符号列を出力する多値判定部とからなることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２２】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とからなることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２３】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とからなることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２４】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、前記擬似乱数の値に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換することを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２５】
前記多値変換部は、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する多値判定部と、
前記所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し、出力する乱数信号発生部と、
前記離散化雑音状信号と前記乱数信号とから多値符号列を生成し、出力する配列部とからなり、
前記多値符号列は、前記離散化雑音状信号のビット数と、前記乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、前記離散化雑音状信号の各ビットの値と、前記乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号であることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２６】
前記多値符号発生部の前段または後段もしくは内部に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２７】
前記復調部の前段または後段に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２８】
暗号通信を行うデータ通信装置であって、
予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、
前記第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とからなるデータ送信装置と、
前記変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の第２の鍵情報と前記第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とからなるデータ受信装置とを備えることを特徴とする、データ通信装置。
【請求項２９】
前記多値符号化部は、
前記第１の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する第１の多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する前記第１の多値信号に変換する多値処理部とからなり、
前記多値復号化部は、
前記第２の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて、前記第２の多値信号を識別し、情報データを出力する多値識別部とからなることを特徴とする、請求項２８に記載のデータ通信装置。
【請求項３０】
前記第１の多値符号発生部は、
所定の発生法則に基づいて第１の雑音状信号を発生し、出力する第１の雑音状信号発生部と、
前記第１の鍵情報に基づく所定の方法により、前記第１の雑音状信号を多値符号列に変換する第１の多値変換部とからなり、
前記第２の多値符号発生部は、
前記第１の雑音状信号と同じ発生法則を有する第２の雑音状信号を発生し、出力する第２の雑音状信号発生部と、
前記第２の鍵情報に基づく所定の方法により、前記第２の雑音状信号を多値符号列に変換する第２の多値変換部とからなることを特徴とする、請求項２９に記載のデータ通信装置。
【請求項３１】
前記第２の雑音状信号発生部は、
前記変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力することを特徴とする、請求項３０に記載のデータ通信装置。
【請求項３２】
前記第１の雑音状信号発生部は、所定の第１のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生、出力する第１のカオス信号発生部であり、
前記第２の雑音状信号発生部は、所定の第２のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力する第２のカオス信号発生部であることを特徴とする、請求項３０に記載のデータ通信装置。
【請求項３３】
前記第１または第２のカオス信号発生部は、それぞれ、
光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第１または第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする帰還部と、
前記第１または第２のカオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とを備え、
第２のカオス信号発生部に含まれるレーザ駆動部には、前記第１のカオス信号が入力され、前記駆動電流に加算されることを特徴とする、請求項３２に記載のデータ通信装置。
【請求項３４】
前記第１及び第２のカオス信号発生部は、それぞれ、
光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第１または第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記半導体レーザに再注入する帰還部と、
前記第１または第２のカオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とを備え、
第２のカオス信号発生部に含まれる半導体レーザには、前記第１のカオス信号が光信号の状態で注入されることを特徴とする、請求項３２に記載のデータ通信装置。
【請求項１】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する多値符号化部と、
前記多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とを備えることを特徴とする、データ送信装置。
【請求項２】
前記多値符号化部は、
前記鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号を生成する多値処理部とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記多値符号発生部は、
所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し、出力する雑音状信号発生部と、
前記所定の鍵情報に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換する多値変換部とからなることを特徴とする、請求項２に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し、出力するカオス信号発生部であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
前記カオス信号発生部は、
光を出力する半導体レーザと、
半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、カオス信号として出力する光電変換部と、
前記光電変換部から出力されるカオス信号の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする帰還部と、
前記所定のカオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項４に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
前記カオス信号発生部は、
光を出力する半導体レーザと、
半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、カオス信号として出力する光電変換部と、
前記半導体レーザからの出力光の一部を分離し、所定の利得と遅延時間とを与え、前記半導体レーザに再注入する帰還部と、
前記カオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項４に記載のデータ送信装置。
【請求項７】
前記多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項８】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記所定の制御信号で指定される識別レベルにより、前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、多値符号列を出力する多値判定部とからなることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、前記制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とからなることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１０】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、前記制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とからなることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、前記擬似乱数の値に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換することを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記多値変換部は、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する多値判定部と、
前記所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し、出力する乱数信号発生部と、
前記離散化雑音状信号と前記乱数信号とから多値符号列を生成し、出力する配列部とからなり、
前記多値符号列は、前記離散化雑音状信号のビット数と、前記乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、前記離散化雑音状信号の各ビットの値と、前記乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号であることを特徴とする、請求項３に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
暗号通信を行うデータ受信装置であって、
所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の鍵情報と前記多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備えることを特徴とする、データ受信装置。
【請求項１４】
前記多値復号化部は、
前記鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを備えることを特徴とする、請求項１３に記載のデータ受信装置。
【請求項１５】
前記多値符号発生部は、
所定の発生法則に基づいて雑音状信号を発生し、出力する雑音状信号発生部と、
前記所定の鍵情報に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換する多値変換部とからなることを特徴とする、請求項１４に記載のデータ受信装置。
【請求項１６】
前記雑音状信号発生部は、
前記変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力することを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項１７】
前記雑音状信号発生部は、所定のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し、出力するカオス信号発生部であることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項１８】
前記カオス信号発生部は、
光を出力する半導体レーザと、
前記変調信号とは別に受信した第１のカオス信号と所定のバイアス電流とを加算し、半導体レーザに駆動電流として供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする帰還部と、
前記カオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項１７に記載のデータ受信装置。
【請求項１９】
前記カオス信号発生部は、
前記変調信号と別に受信したカオス信号が光信号の状態で注入され、光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記半導体レーザに再注入する帰還部と、
前記カオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とからなることを特徴とする、請求項１７に記載のデータ受信装置。
【請求項２０】
前記多値変換部から出力される多値符号列の各値の発生確率は、略均等であることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２１】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記所定の制御信号で指定される識別レベルにより、前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、多値符号列を出力する多値判定部とからなることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２２】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定される複数のビットの値を入れ替え、多値符号列として出力するビット入替部とからなることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２３】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき、所定の制御信号を出力する多値判定制御部と、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、出力する多値判定部と、
前記多値判定部から出力される信号に対し、制御信号で指定されるビットの値を反転し、多値符号列として出力するビット反転部とからなることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２４】
前記多値変換部は、
前記所定の鍵情報に基づき擬似乱数を発生させ、前記擬似乱数の値に基づく所定の方法により、前記雑音状信号を多値符号列に変換することを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２５】
前記多値変換部は、
前記雑音状信号発生部から出力される雑音状信号を多値識別し、離散化雑音状信号として出力する多値判定部と、
前記所定の鍵情報に基づき、２値または多値の擬似乱数である乱数信号を発生し、出力する乱数信号発生部と、
前記離散化雑音状信号と前記乱数信号とから多値符号列を生成し、出力する配列部とからなり、
前記多値符号列は、前記離散化雑音状信号のビット数と、前記乱数信号のビット数との和に等しいビット数を有し、前記離散化雑音状信号の各ビットの値と、前記乱数信号の各ビットの値とを各ビットに配列した多値信号であることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２６】
前記多値符号発生部の前段または後段もしくは内部に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２７】
前記復調部の前段または後段に、入力される信号に遅延を与えて出力する遅延部を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のデータ受信装置。
【請求項２８】
暗号通信を行うデータ通信装置であって、
予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、
前記第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とからなるデータ送信装置と、
前記変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の第２の鍵情報と前記第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とからなるデータ受信装置とを備えることを特徴とする、データ通信装置。
【請求項２９】
前記多値符号化部は、
前記第１の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する第１の多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する前記第１の多値信号に変換する多値処理部とからなり、
前記多値復号化部は、
前記第２の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて、前記第２の多値信号を識別し、情報データを出力する多値識別部とからなることを特徴とする、請求項２８に記載のデータ通信装置。
【請求項３０】
前記第１の多値符号発生部は、
所定の発生法則に基づいて第１の雑音状信号を発生し、出力する第１の雑音状信号発生部と、
前記第１の鍵情報に基づく所定の方法により、前記第１の雑音状信号を多値符号列に変換する第１の多値変換部とからなり、
前記第２の多値符号発生部は、
前記第１の雑音状信号と同じ発生法則を有する第２の雑音状信号を発生し、出力する第２の雑音状信号発生部と、
前記第２の鍵情報に基づく所定の方法により、前記第２の雑音状信号を多値符号列に変換する第２の多値変換部とからなることを特徴とする、請求項２９に記載のデータ通信装置。
【請求項３１】
前記第２の雑音状信号発生部は、
前記変調信号とは別に受信した雑音状信号を再生し出力することを特徴とする、請求項３０に記載のデータ通信装置。
【請求項３２】
前記第１の雑音状信号発生部は、所定の第１のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生、出力する第１のカオス信号発生部であり、
前記第２の雑音状信号発生部は、所定の第２のカオス鍵情報に基づきカオス信号を発生し出力する第２のカオス信号発生部であることを特徴とする、請求項３０に記載のデータ通信装置。
【請求項３３】
前記第１または第２のカオス信号発生部は、それぞれ、
光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第１または第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記光電変換部からの出力の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流にフィードバックする帰還部と、
前記第１または第２のカオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とを備え、
第２のカオス信号発生部に含まれるレーザ駆動部には、前記第１のカオス信号が入力され、前記駆動電流に加算されることを特徴とする、請求項３２に記載のデータ通信装置。
【請求項３４】
前記第１及び第２のカオス信号発生部は、それぞれ、
光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザに駆動電流を供給するレーザ駆動部と、
前記半導体レーザからの出力光を電気信号に変換し、第１または第２のカオス信号として出力する光電変換部と、
前記半導体レーザからの出力光の一部に所定の利得と遅延時間とを与え、前記半導体レーザに再注入する帰還部と、
前記第１または第２のカオス鍵情報に基づき、前記レーザ駆動部が出力する駆動電流と、前記帰還部における利得及び遅延時間とを制御する駆動条件設定部とを備え、
第２のカオス信号発生部に含まれる半導体レーザには、前記第１のカオス信号が光信号の状態で注入されることを特徴とする、請求項３２に記載のデータ通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００６−３３３１３８（Ｐ２００６−３３３１３８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５４４９９（Ｐ２００５−１５４４９９）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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