データ送信装置及びデータ受信装置
【課題】Ｙ−００プロトコルを用いた秘密通信に関して、盗聴に対する安全性を向上させるデータ通信装置を提供する。
【解決手段】データ送信装置１０１において、多値符号発生部１１１は、鍵情報１１から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２を発生させる。多値処理部１１２は、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号１３を生成する。レベル変換部１１３は、多値信号１３の複数のレベルをいくつかのグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当て、多値信号１３を変換後多値信号２１に変換する。変調部１１４は、変換後多値信号２１を変調して、変調信号１４として出力する。
【解決手段】データ送信装置１０１において、多値符号発生部１１１は、鍵情報１１から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２を発生させる。多値処理部１１２は、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号１３を生成する。レベル変換部１１３は、多値信号１３の複数のレベルをいくつかのグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当て、多値信号１３を変換後多値信号２１に変換する。変調部１１４は、変換後多値信号２１を変調して、変調信号１４として出力する。
【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、当該元情報に基づいて、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一般的に採用されている。
【０００３】
これに対して、近年、伝送路における物理現象を積極的に利用した暗号方式がいくつか提案されている。その中の１つとして、光伝送路で発生する量子雑音を利用して暗号通信を行うＹ−００プロトコルと呼ばれる方式がある。Ｙ−００プロトコルを用いた送受信装置の一例として、特許文献１に開示されているものがある。
【０００４】
図２５は、Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置の構成例を示すブロック図である。図２５において、送信部９０１は、第１の多値符号発生部９１１と、多値処理部９１２と、変調部９１３とを備える。受信部９０２は、復調部９１５と、第２の多値符号発生部９１４と、識別部９１６とを備える。送信部９０１と受信部９０２とは、同じ内容の第１の鍵情報９１と第２の鍵情報９６とを予め共有しておく。第１の多値符号発生部９１１は、第１の鍵情報９１に基づいて、“０”から“Ｍ−１”までのＭ個の値を有する多値の疑似乱数系列である多値符号列９２を生成する。
【０００５】
多値処理部９１２は、情報データ９０と多値符号列９２とを合成し、情報データ９０と多値符号列９２とのレベルの組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号９３として生成する。具体的には、多値処理部９１２は、図２６に示す信号フォーマットを用いて強度変調信号である多値信号９３を生成する。すなわち、多値処理部９１２は、多値符号列９２の信号強度を２Ｍ個のレベルに分け、これらのレベルを２つずつＭ個の組み合わせとし、各組み合わせの一方のレベルに情報データ９０の“０”を、他方のレベルに“１”を割り当てる。多値処理部９１２は、２Ｍ個のレベル全体では、情報データ９０の“０”と“１”とに相当するレベルが均等に分布するように、“０”と“１”とを割り当てる。図２６の例では、“０”と“１”とが交互に割り当てられている。
【０００６】
多値処理部９１２は、入力される多値符号列９２の値に基づいて、多値符号列９２のＭ個のレベルの組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する。次に、多値処理部９１２は、情報データ９０の値に基づいて、先ほど選択した多値符号列９２の組み合わせの一方のレベルを選択し、選択したレベルを有する多値信号９３を生成する。なお、特許文献１には、第１の多値符号発生部９１１が「送信用疑似乱数発生部」、多値処理部９１２が「変調方式指定部」及び「レーザ変調駆動部」、変調部９１３が「レーザダイオード」、復調部９１５が「フォトディテクタ」、第２の多値符号発生部９１４が「受信用疑似乱数発生部」、識別部９１６が「判定回路」と記載されている。
【０００７】
図２７は、従来の送受信装置で用いられる信号形態を説明するための模式図である。Ｍ＝４の場合の信号変化の例を図２７（ａ）〜（ｇ）に示す。例えば、情報データ９０の値が“０１１１”（図２７（ａ）参照）、多値符号列９２の値が“０３２１”（図２７（ｂ）参照）のように変化する場合、多値信号９３は、図２７（ｃ）に示すように変化する。変調部９１３は、多値信号９３を光強度変調信号である変調信号９４に変換し、光伝送路９１０を介して送信する。
【０００８】
復調部９１５は、光伝送路９１０を介して伝送されてきた変調信号９４を光電変換し、多値信号９５として出力する。第２の多値符号発生部９１４は、第２の鍵情報９６に基づいて、多値符号列９２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列９７を生成する。識別部９１６は、多値符号列９７の値に基づいて、多値信号９５に図２７に示す信号レベルの組み合わせのうちどちらが用いられているかを判断し、組み合わせに含まれる２つの信号レベルを２値識別する。
【０００９】
具体的には、識別部９１６は、図２７（ｅ）に示すように、多値符号列９７の値に基づいて識別レベルを設定し、多値信号９５が識別レベルよりも大きい（上）か、あるいは小さい（下）かを判断する。この例では、識別部９１６は、“下、下、上、下”と識別している。次に、識別部９１６は、多値符号列９７が偶数の場合は、下側が“０”、上側が“１”、奇数の場合は、下側が“１”、上側が“０”と判定し、情報データ９８として出力する。この例では、多値符号列９７は、“偶数、奇数、偶数、奇数”となっているため、情報データ９８は“０１１１”となる。なお、多値信号９５には、雑音が含まれているが、信号強度を適切に選ぶことで、２値識別における誤りの発生を無視できる程度に抑えることができる。
【００１０】
次に、想定される盗聴について説明する。盗聴者は、送信者と受信者とが共有する鍵情報を持たない状態で、変調信号９４から情報データ９０または第１の鍵情報９１の解読を試みる。盗聴者は、正規受信者と同様の２値識別を行う場合、鍵情報を持っていないため、鍵情報が取り得る全ての値に対して識別を試みる必要がある。このような方法は、試行回数が鍵情報の長さに対して指数関数的に増大するため、鍵情報の長さが十分長い場合には現実的ではない。
【００１１】
そこで、より効率的な方法として、盗聴者は、図２５に示すような盗聴受信部９０３を用いて、変調信号９４から情報データ９０または第１の鍵情報９１の解読を試みることが考えられる。盗聴受信部９０３において、復調部９２１は、光伝送路９１０から分岐して得られる変調信号９４を復調し、多値信号９５を再生する。多値識別部９２２は、多値信号８１を多値識別し、得られた情報を受信系列８２として出力する。解読処理部９２３は、受信系列８２に対して解読処理を行い、情報データ９０又は第１の鍵情報９１の特定を試みる。このような解読方法を用いた場合、盗聴受信部９０３は、もし受信系列８２を誤り無く多値識別することができれば、得られた受信系列８２から１回の試行で第１の鍵情報９１の解読を行うことが可能となる。
【００１２】
しかし、復調部９２１で光電変換する際に、ショット雑音が発生し、多値信号８１に重畳される。このショット雑音は、量子力学の原理により必ず発生することが知られている。ここで、多値信号の信号レベルの間隔（以下、ステップ幅と称する）をショット雑音のレベルよりも十分に小さくしておけば、識別誤りによって受信した多値信号８１が正しい信号レベル以外の様々な多値レベルを取る可能性が無視できなくなる。よって盗聴者は、正しい信号レベルが、識別によって得られた信号レベル以外の値である可能性を考慮して解読処理を行う必要があるため、識別誤りが無い場合（第１の多値符号発生部９１１に用いられているものと同じ乱数発生器を使用したストリーム暗号）と比較して解読処理に要する試行回数、すなわち計算量が増大し、結果として盗聴に対する安全性が向上する。
【特許文献１】特開２００５−５７３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ショット雑音が重畳した信号レベルの確率分布はポアソン分布に従うため、盗聴者が多値信号８１を多値識別した場合、各多値信号レベルが識別される確率は非均等になり、また分布の広がりも小さくなる。例えば、図２８に示すように、送信された多値信号レベルが“４”の場合、盗聴者が多値識別によって得る多値レベルの確率分布は、正しいレベルである“４”が最大となり、次いで隣接するレベルである“３”及び“５”が大きい確率で現れる。さらに、その他のレベル（“２”以下及び“６”以上）に識別される確率は、ほぼ無視できる値となる。よって、盗聴者はこの３つの多値信号レベルに識別される可能性のみを考慮すればよいことになるため、解読処理に要する計算量は十分に増大しない。
【００１４】
さらに、盗聴者は情報データ９０（平文）の一部（例えば、ある電子ファイルフォーマットに共通して用いられるヘッダ情報など）と、それに対応する変調信号９４（暗号文）とを入手することができ、これを手がかりに多値符号列９２の値から鍵情報の特定を試み、得られた鍵情報を用いて残りの情報データの解読を試みることも考えられる。このような盗聴方法は、既知平文攻撃と呼ばれる。この場合は、情報データの値“１”と“０”とが多値信号レベルに対して交互に割り当てられているため、各情報データの値に対して、多値信号レベルの取り得る値は１つおきになり、ステップ幅が実質２倍になった場合と等価になる。よって、盗聴者が正しい多値信号レベルを識別できる確率はさらに高まり、事実上、多値信号レベルを一意に特定できてしまう。このような状態になると、解読処理に要する試行回数を増大させる効果は全く得られなくなってしまう。
【００１５】
一方、ステップ幅をより小さくすれば、正しいレベル及び隣接するレベル以外の多値レベルをとる確率が無視できない値となり、解読処理に要する計算量をさらに増大させることは可能である。しかしながら、そのためには多値数を極端に大きく（数千〜数万程度）する必要があるため、ステップ幅は非常に小さい値となり、その結果、多値レベルの制御に極めて精密な精度が要求される。よって、ハードウェア構成が複雑化し、コストアップにつながるという問題があった。
【００１６】
それ故に、本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ハードウェア構成を複雑化することなく、解読処理に要する計算量を効果的に増大させ、盗聴に対する安全性を高めることのできるデータ送信装置及び受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】
【００１７】
本発明は、所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、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符号発生部と、情報データ及び多値符号列に基づいて複数の信号レベルを有する信号を生成し、当該生成した信号を所定の変調形式で変調し、変調信号として出力する多値信号変調部とを備える。多値信号変調部は、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、複数の信号レベルを有する信号を生成する。
【００１８】
好ましくは、多値信号変調部は、情報データと多値符号列とを合成し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、多値信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値信号を変換後多値信号に変換するレベル変換部と、変換後多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。変換後多値信号は、多値信号と同じシンボルレートを有し、かつ多値信号の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。
【００１９】
好ましくは、多値信号は、複数のビットで表現されている。このような場合、レベル変換部は、多値信号の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部を有する。
【００２０】
また、レベル変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値信号の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有する構成であってもよい。このような場合、Ｄ／Ａ変換部は、ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値信号を生成する。
【００２１】
多値信号は、複数のビットで表現されている。このような場合、レベル変換部は、多値信号の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号に変換するビット変換回路と、多値信号のうちビット変換回路に入力されないビットと、ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部とを有する。
【００２２】
また、レベル変換部は、２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、多値信号のいずれか１つのビットと、変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果をＤ／Ａ変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有する構成であってもよい。
【００２３】
また、多値信号変調部は、多値符号列を変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、情報データと変換後多値符号列と反転信号とを合成し、情報データと変換後多値符号列と反転信号との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。変換後多値符号列は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【００２４】
多値処理部は、情報データと反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果と変換後多値符号列とを合成して、多値信号を生成する。
【００２５】
多値符号変換部は、多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列を変換後多値符号列に変換する。
【００２６】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットを変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力する。
【００２７】
また、多値符号変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値符号列の一部のビットを選択し、変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力するビット選択部とを有する構成であってもよい。
【００２８】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有する信号に変換し、当該変換した信号をビット変換信号として出力するビット変換回路を有し、多値符号列の残りのビットと、ビット変換信号とを変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力する。
【００２９】
多値符号変換部は、２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、多値符号列のいずれか１つのビットが入力され、当該入力された１つのビットと変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された１つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有する構成であってもよい。
【００３０】
多値信号変調部は、多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、情報データと反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を２値変換信号として出力する信号変換部と、２値変換信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。反転信号及び２値変換信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【００３１】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力する。
【００３２】
また、本発明は、所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ受信装置は、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符号発生部と、送信装置から受信した変調信号を復調し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を出力する復調部と、多値符号列に基づいて、復調部の出力信号から情報データを再生する信号再生部とを備える。信号再生部は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号を識別レベルとして、復調部の出力信号を識別する。
【００３３】
好ましくは、信号再生部は、多値符号列を所定の規則に従って、変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、変換後多値符号列に基づいて、多値信号を２値識別する識別部と、識別部の出力信号と反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を情報データとして出力するデータ反転部とを含む。変換後多値符号列は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【００３４】
多値符号変換部は、多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列を変換後多値符号列に変換する。
【００３５】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部を有し、多値符号列のうちＤ／Ａ変換部で選択されていないビットの１つを反転信号として出力する。
【００３６】
また、多値符号変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値符号列の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有する構成であってもよい。このような場合、Ｄ／Ａ変換部は、ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列を生成する。また、ビット選択部は、多値符号列のうち選択されていないビットの１つを反転信号として出力する。
【００３７】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算により変換して、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、多値符号列のうちビット変換回路に入力されないビット、ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部とを有する。
【００３８】
好ましくは、信号再生部は、多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、所定の識別レベルに基づいて、多値信号を２値識別する識別部と、識別部の出力信号と反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を情報データとして出力するデータ反転部とを含む。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【発明の効果】
【００３９】
以上のように本発明によれば、雑音レベルが多値信号のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者が受信信号レベルに基づき、送信側で用いられた疑似乱数系列の値を１つに特定することが不可能となる。よって、盗聴者が疑似乱数系列の値を一意に特定できる場合と比較して、暗号鍵情報を特定するための解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。従って、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００４０】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
（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１の構成例を示すブロック図である。図１において、データ通信装置１は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０１と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０１は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２と、レベル変換部１１３と、変調部１１４とを備える。受信部２０１は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２と、多値符号変換部２１３と、識別部２１４と、反転部２１５とを備える。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が用いられる。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ことが可能な自由空間であってもよい。
【００４３】
まず、送信部１０１と受信部２０１とは、予め同じ内容の第１の鍵情報１１と第２の鍵情報１６とを共有しておく。送信部１０１において、第１の多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生し出力する。多値符号列１２の信号形態は、多値のシリアル信号または２値のパラレル信号のどちらでもよい。多値処理部１１２は、図２５で説明した従来技術の例と同様に、所定の手順に従って、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号１３として生成する。
【００４４】
レベル変換部１１３は、多値信号１３を変換後多値信号２１に変換し出力する。ここで、変換後多値信号２１は、多値信号１３と同じシンボルレートを有し、多値信号１３の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。多値処理部１１２及びレベル変換部１１３の詳細については後述する。変調部１１４は、変換後多値信号２１を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。
【００４５】
受信部２０１において、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、変換後多値信号３３を再生する。第２の多値符号発生部２１２は、第１の多値符号発生部１１１と同様に、第２の鍵情報１６を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１７を発生し出力する。多値符号変換部２１３は、多値符号列１７から、変換後多値符号列３１と反転信号３２とを生成し出力する。
【００４６】
ここで、変換後多値符号列３１は、多値符号列１７と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列１７の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。また、反転信号３２は、多値符号列１７のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号となる。多値符号変換部２１３の詳細については後述する。識別部２１４は、変換後多値符号列３１に基づいて、変換後多値信号３３の識別（２値判定）を行い、当該識別結果を出力する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号と反転信号３２との排他的論理和演算を行い、その演算結果を情報データ１８として出力する。
【００４７】
また、図１には、盗聴者が使用すると想定される受信装置を盗聴受信部３０１として示してある。ただし、盗聴受信部３０１は、本実施形態の盗聴に対する効果を説明するために示してあるだけで、データ通信装置１の構成に含まれるものではない。盗聴受信部３０１の構成及び動作は、図２５を用いて説明したものと同じである。本実施形態の盗聴に対する効果については後述する。
【００４８】
次に、本実施形態における多値信号１３と変換後多値信号２１との信号点配置、及び反転信号３２の設定について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１の実施形態における信号点配置を説明するための模式図である。図２において、多値符号列１２の値は２進数で表してある（カッコ内は１０進数表記）。多値信号１３には、図２（ａ）に示すように、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせ１つに対して、それぞれ１つのレベルが割り当てられている。これに対して、変換後多値信号２１には、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせ複数に対して、１つのレベルが重複して割り当てられる。
【００４９】
ここで、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせを（多値符号列１２、情報データ１０）として表現することにする。図２の例では、変換後多値信号２１には、（００００、０）、（０００１、１）、（００１０、０）、（００１１、１）、（０１００、０）、（０１０１、１）、（０１１０、０）、及び（０１１１、１）の８つの組み合わせに対して、１つのレベルＬ１が重複して割り当てられる。すなわち、レベル変換部１１３は、多値信号１３の複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値信号１３を変換後多値信号２１に変換している。
【００５０】
このように、送信部１０１は、多値符号列１２の一部の情報を意図的に欠落させた信号を生成し、受信部２０１に対して送信している。受信部２０１において、多値符号変換部２１３は、送信部１０１と同様の方法で多値符号列１７のレベルを複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列１７を変換後多値符号列３１に変換している。反転信号３２の値は、多値符号列１７の最下位ビットと同じ値に設定される。
【００５１】
なお、送信部１０１において、多値処理部１１２、レベル変換部１１３、及び変調部１１４は、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部２０１において、多値符号変換部２１３、識別部２１４、及び反転部２１５は、まとめて信号再生部と記してもよい。
【００５２】
続いて、本実施形態で用いられる信号形態について図３を例に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図３において、各タイムスロット（ｔ１〜ｔ４）における情報データ１０、及び多値符号列１２の値は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す値である場合を考える。このとき、変換後多値信号２１のレベルは、図２に示した関係から、図３（ｃ）に示すように“Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２、Ｌ４”と変化する。変調部１１４は、この変換後多値信号２１を変調し、変調信号１４として送信する。
【００５３】
一方、受信部２０１において、多値符号変換部２１３は、多値符号列１７の最上位ビットと同じ値を有する変換後多値符号列３１を生成する（図３（ｅ）参照）。また、多値符号変換部２１３は、多値符号列１７の最下位ビットと同じ値を有する反転信号３２を生成する（図３（ｆ）参照）。識別部２１４は、図３（ｇ）に示すように、変換後多値符号列３１を識別レベルとして、変調信号１４を復調して得られる変換後多値信号３３を２値識別する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号（図３（ｈ）参照）と反転信号３２との排他的論理和を演算し、その演算結果を情報データ１８として出力する（図３（ｉ）参照）。
【００５４】
次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部３０１を用いて既知平文攻撃を試みるものと仮定する。盗聴受信部３０１において、復調部３１１は、伝送路１１０から分岐して得られた変調信号１４を復調し、変換後多値信号３３を再生する。多値識別部３１２は、変換後多値信号３３のレベルを特定することは可能であるが、重複して割り当てられた多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせを特定することはできない。例えば、図３に示すタイムスロットｔ１においては、多値識別部３１２は、変換後多値信号３３のレベルがＬ１であることを知ることができるが、図２に示すＬ１に対応した８通りの多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせのうち、どれが正しい組み合わせであるかを特定することができない。
【００５５】
そこで、盗聴者は、変換後多値信号３３を予め入手した情報データ１０の値と照合することで、多値符号列１２の値の可能性を絞り込むことができる。しかし、多値符号列１２には、まだ４通りの値をとる可能性が残る。すなわち、図３（ｊ）に示すように、受信系列４２の一部のビットの値は不明となる。以降のタイムスロットにおいても、受信系列４２は、それぞれ４通りの値をとる可能性が残る。ここで、解読処理に要する多値信号４１のシンボル長をＸとすると、このシンボル長の多値信号４１が取り得る値の可能性は４Xとなる。盗聴者は４X通りの全てのパターンに対して解読処理を行う必要があるため、解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。すなわち、受信系列４２の値が一意に決定される場合と比較して、盗聴に対する安全性が向上する。
【００５６】
なお、図２及び図３において、多値符号列１２の多値数が１６（ビット数が４）、１つの変換後多値信号２１のレベルに重複させる多値符号列１２の数（以下、重複数と称する）を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。ここで、重複数を大きくするほど、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。ただし、重複数は多値符号列１２の多値数を超えないように設定する必要がある。
【００５７】
また、図２では、多値信号１３（あるいは変換後多値信号２１）のレベルが大きくなるに従って多値符号列１２の値も大きくなるように配置してあるが、多値信号１３（あるいは変換後多値信号２１）と多値符号列１２との対応関係はこれに限定されず、多値信号１３（あるいは変換後多値信号２１）の各レベルに対して任意の多値符号列１２の値を対応付けることも可能である。さらに、反転信号３２の値は、多値符号列１７の最下位ビットと同じ値に設定したが、他のビットと同じ値に設定することも可能である。
【００５８】
また、図３においては、ステップ幅（本実施形態においては、変換後多値信号３３の信号点間距離をステップ幅と称する）が雑音レベルより大きい場合について記載したが、ステップ幅を雑音レベルより小さく設定することにより、盗聴者の多値識別の誤りを発生させるという効果を併せ持つことができる。盗聴者の多値識別の誤りとは、例えば、送信側において変換後多値信号２１のレベルが“Ｌ２”であるにもかかわらず、盗聴者が“Ｌ１”と誤って識別することを表す。この場合、盗聴者は、変換後多値信号２１の隣接レベルに対応した多値符号列１２の値も考慮して解読処理を行う必要があるため、解読処理の試行回数はさらに増大する。
【００５９】
次に、多値処理部１１２とレベル変換部１１３との具体的な構成について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図である。図４の構成では、多値符号列１２及び多値信号１３はパラレル信号の形態をとり、変換後多値信号２１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値処理部１１２は、排他的論理和回路１２１を含む。排他的論理和回路１２１は、多値符号列１２の最下位ビットＡと、情報データ１０との排他的論理和演算を行い、その演算結果を多値信号１３の最上位ビットとして出力する。また、多値符号列１２の各ビットは、多値信号１３の最上位以外のビットとしてそのまま出力される。
【００６０】
レベル変換部１１３は、ディジタル・アナログ変換部（以下、Ｄ／Ａ変換部と記す）１３１を含む。レベル変換部１１３に入力された多値信号１３の一部のビットは使用されず、残りのビットがＤ／Ａ変換部１３１に入力される。Ｄ／Ａ変換部１３１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号２１として出力する。なお、図４では、排他的論理和回路１２１に多値符号列１２の最下位ビットＡが入力される構成をとっているが、レベル変換部１１３で使用されないビット（図中Ａ〜Ｃ）であれば、任意のビットを排他的論理和回路１２１に入力しても構わない。
【００６１】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図である。図５の構成においても、多値符号列１２及び多値信号１３はパラレル信号の形態をとり、変換後多値信号２１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値処理部１１２の構成及び機能は図４と同じである。レベル変換部１１３は、Ｄ／Ａ変換部１３１と、ビット変換回路１３２とを含む。ビット変換回路１３２には、多値信号１３の一部のビットが入力される。ビット変換回路１３２は、多値信号１３のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であるビット変換信号２５を出力する。
【００６２】
ビット変換信号２５の値は、ビット変換回路１３２に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。すなわち、ビット変換回路１３２は、入力されたビットを論理演算により変換して、入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力する。Ｄ／Ａ変換部１３１には、多値信号１３のうちビット変換回路１３２に入力されないビットと、ビット変換信号２５とが入力される。Ｄ／Ａ変換部１３１は、多値信号１３のうちビット変換回路１３２に入力されないビットと、ビット変換信号２５とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号２１として出力する。なお、図５では、排他的論理和回路１２１に多値符号列１２の最下位ビットが入力される構成をとっているが、ビット変換回路に入力されるビット（図中Ａ〜Ｄ）であれば、任意のビットを排他的論理和回路１２１に入力しても構わない。
【００６３】
続いて、多値符号変換部２１３の具体的な構成について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第１の構成例を示すブロック図である。図６の構成では、多値符号列１７はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列３１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部２１３は、Ｄ／Ａ変換部２３１を含む。多値符号変換部２１３に入力された多値符号列１７のうち、一部のビットを除いた残りのビットが、Ｄ／Ａ変換部２３１に入力される。Ｄ／Ａ変換部２３１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列３１として出力する。また、多値符号列１７の最下位ビット（図中Ａ）は、反転信号３２としてそのまま出力される。なお、反転信号３２は、多値符号列１７のうち、Ｄ／Ａ変換部２３１に入力されないビット（図中Ａ〜Ｃ）から任意に選択することも可能であるが、送信側で排他的論理和回路１２１に入力されたビットと同じ配置のビットを選択する必要がある。
【００６４】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第２の構成例を示すブロック図である。図７の構成においても、多値符号列１７はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列３１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部２１３は、Ｄ／Ａ変換部２３１と、ビット変換回路２３２とを含む。ビット変換回路２３２には、多値符号列１７の一部のビットが入力される。ビット変換回路２３２は、多値符号列１７のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であるビット変換信号３４を出力する。ビット変換信号３４の値は、ビット変換回路２３２に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。すなわち、ビット変換回路２３２は、入力されたビットを論理演算により変換して、入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号３４を出力する。
【００６５】
Ｄ／Ａ変換部２３１には、多値符号列１７のうちビット変換回路２３２に入力されないビットと、ビット変換信号３４とが入力される。Ｄ／Ａ変換部２３１は、多値符号列１７のうちビット変換回路２３２に入力されないビットと、ビット変換信号３４とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列３１として出力する。また、多値符号列１７のうち、送信側で排他的論理和回路１２１に入力されたビットと同じ配置のビット（図６の例では最下位ビット）は、反転信号３２としてそのまま出力される。なお、反転信号３２は、多値符号列１７のうち、ビット変換回路２３２に入力されるビット（図中Ａ〜Ｄ）から任意に選択することも可能であるが、送信側で排他的論理和回路１２１に入力されたビットと同じ配置のビットを選択する必要がある。
【００６６】
なお、図４から図７に示した多値処理部１１２、レベル変換部１１３、及び多値符号変換部２１３の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定、あるいはビット変換回路１３２及び２３２に入力するビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、上述した以外にも任意に設定することが可能である。
【００６７】
また、図４から図７に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、Ｄ／Ａ変換部１３１及び２３１以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【００６８】
また、正規受信者が使用する受信部は、信号対雑音比の劣化を許容できれば、図１に示した受信部２０１の構成ではなく、従来と同じ構成の受信部を用いることも可能である。従来と同じ構成の受信部を用いた場合、本実施形態の受信部２０１と、従来と同じ構成の受信部との識別レベルの差に相当する信号レベルの劣化（すなわち信号対雑音比の劣化）が生じるのと等価となる。よって、この劣化した信号対雑音比が受信部の仕様の範囲内であれば、従来と同じ構成の受信部を用いることができる。
【００６９】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、雑音レベルが変換後多値信号３３のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者が受信系列を一意に特定できる場合と比較して、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２の構成例を示すブロック図である。図８において、データ通信装置２は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０２と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０２は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２ａと、変調部１１４と、多値符号変換部１１５とを備える。受信部２０１の構成及び動作は、第１の実施形態で説明したものと同じであるため説明を省略する。また、図８には、盗聴受信部３０１を記載していないが、盗聴者は第１の実施形態で説明した方法を用いて盗聴を試みるものと仮定する。
【００７１】
第１の多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生し出力する。多値符号列１２の信号形態は、多値のシリアル信号または２値のパラレル信号のどちらでもよい。多値符号変換部１１５は、多値符号列１２から、変換後多値符号列２２と反転信号２３とを生成し出力する。ここで、変換後多値符号列２２は、多値符号列１２と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列１２の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。また、反転信号３２は、多値符号列１２のシンボルレート同じビットレートを有する２値信号となる。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、情報データ１０、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３に基づいて、各信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号１３を生成する。変調部１１４は、多値信号１３を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。
【００７２】
なお、送信部１０２において、多値処理部１１２ａ、変調部１１４、及び多値符号変換部１１５は、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部２０１において、多値符号変換部２１３、識別部２１４、及び反転部２１５は、まとめて信号再生部と記してもよい。
【００７３】
次に、本実施形態における情報データ１０、多値符号列１２、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び多値信号１３の信号点配置の関係について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の第２の実施形態における信号点配置を説明するための模式図である。図９において、多値符号列１２の値は２進数で表してある（カッコ内は１０進数表記）。多値符号変換部２１３は、多値符号列１２の値をいくつかのグループに分け、各グループに変換後多値符号列２２の値を割り当てる。図９の例では、多値符号変換部２１３は、多値符号列１２の値“０１１１”、“０１１０”、“０１０１”、“０１００”、“００１１”、“００１０”、“０００１”、“００００”に対して、変換後多値符号列２２の値“０”を、他の多値符号列１２の値に対して、変換後多値符号列２２の値“１”を割り当てる。また、多値符号変換部２１３は、多値符号列１２のそれぞれの値に、反転信号２３の値“１”または“０”を割り当てる。ただし、反転信号２３の値は、各グループ内で均等に割り当てられるようにする。図９の例では、多値符号変換部２１３は、反転信号２３の値として、多値符号列１２の最下位ビットと同じ値を割り当てている。
【００７４】
続いて、多値処理部１１２ａは、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び情報データ１０の値から、多値信号１３の信号レベルを決定する。ただし、多値信号１３の多値数は、変換後多値符号列２２の多値数の２倍とする。まず、多値処理部１１２ａは、変換後多値符号列２２のそれぞれの値に対して、２つの信号レベルを割り当てる。このとき、多値処理部１１２ａは、一方の信号レベルに対して、信号レベルが大きい側の半分（以下、上半分と称する）を割り当て、他方のレベルに対して、信号レベルが小さい側の半分（以下、下半分と称する）を割り当てる。これらの信号レベルの差は、変換後多値符号列２２の値によらず一定とする。
【００７５】
次に、多値処理部１１２ａは、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和（ＸＯＲ）を求め、求めた排他的論理和が“１”の場合は上半分の信号レベルを多値信号１３に割り当て、“０”の場合は下半分の信号レベルを多値信号１３に割り当てる。このようにして得られた多値信号１３を変調して得られる変調信号１４は、第１の実施形態と同じ信号フォーマットを有している。したがって、受信部２０１は、変調信号１４を第１の実施形態と同様の手順で復調することが可能である。また、盗聴に対する効果も、第１の実施形態で説明したものと同じである。
【００７６】
なお、図９において、多値符号列１２の多値数が１６（ビット数が４）、重複数を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。ここで、重複数を大きくするほど、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。ただし、重複数は多値符号列１２の多値数を超えないように設定する必要がある。また、図９に示した情報データ１０、多値符号列１２、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び多値信号１３の関係はあくまでも一例であり、異なる対応関係を有していても構わない。ただし、その場合も、同じ変換後多値符号列２２の値に割り当てられた多値符号列１２のグループにおいて、反転信号２３の値を均等に配分する必要がある。
【００７７】
次に、多値処理部１１２ａと多値符号変換部１１５の具体的な構成について説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図である。図１０の構成では、多値符号列１２及び変換後多値符号列２２はパラレル信号の形態をとり、多値信号１３は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５は、多値符号列１２から一部のビットを除いた残りのビットを変換後多値符号列２２として出力し、多値符号列１２の最下位ビット（図中Ａ）をそのまま反転信号２３として出力する。多値処理部１１２ａは、排他的論理和回路１２１と、Ｄ／Ａ変換部１２２とを含む。
【００７８】
排他的論理和回路１２１は、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。Ｄ／Ａ変換部１２２には、最上位ビットとして排他的論理和回路１２１の出力信号と、最上位以外のビットとして変換後多値符号列２２の各ビットとが入力される。Ｄ／Ａ変換部１２１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換して、多値信号１３として出力する。なお、図１０では反転信号２３として、多値符号列１２の最下位ビットを用いたが、これ以外にも変換後多値符号列２２として使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）から任意に選択しても構わない。
【００７９】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図である。図１１の構成においても、多値符号列１２及び変換後多値符号列２２はパラレル信号の形態をとり、多値信号１３は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５は、ビット変換回路１３３を含む。ビット変換回路１３３には、多値符号列１２の一部のビットが入力され、多値符号列１２のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号を出力する。ビット変換回路１３３の出力信号の値は、ビット変換回路１３３に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。
【００８０】
ビット変換回路１３３の出力信号は、ビット変換回路１３３に入力されない多値符号列１２の残りのビットと併せて、変換後多値符号列２２として出力される。また、多値符号変換部１１５は、多値符号列１２の最下位ビット（図中Ａ）をそのまま反転信号２３として出力する。多値処理部１１２の構成は、図１０と同じである。なお、図１１では、反転信号２３として、多値符号列１２の最下位ビットを用いたが、これ以外にもビット変換回路１３３に入力されるビット（図中Ａ〜Ｄ）から任意に選択しても構わない。
【００８１】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第３の構成例を示すブロック図である。図１２の構成では、多値符号列１２はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列２２及び多値信号１３は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５は、Ｄ／Ａ変換部１２２を含む。Ｄ／Ａ変換部１２２には、多値符号列１２から一部のビットを除いた残りのビットが入力される。Ｄ／Ａ変換部１２２は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列２２として出力し、それ以外の多値符号列１２のビットの１つ（図１２の例では最下位ビット）をそのまま反転信号２３として出力する。
【００８２】
多値処理部１１２は、排他的論理和回路１２１と加算部１２３とを含む。排他的論理和回路１２１は、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。加算部１２３は、排他的論理和回路１２１の出力信号と変換後多値符号列２２とを加算し、多値信号１３として出力する。なお、図１２では反転信号２３として、多値符号列１２の最下位ビットを用いたが、これ以外にも変換後多値符号列２２として使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）から任意に選択しても構わない。また、図示していないが、排他的論理和回路１２１の出力信号、及び変換後多値符号列２２の信号レベルを調整するために、加算部１２３の入力側に増幅器もしくは減衰器を設けてもよい。
【００８３】
さらに、図示しないが、多値処理部１１２と多値符号変換部１１５との構成例としては、図１２の構成において、図１１と同様に多値符号変換部１１５の内部にビット変換回路を設ける構成を取ることもできる。
【００８４】
なお、図１０から図１２に示した多値処理部１１２と多値符号変換部１１５の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定、あるいはビット変換回路１３２及び２３２に入力するビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、これ以外にも任意に設定することが可能である。
【００８５】
また、図１０から図１２に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、Ｄ／Ａ変換部１２２及び加算部１２３以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【００８６】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、雑音レベルが多値信号１５のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００８７】
（第３の実施形態）
図１３Ａは、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３の構成例を示すブロック図である。図１３Ａにおいて、データ通信装置３は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０３と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。第３の実施形態に係るデータ通信装置３の全体構成は、基本的に第１の実施形態において図１を用いて説明したものと同様である。送信部１０３は、レベル変換部１１３ａの内部構成のみが第１の実施形態と異なる。本実施形態においては、第１の実施形態との差分のみを説明し、第１の実施形態と同様の動作をする機能ブロックに関しては説明を省略する。
【００８８】
図１３Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るレベル変換部１１３ａの構成の一例を示すブロック図である。図１３Ｂにおいて、レベル変換部１１３は、Ｄ／Ａ変換部１３１と、乱数生成部１３４と、排他的論理和回路１３５とを含む。乱数生成部１３４は、２値の乱数である変換用乱数２６を生成し出力する。変換用乱数２６としては、物理現象に基づき生成される物理乱数か、あるいは初期値に基づき数学的に生成される疑似乱数のいずれかを用いる。疑似乱数を用いる場合は、その初期値は送信者以外には公開されない。排他的論理和回路１３５は、多値信号１３のうち使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）以外の中の最下位のビット（図中Ｄ）と、変換用乱数２６との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。Ｄ／Ａ変換部１３１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号２１として出力する。
【００８９】
次に、本実施形態で用いられる信号形態について図１４を例に説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図１４に示す信号形態は、多値符号列１２の多値数が１６（５ｂｉｔ）、重複数が８の場合の例である。情報データ１０及び多値符号列１２が図１４（ａ）、（ｂ）に示す値をとる場合、多値信号１３は図１４（ｃ）に示す値となる。ここで、変換用乱数２６が図１４（ｄ）に示す値をとる場合を考える。
【００９０】
レベル変換部１１３ａは、多値信号１３のうち下位３ｂｉｔは使用せず、上位３ｂｉｔ（図１４（ｃ）において点線で囲んだビット）のみを使用する。排他的論理和回路１３５は、点線で囲んだビットのうち上から３ｂｉｔ目と、変換用乱数２６との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。Ｄ／Ａ変換部１３１は、多値信号１３のうち上位２ｂｉｔと、排他的論理和回路１３５の出力信号とをディジタル・アナログ変換することにより、変換後多値信号２１のレベルを決定する。受信側においては、第１の実施形態と同様の方法で情報データを再生する（図１４（ｆ）〜（ｋ）参照）。
【００９１】
次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部３０１を用いて既知平文攻撃を試みるものと想定する。盗聴受信部３０１は、第１の実施形態と同様に、多値符号列１２の値の可能性を絞り込めず（図１４の場合は４通りの可能性が残る）、受信系列４２の一部のビットの値が不明となる。さらに、本実施形態においては、変換用乱数２６の値が“１”となるタイムスロットにおいては、受信系列４２の別のビット（多値信号１３のうち、変換用乱数２６との排他的論理和演算を行ったビットに相当、図１４（ｌ）の場合は上から２ｂｉｔ目）にも誤りが発生する。盗聴受信部３０１は、変換用乱数２６の情報を持たないため、このビットも盗聴者にとって不確定となる。よって、多値符号列１２の値は変換用乱数２６を用いない場合の２倍、すなわち８通りの値をとる可能性が残る。このように、多値符号列１２の取り得る値の数がさらに増大するため、解読処理の試行回数を第１の実施形態よりもさらに増大させることができる。
【００９２】
なお、図１４において、多値符号列１２の多値数を１６（５ｂｉｔ）、重複数を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。また、排他的論理和回路１３５に入力される多値信号１３のビットは、使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）以外であり、かつ最上位ビット以外であれば、任意のビットを使用することも可能である。
【００９３】
また、図１３Ｂに示したレベル変換部１１３ａの構成は、図４に示す構成に準じたものであるが、本実施形態に係るレベル変換部１１３ａは、上述した信号形態を得るために、図５に示す構成に乱数生成部及び排他的論理和回路を追加した構成を用いることも可能である（図示せず）。また、図１３Ａに示した送信部１０３の全体構成として、第２の実施形態の送信部１０２（図８参照）と同様の構成を用い、多値符号変換部１１５の内部に乱数生成部及び排他的論理和回路を追加した構成を用いても、同様の効果を得ることができる。なお、これらの構成において、各構成ブロックを同様の機能を有する別の素子に置き換えたり、ディジタル・アナログ変換部１３１以外の構成要素をソフトウェア処理に置き換えても構わない。
【００９４】
以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、盗聴者による解読処理に要する計算量を第１の実施形態よりもさらに増大させ、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００９５】
（第４の実施形態）
本実施形態は、第１または第２の実施形態の特別な場合、すなわち多値符号列１２の多値数と重複数とを一致させた場合に相当するものである。
【００９６】
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４の構成例を示すブロック図である。図１５において、データ通信装置４は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０４と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０４とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０４は、第１の多値符号発生部１１１と、変調部１１４と、多値符号変換部１１５ａと、信号変換部１１６とを備える。受信部２０４は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２と、多値符号変換部２１３ａと、識別部２１４と、反転部２１５とを備える。
【００９７】
送信部１０４において、第１の多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生し出力する。多値符号列１２の信号形態は、多値のシリアル信号または２値のパラレル信号のどちらでもよい。多値符号変換部１１５ａは、多値符号列１２から反転信号２３を生成し出力する。信号変換部１１６は、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を２値変換信号２４として出力する。変調部１１４は、２値変換信号２４を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。
【００９８】
受信部２０４において、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、２値変換信号３５を再生する。第２の多値符号発生部２１２は、第１の多値符号発生部１１１と同様に、第２の鍵情報１６を初期値として、多値の擬似乱数系列である多値符号列１７を発生し出力する。識別部２１４は、２値変換信号３５の識別（２値判定）を行い、当該識別結果を出力する。識別部２１４の識別レベルは、基本的に固定値であるが、何らかの理由で２値変換信号の信号レベルが変動した場合にはこの限りではない。すなわち、識別部２１４は、識別レベルを最適値に調整する機能を有する。多値符号変換部２１３ａは、多値符号列１７から反転信号３２を生成し出力する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号と反転信号３２との排他的論理和を演算し、その演算結果を情報データ１８として出力する。
【００９９】
また、図１５には、盗聴者が使用すると想定される受信装置を盗聴受信部３０１として示してある。ただし、盗聴受信部３０１は、本実施形態の盗聴に対する効果を説明するために示してあるだけで、データ通信装置４の構成に含まれるものではない。盗聴受信部３０１の構成及び動作は、図２５を用いて説明したものと同じである。
【０１００】
なお、送信部１０４において、信号変換部１１６、変調部１１４、及び多値符号変換部１１５ａは、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部２０４において、多値符号変換部２１３ａ、識別部２１４、及び反転部２１５は、まとめて信号再生部と記してもよい。
【０１０１】
次に、本実施形態における信号の設定方法について、図１６と図１７とを参照しながら説明する。図１６は、本発明の第４の実施形態における多値符号列１２と反転信号２３との関係の一例を示す図である。反転信号２３は、多値符号列１２のシンボルレート同じビットレートを有する２値信号となる。ここでは、反転信号２３の値は、多値符号列１２の最下位ビットと同じ値に設定される。図１７は、本発明の第４の実施形態における情報データ１０と、反転信号２３と、２値変換信号２４との関係を示す図である。２値変換信号２４の値は、情報データ１０と、反転信号２３との排他的論理和演算により決定される。このようにして得られた２値変換信号２４は、第１の実施形態において、１つの変換後多値信号２１のレベルに、情報データ１０と多値符号列１２とを組み合わせた複数のレベルが、多値符号列１２の多値数（この場合は１６）と同じ数だけ重複して割り当てられていることと等価である。
【０１０２】
続いて、本実施形態で用いられる信号形態について図１８を用いて説明する。図１８は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図１８において、各タイムスロット（ｔ１〜ｔ４）における情報データ１０、及び多値符号列１２の値は、図１８（ａ）及び（ｂ）に示す値である場合を考える。このとき、２値変換信号２４は、図１６及び図１７に示した関係から、図１８（ｄ）に示す値をとる。変調部１１４は、この２値変換信号２４を変調し、変調信号１４として送信する。
【０１０３】
一方、受信部２０４において、多値符号変換部２１３ａは、送信部１０４と同様の手順に基づき反転信号３２を生成する（図１８（ｅ）参照）。識別部２１４は、識別レベルを固定識別レベルに従って設定し、変調信号１４を復調して得られる２値変換信号３５を２値識別する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号と反転信号３２との排他的論理和演算を行い、その演算結果を情報データ１８として出力する（図１８（ｆ）参照）。
【０１０４】
次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部３０１を用いて既知平文攻撃を試みるものと仮定する。盗聴受信部３０１において、復調部３１１は、伝送路１１０から分岐して得られた変調信号１４を復調し、２値変換信号３５を再生する。多値識別部３１２は、２値変換信号３５の値を特定することは可能であるが、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせを特定することができない。そこで、盗聴者は、２値変換信号３５を予め入手した情報データ１０の値と照合することで、多値符号列１２の値の可能性を絞り込むことができる。しかし、多値符号列１２は、まだ８通りの値（多値符号列１２の多値数の半分に相当）をとる可能性が残る。
【０１０５】
すなわち、図１８（ｇ）に示すように、受信系列４２のビットの値は、１つ（図１８の例では最下位ビット）を除き不明となる。以降のタイムスロットにおいても、多値符号列１２は、それぞれ８通りの値をとる可能性が残る。よって、盗聴者は、多値符号列１２の値の可能性がある全てのパターンに対して解読処理を行う必要があるため、盗聴者が受信系列４２の値を一意に特定できる場合と比較して、解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。よって、盗聴に対する安全性が向上する。
【０１０６】
なお、図１６〜図１８において、多値符号列１２の多値数を１６（ビット数が４）として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。
【０１０７】
次に、多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の具体的な構成について説明する。図１９は、本発明の第４の実施形態に係る多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の構成例を示すブロック図である。図１９の構成では、多値符号列１２はパラレル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５ａは、多値符号列１２の最下位ビット（図中Ａ）をそのまま反転信号２３として出力する。信号変換部１１６は、排他的論理和回路１４１で構成され、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を２値変換信号２４として出力する。受信側の多値符号変換部２１３ａも、送信側の多値符号変換部１１５ａと同様の構成により実現できる。
【０１０８】
なお、図１９に示した多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、上述した以外にも任意に設定することが可能である。また、反転信号２３は、多値符号列１２の最下位ビットがそのまま出力される構成としたが、これ以外にも多値符号列１２の任意のビットを使用することが可能である。あるいは、多値符号列１２の全てまたは一部のビットの論理演算により、反転信号２３の値を決定してもよい。さらには、送信者側と受信者側とで秘密裏に共有する暗号鍵を別途用意し、この暗号鍵に基づき上記のビットの設定を行うことも可能である。
【０１０９】
また、図１９に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、各構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【０１１０】
以上のように、本発明の第４の実施形態によれば、２値の変調信号を用いた場合においても、盗聴者による解読処理に要する計算量を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【０１１１】
（第５の実施形態）
本実施形態は、第２の実施形態において、送信者側と受信者側とで秘密裏に共有する暗号鍵を別途用意し、この暗号鍵に基づき重複させる多値信号レベルの設定を行う場合の例である。
【０１１２】
図２０は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置５の構成例を示すブロック図である。図２０において、データ通信装置５は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０５と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０５とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０５は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２ａと、変調部１１４と、多値符号変換部１１５ｂとを備える。受信部２０５は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２と、多値符号変換部２１３ｂと、識別部２１４と、反転部２１５とを備える。また、図２０には、盗聴受信部３０１を記載していないが、盗聴者は第１の実施形態で説明した方法を用いて盗聴を試みるものと仮定する。
【０１１３】
本実施形態において、多値符号変換部１１５ｂと、多値符号変換部２１３ｂ以外の機能ブロックについては、第２の実施形態において説明したものと同様であるため、説明を省略する。以下では、第２の実施形態との差分について説明する。
【０１１４】
本実施形態において、送信部１０５と受信部２０５とは、第１の鍵情報１１及び第２の鍵情報１６とは別に、予め同じ内容の第３の鍵情報４１と第４の鍵情報４２とを共有しておく。多値符号変換部１１５ｂは、第３の鍵情報４１に基づき、多値符号列１２を構成するビットの中から、多値符号列２２として出力するビット及び反転信号２３として出力するビットをランダムに選択する。多値符号変換部２１３ｂは、多値符号変換部１１５ｂと同様に、第４の鍵情報４２に基づき、多値符号列１７を構成するビットの中から、多値符号列３１として出力するビット及び反転信号３２として出力するビットをランダムに選択する。
【０１１５】
次に、本実施形態における多値符号列１２、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３の関係について、図２１の例を参照しながら説明する。図２１は、本発明の第５の実施形態に係る多値符号列１２、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３の対応パターンを示す図である。なお、図２１において、多値符号列１２の値は２進数で表してある（カッコ内は１０進数表記）。本実施形態では、これらの対応パターンを複数（図２１の例では４種類）用意する。各対応パターンにおいて、多値符号列１２の値をいくつかのグループに分け、各グループに変換後多値符号列２２の値を割り当てる。また、各グループ内において、反転信号２３の値は均等に分布するように割り当てる。これは、以下の手順により実現することができる。
【０１１６】
まず、送信側の多値符号変換部１１５ｂは、第３の鍵情報４１を用いて擬似乱数を発生させ、その値に基づき、複数の対応パターンのうち１つを選択する。そして、選択した対応パターン及び多値符号列１２の値に基づき、変換後多値符号列２２及び反転信号２３の値を決定する。すなわち、多値符号列１２を構成するビットのうち１つ（図２１では太字で表示）を選択し、その値から変換後多値符号列２２の値を決定し、さらに多値符号列１２の残りのビットのうち１つ（図２１では斜字で表示）を選択し、その値から反転信号２３の値を決定する。なお、対応パターンは図２１に示したもの以外にも考えられるが、ここでは省略する。次に、多値処理部１１２ａは、図９を用いて説明したのと同様の方法によって、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び情報データ１０の値から、多値信号１３の信号レベルを決定する。
【０１１７】
一方、受信側の多値符号変換部２１３ｂにおいても、送信側の多値符号変換部１１５ｂと同様に、第４の鍵情報４２を用いて擬似乱数を発生させ、その値に基づき、複数の対応パターンのうち１つを選択する。そして、選択した対応パターンと多値符号列１７との値に基づき、変換後多値符号列３１及び反転信号３２の値を決定する。
【０１１８】
このようにして多値信号レベルを決定することにより、変換後多値符号列２２のそれぞれの値、さらには各多値信号レベルに対して、多値符号列１２を構成する各ビットの値は、“０”と“１”の双方が対応することになる。例えば、図２１の例では、変換後多値符号列２２の値“０”（多値信号レベルＬ１及びＬ３に対応）には、多値符号列１２の値（１０進数表記）“０”から“１４”までの全ての値が対応し、変換後多値符号列２２の値“１”（多値信号レベルＬ２及びＬ４に対応）には、多値符号列１２の値“１”から“１５”までの全ての値が対応する。これを２進数表記で考えると、変換後多値符号列２２の値“０”、“１”のいずれについても、多値符号列１２を構成する各ビットの値は“０”と“１”の双方が対応する可能性があることになる。このことは、盗聴者の観点からは、解読処理部３１３で鍵情報の解読を行う際に２進数に変換する処理を行うと、全てのビットについて“０”と“１”を特定できない、すなわち誤りを含む可能性があることになる。よって、これらの可能性を考慮して解読を行わなければならないため、第１及び第２の実施形態よりもさらに計算量が増大し、安全性が向上する。
【０１１９】
なお、図２１において、多値符号列１２の多値数が１６（ビット数が４）、重複数を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。また、図２１に示した多値符号列１２、変換後多値符号列２２、反転信号２３の関係はあくまでも一例であり、異なる対応関係を有していても構わない。ただし、その場合も、同じ変換後多値符号列２２の値に割り当てられた多値符号列１２のグループにおいて、反転信号２３の値を均等に配分する必要がある。
【０１２０】
次に、送信側の多値符号変換部１１５ｂの具体的な構成例について説明する。図２２は、多値符号変換部１１５ｂの構成例を示すブロック図である。図２２の構成では、多値符号列１２及び変換後多値符号列２２はパラレル信号の形態をとる。選択用乱数発生部１５１は、第３の鍵情報４１に基づき、シンボルレートが多値符号列１２（及び多値信号１３）と等しく、値が略乱数的に変化する多値または２値の信号である選択用乱数４３を発生する。ここで、選択用乱数４３の多値数は、多値符号列１２、反転信号２３、及び変換後多値符号列２２の対応パターンの数に等しくなるように設定する。ビット選択部１５２には、多値符号列１２と選択用乱数４３とが入力される。ビット選択部１５２は、選択用乱数４３の値に基づき、多値符号列１２を構成するビットの中から、変換後多値符号列２２及び反転信号２３として使用するビットを選択し、出力する。
【０１２１】
続いて、受信側の多値符号変換部２１３ｂの具体的な構成例について説明する。図２３は、多値符号変換部２１３ｂの構成例を示すブロック図である。図２３を参照して、選択用乱数発生部２５１は、第３の鍵情報４１に基づき、選択用乱数４３と同じ値を有する選択用乱数４４を発生する。ビット選択部２５２は、ビット選択部１５２と同様に、選択用乱数４４の値に基づき、多値符号列１７を構成するビットの中から、変換後多値符号列３１及び反転信号３２として使用するビットを選択し、出力する。
【０１２２】
なお、図２２及び図２３に示す多値符号変換部１１５ｂ及び２１３ｂの構成はあくまでも一例であり、同様の機能を実現できるものであれば、これ以外の構成を用いても構わない。さらには、Ｄ／Ａ変換部２３１以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【０１２３】
また、本実施形態と同様の考え方は、図１で説明した第１の実施形態における構成にも適用することができる。図２４は、第１の実施形態における構成に適用した場合のレベル変換部１１３ｂの構成例を示すブロック図である。図２４を参照して、レベル変換部１１３ｂは、Ｄ／Ａ変換部１３１ｂと、選択用乱数発生部１５１ｂと、ビット選択部１５２ｂとを有する。選択用乱数発生部１５１ｂは、第３の鍵情報４１に基づき、シンボルレートが多値符号列１２（及び多値信号１３）と等しく、値が略乱数的に変化する多値または２値の信号である選択用乱数４３を発生する。ビット選択部１５２には、多値信号１３と選択用乱数４３とが入力される。ビット選択部１５２ｂは、選択用乱数４３の値に基づき、多値信号１３を構成するビットの中から、使用するビットを選択し出力する。ただし、この例に示すＤ／Ａ変換部１３１ｂは、多値信号１３を構成する最上位のビットには情報データ１０が含まれるため、多値信号１３を構成する最上位のビットを必ず選択するものとする。Ｄ／Ａ変換部１３１ｂは、ビット選択部１５２ｂが選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列２１を生成する。
【０１２４】
以上のように、本発明の第５の実施形態によれば、盗聴者による解読処理に要する計算量を第１及び第２の実施形態よりもさらに増大させ、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【０１２５】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
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】
【０１２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１の構成例を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態における信号点配置を説明するための模式図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第１の構成例を示すブロック図
【図７】本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第２の構成例を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２の構成例を示すブロック図
【図９】本発明の第２の実施形態における信号点配置を説明するための模式図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第３の構成例を示すブロック図
【図１３Ａ】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３の構成例を示すブロック図
【図１３Ｂ】本発明の第３の実施形態に係るレベル変換部１１３ａの構成の一例を示すブロック図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４の構成例を示すブロック図
【図１６】本発明の第４の実施形態における多値符号列１２と反転信号２３との関係の一例を示す図
【図１７】本発明の第４の実施形態における情報データ１０と、反転信号２３と、２値変換信号２４との関係を示す図
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の構成例を示すブロック図
【図２０】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置５の構成例を示すブロック図
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る多値符号列１２、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３の対応パターンを示す図
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る多値符号変換部１１５ｂの構成例を示すブロック図
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る多値符号変換部２１３ｂの構成例を示すブロック図
【図２４】本発明の第５の実施形態に係るレベル変換部１１３ｂの構成例を示すブロック図
【図２５】Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置の構成例を示すブロック図
【図２６】Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置における信号点配置を説明するための模式図
【図２７】従来の送受信装置で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図２８】盗聴者が識別した多値レベルの確率分布を説明するための模式図
【符号の説明】
【０１２８】
１０１〜１０５ データ送信装置（送信部）
２０１，２０４，２０５ データ受信装置（受信部）
３０１ 盗聴受信部
１１１ 第１の多値符号発生部
１１２，１１２ａ 多値処理部
１１３，１１３ａ レベル変換部
１１４ 変調部
１１５ 多値符号変換部
１１６ 信号変換部
１２１，１３５ 排他的論理和回路
１２３ 加算部
１３１，２３１ Ｄ／Ａ変換部
１３２，２３２ ビット変換回路
１３４ 乱数生成部
１５１，２５１ 選択用乱数発生部
１５２，２５２ ビット選択部
２１１ 復調部
２１２ 第２の多値符号発生部
２１３，２１３ａ 多値符号変換部
２１４ 識別部
２１５ 反転部
３１１ 復調部
３１２ 多値識別部
３１３ 解読処理部
【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、当該元情報に基づいて、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一般的に採用されている。
【０００３】
これに対して、近年、伝送路における物理現象を積極的に利用した暗号方式がいくつか提案されている。その中の１つとして、光伝送路で発生する量子雑音を利用して暗号通信を行うＹ−００プロトコルと呼ばれる方式がある。Ｙ−００プロトコルを用いた送受信装置の一例として、特許文献１に開示されているものがある。
【０００４】
図２５は、Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置の構成例を示すブロック図である。図２５において、送信部９０１は、第１の多値符号発生部９１１と、多値処理部９１２と、変調部９１３とを備える。受信部９０２は、復調部９１５と、第２の多値符号発生部９１４と、識別部９１６とを備える。送信部９０１と受信部９０２とは、同じ内容の第１の鍵情報９１と第２の鍵情報９６とを予め共有しておく。第１の多値符号発生部９１１は、第１の鍵情報９１に基づいて、“０”から“Ｍ−１”までのＭ個の値を有する多値の疑似乱数系列である多値符号列９２を生成する。
【０００５】
多値処理部９１２は、情報データ９０と多値符号列９２とを合成し、情報データ９０と多値符号列９２とのレベルの組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号９３として生成する。具体的には、多値処理部９１２は、図２６に示す信号フォーマットを用いて強度変調信号である多値信号９３を生成する。すなわち、多値処理部９１２は、多値符号列９２の信号強度を２Ｍ個のレベルに分け、これらのレベルを２つずつＭ個の組み合わせとし、各組み合わせの一方のレベルに情報データ９０の“０”を、他方のレベルに“１”を割り当てる。多値処理部９１２は、２Ｍ個のレベル全体では、情報データ９０の“０”と“１”とに相当するレベルが均等に分布するように、“０”と“１”とを割り当てる。図２６の例では、“０”と“１”とが交互に割り当てられている。
【０００６】
多値処理部９１２は、入力される多値符号列９２の値に基づいて、多値符号列９２のＭ個のレベルの組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する。次に、多値処理部９１２は、情報データ９０の値に基づいて、先ほど選択した多値符号列９２の組み合わせの一方のレベルを選択し、選択したレベルを有する多値信号９３を生成する。なお、特許文献１には、第１の多値符号発生部９１１が「送信用疑似乱数発生部」、多値処理部９１２が「変調方式指定部」及び「レーザ変調駆動部」、変調部９１３が「レーザダイオード」、復調部９１５が「フォトディテクタ」、第２の多値符号発生部９１４が「受信用疑似乱数発生部」、識別部９１６が「判定回路」と記載されている。
【０００７】
図２７は、従来の送受信装置で用いられる信号形態を説明するための模式図である。Ｍ＝４の場合の信号変化の例を図２７（ａ）〜（ｇ）に示す。例えば、情報データ９０の値が“０１１１”（図２７（ａ）参照）、多値符号列９２の値が“０３２１”（図２７（ｂ）参照）のように変化する場合、多値信号９３は、図２７（ｃ）に示すように変化する。変調部９１３は、多値信号９３を光強度変調信号である変調信号９４に変換し、光伝送路９１０を介して送信する。
【０００８】
復調部９１５は、光伝送路９１０を介して伝送されてきた変調信号９４を光電変換し、多値信号９５として出力する。第２の多値符号発生部９１４は、第２の鍵情報９６に基づいて、多値符号列９２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列９７を生成する。識別部９１６は、多値符号列９７の値に基づいて、多値信号９５に図２７に示す信号レベルの組み合わせのうちどちらが用いられているかを判断し、組み合わせに含まれる２つの信号レベルを２値識別する。
【０００９】
具体的には、識別部９１６は、図２７（ｅ）に示すように、多値符号列９７の値に基づいて識別レベルを設定し、多値信号９５が識別レベルよりも大きい（上）か、あるいは小さい（下）かを判断する。この例では、識別部９１６は、“下、下、上、下”と識別している。次に、識別部９１６は、多値符号列９７が偶数の場合は、下側が“０”、上側が“１”、奇数の場合は、下側が“１”、上側が“０”と判定し、情報データ９８として出力する。この例では、多値符号列９７は、“偶数、奇数、偶数、奇数”となっているため、情報データ９８は“０１１１”となる。なお、多値信号９５には、雑音が含まれているが、信号強度を適切に選ぶことで、２値識別における誤りの発生を無視できる程度に抑えることができる。
【００１０】
次に、想定される盗聴について説明する。盗聴者は、送信者と受信者とが共有する鍵情報を持たない状態で、変調信号９４から情報データ９０または第１の鍵情報９１の解読を試みる。盗聴者は、正規受信者と同様の２値識別を行う場合、鍵情報を持っていないため、鍵情報が取り得る全ての値に対して識別を試みる必要がある。このような方法は、試行回数が鍵情報の長さに対して指数関数的に増大するため、鍵情報の長さが十分長い場合には現実的ではない。
【００１１】
そこで、より効率的な方法として、盗聴者は、図２５に示すような盗聴受信部９０３を用いて、変調信号９４から情報データ９０または第１の鍵情報９１の解読を試みることが考えられる。盗聴受信部９０３において、復調部９２１は、光伝送路９１０から分岐して得られる変調信号９４を復調し、多値信号９５を再生する。多値識別部９２２は、多値信号８１を多値識別し、得られた情報を受信系列８２として出力する。解読処理部９２３は、受信系列８２に対して解読処理を行い、情報データ９０又は第１の鍵情報９１の特定を試みる。このような解読方法を用いた場合、盗聴受信部９０３は、もし受信系列８２を誤り無く多値識別することができれば、得られた受信系列８２から１回の試行で第１の鍵情報９１の解読を行うことが可能となる。
【００１２】
しかし、復調部９２１で光電変換する際に、ショット雑音が発生し、多値信号８１に重畳される。このショット雑音は、量子力学の原理により必ず発生することが知られている。ここで、多値信号の信号レベルの間隔（以下、ステップ幅と称する）をショット雑音のレベルよりも十分に小さくしておけば、識別誤りによって受信した多値信号８１が正しい信号レベル以外の様々な多値レベルを取る可能性が無視できなくなる。よって盗聴者は、正しい信号レベルが、識別によって得られた信号レベル以外の値である可能性を考慮して解読処理を行う必要があるため、識別誤りが無い場合（第１の多値符号発生部９１１に用いられているものと同じ乱数発生器を使用したストリーム暗号）と比較して解読処理に要する試行回数、すなわち計算量が増大し、結果として盗聴に対する安全性が向上する。
【特許文献１】特開２００５−５７３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ショット雑音が重畳した信号レベルの確率分布はポアソン分布に従うため、盗聴者が多値信号８１を多値識別した場合、各多値信号レベルが識別される確率は非均等になり、また分布の広がりも小さくなる。例えば、図２８に示すように、送信された多値信号レベルが“４”の場合、盗聴者が多値識別によって得る多値レベルの確率分布は、正しいレベルである“４”が最大となり、次いで隣接するレベルである“３”及び“５”が大きい確率で現れる。さらに、その他のレベル（“２”以下及び“６”以上）に識別される確率は、ほぼ無視できる値となる。よって、盗聴者はこの３つの多値信号レベルに識別される可能性のみを考慮すればよいことになるため、解読処理に要する計算量は十分に増大しない。
【００１４】
さらに、盗聴者は情報データ９０（平文）の一部（例えば、ある電子ファイルフォーマットに共通して用いられるヘッダ情報など）と、それに対応する変調信号９４（暗号文）とを入手することができ、これを手がかりに多値符号列９２の値から鍵情報の特定を試み、得られた鍵情報を用いて残りの情報データの解読を試みることも考えられる。このような盗聴方法は、既知平文攻撃と呼ばれる。この場合は、情報データの値“１”と“０”とが多値信号レベルに対して交互に割り当てられているため、各情報データの値に対して、多値信号レベルの取り得る値は１つおきになり、ステップ幅が実質２倍になった場合と等価になる。よって、盗聴者が正しい多値信号レベルを識別できる確率はさらに高まり、事実上、多値信号レベルを一意に特定できてしまう。このような状態になると、解読処理に要する試行回数を増大させる効果は全く得られなくなってしまう。
【００１５】
一方、ステップ幅をより小さくすれば、正しいレベル及び隣接するレベル以外の多値レベルをとる確率が無視できない値となり、解読処理に要する計算量をさらに増大させることは可能である。しかしながら、そのためには多値数を極端に大きく（数千〜数万程度）する必要があるため、ステップ幅は非常に小さい値となり、その結果、多値レベルの制御に極めて精密な精度が要求される。よって、ハードウェア構成が複雑化し、コストアップにつながるという問題があった。
【００１６】
それ故に、本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ハードウェア構成を複雑化することなく、解読処理に要する計算量を効果的に増大させ、盗聴に対する安全性を高めることのできるデータ送信装置及び受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】
【００１７】
本発明は、所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、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符号発生部と、情報データ及び多値符号列に基づいて複数の信号レベルを有する信号を生成し、当該生成した信号を所定の変調形式で変調し、変調信号として出力する多値信号変調部とを備える。多値信号変調部は、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、複数の信号レベルを有する信号を生成する。
【００１８】
好ましくは、多値信号変調部は、情報データと多値符号列とを合成し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、多値信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値信号を変換後多値信号に変換するレベル変換部と、変換後多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。変換後多値信号は、多値信号と同じシンボルレートを有し、かつ多値信号の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。
【００１９】
好ましくは、多値信号は、複数のビットで表現されている。このような場合、レベル変換部は、多値信号の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部を有する。
【００２０】
また、レベル変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値信号の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有する構成であってもよい。このような場合、Ｄ／Ａ変換部は、ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値信号を生成する。
【００２１】
多値信号は、複数のビットで表現されている。このような場合、レベル変換部は、多値信号の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号に変換するビット変換回路と、多値信号のうちビット変換回路に入力されないビットと、ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部とを有する。
【００２２】
また、レベル変換部は、２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、多値信号のいずれか１つのビットと、変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果をＤ／Ａ変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有する構成であってもよい。
【００２３】
また、多値信号変調部は、多値符号列を変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、情報データと変換後多値符号列と反転信号とを合成し、情報データと変換後多値符号列と反転信号との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。変換後多値符号列は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【００２４】
多値処理部は、情報データと反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果と変換後多値符号列とを合成して、多値信号を生成する。
【００２５】
多値符号変換部は、多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列を変換後多値符号列に変換する。
【００２６】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットを変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力する。
【００２７】
また、多値符号変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値符号列の一部のビットを選択し、変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力するビット選択部とを有する構成であってもよい。
【００２８】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有する信号に変換し、当該変換した信号をビット変換信号として出力するビット変換回路を有し、多値符号列の残りのビットと、ビット変換信号とを変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力する。
【００２９】
多値符号変換部は、２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、多値符号列のいずれか１つのビットが入力され、当該入力された１つのビットと変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された１つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有する構成であってもよい。
【００３０】
多値信号変調部は、多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、情報データと反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を２値変換信号として出力する信号変換部と、２値変換信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。反転信号及び２値変換信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【００３１】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列のいずれか１つのビットを反転信号として出力する。
【００３２】
また、本発明は、所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ受信装置は、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符号発生部と、送信装置から受信した変調信号を復調し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を出力する復調部と、多値符号列に基づいて、復調部の出力信号から情報データを再生する信号再生部とを備える。信号再生部は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号を識別レベルとして、復調部の出力信号を識別する。
【００３３】
好ましくは、信号再生部は、多値符号列を所定の規則に従って、変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、変換後多値符号列に基づいて、多値信号を２値識別する識別部と、識別部の出力信号と反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を情報データとして出力するデータ反転部とを含む。変換後多値符号列は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【００３４】
多値符号変換部は、多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列を変換後多値符号列に変換する。
【００３５】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部を有し、多値符号列のうちＤ／Ａ変換部で選択されていないビットの１つを反転信号として出力する。
【００３６】
また、多値符号変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値符号列の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有する構成であってもよい。このような場合、Ｄ／Ａ変換部は、ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列を生成する。また、ビット選択部は、多値符号列のうち選択されていないビットの１つを反転信号として出力する。
【００３７】
多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算により変換して、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、多値符号列のうちビット変換回路に入力されないビット、ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部とを有する。
【００３８】
好ましくは、信号再生部は、多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、所定の識別レベルに基づいて、多値信号を２値識別する識別部と、識別部の出力信号と反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を情報データとして出力するデータ反転部とを含む。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号である。
【発明の効果】
【００３９】
以上のように本発明によれば、雑音レベルが多値信号のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者が受信信号レベルに基づき、送信側で用いられた疑似乱数系列の値を１つに特定することが不可能となる。よって、盗聴者が疑似乱数系列の値を一意に特定できる場合と比較して、暗号鍵情報を特定するための解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。従って、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００４０】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
（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１の構成例を示すブロック図である。図１において、データ通信装置１は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０１と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０１は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２と、レベル変換部１１３と、変調部１１４とを備える。受信部２０１は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２と、多値符号変換部２１３と、識別部２１４と、反転部２１５とを備える。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が用いられる。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ことが可能な自由空間であってもよい。
【００４３】
まず、送信部１０１と受信部２０１とは、予め同じ内容の第１の鍵情報１１と第２の鍵情報１６とを共有しておく。送信部１０１において、第１の多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生し出力する。多値符号列１２の信号形態は、多値のシリアル信号または２値のパラレル信号のどちらでもよい。多値処理部１１２は、図２５で説明した従来技術の例と同様に、所定の手順に従って、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号１３として生成する。
【００４４】
レベル変換部１１３は、多値信号１３を変換後多値信号２１に変換し出力する。ここで、変換後多値信号２１は、多値信号１３と同じシンボルレートを有し、多値信号１３の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。多値処理部１１２及びレベル変換部１１３の詳細については後述する。変調部１１４は、変換後多値信号２１を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。
【００４５】
受信部２０１において、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、変換後多値信号３３を再生する。第２の多値符号発生部２１２は、第１の多値符号発生部１１１と同様に、第２の鍵情報１６を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１７を発生し出力する。多値符号変換部２１３は、多値符号列１７から、変換後多値符号列３１と反転信号３２とを生成し出力する。
【００４６】
ここで、変換後多値符号列３１は、多値符号列１７と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列１７の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。また、反転信号３２は、多値符号列１７のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号となる。多値符号変換部２１３の詳細については後述する。識別部２１４は、変換後多値符号列３１に基づいて、変換後多値信号３３の識別（２値判定）を行い、当該識別結果を出力する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号と反転信号３２との排他的論理和演算を行い、その演算結果を情報データ１８として出力する。
【００４７】
また、図１には、盗聴者が使用すると想定される受信装置を盗聴受信部３０１として示してある。ただし、盗聴受信部３０１は、本実施形態の盗聴に対する効果を説明するために示してあるだけで、データ通信装置１の構成に含まれるものではない。盗聴受信部３０１の構成及び動作は、図２５を用いて説明したものと同じである。本実施形態の盗聴に対する効果については後述する。
【００４８】
次に、本実施形態における多値信号１３と変換後多値信号２１との信号点配置、及び反転信号３２の設定について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１の実施形態における信号点配置を説明するための模式図である。図２において、多値符号列１２の値は２進数で表してある（カッコ内は１０進数表記）。多値信号１３には、図２（ａ）に示すように、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせ１つに対して、それぞれ１つのレベルが割り当てられている。これに対して、変換後多値信号２１には、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせ複数に対して、１つのレベルが重複して割り当てられる。
【００４９】
ここで、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせを（多値符号列１２、情報データ１０）として表現することにする。図２の例では、変換後多値信号２１には、（００００、０）、（０００１、１）、（００１０、０）、（００１１、１）、（０１００、０）、（０１０１、１）、（０１１０、０）、及び（０１１１、１）の８つの組み合わせに対して、１つのレベルＬ１が重複して割り当てられる。すなわち、レベル変換部１１３は、多値信号１３の複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値信号１３を変換後多値信号２１に変換している。
【００５０】
このように、送信部１０１は、多値符号列１２の一部の情報を意図的に欠落させた信号を生成し、受信部２０１に対して送信している。受信部２０１において、多値符号変換部２１３は、送信部１０１と同様の方法で多値符号列１７のレベルを複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列１７を変換後多値符号列３１に変換している。反転信号３２の値は、多値符号列１７の最下位ビットと同じ値に設定される。
【００５１】
なお、送信部１０１において、多値処理部１１２、レベル変換部１１３、及び変調部１１４は、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部２０１において、多値符号変換部２１３、識別部２１４、及び反転部２１５は、まとめて信号再生部と記してもよい。
【００５２】
続いて、本実施形態で用いられる信号形態について図３を例に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図３において、各タイムスロット（ｔ１〜ｔ４）における情報データ１０、及び多値符号列１２の値は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す値である場合を考える。このとき、変換後多値信号２１のレベルは、図２に示した関係から、図３（ｃ）に示すように“Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２、Ｌ４”と変化する。変調部１１４は、この変換後多値信号２１を変調し、変調信号１４として送信する。
【００５３】
一方、受信部２０１において、多値符号変換部２１３は、多値符号列１７の最上位ビットと同じ値を有する変換後多値符号列３１を生成する（図３（ｅ）参照）。また、多値符号変換部２１３は、多値符号列１７の最下位ビットと同じ値を有する反転信号３２を生成する（図３（ｆ）参照）。識別部２１４は、図３（ｇ）に示すように、変換後多値符号列３１を識別レベルとして、変調信号１４を復調して得られる変換後多値信号３３を２値識別する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号（図３（ｈ）参照）と反転信号３２との排他的論理和を演算し、その演算結果を情報データ１８として出力する（図３（ｉ）参照）。
【００５４】
次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部３０１を用いて既知平文攻撃を試みるものと仮定する。盗聴受信部３０１において、復調部３１１は、伝送路１１０から分岐して得られた変調信号１４を復調し、変換後多値信号３３を再生する。多値識別部３１２は、変換後多値信号３３のレベルを特定することは可能であるが、重複して割り当てられた多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせを特定することはできない。例えば、図３に示すタイムスロットｔ１においては、多値識別部３１２は、変換後多値信号３３のレベルがＬ１であることを知ることができるが、図２に示すＬ１に対応した８通りの多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせのうち、どれが正しい組み合わせであるかを特定することができない。
【００５５】
そこで、盗聴者は、変換後多値信号３３を予め入手した情報データ１０の値と照合することで、多値符号列１２の値の可能性を絞り込むことができる。しかし、多値符号列１２には、まだ４通りの値をとる可能性が残る。すなわち、図３（ｊ）に示すように、受信系列４２の一部のビットの値は不明となる。以降のタイムスロットにおいても、受信系列４２は、それぞれ４通りの値をとる可能性が残る。ここで、解読処理に要する多値信号４１のシンボル長をＸとすると、このシンボル長の多値信号４１が取り得る値の可能性は４Xとなる。盗聴者は４X通りの全てのパターンに対して解読処理を行う必要があるため、解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。すなわち、受信系列４２の値が一意に決定される場合と比較して、盗聴に対する安全性が向上する。
【００５６】
なお、図２及び図３において、多値符号列１２の多値数が１６（ビット数が４）、１つの変換後多値信号２１のレベルに重複させる多値符号列１２の数（以下、重複数と称する）を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。ここで、重複数を大きくするほど、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。ただし、重複数は多値符号列１２の多値数を超えないように設定する必要がある。
【００５７】
また、図２では、多値信号１３（あるいは変換後多値信号２１）のレベルが大きくなるに従って多値符号列１２の値も大きくなるように配置してあるが、多値信号１３（あるいは変換後多値信号２１）と多値符号列１２との対応関係はこれに限定されず、多値信号１３（あるいは変換後多値信号２１）の各レベルに対して任意の多値符号列１２の値を対応付けることも可能である。さらに、反転信号３２の値は、多値符号列１７の最下位ビットと同じ値に設定したが、他のビットと同じ値に設定することも可能である。
【００５８】
また、図３においては、ステップ幅（本実施形態においては、変換後多値信号３３の信号点間距離をステップ幅と称する）が雑音レベルより大きい場合について記載したが、ステップ幅を雑音レベルより小さく設定することにより、盗聴者の多値識別の誤りを発生させるという効果を併せ持つことができる。盗聴者の多値識別の誤りとは、例えば、送信側において変換後多値信号２１のレベルが“Ｌ２”であるにもかかわらず、盗聴者が“Ｌ１”と誤って識別することを表す。この場合、盗聴者は、変換後多値信号２１の隣接レベルに対応した多値符号列１２の値も考慮して解読処理を行う必要があるため、解読処理の試行回数はさらに増大する。
【００５９】
次に、多値処理部１１２とレベル変換部１１３との具体的な構成について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図である。図４の構成では、多値符号列１２及び多値信号１３はパラレル信号の形態をとり、変換後多値信号２１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値処理部１１２は、排他的論理和回路１２１を含む。排他的論理和回路１２１は、多値符号列１２の最下位ビットＡと、情報データ１０との排他的論理和演算を行い、その演算結果を多値信号１３の最上位ビットとして出力する。また、多値符号列１２の各ビットは、多値信号１３の最上位以外のビットとしてそのまま出力される。
【００６０】
レベル変換部１１３は、ディジタル・アナログ変換部（以下、Ｄ／Ａ変換部と記す）１３１を含む。レベル変換部１１３に入力された多値信号１３の一部のビットは使用されず、残りのビットがＤ／Ａ変換部１３１に入力される。Ｄ／Ａ変換部１３１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号２１として出力する。なお、図４では、排他的論理和回路１２１に多値符号列１２の最下位ビットＡが入力される構成をとっているが、レベル変換部１１３で使用されないビット（図中Ａ〜Ｃ）であれば、任意のビットを排他的論理和回路１２１に入力しても構わない。
【００６１】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図である。図５の構成においても、多値符号列１２及び多値信号１３はパラレル信号の形態をとり、変換後多値信号２１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値処理部１１２の構成及び機能は図４と同じである。レベル変換部１１３は、Ｄ／Ａ変換部１３１と、ビット変換回路１３２とを含む。ビット変換回路１３２には、多値信号１３の一部のビットが入力される。ビット変換回路１３２は、多値信号１３のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であるビット変換信号２５を出力する。
【００６２】
ビット変換信号２５の値は、ビット変換回路１３２に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。すなわち、ビット変換回路１３２は、入力されたビットを論理演算により変換して、入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力する。Ｄ／Ａ変換部１３１には、多値信号１３のうちビット変換回路１３２に入力されないビットと、ビット変換信号２５とが入力される。Ｄ／Ａ変換部１３１は、多値信号１３のうちビット変換回路１３２に入力されないビットと、ビット変換信号２５とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号２１として出力する。なお、図５では、排他的論理和回路１２１に多値符号列１２の最下位ビットが入力される構成をとっているが、ビット変換回路に入力されるビット（図中Ａ〜Ｄ）であれば、任意のビットを排他的論理和回路１２１に入力しても構わない。
【００６３】
続いて、多値符号変換部２１３の具体的な構成について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第１の構成例を示すブロック図である。図６の構成では、多値符号列１７はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列３１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部２１３は、Ｄ／Ａ変換部２３１を含む。多値符号変換部２１３に入力された多値符号列１７のうち、一部のビットを除いた残りのビットが、Ｄ／Ａ変換部２３１に入力される。Ｄ／Ａ変換部２３１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列３１として出力する。また、多値符号列１７の最下位ビット（図中Ａ）は、反転信号３２としてそのまま出力される。なお、反転信号３２は、多値符号列１７のうち、Ｄ／Ａ変換部２３１に入力されないビット（図中Ａ〜Ｃ）から任意に選択することも可能であるが、送信側で排他的論理和回路１２１に入力されたビットと同じ配置のビットを選択する必要がある。
【００６４】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第２の構成例を示すブロック図である。図７の構成においても、多値符号列１７はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列３１は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部２１３は、Ｄ／Ａ変換部２３１と、ビット変換回路２３２とを含む。ビット変換回路２３２には、多値符号列１７の一部のビットが入力される。ビット変換回路２３２は、多値符号列１７のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であるビット変換信号３４を出力する。ビット変換信号３４の値は、ビット変換回路２３２に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。すなわち、ビット変換回路２３２は、入力されたビットを論理演算により変換して、入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号３４を出力する。
【００６５】
Ｄ／Ａ変換部２３１には、多値符号列１７のうちビット変換回路２３２に入力されないビットと、ビット変換信号３４とが入力される。Ｄ／Ａ変換部２３１は、多値符号列１７のうちビット変換回路２３２に入力されないビットと、ビット変換信号３４とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列３１として出力する。また、多値符号列１７のうち、送信側で排他的論理和回路１２１に入力されたビットと同じ配置のビット（図６の例では最下位ビット）は、反転信号３２としてそのまま出力される。なお、反転信号３２は、多値符号列１７のうち、ビット変換回路２３２に入力されるビット（図中Ａ〜Ｄ）から任意に選択することも可能であるが、送信側で排他的論理和回路１２１に入力されたビットと同じ配置のビットを選択する必要がある。
【００６６】
なお、図４から図７に示した多値処理部１１２、レベル変換部１１３、及び多値符号変換部２１３の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定、あるいはビット変換回路１３２及び２３２に入力するビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、上述した以外にも任意に設定することが可能である。
【００６７】
また、図４から図７に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、Ｄ／Ａ変換部１３１及び２３１以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【００６８】
また、正規受信者が使用する受信部は、信号対雑音比の劣化を許容できれば、図１に示した受信部２０１の構成ではなく、従来と同じ構成の受信部を用いることも可能である。従来と同じ構成の受信部を用いた場合、本実施形態の受信部２０１と、従来と同じ構成の受信部との識別レベルの差に相当する信号レベルの劣化（すなわち信号対雑音比の劣化）が生じるのと等価となる。よって、この劣化した信号対雑音比が受信部の仕様の範囲内であれば、従来と同じ構成の受信部を用いることができる。
【００６９】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、雑音レベルが変換後多値信号３３のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者が受信系列を一意に特定できる場合と比較して、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００７０】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２の構成例を示すブロック図である。図８において、データ通信装置２は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０２と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０２は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２ａと、変調部１１４と、多値符号変換部１１５とを備える。受信部２０１の構成及び動作は、第１の実施形態で説明したものと同じであるため説明を省略する。また、図８には、盗聴受信部３０１を記載していないが、盗聴者は第１の実施形態で説明した方法を用いて盗聴を試みるものと仮定する。
【００７１】
第１の多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生し出力する。多値符号列１２の信号形態は、多値のシリアル信号または２値のパラレル信号のどちらでもよい。多値符号変換部１１５は、多値符号列１２から、変換後多値符号列２２と反転信号２３とを生成し出力する。ここで、変換後多値符号列２２は、多値符号列１２と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列１２の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。また、反転信号３２は、多値符号列１２のシンボルレート同じビットレートを有する２値信号となる。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、情報データ１０、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３に基づいて、各信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号１３を生成する。変調部１１４は、多値信号１３を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。
【００７２】
なお、送信部１０２において、多値処理部１１２ａ、変調部１１４、及び多値符号変換部１１５は、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部２０１において、多値符号変換部２１３、識別部２１４、及び反転部２１５は、まとめて信号再生部と記してもよい。
【００７３】
次に、本実施形態における情報データ１０、多値符号列１２、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び多値信号１３の信号点配置の関係について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の第２の実施形態における信号点配置を説明するための模式図である。図９において、多値符号列１２の値は２進数で表してある（カッコ内は１０進数表記）。多値符号変換部２１３は、多値符号列１２の値をいくつかのグループに分け、各グループに変換後多値符号列２２の値を割り当てる。図９の例では、多値符号変換部２１３は、多値符号列１２の値“０１１１”、“０１１０”、“０１０１”、“０１００”、“００１１”、“００１０”、“０００１”、“００００”に対して、変換後多値符号列２２の値“０”を、他の多値符号列１２の値に対して、変換後多値符号列２２の値“１”を割り当てる。また、多値符号変換部２１３は、多値符号列１２のそれぞれの値に、反転信号２３の値“１”または“０”を割り当てる。ただし、反転信号２３の値は、各グループ内で均等に割り当てられるようにする。図９の例では、多値符号変換部２１３は、反転信号２３の値として、多値符号列１２の最下位ビットと同じ値を割り当てている。
【００７４】
続いて、多値処理部１１２ａは、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び情報データ１０の値から、多値信号１３の信号レベルを決定する。ただし、多値信号１３の多値数は、変換後多値符号列２２の多値数の２倍とする。まず、多値処理部１１２ａは、変換後多値符号列２２のそれぞれの値に対して、２つの信号レベルを割り当てる。このとき、多値処理部１１２ａは、一方の信号レベルに対して、信号レベルが大きい側の半分（以下、上半分と称する）を割り当て、他方のレベルに対して、信号レベルが小さい側の半分（以下、下半分と称する）を割り当てる。これらの信号レベルの差は、変換後多値符号列２２の値によらず一定とする。
【００７５】
次に、多値処理部１１２ａは、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和（ＸＯＲ）を求め、求めた排他的論理和が“１”の場合は上半分の信号レベルを多値信号１３に割り当て、“０”の場合は下半分の信号レベルを多値信号１３に割り当てる。このようにして得られた多値信号１３を変調して得られる変調信号１４は、第１の実施形態と同じ信号フォーマットを有している。したがって、受信部２０１は、変調信号１４を第１の実施形態と同様の手順で復調することが可能である。また、盗聴に対する効果も、第１の実施形態で説明したものと同じである。
【００７６】
なお、図９において、多値符号列１２の多値数が１６（ビット数が４）、重複数を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。ここで、重複数を大きくするほど、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。ただし、重複数は多値符号列１２の多値数を超えないように設定する必要がある。また、図９に示した情報データ１０、多値符号列１２、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び多値信号１３の関係はあくまでも一例であり、異なる対応関係を有していても構わない。ただし、その場合も、同じ変換後多値符号列２２の値に割り当てられた多値符号列１２のグループにおいて、反転信号２３の値を均等に配分する必要がある。
【００７７】
次に、多値処理部１１２ａと多値符号変換部１１５の具体的な構成について説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図である。図１０の構成では、多値符号列１２及び変換後多値符号列２２はパラレル信号の形態をとり、多値信号１３は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５は、多値符号列１２から一部のビットを除いた残りのビットを変換後多値符号列２２として出力し、多値符号列１２の最下位ビット（図中Ａ）をそのまま反転信号２３として出力する。多値処理部１１２ａは、排他的論理和回路１２１と、Ｄ／Ａ変換部１２２とを含む。
【００７８】
排他的論理和回路１２１は、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。Ｄ／Ａ変換部１２２には、最上位ビットとして排他的論理和回路１２１の出力信号と、最上位以外のビットとして変換後多値符号列２２の各ビットとが入力される。Ｄ／Ａ変換部１２１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換して、多値信号１３として出力する。なお、図１０では反転信号２３として、多値符号列１２の最下位ビットを用いたが、これ以外にも変換後多値符号列２２として使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）から任意に選択しても構わない。
【００７９】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図である。図１１の構成においても、多値符号列１２及び変換後多値符号列２２はパラレル信号の形態をとり、多値信号１３は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５は、ビット変換回路１３３を含む。ビット変換回路１３３には、多値符号列１２の一部のビットが入力され、多値符号列１２のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号を出力する。ビット変換回路１３３の出力信号の値は、ビット変換回路１３３に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。
【００８０】
ビット変換回路１３３の出力信号は、ビット変換回路１３３に入力されない多値符号列１２の残りのビットと併せて、変換後多値符号列２２として出力される。また、多値符号変換部１１５は、多値符号列１２の最下位ビット（図中Ａ）をそのまま反転信号２３として出力する。多値処理部１１２の構成は、図１０と同じである。なお、図１１では、反転信号２３として、多値符号列１２の最下位ビットを用いたが、これ以外にもビット変換回路１３３に入力されるビット（図中Ａ〜Ｄ）から任意に選択しても構わない。
【００８１】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第３の構成例を示すブロック図である。図１２の構成では、多値符号列１２はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列２２及び多値信号１３は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５は、Ｄ／Ａ変換部１２２を含む。Ｄ／Ａ変換部１２２には、多値符号列１２から一部のビットを除いた残りのビットが入力される。Ｄ／Ａ変換部１２２は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列２２として出力し、それ以外の多値符号列１２のビットの１つ（図１２の例では最下位ビット）をそのまま反転信号２３として出力する。
【００８２】
多値処理部１１２は、排他的論理和回路１２１と加算部１２３とを含む。排他的論理和回路１２１は、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。加算部１２３は、排他的論理和回路１２１の出力信号と変換後多値符号列２２とを加算し、多値信号１３として出力する。なお、図１２では反転信号２３として、多値符号列１２の最下位ビットを用いたが、これ以外にも変換後多値符号列２２として使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）から任意に選択しても構わない。また、図示していないが、排他的論理和回路１２１の出力信号、及び変換後多値符号列２２の信号レベルを調整するために、加算部１２３の入力側に増幅器もしくは減衰器を設けてもよい。
【００８３】
さらに、図示しないが、多値処理部１１２と多値符号変換部１１５との構成例としては、図１２の構成において、図１１と同様に多値符号変換部１１５の内部にビット変換回路を設ける構成を取ることもできる。
【００８４】
なお、図１０から図１２に示した多値処理部１１２と多値符号変換部１１５の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定、あるいはビット変換回路１３２及び２３２に入力するビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、これ以外にも任意に設定することが可能である。
【００８５】
また、図１０から図１２に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、Ｄ／Ａ変換部１２２及び加算部１２３以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【００８６】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、雑音レベルが多値信号１５のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００８７】
（第３の実施形態）
図１３Ａは、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３の構成例を示すブロック図である。図１３Ａにおいて、データ通信装置３は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０３と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。第３の実施形態に係るデータ通信装置３の全体構成は、基本的に第１の実施形態において図１を用いて説明したものと同様である。送信部１０３は、レベル変換部１１３ａの内部構成のみが第１の実施形態と異なる。本実施形態においては、第１の実施形態との差分のみを説明し、第１の実施形態と同様の動作をする機能ブロックに関しては説明を省略する。
【００８８】
図１３Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るレベル変換部１１３ａの構成の一例を示すブロック図である。図１３Ｂにおいて、レベル変換部１１３は、Ｄ／Ａ変換部１３１と、乱数生成部１３４と、排他的論理和回路１３５とを含む。乱数生成部１３４は、２値の乱数である変換用乱数２６を生成し出力する。変換用乱数２６としては、物理現象に基づき生成される物理乱数か、あるいは初期値に基づき数学的に生成される疑似乱数のいずれかを用いる。疑似乱数を用いる場合は、その初期値は送信者以外には公開されない。排他的論理和回路１３５は、多値信号１３のうち使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）以外の中の最下位のビット（図中Ｄ）と、変換用乱数２６との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。Ｄ／Ａ変換部１３１は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号２１として出力する。
【００８９】
次に、本実施形態で用いられる信号形態について図１４を例に説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図１４に示す信号形態は、多値符号列１２の多値数が１６（５ｂｉｔ）、重複数が８の場合の例である。情報データ１０及び多値符号列１２が図１４（ａ）、（ｂ）に示す値をとる場合、多値信号１３は図１４（ｃ）に示す値となる。ここで、変換用乱数２６が図１４（ｄ）に示す値をとる場合を考える。
【００９０】
レベル変換部１１３ａは、多値信号１３のうち下位３ｂｉｔは使用せず、上位３ｂｉｔ（図１４（ｃ）において点線で囲んだビット）のみを使用する。排他的論理和回路１３５は、点線で囲んだビットのうち上から３ｂｉｔ目と、変換用乱数２６との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。Ｄ／Ａ変換部１３１は、多値信号１３のうち上位２ｂｉｔと、排他的論理和回路１３５の出力信号とをディジタル・アナログ変換することにより、変換後多値信号２１のレベルを決定する。受信側においては、第１の実施形態と同様の方法で情報データを再生する（図１４（ｆ）〜（ｋ）参照）。
【００９１】
次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部３０１を用いて既知平文攻撃を試みるものと想定する。盗聴受信部３０１は、第１の実施形態と同様に、多値符号列１２の値の可能性を絞り込めず（図１４の場合は４通りの可能性が残る）、受信系列４２の一部のビットの値が不明となる。さらに、本実施形態においては、変換用乱数２６の値が“１”となるタイムスロットにおいては、受信系列４２の別のビット（多値信号１３のうち、変換用乱数２６との排他的論理和演算を行ったビットに相当、図１４（ｌ）の場合は上から２ｂｉｔ目）にも誤りが発生する。盗聴受信部３０１は、変換用乱数２６の情報を持たないため、このビットも盗聴者にとって不確定となる。よって、多値符号列１２の値は変換用乱数２６を用いない場合の２倍、すなわち８通りの値をとる可能性が残る。このように、多値符号列１２の取り得る値の数がさらに増大するため、解読処理の試行回数を第１の実施形態よりもさらに増大させることができる。
【００９２】
なお、図１４において、多値符号列１２の多値数を１６（５ｂｉｔ）、重複数を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。また、排他的論理和回路１３５に入力される多値信号１３のビットは、使用しないビット（図中Ａ〜Ｃ）以外であり、かつ最上位ビット以外であれば、任意のビットを使用することも可能である。
【００９３】
また、図１３Ｂに示したレベル変換部１１３ａの構成は、図４に示す構成に準じたものであるが、本実施形態に係るレベル変換部１１３ａは、上述した信号形態を得るために、図５に示す構成に乱数生成部及び排他的論理和回路を追加した構成を用いることも可能である（図示せず）。また、図１３Ａに示した送信部１０３の全体構成として、第２の実施形態の送信部１０２（図８参照）と同様の構成を用い、多値符号変換部１１５の内部に乱数生成部及び排他的論理和回路を追加した構成を用いても、同様の効果を得ることができる。なお、これらの構成において、各構成ブロックを同様の機能を有する別の素子に置き換えたり、ディジタル・アナログ変換部１３１以外の構成要素をソフトウェア処理に置き換えても構わない。
【００９４】
以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、盗聴者による解読処理に要する計算量を第１の実施形態よりもさらに増大させ、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００９５】
（第４の実施形態）
本実施形態は、第１または第２の実施形態の特別な場合、すなわち多値符号列１２の多値数と重複数とを一致させた場合に相当するものである。
【００９６】
図１５は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４の構成例を示すブロック図である。図１５において、データ通信装置４は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０４と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０４とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０４は、第１の多値符号発生部１１１と、変調部１１４と、多値符号変換部１１５ａと、信号変換部１１６とを備える。受信部２０４は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２と、多値符号変換部２１３ａと、識別部２１４と、反転部２１５とを備える。
【００９７】
送信部１０４において、第１の多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生し出力する。多値符号列１２の信号形態は、多値のシリアル信号または２値のパラレル信号のどちらでもよい。多値符号変換部１１５ａは、多値符号列１２から反転信号２３を生成し出力する。信号変換部１１６は、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を２値変換信号２４として出力する。変調部１１４は、２値変換信号２４を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。
【００９８】
受信部２０４において、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、２値変換信号３５を再生する。第２の多値符号発生部２１２は、第１の多値符号発生部１１１と同様に、第２の鍵情報１６を初期値として、多値の擬似乱数系列である多値符号列１７を発生し出力する。識別部２１４は、２値変換信号３５の識別（２値判定）を行い、当該識別結果を出力する。識別部２１４の識別レベルは、基本的に固定値であるが、何らかの理由で２値変換信号の信号レベルが変動した場合にはこの限りではない。すなわち、識別部２１４は、識別レベルを最適値に調整する機能を有する。多値符号変換部２１３ａは、多値符号列１７から反転信号３２を生成し出力する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号と反転信号３２との排他的論理和を演算し、その演算結果を情報データ１８として出力する。
【００９９】
また、図１５には、盗聴者が使用すると想定される受信装置を盗聴受信部３０１として示してある。ただし、盗聴受信部３０１は、本実施形態の盗聴に対する効果を説明するために示してあるだけで、データ通信装置４の構成に含まれるものではない。盗聴受信部３０１の構成及び動作は、図２５を用いて説明したものと同じである。
【０１００】
なお、送信部１０４において、信号変換部１１６、変調部１１４、及び多値符号変換部１１５ａは、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部２０４において、多値符号変換部２１３ａ、識別部２１４、及び反転部２１５は、まとめて信号再生部と記してもよい。
【０１０１】
次に、本実施形態における信号の設定方法について、図１６と図１７とを参照しながら説明する。図１６は、本発明の第４の実施形態における多値符号列１２と反転信号２３との関係の一例を示す図である。反転信号２３は、多値符号列１２のシンボルレート同じビットレートを有する２値信号となる。ここでは、反転信号２３の値は、多値符号列１２の最下位ビットと同じ値に設定される。図１７は、本発明の第４の実施形態における情報データ１０と、反転信号２３と、２値変換信号２４との関係を示す図である。２値変換信号２４の値は、情報データ１０と、反転信号２３との排他的論理和演算により決定される。このようにして得られた２値変換信号２４は、第１の実施形態において、１つの変換後多値信号２１のレベルに、情報データ１０と多値符号列１２とを組み合わせた複数のレベルが、多値符号列１２の多値数（この場合は１６）と同じ数だけ重複して割り当てられていることと等価である。
【０１０２】
続いて、本実施形態で用いられる信号形態について図１８を用いて説明する。図１８は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図１８において、各タイムスロット（ｔ１〜ｔ４）における情報データ１０、及び多値符号列１２の値は、図１８（ａ）及び（ｂ）に示す値である場合を考える。このとき、２値変換信号２４は、図１６及び図１７に示した関係から、図１８（ｄ）に示す値をとる。変調部１１４は、この２値変換信号２４を変調し、変調信号１４として送信する。
【０１０３】
一方、受信部２０４において、多値符号変換部２１３ａは、送信部１０４と同様の手順に基づき反転信号３２を生成する（図１８（ｅ）参照）。識別部２１４は、識別レベルを固定識別レベルに従って設定し、変調信号１４を復調して得られる２値変換信号３５を２値識別する。反転部２１５は、識別部２１４の出力信号と反転信号３２との排他的論理和演算を行い、その演算結果を情報データ１８として出力する（図１８（ｆ）参照）。
【０１０４】
次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部３０１を用いて既知平文攻撃を試みるものと仮定する。盗聴受信部３０１において、復調部３１１は、伝送路１１０から分岐して得られた変調信号１４を復調し、２値変換信号３５を再生する。多値識別部３１２は、２値変換信号３５の値を特定することは可能であるが、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせを特定することができない。そこで、盗聴者は、２値変換信号３５を予め入手した情報データ１０の値と照合することで、多値符号列１２の値の可能性を絞り込むことができる。しかし、多値符号列１２は、まだ８通りの値（多値符号列１２の多値数の半分に相当）をとる可能性が残る。
【０１０５】
すなわち、図１８（ｇ）に示すように、受信系列４２のビットの値は、１つ（図１８の例では最下位ビット）を除き不明となる。以降のタイムスロットにおいても、多値符号列１２は、それぞれ８通りの値をとる可能性が残る。よって、盗聴者は、多値符号列１２の値の可能性がある全てのパターンに対して解読処理を行う必要があるため、盗聴者が受信系列４２の値を一意に特定できる場合と比較して、解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。よって、盗聴に対する安全性が向上する。
【０１０６】
なお、図１６〜図１８において、多値符号列１２の多値数を１６（ビット数が４）として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。
【０１０７】
次に、多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の具体的な構成について説明する。図１９は、本発明の第４の実施形態に係る多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の構成例を示すブロック図である。図１９の構成では、多値符号列１２はパラレル信号の形態をとる。多値符号変換部１１５ａは、多値符号列１２の最下位ビット（図中Ａ）をそのまま反転信号２３として出力する。信号変換部１１６は、排他的論理和回路１４１で構成され、情報データ１０と反転信号２３との排他的論理和演算を行い、その演算結果を２値変換信号２４として出力する。受信側の多値符号変換部２１３ａも、送信側の多値符号変換部１１５ａと同様の構成により実現できる。
【０１０８】
なお、図１９に示した多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、上述した以外にも任意に設定することが可能である。また、反転信号２３は、多値符号列１２の最下位ビットがそのまま出力される構成としたが、これ以外にも多値符号列１２の任意のビットを使用することが可能である。あるいは、多値符号列１２の全てまたは一部のビットの論理演算により、反転信号２３の値を決定してもよい。さらには、送信者側と受信者側とで秘密裏に共有する暗号鍵を別途用意し、この暗号鍵に基づき上記のビットの設定を行うことも可能である。
【０１０９】
また、図１９に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、各構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【０１１０】
以上のように、本発明の第４の実施形態によれば、２値の変調信号を用いた場合においても、盗聴者による解読処理に要する計算量を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【０１１１】
（第５の実施形態）
本実施形態は、第２の実施形態において、送信者側と受信者側とで秘密裏に共有する暗号鍵を別途用意し、この暗号鍵に基づき重複させる多値信号レベルの設定を行う場合の例である。
【０１１２】
図２０は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置５の構成例を示すブロック図である。図２０において、データ通信装置５は、データ送信装置（以下、送信部と記す）１０５と、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０５とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０５は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２ａと、変調部１１４と、多値符号変換部１１５ｂとを備える。受信部２０５は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２と、多値符号変換部２１３ｂと、識別部２１４と、反転部２１５とを備える。また、図２０には、盗聴受信部３０１を記載していないが、盗聴者は第１の実施形態で説明した方法を用いて盗聴を試みるものと仮定する。
【０１１３】
本実施形態において、多値符号変換部１１５ｂと、多値符号変換部２１３ｂ以外の機能ブロックについては、第２の実施形態において説明したものと同様であるため、説明を省略する。以下では、第２の実施形態との差分について説明する。
【０１１４】
本実施形態において、送信部１０５と受信部２０５とは、第１の鍵情報１１及び第２の鍵情報１６とは別に、予め同じ内容の第３の鍵情報４１と第４の鍵情報４２とを共有しておく。多値符号変換部１１５ｂは、第３の鍵情報４１に基づき、多値符号列１２を構成するビットの中から、多値符号列２２として出力するビット及び反転信号２３として出力するビットをランダムに選択する。多値符号変換部２１３ｂは、多値符号変換部１１５ｂと同様に、第４の鍵情報４２に基づき、多値符号列１７を構成するビットの中から、多値符号列３１として出力するビット及び反転信号３２として出力するビットをランダムに選択する。
【０１１５】
次に、本実施形態における多値符号列１２、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３の関係について、図２１の例を参照しながら説明する。図２１は、本発明の第５の実施形態に係る多値符号列１２、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３の対応パターンを示す図である。なお、図２１において、多値符号列１２の値は２進数で表してある（カッコ内は１０進数表記）。本実施形態では、これらの対応パターンを複数（図２１の例では４種類）用意する。各対応パターンにおいて、多値符号列１２の値をいくつかのグループに分け、各グループに変換後多値符号列２２の値を割り当てる。また、各グループ内において、反転信号２３の値は均等に分布するように割り当てる。これは、以下の手順により実現することができる。
【０１１６】
まず、送信側の多値符号変換部１１５ｂは、第３の鍵情報４１を用いて擬似乱数を発生させ、その値に基づき、複数の対応パターンのうち１つを選択する。そして、選択した対応パターン及び多値符号列１２の値に基づき、変換後多値符号列２２及び反転信号２３の値を決定する。すなわち、多値符号列１２を構成するビットのうち１つ（図２１では太字で表示）を選択し、その値から変換後多値符号列２２の値を決定し、さらに多値符号列１２の残りのビットのうち１つ（図２１では斜字で表示）を選択し、その値から反転信号２３の値を決定する。なお、対応パターンは図２１に示したもの以外にも考えられるが、ここでは省略する。次に、多値処理部１１２ａは、図９を用いて説明したのと同様の方法によって、変換後多値符号列２２、反転信号２３、及び情報データ１０の値から、多値信号１３の信号レベルを決定する。
【０１１７】
一方、受信側の多値符号変換部２１３ｂにおいても、送信側の多値符号変換部１１５ｂと同様に、第４の鍵情報４２を用いて擬似乱数を発生させ、その値に基づき、複数の対応パターンのうち１つを選択する。そして、選択した対応パターンと多値符号列１７との値に基づき、変換後多値符号列３１及び反転信号３２の値を決定する。
【０１１８】
このようにして多値信号レベルを決定することにより、変換後多値符号列２２のそれぞれの値、さらには各多値信号レベルに対して、多値符号列１２を構成する各ビットの値は、“０”と“１”の双方が対応することになる。例えば、図２１の例では、変換後多値符号列２２の値“０”（多値信号レベルＬ１及びＬ３に対応）には、多値符号列１２の値（１０進数表記）“０”から“１４”までの全ての値が対応し、変換後多値符号列２２の値“１”（多値信号レベルＬ２及びＬ４に対応）には、多値符号列１２の値“１”から“１５”までの全ての値が対応する。これを２進数表記で考えると、変換後多値符号列２２の値“０”、“１”のいずれについても、多値符号列１２を構成する各ビットの値は“０”と“１”の双方が対応する可能性があることになる。このことは、盗聴者の観点からは、解読処理部３１３で鍵情報の解読を行う際に２進数に変換する処理を行うと、全てのビットについて“０”と“１”を特定できない、すなわち誤りを含む可能性があることになる。よって、これらの可能性を考慮して解読を行わなければならないため、第１及び第２の実施形態よりもさらに計算量が増大し、安全性が向上する。
【０１１９】
なお、図２１において、多値符号列１２の多値数が１６（ビット数が４）、重複数を８として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。また、図２１に示した多値符号列１２、変換後多値符号列２２、反転信号２３の関係はあくまでも一例であり、異なる対応関係を有していても構わない。ただし、その場合も、同じ変換後多値符号列２２の値に割り当てられた多値符号列１２のグループにおいて、反転信号２３の値を均等に配分する必要がある。
【０１２０】
次に、送信側の多値符号変換部１１５ｂの具体的な構成例について説明する。図２２は、多値符号変換部１１５ｂの構成例を示すブロック図である。図２２の構成では、多値符号列１２及び変換後多値符号列２２はパラレル信号の形態をとる。選択用乱数発生部１５１は、第３の鍵情報４１に基づき、シンボルレートが多値符号列１２（及び多値信号１３）と等しく、値が略乱数的に変化する多値または２値の信号である選択用乱数４３を発生する。ここで、選択用乱数４３の多値数は、多値符号列１２、反転信号２３、及び変換後多値符号列２２の対応パターンの数に等しくなるように設定する。ビット選択部１５２には、多値符号列１２と選択用乱数４３とが入力される。ビット選択部１５２は、選択用乱数４３の値に基づき、多値符号列１２を構成するビットの中から、変換後多値符号列２２及び反転信号２３として使用するビットを選択し、出力する。
【０１２１】
続いて、受信側の多値符号変換部２１３ｂの具体的な構成例について説明する。図２３は、多値符号変換部２１３ｂの構成例を示すブロック図である。図２３を参照して、選択用乱数発生部２５１は、第３の鍵情報４１に基づき、選択用乱数４３と同じ値を有する選択用乱数４４を発生する。ビット選択部２５２は、ビット選択部１５２と同様に、選択用乱数４４の値に基づき、多値符号列１７を構成するビットの中から、変換後多値符号列３１及び反転信号３２として使用するビットを選択し、出力する。
【０１２２】
なお、図２２及び図２３に示す多値符号変換部１１５ｂ及び２１３ｂの構成はあくまでも一例であり、同様の機能を実現できるものであれば、これ以外の構成を用いても構わない。さらには、Ｄ／Ａ変換部２３１以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。
【０１２３】
また、本実施形態と同様の考え方は、図１で説明した第１の実施形態における構成にも適用することができる。図２４は、第１の実施形態における構成に適用した場合のレベル変換部１１３ｂの構成例を示すブロック図である。図２４を参照して、レベル変換部１１３ｂは、Ｄ／Ａ変換部１３１ｂと、選択用乱数発生部１５１ｂと、ビット選択部１５２ｂとを有する。選択用乱数発生部１５１ｂは、第３の鍵情報４１に基づき、シンボルレートが多値符号列１２（及び多値信号１３）と等しく、値が略乱数的に変化する多値または２値の信号である選択用乱数４３を発生する。ビット選択部１５２には、多値信号１３と選択用乱数４３とが入力される。ビット選択部１５２ｂは、選択用乱数４３の値に基づき、多値信号１３を構成するビットの中から、使用するビットを選択し出力する。ただし、この例に示すＤ／Ａ変換部１３１ｂは、多値信号１３を構成する最上位のビットには情報データ１０が含まれるため、多値信号１３を構成する最上位のビットを必ず選択するものとする。Ｄ／Ａ変換部１３１ｂは、ビット選択部１５２ｂが選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列２１を生成する。
【０１２４】
以上のように、本発明の第５の実施形態によれば、盗聴者による解読処理に要する計算量を第１及び第２の実施形態よりもさらに増大させ、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。
【０１２５】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
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】
【０１２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１の構成例を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態における信号点配置を説明するための模式図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る多値処理部１１２とレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第１の構成例を示すブロック図
【図７】本発明の第１の実施形態に係る多値符号変換部２１３の第２の構成例を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２の構成例を示すブロック図
【図９】本発明の第２の実施形態における信号点配置を説明するための模式図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第１の構成例を示すブロック図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第２の構成例を示すブロック図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る多値処理部１１２ａとレベル変換部１１３の第３の構成例を示すブロック図
【図１３Ａ】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３の構成例を示すブロック図
【図１３Ｂ】本発明の第３の実施形態に係るレベル変換部１１３ａの構成の一例を示すブロック図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４の構成例を示すブロック図
【図１６】本発明の第４の実施形態における多値符号列１２と反転信号２３との関係の一例を示す図
【図１７】本発明の第４の実施形態における情報データ１０と、反転信号２３と、２値変換信号２４との関係を示す図
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置４で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る多値符号変換部１１５ａと信号変換部１１６の構成例を示すブロック図
【図２０】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置５の構成例を示すブロック図
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る多値符号列１２、変換後多値符号列２２、及び反転信号２３の対応パターンを示す図
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る多値符号変換部１１５ｂの構成例を示すブロック図
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る多値符号変換部２１３ｂの構成例を示すブロック図
【図２４】本発明の第５の実施形態に係るレベル変換部１１３ｂの構成例を示すブロック図
【図２５】Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置の構成例を示すブロック図
【図２６】Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置における信号点配置を説明するための模式図
【図２７】従来の送受信装置で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図２８】盗聴者が識別した多値レベルの確率分布を説明するための模式図
【符号の説明】
【０１２８】
１０１〜１０５ データ送信装置（送信部）
２０１，２０４，２０５ データ受信装置（受信部）
３０１ 盗聴受信部
１１１ 第１の多値符号発生部
１１２，１１２ａ 多値処理部
１１３，１１３ａ レベル変換部
１１４ 変調部
１１５ 多値符号変換部
１１６ 信号変換部
１２１，１３５ 排他的論理和回路
１２３ 加算部
１３１，２３１ Ｄ／Ａ変換部
１３２，２３２ ビット変換回路
１３４ 乱数生成部
１５１，２５１ 選択用乱数発生部
１５２，２５２ ビット選択部
２１１ 復調部
２１２ 第２の多値符号発生部
２１３，２１３ａ 多値符号変換部
２１４ 識別部
２１５ 反転部
３１１ 復調部
３１２ 多値識別部
３１３ 解読処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
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、
前記情報データ及び前記多値符号列に基づいて複数の信号レベルを有する信号を生成し、当該生成した信号を所定の変調形式で変調し、変調信号として出力する多値信号変調部とを備え、
前記多値信号変調部は、
前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記複数の信号レベルを有する信号を生成することを特徴とする、データ送信装置。
【請求項２】
前記多値信号変調部は、
前記情報データと前記多値符号列とを合成し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値信号を変換後多値信号に変換するレベル変換部と、
前記変換後多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記変換後多値信号は、前記多値信号と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値信号の多値数よりも小さな多値数を有する信号であ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】
前記多値信号は、複数のビットで表現されており、
前記レベル変換部は、前記多値信号の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部を有す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５】
前記レベル変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値信号の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有し、
前記Ｄ／Ａ変換部は、前記ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値信号を生成す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】
前記多値信号は、複数のビットで表現されており、
前記レベル変換部は、
前記多値信号の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、
前記多値信号のうち前記ビット変換回路に入力されないビットと、前記ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、前記変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部とを有す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７】
前記レベル変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値信号のいずれか１つのビットと、前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記Ｄ／Ａ変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有す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８】
前記レベル変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値信号のいずれか１つのビットと、前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記Ｄ／Ａ変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有することを特徴とする、請求項６に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記多値信号変調部は、
前記多値符号列を変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、
前記情報データと前記変換後多値符号列と前記反転信号とを合成し、前記情報データと前記変換後多値符号列と前記反転信号との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含み、
前記変換後多値符号列は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号であり、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であ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１０】
前記多値処理部は、前記情報データと前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果と前記変換後多値符号列とを合成して、前記多値信号を生成することを特徴とする、請求項９に記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記多値符号変換部は、前記多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値符号列を前記変換後多値符号列に変換することを特徴とする、請求項９に記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、前記多値符号列の一部のビットを前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
前記多値符号変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値符号列の一部のビットを選択し、前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力するビット選択部とを有することを特徴とする、請求項１２に記載のデータ送信装置。
【請求項１４】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有する信号に変換し、当該変換した信号をビット変換信号として出力するビット変換回路を有し、
前記多値符号列の残りのビットと、前記ビット変換信号とを前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１５】
前記多値符号変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値符号列のいずれか１つのビットが入力され、当該入力された１つのビットと前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された１つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有することを特徴とする、請求項１２に記載のデータ送信装置。
【請求項１６】
前記多値符号変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値符号列のいずれか１つのビットが入力され、当該入力された１つのビットと前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された１つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有することを特徴とする、請求項１４に記載のデータ送信装置。
【請求項１７】
前記多値信号変調部は、
前記多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、
前記情報データと前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を２値変換信号として出力する信号変換部と、
前記２値変換信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含み、
前記反転信号及び前記２値変換信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であ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１８】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項１７に記載のデータ送信装置。
【請求項１９】
所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置であって、
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、
前記送信装置から受信した変調信号を復調し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を出力する復調部と、
前記多値符号列に基づいて、前記復調部の出力信号から前記情報データを再生する信号再生部とを備え、
前記信号再生部は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号を識別レベルとして、前記復調部の出力信号を識別することを特徴とする、データ受信装置。
【請求項２０】
前記信号再生部は、
前記多値符号列を所定の規則に従って、変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、
前記変換後多値符号列に基づいて、前記多値信号を２値識別する識別部と、
前記識別部の出力信号と前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記情報データとして出力するデータ反転部とを含み、
前記変換後多値符号列は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号であり、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であることを特徴とする、請求項１９に記載のデータ受信装置。
【請求項２１】
前記多値符号変換部は、前記多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値符号列を前記変換後多値符号列に変換することを特徴とする、請求項２０に記載のデータ受信装置。
【請求項２２】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部を有し、
前記多値符号列のうち前記Ｄ／Ａ変換部で選択されていないビットの１つを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項２１に記載のデータ受信装置。
【請求項２３】
前記多値符号変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値符号列の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有し、
前記Ｄ／Ａ変換部は、前記ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値符号列を生成し、
前記ビット選択部は、前記多値符号列のうち選択されていないビットの１つを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項２２に記載のデータ受信装置。
【請求項２４】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算により変換して、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、
前記多値符号列のうち前記ビット変換回路に入力されないビット、前記ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、前記変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部とを有することを特徴とする、請求項２２に記載のデータ受信装置。
【請求項２５】
前記信号再生部は、
前記多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、
所定の識別レベルに基づいて、前記多値信号を２値識別する識別部と、
前記識別部の出力信号と前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記情報データとして出力するデータ反転部とを含み、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であることを特徴とする、請求項１９に記載のデータ受信装置。
【請求項１】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
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、
前記情報データ及び前記多値符号列に基づいて複数の信号レベルを有する信号を生成し、当該生成した信号を所定の変調形式で変調し、変調信号として出力する多値信号変調部とを備え、
前記多値信号変調部は、
前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記複数の信号レベルを有する信号を生成することを特徴とする、データ送信装置。
【請求項２】
前記多値信号変調部は、
前記情報データと前記多値符号列とを合成し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値信号を変換後多値信号に変換するレベル変換部と、
前記変換後多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記変換後多値信号は、前記多値信号と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値信号の多値数よりも小さな多値数を有する信号であ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】
前記多値信号は、複数のビットで表現されており、
前記レベル変換部は、前記多値信号の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部を有す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５】
前記レベル変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値信号の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有し、
前記Ｄ／Ａ変換部は、前記ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値信号を生成す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】
前記多値信号は、複数のビットで表現されており、
前記レベル変換部は、
前記多値信号の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、
前記多値信号のうち前記ビット変換回路に入力されないビットと、前記ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、前記変換後多値信号を生成するＤ／Ａ変換部とを有す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７】
前記レベル変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値信号のいずれか１つのビットと、前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記Ｄ／Ａ変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有す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８】
前記レベル変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値信号のいずれか１つのビットと、前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記Ｄ／Ａ変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有することを特徴とする、請求項６に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記多値信号変調部は、
前記多値符号列を変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、
前記情報データと前記変換後多値符号列と前記反転信号とを合成し、前記情報データと前記変換後多値符号列と前記反転信号との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含み、
前記変換後多値符号列は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号であり、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であ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１０】
前記多値処理部は、前記情報データと前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果と前記変換後多値符号列とを合成して、前記多値信号を生成することを特徴とする、請求項９に記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記多値符号変換部は、前記多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値符号列を前記変換後多値符号列に変換することを特徴とする、請求項９に記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、前記多値符号列の一部のビットを前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
前記多値符号変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値符号列の一部のビットを選択し、前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力するビット選択部とを有することを特徴とする、請求項１２に記載のデータ送信装置。
【請求項１４】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有する信号に変換し、当該変換した信号をビット変換信号として出力するビット変換回路を有し、
前記多値符号列の残りのビットと、前記ビット変換信号とを前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１５】
前記多値符号変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値符号列のいずれか１つのビットが入力され、当該入力された１つのビットと前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された１つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有することを特徴とする、請求項１２に記載のデータ送信装置。
【請求項１６】
前記多値符号変換部は、
２値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値符号列のいずれか１つのビットが入力され、当該入力された１つのビットと前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された１つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有することを特徴とする、請求項１４に記載のデータ送信装置。
【請求項１７】
前記多値信号変調部は、
前記多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、
前記情報データと前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を２値変換信号として出力する信号変換部と、
前記２値変換信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含み、
前記反転信号及び前記２値変換信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であ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１８】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、前記多値符号列のいずれか１つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項１７に記載のデータ送信装置。
【請求項１９】
所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置であって、
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、
前記送信装置から受信した変調信号を復調し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する信号を出力する復調部と、
前記多値符号列に基づいて、前記復調部の出力信号から前記情報データを再生する信号再生部とを備え、
前記信号再生部は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号を識別レベルとして、前記復調部の出力信号を識別することを特徴とする、データ受信装置。
【請求項２０】
前記信号再生部は、
前記多値符号列を所定の規則に従って、変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、
前記変換後多値符号列に基づいて、前記多値信号を２値識別する識別部と、
前記識別部の出力信号と前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記情報データとして出力するデータ反転部とを含み、
前記変換後多値符号列は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号であり、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であることを特徴とする、請求項１９に記載のデータ受信装置。
【請求項２１】
前記多値符号変換部は、前記多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、１つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値符号列を前記変換後多値符号列に変換することを特徴とする、請求項２０に記載のデータ受信装置。
【請求項２２】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部を有し、
前記多値符号列のうち前記Ｄ／Ａ変換部で選択されていないビットの１つを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項２１に記載のデータ受信装置。
【請求項２３】
前記多値符号変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値符号列の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有し、
前記Ｄ／Ａ変換部は、前記ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値符号列を生成し、
前記ビット選択部は、前記多値符号列のうち選択されていないビットの１つを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項２２に記載のデータ受信装置。
【請求項２４】
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算により変換して、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、
前記多値符号列のうち前記ビット変換回路に入力されないビット、前記ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、前記変換後多値符号列を生成するＤ／Ａ変換部とを有することを特徴とする、請求項２２に記載のデータ受信装置。
【請求項２５】
前記信号再生部は、
前記多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、
所定の識別レベルに基づいて、前記多値信号を２値識別する識別部と、
前記識別部の出力信号と前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記情報データとして出力するデータ反転部とを含み、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する２値信号であることを特徴とする、請求項１９に記載のデータ受信装置。
【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１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【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】
【公開番号】特開２００８−７９２９７（Ｐ２００８−７９２９７Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０９３５１（Ｐ２００７−２０９３５１）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【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２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【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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