データ送信装置
【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送信装置を提供する。
【解決手段】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レベルを有する多値信号１３を生成する。誤差信号生成部１１３は、ランダムに変化する誤差信号２１を生成する。積算部１１４は、誤差信号２１を積算して積算誤差信号２２を出力する。加算部１１６は、積算誤差信号２２を多値信号１３に加算して、変動多値信号２３を出力する。変調部１１７は、変動多値信号２３を変調して、変調信号１４として出力する。
【解決手段】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レベルを有する多値信号１３を生成する。誤差信号生成部１１３は、ランダムに変化する誤差信号２１を生成する。積算部１１４は、誤差信号２１を積算して積算誤差信号２２を出力する。加算部１１６は、積算誤差信号２２を多値信号１３に加算して、変動多値信号２３を出力する。変調部１１７は、変動多値信号２３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１８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１８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１９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１９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２０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２０（ａ）〜（ｇ）に示す。例えば、情報データ９０の値が“０１１１”（図２０（ａ）参照）、多値符号列９２の値が“０３２１”（図２０（ｂ）参照）のように変化する場合、多値信号９３は、図２０（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１９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２０（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、復調部９２１を用いて光電変換して得られる多値信号８１を多値識別部９２２で多値識別し、得られた受信系列８２に対して解読処理部９２３で解読処理を行うことで、情報データ９０もしくは第１の鍵情報９１の解読を試みると考えられる。このような解読方法を用いた場合、盗聴者は、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】
ところで、送信者と正規受信者との間で高い品質の通信を行うためには、多値信号のレベルの組み合わせに含まれる情報データ“１”と“０”とに相当するレベルの差（以下、情報振幅と称する）を、正規受信者側で発生する雑音レベルよりも十分に大きくとる必要がある。その一方で、上述したように、安全性の向上のためにはステップ幅をショット雑音レベルより十分に小さくする必要がある。この２つの条件を両立させるためには、多値符号列９２の多値数Ｍを極めて大きくする（例えば、多値数Ｍを数千あるいは数万以上にする）必要がある。しかしながら、多値数Ｍの値の増大は、ハードウェア構成の複雑化を招き、装置のコストアップにつながるという問題点があった。
【００１４】
それ故に、本発明は、上記の課題を解決するものであり、多値数を極端に増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させるデータ送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】
【００１５】
本発明は、予め共有された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、情報データと同一のビットレートで変化する値を有する誤差信号を生成する誤差信号生成部と、誤差信号を積算し、積算誤差信号として出力する積算部と、情報データと多値符号列と積算誤差信号とに基づいて、情報データと多値符号列との組み合わせに対応し、かつ積算誤差信号によって変動するレベルを有する変動多値信号を生成すると共に、生成した変動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動多値変調部とを備える。
【００１６】
好ましくは、変動多値変調部は、所定の処理に従って、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、多値信号と積算誤差信号とを加算し、変動多値信号として出力する加算部と、変動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。
【００１７】
また、変動多値変調部は、情報データと積算誤差信号とを加算し、変動情報データとして出力する加算部と、所定の処理に従って、変動情報データと多値符号列とを合成し、変動情報データと多値符号列との組み合わせに対応したレベルを有する信号を生成し、変動多値信号として出力する多値処理部と、変動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構成であってもよい。
【００１８】
また、変動多値変調部は、多値符号列と積算誤差信号とを加算し、変動多値符号列として出力する加算部と、所定の処理に従って、情報データと変動多値符号列とを合成し、情報データと変動多値符号列との組み合わせに対応したレベルを有する信号を生成し、変動多値信号として出力する多値処理部と、変動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構成であってもよい。
【００１９】
また、変動多値変調部は、所定の処理に従って、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、多値変調信号として出力する第１の変調部と、積算誤差信号を所定の変調形式で変調して、積算誤差変調信号として出力する第２の変調部と、多値変調信号と、積算誤差変調信号とを加算し、加算した信号を変動多値信号が変調された変調信号として出力する加算部とを含む構成であってもよい。
【００２０】
好ましくは、データ送信装置は、積算部が出力する積算誤差信号を監視し、積算誤差信号の絶対値が所定の判定値を超えた場合に、積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を積算部に出力する監視部をさらに備える。
【００２１】
また、データ送信装置は、所定の周期タイミングごとに、積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を出力するタイミング出力部をさらに備えていてもよい。
【００２２】
好ましくは、情報データの振幅に相当する情報振幅と、判定値との比は、正規受信者の許容できる信号対雑音比よりも小さい。
【００２３】
好ましくは、積算部は、回復信号が入力された時、積算誤差信号の値を０にリセットする。
【００２４】
また、積算部は、回復信号が入力された時、積算誤差信号の値を所定の判定値よりも小さい値に設定してもよい。
【００２５】
好ましくは、誤差信号生成部は、情報データと同一のビットレートでランダムに変化する値を有する制御用乱数を生成する制御用乱数生成部と、制御用乱数の値に基づいて、情報データと同一のビットレートで変化する値を決定し、決定した値を誤差信号として出力する誤差信号変換部とを含む。
【００２６】
好ましくは、制御用乱数は、所定の初期値に基づいて生成される擬似乱数である。また、制御用乱数は、物理現象を利用して生成される物理乱数であってもよい。
【００２７】
好ましくは、誤差信号生成部は、情報データの値に基づいて、誤差信号を生成する。あるいは、誤差信号生成部は、情報データの値の遷移に基づいて、誤差信号を生成する。あるいは、誤差信号生成部は、多値符号列の値に基づいて、誤差信号を生成する。あるいは、誤差信号生成部は、多値符号列の値の遷移に基づいて、誤差信号を生成する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明のデータ送信装置によれば、ランダムな変動が時間的に累積した積算誤差信号を多値信号に加算して送信することで、盗聴者が受信する可能性がある多値信号のレベル数を増大させる。これによって、盗聴者は、多値信号が様々なレベルを取る可能性を考慮して解読を行うことが必要となり、解読に要する計算量を増大させることができる。
【００２９】
さらに、データ送信装置は、多値信号に重畳される雑音レベルが、多値信号のステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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、誤差信号生成部１１３と、積算部１１４と、監視部１１５と、加算部１１６と、変調部１１７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、識別部２１３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。
【００３２】
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１９を用いて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とのレベルの組み合わせに対応したレベル有する信号を、多値信号１３として生成する。
【００３３】
誤差信号生成部１１３は、所定の方法に従って、情報データ１０と同一のビットレートで変化する値を有する誤差信号２１を生成する。積算部１１４は、誤差信号２１を積算し、積算誤差信号２２として出力する。監視部１１５は、積算誤差信号２２の値を監視し、積算誤差信号２２の絶対値が所定の判定値を超えると、回復信号２４を積算部１１４に出力する。回復信号２４とは、積算誤差信号２２の値を所定値に戻すように指示する信号である。加算部１１６は、多値信号１３と積算誤差信号２２とを加算し、変動多値信号２３として出力する。すなわち、変動多値信号２３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、かつ積算誤差信号２２によって変動するレベルを有する信号となる。変調部１１７は、変動多値信号２３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。
【００３４】
なお、多値処理部１１２と加算部１１６と変調部１１７とは、情報データ１０と、多値符号列１２と、積算誤差信号２２とに基づいて、上述した変動多値信号２３を生成すると共に、生成した変動多値信号２３を変調して、変調信号１４を出力するための構成であるので、まとめて変動多値変調部と記してもよい。
【００３５】
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、多値信号１５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、多値の擬似乱数列である多値符号列１７を発生し出力する。識別部２１３は、多値符号列１７に基づいて、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。上述した受信部２０１の各構成は、基本的に図１８を用いて説明した従来技術における受信部９０２の構成と同一である。
【００３６】
本実施形態では、誤差信号２１は、情報データ１０や多値符号列１２とは異なる乱数に基づいて、誤差信号生成部１１３で生成される。図２は、誤差信号生成部１１３の構成の一例を示すブロック図である。図２において、誤差信号生成部１１３は、制御用乱数生成部１１３１と、誤差信号変換部１１３２とを含む。制御用乱数生成部１１３１は、情報データ１０と同一のビットレートでランダムに変化する値を有する制御用乱数２５を生成する。ここで、制御用乱数２５は、所定の初期値に基づいて生成される疑似乱数、あるいは物理現象を利用して生成される物理乱数のどちらでもよい。誤差信号変換部１２２は、入力される制御用乱数２５から所定の規則に基づいて、情報データ１０と同一のビットレートでランダムに変化する値を決定し、決定した値を誤差信号２１として出力する。
【００３７】
次に、本実施形態で用いられる信号の時間変化について図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、多値符号列１２、及び制御用乱数２５の値は、それぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に示す値である場合を考える。ここで、信号レベルの間隔であるステップ幅をΔとし、制御用乱数２５の値“１”に対して誤差信号２１の値“＋Δ”を、制御用乱数２５の値“０”に対して誤差信号２１の値“−Δ”をそれぞれ割り当てるものとすると、誤差信号２１の値は、図３（ｄ）に示すようになる。誤差信号２１を積算して得られる積算誤差信号２２の値は、図３（ｅ）に示すようになる。
【００３８】
図３（ｆ）に、このときの多値信号１３の変化を破線で、変動多値信号２３の変化を実線で示す。例えば時刻ｔ２において、多値信号１３のレベルはＬ４であるが、変動多値信号２３のレベルは、多値信号１３のレベルに積算誤差信号２２の値を加算したレベル（Ｌ５）となる。このようにして、加算部１１６は、各タイムスロットにおいて、多値信号１３と積算誤差信号２２とを加算して、変動多値信号２３を生成する。各タイムスロットにおいて、誤差信号２１がランダムに＋Δまたは−Δの値をとるため、積算誤差信号２２の値の取り得る範囲は、ｔ２で＋Δ〜−Δ、ｔ３で＋２Δ〜−２Δ、ｔ３で＋３Δ〜−３Δというように時間を経るに従って拡大する。
【００３９】
従って、変動多値信号２３の遷移範囲も図３（ｇ）に示すように、時間を経るに従って拡大する。盗聴者の受信信号にはさらにショット雑音が加算されるため、その遷移範囲は図３（ｈ）に示すように、変動多値信号２３よりもさらに拡大したものとなる。よって、盗聴者が情報データ１０または第１の鍵情報１１の値を知るためには、受信信号が図３（ｈ）に示す遷移範囲に含まれる全てのレベルをとる可能性を考慮して、受信信号の解読処理を行う必要があるため、解読に要する計算量が増大する。この効果は受信信号に含まれる雑音レベルがステップ幅と比較して小さい場合でも得られるため、変動多値信号２３の多値数が比較的小さい場合にも解読に要する計算量を増大させることができる。
【００４０】
なお、上述した制御用乱数２５と誤差信号２１との値の関係はあくまでも一例であり、送信部１０１は、制御用乱数２５と誤差信号２１とを、ステップ幅と無関係に任意の値に設定することも可能である。また、図３では、多値数が８の場合について説明したが、これはあくまで説明のための一例であり、多値数は任意の値に設定することが可能である。
【００４１】
ところで、積算誤差信号２２の値が大きくなりすぎると、変動多値信号２３の値が本来の多値信号１３と大きく異なる値となり、正規受信者が正しく受信できなくなる可能性があるため、送信部１０１は、積算誤差信号２２をリセットすることが必要となる。以下に、積算誤差信号２２をリセットする方法について説明する。
【００４２】
図４は、送信部１０１が積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図である。この例では、積算誤差信号２２の絶対値が判定値３Δを超えた場合に、積算誤差信号の値は“０”にリセットされる。制御用乱数２５及び誤差信号２１が図４（ａ）及び（ｂ）に示す変化をする場合、積算誤差信号２２の値は時刻ｔ６において“−３Δ”となる。監視部１１５は、時刻ｔ６において積算誤差信号２２の絶対値が判定値３Δを超えたので、回復信号２４を積算部１１４に出力する。積算部１１４は、回復信号２４を受信すると、積算誤差信号２２の値を“０”にリセットし、改めて誤差信号２１の積算を開始する。
【００４３】
これによって、変動多値信号２３と多値信号１３との値は、図４（ｄ）に示すように変化し、変動多値信号２３と多値信号１３との差（積算誤差信号２２の値に等しい）が判定値３Δ以上に大きくならないようにしている。ここで、正規受信者が常に信号を正しく受信できるように、情報振幅と判定値３Δとの比は、正規受信者の所要信号対雑音電圧比（所要ＳＮＲ）より大きくなるように設定する。なお、判定値３Δという値はあくまでも一例であり、前述したＳＮＲとの関係を満足している限り、任意の値に設定しても構わない。また、リセット後の変動多値信号２３の値は“０”に限らず、絶対値が判定値より小さい任意の値（例えば、判定値の１／２など）に設定することが可能である。
【００４４】
ところで、積算誤差信号２２のリセット方法は、前述した判定値を用いる方法だけではなく、所定の周期毎にリセットすることも可能である。この場合のデータ通信装置１ｂの構成例を図５に示す。図５に示すデータ通信装置１ｂにおいて、送信部１０１ｂは、監視部１１５の代わりに、タイミング出力部１１８を備える。タイミング出力部１１８以外の構成は、図１を用いて説明したものと同様である。タイミング出力部１１８は、所定の周期タイミングごとに、積算誤差信号２２の値を所定値に戻すように指示する回復信号２４を積算部に出力する。
【００４５】
図６は、送信部１０１ｂが積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図である。図６の例では、４シンボルごとに、積算誤差信号２２の値はリセットされる。すなわち、タイミング出力部１１８は、時刻ｔ１から４シンボル後の時刻ｔ５において、回復信号２４を積算部１１４に出力する。積算部１１４は、回復信号２４を受信すると、積算誤差信号２２の値を“０”にリセットし、改めて積算誤差信号２２の積算を開始する。
【００４６】
これによって、変動多値信号２３及び多値信号１３の値は、図６（ｄ）に示すように変化する。ここで、正規受信者が常に信号を正しく受信できるように、情報振幅と、積算誤差信号２２の取り得る最大の値との比が、正規受信者の所要ＳＮＲを越えないように、リセット周期が設定される。なお、リセット周期が４シンボルというのはあくまでも一例であり、前述した所要ＳＮＲとの関係を満足している限り、任意の値に設定しても構わない。また、この場合もリセット後の変動多値信号２３の値は“０”に限らず、積算誤差信号２２の取り得る最大値より絶対値が小さい任意の値に設定することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態に係るデータ通信装置は、図１及び図５に示した構成だけではなく、図７〜図９に示すように構成することもできる。図７〜図９に示すデータ通信装置１ｃ〜１ｅは、加算部１１６の位置が図１と異なっている。図７に示すデータ通信装置１ｃにおいて、加算部１１６は、情報データ１０と積算誤差信号２２とを加算し、変動情報データ２６として多値処理部１１２に出力する。すなわち、変動情報データ２６は、情報データ１０のレベルを積算誤差信号２２によって変動させた信号となる。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、変動情報データ２６と多値符号列１２とを合成し、変動情報データ２６と多値符号列１２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１３として生成する。変調部１１７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。その他のブロックの動作は、図１と同様である。
【００４８】
図８に示すデータ通信装置１ｄにおいて、加算部１１６は、多値符号列１２と積算誤差信号２２とを加算し、変動多値符号列２７として多値処理部１１２に出力する。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、情報データ１０と変動多値符号列２７とを合成し、情報データ１０と変動多値符号列２７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１３として生成する。変調部１１７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。その他のブロックの動作は、図１と同様である。
【００４９】
図９に示すデータ通信装置１ｅにおいて、第１の変調部１１７ｘは、多値信号１３を所定の変調形式で変調して、多値変調信号２８として出力する。第２の変調部１１７ｙは、積算誤差信号２２を所定の変調形式で変調して、積算誤差変調信号２９として出力する。加算部１１６は、多値変調信号２８と積算誤差変調信号２９とを加算して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。その他のブロックの動作は、図１と同様である。なお、データ通信装置１ｅにおいては、多値処理部１１２と、加算部１１６と、第１の変調部１１７ｘと、第２の変調部１１７ｙとをまとめて、変動多値変調部と記してもよい。
【００５０】
なお、図７〜図９に示したデータ通信装置１ｃ〜１ｅの構成においても、図５及び図６を用いて説明したように、監視部１１５の代わりにタイミング出力部１１８を設けて、所定の周期ごとに積算誤差信号２２をリセットすることも可能である。
【００５１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るデータ送信装置１０１によれば、ランダムな変動が時間的に累積した積算誤差信号を多値信号に加算して送信することで、盗聴者が受信する可能性がある多値信号のレベル数を増大させる。これによって、盗聴者は、多値信号が様々なレベルを取る可能性を考慮して解読を行うことが必要となり、解読に要する計算量を増大させることができる。
【００５２】
さらに、データ送信装置１０１は、多値信号に重畳される雑音レベルが、多値信号のステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置１０１は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置１０１は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することも可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図１０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１０において、データ通信装置２は、送信部１０２と、受信部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１１２と、誤差信号生成部１２３と、積算部１１４と、監視部１１５と、加算部１１６と、変調部１１７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、識別部２１３とを備える。第２の実施形態に係るデータ通信装置２は、誤差信号生成部１２３の動作が第１の実施形態と異なる。誤差信号生成部１２３は、情報データ１０の値に基づいて誤差信号２１を生成する。その他の機能ブロックは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２で用いられる信号形態を説明するための模式図である。本実施形態において、誤差信号生成部１２３は、所定の規則に従って、情報データ１０の値と、誤差信号２１の値とを対応付ける。図１１の例では、誤差信号生成部１２３は、情報データ１０の値が“１”の場合に誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、情報データ１０の値が“０”の場合に誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１１（ｄ）及び（ｅ）に示すようになり、第１の実施形態と同様に、変動多値信号２３の遷移範囲が時間を経るに従って拡大する効果が得られる。
【００５５】
ところで、本実施形態における情報データ１０と誤差信号２１との関係は、上述したように１対１の関係だけではなく、情報データ１０の前後のビット間の遷移と関係付けることも可能である。その場合のデータ通信装置２ｂの構成例を図１２に示す。図１２に示すデータ通信装置２ｂにおいて、送信部１０２ｂは、図１０に示した送信部１０２と比較して、遅延部１１９をさらに備える。遅延部１１９は、情報データ１０を所定のタイムスロットだけ遅延させて、誤差信号生成部１２３ｂに出力する。すなわち、誤差信号生成部１２３ｂには、現在のタイムスロットにおける情報データ１０の値だけではなく、前のタイムスロットにおける情報データ１０の値が入力される。誤差信号生成部１２３ｂは、入力された両方の信号の値から誤差信号２１を生成する。誤差信号生成部１２３ｂが誤差信号２１を生成する方法について図１３を用いて説明する。
【００５６】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２ｂ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１３の例では、現在のタイムスロットと１つ前のタイムスロットとにおける情報データ１０の値が異なる場合は誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、同じ場合は誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１３（ｄ）及び（ｅ）に示すようになる。
【００５７】
本実施形態も第１の実施形態と同様に、監視部１１５またはタイミング出力部１１８（図示せず）から出力される回復信号２４を用いて積算誤差信号２２の値をリセットすることにより、変動多値信号２３と多値信号１３との差を一定値以下に保ち、正規受信者が常に受信信号を正しく受信できるようにする。
【００５８】
なお、図１１又は図１３を用いて説明した情報データ１０と誤差信号２１との値の関係はあくまでも一例であり、送信部１０２は、誤差信号２１をステップ幅と無関係に任意の値に設定することが可能である。さらに、本実施形態においても、第１の実施形態において図７、図８、及び図９を用いて説明したのと同様に、送信部１０２は、加算部１１６の位置を変更してもよい。すなわち、送信部１０２は、加算部１１６を、多値処理部１１２に対して情報データ１０の入力側、多値符号列１２の入力側、あるいは変調部１１７の後段のいずれに設置した場合も、図１１又は図１３に示す信号形態と同様の変調信号１４を送信することが可能である。
【００５９】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１０２によれば、第１の実施形態と同様に、多値信号に重畳される雑音レベルがステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置１０２は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置１０２は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
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の構成例を示すブロック図である。図１４において、データ通信装置３は、送信部１０３と受信部２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０３は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２と、誤差信号生成部１３３と、積算部１１４と、監視部１１５と、加算部１１６と、変調部１１７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、識別部２１３とを備える。第３の実施形態に係るデータ通信装置３は、誤差信号生成部１３３の動作が第１の実施形態と異なる。誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値に基づいて誤差信号２１を生成する。その他の機能ブロックは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６１】
図１５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。本実施形態においては、誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値と、誤差信号２１の値とを対応付ける。図１５の例では、誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値が偶数の場合は誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、多値符号列１２の値が奇数の場合は誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１５（ｄ）及び（ｅ）のようになり、第１の実施形態と同様に、変動多値信号２３の遷移範囲が時間を経るに従って拡大する効果が得られる。
【００６２】
ところで、本実施形態における多値符号列１２と誤差信号２１との関係は、上述したように１対１の関係だけではなく、多値符号列１２の前後のビット間の遷移と関係付けることも可能である。その場合のデータ通信装置３ｂの構成例を図１６に示す。図１６に示すデータ通信装置３ｂにおいて、送信部１０３ｂは、図１４に示した送信部１０３と比較して、遅延部１１９をさらに備える。遅延部１１９は、多値符号列１２を所定のタイムスロットだけ遅延させて、誤差信号生成部１３３ｂに出力する。すなわち、誤差信号生成部１３３ｂには、現在のタイムスロットにおける多値符号列１２の値だけではなく、前のタイムスロットにおける多値符号列１２の値が入力される。誤差信号生成部１３３ｂは、入力された両方の信号の値から誤差信号２１を生成する。誤差信号生成部１３３ｂが誤差信号２１を生成する方法について図１７を用いて説明する。
【００６３】
図１７は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３ｂ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１７の例では、現在のタイムスロットと１つ前のタイムスロットとにおける多値符号列１２の値が、偶数から奇数あるいは奇数から偶数に変化する場合は誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、偶数同士または奇数同士の場合は誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１７（ｄ）及び（ｅ）のようになる。
【００６４】
本実施形態も第１の実施形態と同様に、監視部１１５またはタイミング出力部１１８（図示せず）から出力される回復信号２４を用いて積算誤差信号２２の値をリセットすることにより、変動多値信号２３と多値信号１３との差を一定値以下に保ち、正規受信者が常に受信信号を正しく受信できるようにする。
【００６５】
なお、図１５又は図１７を用いて説明した多値符号列１２と誤差信号２１との値の関係はあくまでも一例であり、送信部１０３は、誤差信号２１をステップ幅と無関係に任意の値に設定することが可能である。また、図１５の例では、誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値が偶数か奇数かによって誤差信号２１の値を決定したが、多値符号列１２と誤差信号２１との対応関係はこれに限らず、多値符号列１２を任意の基準で２つにグループ分けし、各グループに誤差信号２１の値を対応付けてもよい。さらに、図１７の例では、誤差信号生成部１３３ｂは、現在のタイムスロットと１つ前のタイムスロットとにおける多値符号列１２の値が同じグループ内で変化するか、あるいは違うグループ間で変化するかを区別し、これに誤差信号２１の値を対応付けても良い。
【００６６】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態において図７、図８、図９を用いて説明したのと同様に、送信部１０３は、加算部１１６の位置を変更してもよい。すなわち、送信部１０３は、加算部１１６を、多値処理部１１２に対して情報データ１０の入力側、多値符号列１２の入力側、あるいは変調部１１７の後段のいずれに設置した場合も、図１５又は図１７に示す信号形態と同様の変調信号１４を送信することが可能である。
【００６７】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置１０３によれば、第１の実施形態と同様に、多値信号に重畳される雑音レベルがステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置１０３は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置１０３は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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】
【００６９】
【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】誤差信号生成部１１３の構成の一例を示すブロック図
【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】送信部１０１が積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｂの構成例を示すブロック図
【図６】送信部１０１ｂが積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図
【図７】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｃの構成例を示すブロック図
【図８】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｄの構成例を示すブロック図
【図９】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｅの構成例を示すブロック図
【図１０】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１１】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２ｂの構成例を示すブロック図
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２ｂで用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３の構成例を示すブロック図
【図１５】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１６】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３ｂの構成例を示すブロック図
【図１７】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３ｂで用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１８】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１９】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２０】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
【符号の説明】
【００７０】
１〜３ データ通信装置
１０１〜１０３、９０１ データ送信装置
１１１ 第１の多値符号発生部
１１２ 多値処理部
１１３、１２３、１３３ 誤差信号生成部
１１３１ 制御用乱数生成部
１１３２ 誤差信号変換部
１１４ 積算部
１１５ 監視部
１１６ 加算部
１１７ 変調部
１１８ タイミング出力部
１１９ 遅延部
２０１ データ受信装置
２１１ 復調部
２１２ 第２の多値符号発生部
２１３ 識別部
１０、１８ 情報データ
１１ 第１の鍵情報
１２、１７ 多値符号列
１３ 多値信号
１４ 変調信号
１５ 多値信号
１６ 第２の鍵情報
２１ 誤差信号
２２ 積算誤差信号
２３ 変動多値信号
２４ 回復信号
２５ 制御用乱数
２６ 変動情報データ
２７ 変動多値符号列
２８ 多値変調信号
２９ 積算誤差変調信号
【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１８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１８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１９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１９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２０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２０（ａ）〜（ｇ）に示す。例えば、情報データ９０の値が“０１１１”（図２０（ａ）参照）、多値符号列９２の値が“０３２１”（図２０（ｂ）参照）のように変化する場合、多値信号９３は、図２０（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１９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２０（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、復調部９２１を用いて光電変換して得られる多値信号８１を多値識別部９２２で多値識別し、得られた受信系列８２に対して解読処理部９２３で解読処理を行うことで、情報データ９０もしくは第１の鍵情報９１の解読を試みると考えられる。このような解読方法を用いた場合、盗聴者は、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】
ところで、送信者と正規受信者との間で高い品質の通信を行うためには、多値信号のレベルの組み合わせに含まれる情報データ“１”と“０”とに相当するレベルの差（以下、情報振幅と称する）を、正規受信者側で発生する雑音レベルよりも十分に大きくとる必要がある。その一方で、上述したように、安全性の向上のためにはステップ幅をショット雑音レベルより十分に小さくする必要がある。この２つの条件を両立させるためには、多値符号列９２の多値数Ｍを極めて大きくする（例えば、多値数Ｍを数千あるいは数万以上にする）必要がある。しかしながら、多値数Ｍの値の増大は、ハードウェア構成の複雑化を招き、装置のコストアップにつながるという問題点があった。
【００１４】
それ故に、本発明は、上記の課題を解決するものであり、多値数を極端に増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させるデータ送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】
【００１５】
本発明は、予め共有された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、情報データと同一のビットレートで変化する値を有する誤差信号を生成する誤差信号生成部と、誤差信号を積算し、積算誤差信号として出力する積算部と、情報データと多値符号列と積算誤差信号とに基づいて、情報データと多値符号列との組み合わせに対応し、かつ積算誤差信号によって変動するレベルを有する変動多値信号を生成すると共に、生成した変動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動多値変調部とを備える。
【００１６】
好ましくは、変動多値変調部は、所定の処理に従って、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、多値信号と積算誤差信号とを加算し、変動多値信号として出力する加算部と、変動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。
【００１７】
また、変動多値変調部は、情報データと積算誤差信号とを加算し、変動情報データとして出力する加算部と、所定の処理に従って、変動情報データと多値符号列とを合成し、変動情報データと多値符号列との組み合わせに対応したレベルを有する信号を生成し、変動多値信号として出力する多値処理部と、変動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構成であってもよい。
【００１８】
また、変動多値変調部は、多値符号列と積算誤差信号とを加算し、変動多値符号列として出力する加算部と、所定の処理に従って、情報データと変動多値符号列とを合成し、情報データと変動多値符号列との組み合わせに対応したレベルを有する信号を生成し、変動多値信号として出力する多値処理部と、変動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構成であってもよい。
【００１９】
また、変動多値変調部は、所定の処理に従って、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、多値変調信号として出力する第１の変調部と、積算誤差信号を所定の変調形式で変調して、積算誤差変調信号として出力する第２の変調部と、多値変調信号と、積算誤差変調信号とを加算し、加算した信号を変動多値信号が変調された変調信号として出力する加算部とを含む構成であってもよい。
【００２０】
好ましくは、データ送信装置は、積算部が出力する積算誤差信号を監視し、積算誤差信号の絶対値が所定の判定値を超えた場合に、積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を積算部に出力する監視部をさらに備える。
【００２１】
また、データ送信装置は、所定の周期タイミングごとに、積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を出力するタイミング出力部をさらに備えていてもよい。
【００２２】
好ましくは、情報データの振幅に相当する情報振幅と、判定値との比は、正規受信者の許容できる信号対雑音比よりも小さい。
【００２３】
好ましくは、積算部は、回復信号が入力された時、積算誤差信号の値を０にリセットする。
【００２４】
また、積算部は、回復信号が入力された時、積算誤差信号の値を所定の判定値よりも小さい値に設定してもよい。
【００２５】
好ましくは、誤差信号生成部は、情報データと同一のビットレートでランダムに変化する値を有する制御用乱数を生成する制御用乱数生成部と、制御用乱数の値に基づいて、情報データと同一のビットレートで変化する値を決定し、決定した値を誤差信号として出力する誤差信号変換部とを含む。
【００２６】
好ましくは、制御用乱数は、所定の初期値に基づいて生成される擬似乱数である。また、制御用乱数は、物理現象を利用して生成される物理乱数であってもよい。
【００２７】
好ましくは、誤差信号生成部は、情報データの値に基づいて、誤差信号を生成する。あるいは、誤差信号生成部は、情報データの値の遷移に基づいて、誤差信号を生成する。あるいは、誤差信号生成部は、多値符号列の値に基づいて、誤差信号を生成する。あるいは、誤差信号生成部は、多値符号列の値の遷移に基づいて、誤差信号を生成する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明のデータ送信装置によれば、ランダムな変動が時間的に累積した積算誤差信号を多値信号に加算して送信することで、盗聴者が受信する可能性がある多値信号のレベル数を増大させる。これによって、盗聴者は、多値信号が様々なレベルを取る可能性を考慮して解読を行うことが必要となり、解読に要する計算量を増大させることができる。
【００２９】
さらに、データ送信装置は、多値信号に重畳される雑音レベルが、多値信号のステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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、誤差信号生成部１１３と、積算部１１４と、監視部１１５と、加算部１１６と、変調部１１７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、識別部２１３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。
【００３２】
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１９を用いて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とのレベルの組み合わせに対応したレベル有する信号を、多値信号１３として生成する。
【００３３】
誤差信号生成部１１３は、所定の方法に従って、情報データ１０と同一のビットレートで変化する値を有する誤差信号２１を生成する。積算部１１４は、誤差信号２１を積算し、積算誤差信号２２として出力する。監視部１１５は、積算誤差信号２２の値を監視し、積算誤差信号２２の絶対値が所定の判定値を超えると、回復信号２４を積算部１１４に出力する。回復信号２４とは、積算誤差信号２２の値を所定値に戻すように指示する信号である。加算部１１６は、多値信号１３と積算誤差信号２２とを加算し、変動多値信号２３として出力する。すなわち、変動多値信号２３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、かつ積算誤差信号２２によって変動するレベルを有する信号となる。変調部１１７は、変動多値信号２３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。
【００３４】
なお、多値処理部１１２と加算部１１６と変調部１１７とは、情報データ１０と、多値符号列１２と、積算誤差信号２２とに基づいて、上述した変動多値信号２３を生成すると共に、生成した変動多値信号２３を変調して、変調信号１４を出力するための構成であるので、まとめて変動多値変調部と記してもよい。
【００３５】
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、多値信号１５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、多値の擬似乱数列である多値符号列１７を発生し出力する。識別部２１３は、多値符号列１７に基づいて、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。上述した受信部２０１の各構成は、基本的に図１８を用いて説明した従来技術における受信部９０２の構成と同一である。
【００３６】
本実施形態では、誤差信号２１は、情報データ１０や多値符号列１２とは異なる乱数に基づいて、誤差信号生成部１１３で生成される。図２は、誤差信号生成部１１３の構成の一例を示すブロック図である。図２において、誤差信号生成部１１３は、制御用乱数生成部１１３１と、誤差信号変換部１１３２とを含む。制御用乱数生成部１１３１は、情報データ１０と同一のビットレートでランダムに変化する値を有する制御用乱数２５を生成する。ここで、制御用乱数２５は、所定の初期値に基づいて生成される疑似乱数、あるいは物理現象を利用して生成される物理乱数のどちらでもよい。誤差信号変換部１２２は、入力される制御用乱数２５から所定の規則に基づいて、情報データ１０と同一のビットレートでランダムに変化する値を決定し、決定した値を誤差信号２１として出力する。
【００３７】
次に、本実施形態で用いられる信号の時間変化について図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、多値符号列１２、及び制御用乱数２５の値は、それぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に示す値である場合を考える。ここで、信号レベルの間隔であるステップ幅をΔとし、制御用乱数２５の値“１”に対して誤差信号２１の値“＋Δ”を、制御用乱数２５の値“０”に対して誤差信号２１の値“−Δ”をそれぞれ割り当てるものとすると、誤差信号２１の値は、図３（ｄ）に示すようになる。誤差信号２１を積算して得られる積算誤差信号２２の値は、図３（ｅ）に示すようになる。
【００３８】
図３（ｆ）に、このときの多値信号１３の変化を破線で、変動多値信号２３の変化を実線で示す。例えば時刻ｔ２において、多値信号１３のレベルはＬ４であるが、変動多値信号２３のレベルは、多値信号１３のレベルに積算誤差信号２２の値を加算したレベル（Ｌ５）となる。このようにして、加算部１１６は、各タイムスロットにおいて、多値信号１３と積算誤差信号２２とを加算して、変動多値信号２３を生成する。各タイムスロットにおいて、誤差信号２１がランダムに＋Δまたは−Δの値をとるため、積算誤差信号２２の値の取り得る範囲は、ｔ２で＋Δ〜−Δ、ｔ３で＋２Δ〜−２Δ、ｔ３で＋３Δ〜−３Δというように時間を経るに従って拡大する。
【００３９】
従って、変動多値信号２３の遷移範囲も図３（ｇ）に示すように、時間を経るに従って拡大する。盗聴者の受信信号にはさらにショット雑音が加算されるため、その遷移範囲は図３（ｈ）に示すように、変動多値信号２３よりもさらに拡大したものとなる。よって、盗聴者が情報データ１０または第１の鍵情報１１の値を知るためには、受信信号が図３（ｈ）に示す遷移範囲に含まれる全てのレベルをとる可能性を考慮して、受信信号の解読処理を行う必要があるため、解読に要する計算量が増大する。この効果は受信信号に含まれる雑音レベルがステップ幅と比較して小さい場合でも得られるため、変動多値信号２３の多値数が比較的小さい場合にも解読に要する計算量を増大させることができる。
【００４０】
なお、上述した制御用乱数２５と誤差信号２１との値の関係はあくまでも一例であり、送信部１０１は、制御用乱数２５と誤差信号２１とを、ステップ幅と無関係に任意の値に設定することも可能である。また、図３では、多値数が８の場合について説明したが、これはあくまで説明のための一例であり、多値数は任意の値に設定することが可能である。
【００４１】
ところで、積算誤差信号２２の値が大きくなりすぎると、変動多値信号２３の値が本来の多値信号１３と大きく異なる値となり、正規受信者が正しく受信できなくなる可能性があるため、送信部１０１は、積算誤差信号２２をリセットすることが必要となる。以下に、積算誤差信号２２をリセットする方法について説明する。
【００４２】
図４は、送信部１０１が積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図である。この例では、積算誤差信号２２の絶対値が判定値３Δを超えた場合に、積算誤差信号の値は“０”にリセットされる。制御用乱数２５及び誤差信号２１が図４（ａ）及び（ｂ）に示す変化をする場合、積算誤差信号２２の値は時刻ｔ６において“−３Δ”となる。監視部１１５は、時刻ｔ６において積算誤差信号２２の絶対値が判定値３Δを超えたので、回復信号２４を積算部１１４に出力する。積算部１１４は、回復信号２４を受信すると、積算誤差信号２２の値を“０”にリセットし、改めて誤差信号２１の積算を開始する。
【００４３】
これによって、変動多値信号２３と多値信号１３との値は、図４（ｄ）に示すように変化し、変動多値信号２３と多値信号１３との差（積算誤差信号２２の値に等しい）が判定値３Δ以上に大きくならないようにしている。ここで、正規受信者が常に信号を正しく受信できるように、情報振幅と判定値３Δとの比は、正規受信者の所要信号対雑音電圧比（所要ＳＮＲ）より大きくなるように設定する。なお、判定値３Δという値はあくまでも一例であり、前述したＳＮＲとの関係を満足している限り、任意の値に設定しても構わない。また、リセット後の変動多値信号２３の値は“０”に限らず、絶対値が判定値より小さい任意の値（例えば、判定値の１／２など）に設定することが可能である。
【００４４】
ところで、積算誤差信号２２のリセット方法は、前述した判定値を用いる方法だけではなく、所定の周期毎にリセットすることも可能である。この場合のデータ通信装置１ｂの構成例を図５に示す。図５に示すデータ通信装置１ｂにおいて、送信部１０１ｂは、監視部１１５の代わりに、タイミング出力部１１８を備える。タイミング出力部１１８以外の構成は、図１を用いて説明したものと同様である。タイミング出力部１１８は、所定の周期タイミングごとに、積算誤差信号２２の値を所定値に戻すように指示する回復信号２４を積算部に出力する。
【００４５】
図６は、送信部１０１ｂが積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図である。図６の例では、４シンボルごとに、積算誤差信号２２の値はリセットされる。すなわち、タイミング出力部１１８は、時刻ｔ１から４シンボル後の時刻ｔ５において、回復信号２４を積算部１１４に出力する。積算部１１４は、回復信号２４を受信すると、積算誤差信号２２の値を“０”にリセットし、改めて積算誤差信号２２の積算を開始する。
【００４６】
これによって、変動多値信号２３及び多値信号１３の値は、図６（ｄ）に示すように変化する。ここで、正規受信者が常に信号を正しく受信できるように、情報振幅と、積算誤差信号２２の取り得る最大の値との比が、正規受信者の所要ＳＮＲを越えないように、リセット周期が設定される。なお、リセット周期が４シンボルというのはあくまでも一例であり、前述した所要ＳＮＲとの関係を満足している限り、任意の値に設定しても構わない。また、この場合もリセット後の変動多値信号２３の値は“０”に限らず、積算誤差信号２２の取り得る最大値より絶対値が小さい任意の値に設定することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態に係るデータ通信装置は、図１及び図５に示した構成だけではなく、図７〜図９に示すように構成することもできる。図７〜図９に示すデータ通信装置１ｃ〜１ｅは、加算部１１６の位置が図１と異なっている。図７に示すデータ通信装置１ｃにおいて、加算部１１６は、情報データ１０と積算誤差信号２２とを加算し、変動情報データ２６として多値処理部１１２に出力する。すなわち、変動情報データ２６は、情報データ１０のレベルを積算誤差信号２２によって変動させた信号となる。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、変動情報データ２６と多値符号列１２とを合成し、変動情報データ２６と多値符号列１２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１３として生成する。変調部１１７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。その他のブロックの動作は、図１と同様である。
【００４８】
図８に示すデータ通信装置１ｄにおいて、加算部１１６は、多値符号列１２と積算誤差信号２２とを加算し、変動多値符号列２７として多値処理部１１２に出力する。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、情報データ１０と変動多値符号列２７とを合成し、情報データ１０と変動多値符号列２７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１３として生成する。変調部１１７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。その他のブロックの動作は、図１と同様である。
【００４９】
図９に示すデータ通信装置１ｅにおいて、第１の変調部１１７ｘは、多値信号１３を所定の変調形式で変調して、多値変調信号２８として出力する。第２の変調部１１７ｙは、積算誤差信号２２を所定の変調形式で変調して、積算誤差変調信号２９として出力する。加算部１１６は、多値変調信号２８と積算誤差変調信号２９とを加算して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。その他のブロックの動作は、図１と同様である。なお、データ通信装置１ｅにおいては、多値処理部１１２と、加算部１１６と、第１の変調部１１７ｘと、第２の変調部１１７ｙとをまとめて、変動多値変調部と記してもよい。
【００５０】
なお、図７〜図９に示したデータ通信装置１ｃ〜１ｅの構成においても、図５及び図６を用いて説明したように、監視部１１５の代わりにタイミング出力部１１８を設けて、所定の周期ごとに積算誤差信号２２をリセットすることも可能である。
【００５１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るデータ送信装置１０１によれば、ランダムな変動が時間的に累積した積算誤差信号を多値信号に加算して送信することで、盗聴者が受信する可能性がある多値信号のレベル数を増大させる。これによって、盗聴者は、多値信号が様々なレベルを取る可能性を考慮して解読を行うことが必要となり、解読に要する計算量を増大させることができる。
【００５２】
さらに、データ送信装置１０１は、多値信号に重畳される雑音レベルが、多値信号のステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置１０１は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置１０１は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することも可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図１０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１０において、データ通信装置２は、送信部１０２と、受信部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１１２と、誤差信号生成部１２３と、積算部１１４と、監視部１１５と、加算部１１６と、変調部１１７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、識別部２１３とを備える。第２の実施形態に係るデータ通信装置２は、誤差信号生成部１２３の動作が第１の実施形態と異なる。誤差信号生成部１２３は、情報データ１０の値に基づいて誤差信号２１を生成する。その他の機能ブロックは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５４】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２で用いられる信号形態を説明するための模式図である。本実施形態において、誤差信号生成部１２３は、所定の規則に従って、情報データ１０の値と、誤差信号２１の値とを対応付ける。図１１の例では、誤差信号生成部１２３は、情報データ１０の値が“１”の場合に誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、情報データ１０の値が“０”の場合に誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１１（ｄ）及び（ｅ）に示すようになり、第１の実施形態と同様に、変動多値信号２３の遷移範囲が時間を経るに従って拡大する効果が得られる。
【００５５】
ところで、本実施形態における情報データ１０と誤差信号２１との関係は、上述したように１対１の関係だけではなく、情報データ１０の前後のビット間の遷移と関係付けることも可能である。その場合のデータ通信装置２ｂの構成例を図１２に示す。図１２に示すデータ通信装置２ｂにおいて、送信部１０２ｂは、図１０に示した送信部１０２と比較して、遅延部１１９をさらに備える。遅延部１１９は、情報データ１０を所定のタイムスロットだけ遅延させて、誤差信号生成部１２３ｂに出力する。すなわち、誤差信号生成部１２３ｂには、現在のタイムスロットにおける情報データ１０の値だけではなく、前のタイムスロットにおける情報データ１０の値が入力される。誤差信号生成部１２３ｂは、入力された両方の信号の値から誤差信号２１を生成する。誤差信号生成部１２３ｂが誤差信号２１を生成する方法について図１３を用いて説明する。
【００５６】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２ｂ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１３の例では、現在のタイムスロットと１つ前のタイムスロットとにおける情報データ１０の値が異なる場合は誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、同じ場合は誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１３（ｄ）及び（ｅ）に示すようになる。
【００５７】
本実施形態も第１の実施形態と同様に、監視部１１５またはタイミング出力部１１８（図示せず）から出力される回復信号２４を用いて積算誤差信号２２の値をリセットすることにより、変動多値信号２３と多値信号１３との差を一定値以下に保ち、正規受信者が常に受信信号を正しく受信できるようにする。
【００５８】
なお、図１１又は図１３を用いて説明した情報データ１０と誤差信号２１との値の関係はあくまでも一例であり、送信部１０２は、誤差信号２１をステップ幅と無関係に任意の値に設定することが可能である。さらに、本実施形態においても、第１の実施形態において図７、図８、及び図９を用いて説明したのと同様に、送信部１０２は、加算部１１６の位置を変更してもよい。すなわち、送信部１０２は、加算部１１６を、多値処理部１１２に対して情報データ１０の入力側、多値符号列１２の入力側、あるいは変調部１１７の後段のいずれに設置した場合も、図１１又は図１３に示す信号形態と同様の変調信号１４を送信することが可能である。
【００５９】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１０２によれば、第１の実施形態と同様に、多値信号に重畳される雑音レベルがステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置１０２は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置１０２は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
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の構成例を示すブロック図である。図１４において、データ通信装置３は、送信部１０３と受信部２０１とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０３は、第１の多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２と、誤差信号生成部１３３と、積算部１１４と、監視部１１５と、加算部１１６と、変調部１１７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、識別部２１３とを備える。第３の実施形態に係るデータ通信装置３は、誤差信号生成部１３３の動作が第１の実施形態と異なる。誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値に基づいて誤差信号２１を生成する。その他の機能ブロックは、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６１】
図１５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。本実施形態においては、誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値と、誤差信号２１の値とを対応付ける。図１５の例では、誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値が偶数の場合は誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、多値符号列１２の値が奇数の場合は誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１５（ｄ）及び（ｅ）のようになり、第１の実施形態と同様に、変動多値信号２３の遷移範囲が時間を経るに従って拡大する効果が得られる。
【００６２】
ところで、本実施形態における多値符号列１２と誤差信号２１との関係は、上述したように１対１の関係だけではなく、多値符号列１２の前後のビット間の遷移と関係付けることも可能である。その場合のデータ通信装置３ｂの構成例を図１６に示す。図１６に示すデータ通信装置３ｂにおいて、送信部１０３ｂは、図１４に示した送信部１０３と比較して、遅延部１１９をさらに備える。遅延部１１９は、多値符号列１２を所定のタイムスロットだけ遅延させて、誤差信号生成部１３３ｂに出力する。すなわち、誤差信号生成部１３３ｂには、現在のタイムスロットにおける多値符号列１２の値だけではなく、前のタイムスロットにおける多値符号列１２の値が入力される。誤差信号生成部１３３ｂは、入力された両方の信号の値から誤差信号２１を生成する。誤差信号生成部１３３ｂが誤差信号２１を生成する方法について図１７を用いて説明する。
【００６３】
図１７は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３ｂ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１７の例では、現在のタイムスロットと１つ前のタイムスロットとにおける多値符号列１２の値が、偶数から奇数あるいは奇数から偶数に変化する場合は誤差信号２１の値を“＋Δ”とし、偶数同士または奇数同士の場合は誤差信号２１の値を“−Δ”としている。このとき、積算誤差信号２２、多値信号１３、及び変動多値信号２３の値は、それぞれ図１７（ｄ）及び（ｅ）のようになる。
【００６４】
本実施形態も第１の実施形態と同様に、監視部１１５またはタイミング出力部１１８（図示せず）から出力される回復信号２４を用いて積算誤差信号２２の値をリセットすることにより、変動多値信号２３と多値信号１３との差を一定値以下に保ち、正規受信者が常に受信信号を正しく受信できるようにする。
【００６５】
なお、図１５又は図１７を用いて説明した多値符号列１２と誤差信号２１との値の関係はあくまでも一例であり、送信部１０３は、誤差信号２１をステップ幅と無関係に任意の値に設定することが可能である。また、図１５の例では、誤差信号生成部１３３は、多値符号列１２の値が偶数か奇数かによって誤差信号２１の値を決定したが、多値符号列１２と誤差信号２１との対応関係はこれに限らず、多値符号列１２を任意の基準で２つにグループ分けし、各グループに誤差信号２１の値を対応付けてもよい。さらに、図１７の例では、誤差信号生成部１３３ｂは、現在のタイムスロットと１つ前のタイムスロットとにおける多値符号列１２の値が同じグループ内で変化するか、あるいは違うグループ間で変化するかを区別し、これに誤差信号２１の値を対応付けても良い。
【００６６】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態において図７、図８、図９を用いて説明したのと同様に、送信部１０３は、加算部１１６の位置を変更してもよい。すなわち、送信部１０３は、加算部１１６を、多値処理部１１２に対して情報データ１０の入力側、多値符号列１２の入力側、あるいは変調部１１７の後段のいずれに設置した場合も、図１５又は図１７に示す信号形態と同様の変調信号１４を送信することが可能である。
【００６７】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置１０３によれば、第１の実施形態と同様に、多値信号に重畳される雑音レベルがステップ幅と比較して小さい場合であっても、盗聴者が受信する可能性のある多値信号のレベル数を増大させることができる。これによって、データ送信装置１０３は、多値信号に含まれる多値数を増大させることなく、盗聴に対する安全性を向上させることができる。また、データ送信装置１０３は、多値信号に含まれる多値数を増大させる必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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】
【００６９】
【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】誤差信号生成部１１３の構成の一例を示すブロック図
【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】送信部１０１が積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｂの構成例を示すブロック図
【図６】送信部１０１ｂが積算誤差信号２２をリセットする方法を説明する図
【図７】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｃの構成例を示すブロック図
【図８】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｄの構成例を示すブロック図
【図９】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１ｅの構成例を示すブロック図
【図１０】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１１】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２で用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２ｂの構成例を示すブロック図
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２ｂで用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３の構成例を示すブロック図
【図１５】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１６】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３ｂの構成例を示すブロック図
【図１７】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置３ｂで用いられる信号形態を説明するための模式図
【図１８】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１９】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２０】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
【符号の説明】
【００７０】
１〜３ データ通信装置
１０１〜１０３、９０１ データ送信装置
１１１ 第１の多値符号発生部
１１２ 多値処理部
１１３、１２３、１３３ 誤差信号生成部
１１３１ 制御用乱数生成部
１１３２ 誤差信号変換部
１１４ 積算部
１１５ 監視部
１１６ 加算部
１１７ 変調部
１１８ タイミング出力部
１１９ 遅延部
２０１ データ受信装置
２１１ 復調部
２１２ 第２の多値符号発生部
２１３ 識別部
１０、１８ 情報データ
１１ 第１の鍵情報
１２、１７ 多値符号列
１３ 多値信号
１４ 変調信号
１５ 多値信号
１６ 第２の鍵情報
２１ 誤差信号
２２ 積算誤差信号
２３ 変動多値信号
２４ 回復信号
２５ 制御用乱数
２６ 変動情報データ
２７ 変動多値符号列
２８ 多値変調信号
２９ 積算誤差変調信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め共有された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、
前記情報データと同一のビットレートで変化する値を有する誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号を積算し、積算誤差信号として出力する積算部と、
前記情報データと前記多値符号列と前記積算誤差信号とに基づいて、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、かつ前記積算誤差信号によって変動するレベルを有する変動多値信号を生成すると共に、当該生成した変動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動多値変調部とを備える、データ送信装置。
【請求項２】
前記変動多値変調部は、
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、
前記多値信号と前記積算誤差信号とを加算し、前記変動多値信号として出力する加算部と、
前記変動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、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記変動多値変調部は、
前記情報データと前記積算誤差信号とを加算し、変動情報データとして出力する加算部と、
所定の処理に従って、前記変動情報データと前記多値符号列とを合成し、前記変動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レベルを有する信号を生成し、前記変動多値信号として出力する多値処理部と、
前記変動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、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記変動多値変調部は、
前記多値符号列と前記積算誤差信号とを加算し、変動多値符号列として出力する加算部と、
所定の処理に従って、前記情報データと前記変動多値符号列とを合成し、前記情報データと前記変動多値符号列との組み合わせに対応したレベルを有する信号を生成し、前記変動多値信号として出力する多値処理部と、
前記変動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、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
前記変動多値変調部は、
所定の処理に従って、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、多値変調信号として出力する第１の変調部と、
前記積算誤差信号を所定の変調形式で変調して、積算誤差変調信号として出力する第２の変調部と、
前記多値変調信号と、前記積算誤差変調信号とを加算し、当該加算した信号を前記変動多値信号が変調された変調信号として出力する加算部とを含む、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
前記積算部が出力する積算誤差信号を監視し、前記積算誤差信号の絶対値が所定の判定値を超えた場合に、前記積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を前記積算部に出力する監視部をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項７】
所定の周期タイミングごとに、前記積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を出力するタイミング出力部をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項８】
前記情報データの振幅に相当する情報振幅と、前記判定値との比は、正規受信者の許容できる信号対雑音比よりも小さい、請求項６に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記積算部は、前記回復信号が入力された時、前記積算誤差信号の値を０にリセットする、請求項６又は７のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１０】
前記積算部は、前記回復信号が入力された時、前記積算誤差信号の値を前記所定の判定値よりも小さい値に設定する、請求項６又は７のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記誤差信号生成部は、
前記情報データと同一のビットレートでランダムに変化する値を有する制御用乱数を生成する制御用乱数生成部と、
前記制御用乱数の値に基づいて、前記情報データと同一のビットレートで変化する値を決定し、決定した値を前記誤差信号として出力する誤差信号変換部とを含む、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記制御用乱数は、所定の初期値に基づいて生成される擬似乱数である、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
前記制御用乱数は、物理現象を利用して生成される物理乱数である、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１４】
前記誤差信号生成部は、前記情報データの値に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１５】
前記誤差信号生成部は、前記情報データの値の遷移に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１６】
前記誤差信号生成部は、前記多値符号列の値に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１７】
前記誤差信号生成部は、前記多値符号列の値の遷移に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１】
予め共有された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、
前記情報データと同一のビットレートで変化する値を有する誤差信号を生成する誤差信号生成部と、
前記誤差信号を積算し、積算誤差信号として出力する積算部と、
前記情報データと前記多値符号列と前記積算誤差信号とに基づいて、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、かつ前記積算誤差信号によって変動するレベルを有する変動多値信号を生成すると共に、当該生成した変動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動多値変調部とを備える、データ送信装置。
【請求項２】
前記変動多値変調部は、
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、
前記多値信号と前記積算誤差信号とを加算し、前記変動多値信号として出力する加算部と、
前記変動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、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記変動多値変調部は、
前記情報データと前記積算誤差信号とを加算し、変動情報データとして出力する加算部と、
所定の処理に従って、前記変動情報データと前記多値符号列とを合成し、前記変動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レベルを有する信号を生成し、前記変動多値信号として出力する多値処理部と、
前記変動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、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記変動多値変調部は、
前記多値符号列と前記積算誤差信号とを加算し、変動多値符号列として出力する加算部と、
所定の処理に従って、前記情報データと前記変動多値符号列とを合成し、前記情報データと前記変動多値符号列との組み合わせに対応したレベルを有する信号を生成し、前記変動多値信号として出力する多値処理部と、
前記変動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、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
前記変動多値変調部は、
所定の処理に従って、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、多値変調信号として出力する第１の変調部と、
前記積算誤差信号を所定の変調形式で変調して、積算誤差変調信号として出力する第２の変調部と、
前記多値変調信号と、前記積算誤差変調信号とを加算し、当該加算した信号を前記変動多値信号が変調された変調信号として出力する加算部とを含む、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
前記積算部が出力する積算誤差信号を監視し、前記積算誤差信号の絶対値が所定の判定値を超えた場合に、前記積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を前記積算部に出力する監視部をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項７】
所定の周期タイミングごとに、前記積算誤差信号の値を所定値に戻すように指示する回復信号を出力するタイミング出力部をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項８】
前記情報データの振幅に相当する情報振幅と、前記判定値との比は、正規受信者の許容できる信号対雑音比よりも小さい、請求項６に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記積算部は、前記回復信号が入力された時、前記積算誤差信号の値を０にリセットする、請求項６又は７のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１０】
前記積算部は、前記回復信号が入力された時、前記積算誤差信号の値を前記所定の判定値よりも小さい値に設定する、請求項６又は７のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記誤差信号生成部は、
前記情報データと同一のビットレートでランダムに変化する値を有する制御用乱数を生成する制御用乱数生成部と、
前記制御用乱数の値に基づいて、前記情報データと同一のビットレートで変化する値を決定し、決定した値を前記誤差信号として出力する誤差信号変換部とを含む、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記制御用乱数は、所定の初期値に基づいて生成される擬似乱数である、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
前記制御用乱数は、物理現象を利用して生成される物理乱数である、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項１４】
前記誤差信号生成部は、前記情報データの値に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１５】
前記誤差信号生成部は、前記情報データの値の遷移に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１６】
前記誤差信号生成部は、前記多値符号列の値に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【請求項１７】
前記誤差信号生成部は、前記多値符号列の値の遷移に基づいて、前記誤差信号を生成する、請求項１〜５のいずれかに記載のデータ送信装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−４２４９６（Ｐ２００８−４２４９６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１３６９８（Ｐ２００６−２１３６９８）
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【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２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【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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