パルスポジション変調雑音秘匿通信方式
【課題】 本発明は，比較的簡易な構成により高い秘匿性を有するパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は，基本的には，パルス位置変調を効果的に用いることができるように人為的に雑音を加え，さらにデコイパルスを含めるなど共通鍵量子暗号システムをカスタマイズすることで，秘匿性の高いパルス位置変調を達成できる。本発明のパルスポジション変調装置１は，情報が入力される入力部２と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器３と，ランダム符号化信号取得部４と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部５と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部６と，パルス位置変調器７とを有する。
【解決手段】 本発明は，基本的には，パルス位置変調を効果的に用いることができるように人為的に雑音を加え，さらにデコイパルスを含めるなど共通鍵量子暗号システムをカスタマイズすることで，秘匿性の高いパルス位置変調を達成できる。本発明のパルスポジション変調装置１は，情報が入力される入力部２と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器３と，ランダム符号化信号取得部４と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部５と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部６と，パルス位置変調器７とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，秘匿性の高いパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて，情報の秘匿性や安全性は重要である。近年，この要望を満たすため，共通鍵量子暗号を用いた光通信システムが提唱された（下記特許文献１及び２）。共通鍵量子暗号は，２値の送信データを搬送する光信号を基底とよばれる１つのセットとする。そして，この通信システムは，複数個の基底を用意し，どの基底を用いるかを暗号鍵に従う擬似乱数によって不規則に決める。そして，この通信システムでは，信号間距離が，量子ゆらぎにより識別できない程度に短く設計される。このため，盗聴者は，信号を識別できず，情報を読み取ることができない。一方，正規の受信者は，信号間距離の大きな２値の信号を判定すればよい。このため，正規の受信者は，信号に量子ゆらぎが存在しても，データを正確に読み取ることができる。
【０００３】
共通鍵量子暗号を用いたシステムとして，たとえば，広田修ら著「解読不可能なＹ−００方式超高速量子暗号」ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ第９巻１２５頁２００５年には，安全かつ高速な光通信であるＹｕｅｎプロトコル（Ｙ−００）が解説されている。光通信量子暗号Ｙ−００を用いた通信システムは，量子ゆらぎを効果的に用いるために多値変調を行う。基底の数をＭとすると，この通信システムは，擬似乱数発生器の出力乱数系列をｌｏｇ２Ｍビットごとのブロックに分け，そのブロックをランニング鍵(Ｍ通り)としてＭ個の基底の１つを選択する。
【０００４】
また，Ｐ．ＫｕｍａｒやＨ．ＹｕｅｎらのＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ大学が非特許文献２により光位相変調方式を用いた共通鍵量子暗号システムを発表した。また、玉川大学グループが非特許文献３により光強度変調方式を用いた共通鍵量子暗号システムを発表した。
【０００５】
Ｙ−００を採用した通信システムは，位相変調方式，及び強度変調方式のいずれを採用する場合も，コヒーレント光のもつ揺らぎ（ランダムネス）を利用し，隣接する変調値に対して非直交状態識別限界が保証する誤り率を利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７５２９９号公報
【特許文献２】特開２００８−２４５０５３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】広田修ら著「解読不可能なＹ−００方式超高速量子暗号」ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ第９巻１２５頁２００５年
【非特許文献２】Ｇ．Ａ．Ｂａｒｂｏｓａ， Ｅ．Ｃｏｒｎｄｏｒｆ， Ｐ．Ｋｕｍａｒ， Ｈ．Ｐ．Ｙｕｅｎ， “Ｓｅｃｕｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｅ，” Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ−９０， ２２８９０１， （２００３）
【非特許文献３】Ｏ．Ｈｉｒｏｔａ， Ｋ．Ｋａｔｏ， Ｍ．Ｓｏｈｍａ， Ｔ．Ｕｓｕｄａ， Ｋ．Ｈａｒａｓａｗａ， “Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｔｒｅａｍ ｃｉｐｈｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ” ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ． ｏｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｍａｇｉｎｇ ｖｏｌ−５５５１， （２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のとおりＹ−００を採用した通信システムは，送信側（アリス）から送信された情報を，盗聴者（イヴ）が解読できないようにするため，量子雑音を利用する。このため，Ｙ−００を実装する送信機は，量子雑音レベルを制御するために高い制御能力を有する必要がある。また，Ｙ−００は，盗聴者（イヴ）による多値識別時の誤りを大きくすることができるものの，盗聴者（イヴ）に情報を解読される危険性が残る。
【０００９】
そこで本発明は，比較的簡易な構成により高い秘匿性を有するパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
さらに，Ｙ−００を採用した通信システムは，錯乱信号（デコイ信号）を含ませるために，受信者側で誤り訂正を行う必要がある。このため，Ｙ−００を採用した通信システムでは，容易にデコイ信号を含ませることができない。
【００１１】
そこで本発明は，デコイパルスを送信パルスに含めることができ，これにより秘匿性を高めることができるパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は，基本的には，パルス位置変調を効果的に用いることができるように人為的に雑音を加え，共通鍵量子暗号システムをカスタマイズすることで，秘匿性の高いパルス位置変調を達成できるという知見に基づくものである。さらに，本発明は，パルス位置変調方式に基づく共通鍵量子暗号技術であれば，デコイパルスを効果的に含めることができるため，より秘匿性の高い通信システムを提供できるという知見に基づくものである。
【００１３】
本発明のパルスポジション変調装置１は，情報が入力される入力部２と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器３と，ランダム符号化信号取得部４と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部５と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部６と，パルス位置変調器７とを有する。そして，ランダム符号化信号取得部４は，ランダム符号Ｅを用いて，入力部２から入力された情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得する。また，多値信号取得部６は，多値ランニング鍵取得部５により得られた多値ランニング鍵Ｒとランダム符号化信号を用いて，多値信号Ｓを得る。パルス位置変調器７は，多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調信号を得る。本発明は，このようにランダム符号発生器３により発声したランダム符合Ｅを人為的雑音として付加することで，パルス位置変調方式に基づく共通鍵量子暗号技術を達成できる。
【００１４】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器が発生するパルスが，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いものである。このように，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いため，盗聴者が信号を受信した場合に，パルスの位置を把握しにくくすることができる。
【００１５】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器が発生するパルスが，測定誤り率が５０％以上となるように，隣接するパルスとオーバーラップするものである。このように，隣接するパルスが重なり合うため，盗聴者が信号を受信した場合に，パルスの位置を把握しにくくすることができる。
【００１６】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器の出力強度が，１フォトン以上数フォトン以下である。この場合，たとえば，非直交な偏光変調を施すことで，ＢＢ８４などで確立された方法と同様にして，盗聴者の有無を確認することができる。
【００１７】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，デコイ信号を生成するデコイ信号生成部８をさらに有するものである。そして，デコイ信号生成部８が生成したデコイ信号に基づくデコイパルスは，パルス位置変調信号に重畳されるものである。信号ペアに干渉しない位置にデコイパルスが重畳されるため，正規受信者はデコイパルスを無視できる。一方，盗聴者は，デコイパルスにより信号の判別がより困難となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のパルスポジション変調装置１による変調信号は，量子雑音ではなく，人為的な雑音により秘匿性を高める。このため，受信機における復号器は，量子雑音レベルの制御能力を有する必要がない。よって，本発明のパルスポジション変調装置１を用いれば，比較的簡易な構成により高い秘匿性を有するパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供できる。
【００１９】
本発明のパルスポジション変調装置１によれば，信号ペアに干渉しない位置にデコイパルスが重畳されるため，正規受信者はデコイパルスを無視できる。このため，デコイパルスを重畳した信号を送信しても，受信機側に特別な構成を必要としない。よって，本発明によれば，デコイパルスを送信パルスに含めることができ，これにより秘匿性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は，本発明のパルスポジション変調装置の例を示すブロック図である。
【図２】図２は，本発明の通信システムの例を示すブロック図である。
【図３】図３は，パルス位置変調の概念を説明するための図である。
【図４】図４は，本発明によるパルスポジション変調信号の例を示す図である。図４（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図４（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。
【図５】図５は，デコイパルスを含む変調信号の例を示す図である。図５（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図５（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下，図面を参照しつつ，本発明を実施するための形態について説明する。図１に示されるように，本発明のパルスポジション変調装置１は，情報が入力される入力部２と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器３と，ランダム符号化信号取得部４と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部５と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部６と，パルス位置変調器７と，デコイパルス生成部８とを有する。
【００２２】
パルスポジション変調装置１は，周期的パルス信号の位置をビット情報に対応して時間的にシフトさせることで情報を変調して送信するための装置である。パルスポジション変調装置は，たとえば，特開２００８−１９３８０１号公報，特開平１０−８４３３８号工法既に知られている。本発明においては，既に知られているパルスポジション変調装置の構成を適宜採用することができる。本発明のパルスポジション変調装置１は，共通鍵量子暗号技術やデコイ信号を用いて通信の秘匿性を高めたものである。また，本発明のパルスポジション変調装置１は，特開２００９−７５２９９号公報及び特開２００８−２４５０５３号公報に開示された光通信量子暗号通信装置における構成を適宜採用することができる。
【００２３】
ランダム符号発生器３は，ランダム符号Ｅを発生するための装置である。ランダム符号発生器は，共通鍵量子暗号技術を用いた通信システムにおいて採用されているものを適宜採用できる。具体的なランダム符号発生器は，パルスポジション変調装置１内のクロック発生器により発生されるクロックと同期してランダム符号Ｅを生成するものである。このランダム符号が暗号鍵又は鍵データとして機能する。
【００２４】
ランダム符号化信号取得部４は，ランダム符号Ｅを用いて入力情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得するための装置である。具体的には，ランダム符号化信号取得部４は，入力情報である２値（０，１信号）にランダム符号Ｅをかける処理を行う。ランダム符号Ｅを用いた情報の符号化は，公知のものを適宜採用すればよい。このように，このようにランダム符号化信号取得部を有する場合，本発明の通信システムはランダム符号Ｅにより人為的な雑音を付加することができる。従来の共通鍵量子暗号システムでは，量子雑音により盗聴者の解読を困難にしていた。このため，受信機側の検出系も量子雑音に対応したものとする必要があった。本発明のこの通信システムは，ランダム符号Ｅにより人為的な雑音を付加するため，受信機側の検出系への要求レベルを引き下げることができる。なお，ランダム符号Ｅを用いない場合であっても秘匿性がある程度確保された通信を行うことが一応できる。この場合，ランダム符号Ｅを用いず多値ランニング鍵を用いて光量子符号化した信号を送受信すればよい。
【００２５】
多値ランニング鍵取得部５は，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための装置である。鍵情報Ｋｉは，初期ランニング鍵や初期暗号ともよばれ，多値ランニング鍵を得るために用いられる値である。多値ランニング鍵は，Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵ともよばれ，送信データを多値変調するために用いられる値である。鍵情報Ｋｉ及び多値ランニング鍵Ｒについては，たとえば，特開２００８−２４５０５３号公報に開示されたものを適宜用いることができる。多値ランニング鍵取得部５の例は，Ｍ個のアレイ型ランニング鍵発生器である。
【００２６】
多値信号取得部６は，多値信号Ｓを得るための装置である。多値信号取得部６は，多値ランニング鍵Ｒと入力信号（ランダム符号化信号）を用いて多値信号Ｓを得る。たとえば，多値信号取得部６は，多値ランニング鍵Ｒと入力信号（ランダム符号化信号）を足し合わせて多値信号Ｓを得ればよい。多値ランニング鍵Ｒを用いて多値信号Ｓを得る方法は，たとえば，特開２００８−２４５０５３号公報に開示されたものを適宜用いることができる。
【００２７】
パルス位置変調器７は，周期的パルス信号の位置をビット情報に対応して時間的にシフトさせることで情報を変調して送信するための装置である。パルス位置変調器（ＰＰＭ）は，既に知られている。本発明のパルス位置変調器７として公知のものを適宜用いることができる。
【００２８】
デコイ信号生成部８は，デコイ信号を生成するための装置である。デコイ信号は，デコイパルスを生成するために用いられる。デコイパルスは，錯乱信号（デコイ信号）として機能するパルスである。つまり，デコイパルスは，本来のパルス位置変調信号の信号パルスペアの間に付加されるダミーパルスである。デコイパルスが，パルス位置変調信号に重畳されるため，盗聴者は，いずれのパルスが信号であるかますます判別できないこととなる。デコイパルスは，本来のパルス位置変調信号の信号パルスペアに干渉しない位置に設けられるため，デコイ信号生成部８は本来のパルスペアの時間位置を把握し，その間にデコイパルスを設けることができるようにデコイ信号を発生する。
【００２９】
本発明では，上記の多値信号Ｓが，デコイ信号を反映したものであることが好ましい。このデコイ信号を反映した多値信号Ｓを用いてパルス位置変調を行うと，通常のパルス位置変調の場合に比べ，本来の信号パルス間にデコイパルスが発生することとなる。また，デコイ信号生成部８は，多値信号Ｓを用いて得られたパルス位置変調信号にデコイパルスを付加するものであってもよい。この場合，デコイ信号生成部８にパルス位置変調信号が入力され，本来の信号パルス間にデコイパルスを付加する。
【００３０】
本発明では，上記の多値信号Ｓの値に従って，パルス位置変調器７で多値光信号に変調する。そして，変調された光信号は，通信路へと送出される。通信路の例は，光ファイバ又は空間である。
【００３１】
図２は，本発明の通信システムの例を示すブロック図である。図２に示されるように，本発明の通信システム１１は，送信機１２と受信機１３とを含む。本発明の通信システムは，ＰＰＭ通信方式を採用する。ＰＰＭ通信方式は，光空間通信による長距離伝達に優れる。本発明の通信システムは，このＰＰＭ通信にさらに秘匿性を付加できる。よって，本発明の通信システムの例は，衛星通信である。
【００３２】
送信機１２の例は，先に説明したパルスポジション変調装置１である。受信機１３は，基本的には，送信機１２と対照的な構成を有するものである。もっとも，本発明の通信システムでは，デコイパルスを取り除くことなく受信信号を復号化できる。このため，本発明の受信機１３は，デコイ信号生成部８により発生したデコイ信号を取り除くための構成は不要である。
【００３３】
図２に示されるように，受信機１３は，光検出器２１，第２の多値信号取得部２２，第２の多値ランニング鍵取得部２３，復号器２４，及び出力部２５を有する。
【００３４】
次に，本発明の本発明のパルスポジション変調原理について説明する。図３は，パルス位置変調の概念を説明するための図である。図３に示されるように，パルス位置変調では，０又は１を示す信号が所定の時間あけた位置に出力され，これにより情報が０又は１に変調される。図３中符号３１は，０を示すパルスであり，符号３２は１を示すパルスである。また，０を示すパルスの下に存在する矢印は，パルスのジッタ（パルスタイミングジッター）を示す。また，２つのパルス３１，３２の下部に存在する矢印は，２つのパルスがペア信号であることを示す。受信機側は，このペア信号の間隔を把握できるので，０を示すパルス３１又は１を示すパルス３２の存在する領域のみを検出するだけで，０又は１に関する情報を測定できる。
【００３５】
図４は，本発明によるパルスポジション変調信号の例を示す図である。図４（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図４（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。図４中，符号４１はスタートパルスを示す。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように，本発明の変調信号は，スタートパルス４１と，０又は１を示すパルス３１，３２を含む。図４（ａ）では，ａ１とｂ１のパルスペア，及びａ２とｂ２のパルスペアのみが示されている。しかし，パルスペアはより多く存在する。なお，パルスペアの時間間隔は，変更でき，さらにランダム化することもできる。パルスペアの時間間隔に関する情報を，送信機から受信機へ伝える。すると，正規の受信機は，この情報を用いて，パルスペアの時間間隔を把握でき，これにより送信機から送信された情報を復号化できる。このパルスペアの時間間隔に関する情報は，たとえば多値ランニング鍵Ｒを用いて解読できるようにされていることが好ましい。
【００３７】
図４（ａ）に示す例では，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いものである。換言すると，この例では，パルスポジションをパルスタイミングジッターより蜜に配置し，測定誤り率が５０％以上（６０％以上，又は６５％以上でもよい）となるように隣接するパルスがオーバーラップするようにしている。このように，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いため，盗聴者が信号を受信した場合に，パルスの位置を把握しにくくすることができる。なお，タイミングジッターは，公知の測定装置を用いて測定することができる。また，タイミングジッターを測定する技術として，特許第３８４３３１６号に開示された技術があげられる。パルス間の距離を制御するためには，パルス列の時間間隔を調整すればよい。本発明では，タイミングジッターを意図的に発生させるため，好ましくはランダム符号発生器３により乱数を発生させる。
【００３８】
送信機と正規の受信機は，パルスペアの出力順序情報をあらかじめ共有している。たとえば，送信機がａ１とｂ１のパルスペアを用いて変調信号を作成する場合を考える。この場合，受信機はａ１とｂ１のパルスペアが存在する時間領域のみ測定すればよい。このため，図４（ｂ）に示されるように，隣接するパルスがオーバーラップし，通常であれば測定誤り率が高くなる状況であっても，正規の受信機は，変調信号を容易に復号化できる。
【００３９】
一方，盗聴者は，図４（ａ）に示される変調信号を受け取り，これを解読しようとする。しかし，盗聴者は，パルスペアの時間間隔やどのパルスペアが選ばれたかなどといった情報を知らない。このため，盗聴者は変調信号を容易には解読できない。
【００４０】
図５は，デコイパルスを含む変調信号の例を示す図である。図５（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図５（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。図５（ａ）に示されるように，デコイパルス５１，５２，５３が変調信号に重畳的に含まれている。
【００４１】
送信機と正規の受信機は，パルスペアの出力順序情報をあらかじめ共有している。たとえば，送信機がａ１とｂ１のパルスペアを用いて変調信号を作成する場合を考える。この場合，受信機はａ１とｂ１のパルスペアが存在する時間領域のみ測定すればよい。このため，図５（ｂ）に示されるように，隣接するパルスがオーバーラップし，さらに，デコイパルスが変調信号に重畳されている場合であっても，正規の受信機は変調信号を容易に復号化できる。つまり，デコイパルス５１，５２，５３は，ペアパルス（この例ではａ１とｂ１）と干渉しない位置に設けられる。このため，正規の受信機は，デコイパルスを含まない領域を分析する。換言すると，あらかじめ送信機と共有していたペアパルスの存在するタイミングのみ検出器をアクティブにすればよい。よって，正規の受信者は，デコイパルスの存在を無視することができる。
【００４２】
一方，盗聴者は，デコイパルス５１，５２，５３が存在するため，パルスの解読が困難になる。また，図４（ａ）の場合と同様，ペアパルスの位置を把握できたとしても，隣接するパルスがそのパルスにオーバーラップされているので，０又は１を判別することが困難である。図４に示される変調信号では，ある程度信号の位置に規則性がある。このため，盗聴者にパルスの時間間隔を分析される恐れがある。一方，図５（ａ）に示されるように，デコイパルス５１，５２，５３を含む場合，パルスの周期が乱れる。よって，この通信システムは，盗聴者が変調信号を解読する事態を効果的に防止できることとなる。デコイパルスの強度は，変調信号の平均強度と同じでもよいし，異なってもよい。また，あえてパルスペアの強度を他の変調信号と変化させてもよい。そのようにすることで，盗聴者は，変調情報を有するパルスを，デコイパルスであると勘違いする可能性がある。
【００４３】
なお，図５（ａ）では，デコイパルスがペアパルス（この例ではａ１とｂ１）の間に飲み存在している。しかし，デコイパルスはペアパルスと干渉しない位置に設けられればよいため，スタートパルス４１とペアパルスの一方の領域や，ペアパルスの間以外の時間領域にデコイパルスが設けられてもよい。
【００４４】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器の出力強度は，１フォトン以上数フォトン以下である。この場合，たとえば，非直交な偏光変調を施すことで，ＢＢ８４などで確立された方法と同様にして，盗聴者の有無を確認することができる。そして，基底照合及び誤り率測定を行うことで，盗聴者の有無を確認できる。この態様のパルスポジション変調装置は，たとえば，特開２００９−６５２９９号に開示された構成を適宜採用することで実現できる。また，このパルスポジション変調装置は，ＱＫＤ技術に応用できる。ＱＫＤステーションを用いた量子暗号通信は，たとえば特表２００６−５１３６７８号公報に開示されている。よって，本発明のパルスポジション変調装置１をＱＫＤ技術へ応用する際には，既に知られた構成を適宜採用すればよい。
【００４５】
次に，本発明の通信システムを用いた通信方法の例を説明する。入力部２に受信機へ向けて送信したい情報Ｐが入力される。すると，本発明では，この情報を符号化し，光信号として受信機へ向けて送信する。
【００４６】
ランダム符号発生器３は，ランダム符号Ｅを発生する。このランダム符号Ｅは，別途受信機１３に送信される。ランダム符号化信号取得部４が，ランダム符号Ｅを用いて，入力された情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得する。具体的には，ランダム符号化信号取得部４が，ランダム符号Ｅを入力された情報（１，０）にかける。このように入力信号に対し擬似乱数を用いて雑音を印加することで，パルスタイミングジッターを制御でき，パルスポジション間隔をパルス到達時間の揺らぎ（パルスタイミングジッター）よりも蜜に制御できる。パルスタイミングジッターの例は，５０ｐ秒である。パルスタイミングジッターの範囲は，たとえば，１ｐ秒以上１００ｐ秒以下である。
【００４７】
多値ランニング鍵取得部５が鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得る。この鍵情報Ｋｉは，あらかじめ送信機に記憶されている。そして，送信機は，鍵情報Ｋｉを読み出して，多値ランニング鍵Ｒを得る。一方，受信機は，あらかじめこの鍵情報Ｋｉを記憶している。
【００４８】
多値信号取得部６は，多値ランニング鍵Ｒとランダム符号化信号を用いて，多値信号Ｓを得る。多値信号取得部６は，たとえば，多値ランニング鍵Ｒとランダム符号化信号を加算して，多値信号Ｓを得る。
【００４９】
一方，デコイ信号生成部８は，パルス位置変調器７において発生するパルス位置変調信号における信号の位置を把握する。そして，デコイ信号生成部８は，ペア信号に干渉しない位置にデコイパルスが形成されるように，デコイ信号を生成する。このデコイ信号は，多値信号Ｓと合わさり，新たな多値信号Ｓとされる。
【００５０】
次に，パルス位置変調器７は，多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調を行い，パルス位置変調信号を得る。得られたパルス位置変調信号は，受信機１３へ向けて送信される。換言すると，多値信号Ｓは時間間隔ａ１，ｂ１〜ａｎ，ｂｎで構成されるパルスポジション（図４を参照）にマッピングされ，光通信路より伝送される。
【００５１】
受信機１３の光検出器２１は，送信機１２から送信されたパルス位置変調信号を受信し，電気信号に変換する。第２の多値信号取得部２２は，電気信号に変換されたパルス位置変調信号を解析し，多値信号を取得する。一方，第２の多値ランニング鍵取得部２３は，あらかじめ受信機１３に記憶された鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを生成する。又は，受信機１３は，多値ランニング鍵Ｒをあらかじめ記憶しておいてもよい。
【００５２】
復号器２４は，パルス位置変調信号を復号できる復号器である。このため，復号器２４は，多値ランニング鍵Ｒより適切な閾値を選択して多値信号Ｓを識別する。そして，出力部２５では，ランダム符号Ｅを用いて，送信対象であった情報Ｐを復元する。
【００５３】
一方，図３に示す様に，盗聴者は鍵情報Ｋｉまたは多値ランニング鍵Ｒを共有していない。このため盗聴者は，Ｒを基にした時間窓を区切った識別をおこなうことができず，パルス到達時間を正確に計測する必要がある。さらに，本発明では，パルス間隔を光パルス発生器もしくは受光素子が有するタイミングジッターレベルに接近させるか，パルスタイミングにランダムな揺らぎを印加し，識別誤り確率を５０％付近になるまでパルス間距離を密にしている。本発明では，更に閾値判定に関係のない時間にデコイパルスを含ませる。これにより盗聴者の取得する暗号文に含まれる誤り率を高くし解読を困難とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば，光空間通信で長距離伝送に適しているＰＰＭ通信技術に高秘匿性を付加できる。このため，本発明の通信システムは，高い安全性を保証できる。具体的には，本発明の通信システムは，例えば銀行間でのデータ通信，映画のネットを利用した配信を含む高秘匿が必要な通信に効果的に利用されうる。また本発明の光通信ユニットを衛星に搭載した場合，高秘匿を保障できる衛星通信技術として利用されうる。
【符号の説明】
【００５５】
１ パルスポジション変調装置
２ 入力部
３ ランダム符号発生器
４ ランダム符号化信号取得部
５ 多値ランニング鍵取得部
６ 多値信号取得部
７ パルス位置変調器
８ デコイ信号生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は，秘匿性の高いパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて，情報の秘匿性や安全性は重要である。近年，この要望を満たすため，共通鍵量子暗号を用いた光通信システムが提唱された（下記特許文献１及び２）。共通鍵量子暗号は，２値の送信データを搬送する光信号を基底とよばれる１つのセットとする。そして，この通信システムは，複数個の基底を用意し，どの基底を用いるかを暗号鍵に従う擬似乱数によって不規則に決める。そして，この通信システムでは，信号間距離が，量子ゆらぎにより識別できない程度に短く設計される。このため，盗聴者は，信号を識別できず，情報を読み取ることができない。一方，正規の受信者は，信号間距離の大きな２値の信号を判定すればよい。このため，正規の受信者は，信号に量子ゆらぎが存在しても，データを正確に読み取ることができる。
【０００３】
共通鍵量子暗号を用いたシステムとして，たとえば，広田修ら著「解読不可能なＹ−００方式超高速量子暗号」ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ第９巻１２５頁２００５年には，安全かつ高速な光通信であるＹｕｅｎプロトコル（Ｙ−００）が解説されている。光通信量子暗号Ｙ−００を用いた通信システムは，量子ゆらぎを効果的に用いるために多値変調を行う。基底の数をＭとすると，この通信システムは，擬似乱数発生器の出力乱数系列をｌｏｇ２Ｍビットごとのブロックに分け，そのブロックをランニング鍵(Ｍ通り)としてＭ個の基底の１つを選択する。
【０００４】
また，Ｐ．ＫｕｍａｒやＨ．ＹｕｅｎらのＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ大学が非特許文献２により光位相変調方式を用いた共通鍵量子暗号システムを発表した。また、玉川大学グループが非特許文献３により光強度変調方式を用いた共通鍵量子暗号システムを発表した。
【０００５】
Ｙ−００を採用した通信システムは，位相変調方式，及び強度変調方式のいずれを採用する場合も，コヒーレント光のもつ揺らぎ（ランダムネス）を利用し，隣接する変調値に対して非直交状態識別限界が保証する誤り率を利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７５２９９号公報
【特許文献２】特開２００８−２４５０５３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】広田修ら著「解読不可能なＹ−００方式超高速量子暗号」ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ第９巻１２５頁２００５年
【非特許文献２】Ｇ．Ａ．Ｂａｒｂｏｓａ， Ｅ．Ｃｏｒｎｄｏｒｆ， Ｐ．Ｋｕｍａｒ， Ｈ．Ｐ．Ｙｕｅｎ， “Ｓｅｃｕｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｅ，” Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ−９０， ２２８９０１， （２００３）
【非特許文献３】Ｏ．Ｈｉｒｏｔａ， Ｋ．Ｋａｔｏ， Ｍ．Ｓｏｈｍａ， Ｔ．Ｕｓｕｄａ， Ｋ．Ｈａｒａｓａｗａ， “Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｔｒｅａｍ ｃｉｐｈｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ” ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ． ｏｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｍａｇｉｎｇ ｖｏｌ−５５５１， （２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のとおりＹ−００を採用した通信システムは，送信側（アリス）から送信された情報を，盗聴者（イヴ）が解読できないようにするため，量子雑音を利用する。このため，Ｙ−００を実装する送信機は，量子雑音レベルを制御するために高い制御能力を有する必要がある。また，Ｙ−００は，盗聴者（イヴ）による多値識別時の誤りを大きくすることができるものの，盗聴者（イヴ）に情報を解読される危険性が残る。
【０００９】
そこで本発明は，比較的簡易な構成により高い秘匿性を有するパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
さらに，Ｙ−００を採用した通信システムは，錯乱信号（デコイ信号）を含ませるために，受信者側で誤り訂正を行う必要がある。このため，Ｙ−００を採用した通信システムでは，容易にデコイ信号を含ませることができない。
【００１１】
そこで本発明は，デコイパルスを送信パルスに含めることができ，これにより秘匿性を高めることができるパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は，基本的には，パルス位置変調を効果的に用いることができるように人為的に雑音を加え，共通鍵量子暗号システムをカスタマイズすることで，秘匿性の高いパルス位置変調を達成できるという知見に基づくものである。さらに，本発明は，パルス位置変調方式に基づく共通鍵量子暗号技術であれば，デコイパルスを効果的に含めることができるため，より秘匿性の高い通信システムを提供できるという知見に基づくものである。
【００１３】
本発明のパルスポジション変調装置１は，情報が入力される入力部２と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器３と，ランダム符号化信号取得部４と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部５と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部６と，パルス位置変調器７とを有する。そして，ランダム符号化信号取得部４は，ランダム符号Ｅを用いて，入力部２から入力された情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得する。また，多値信号取得部６は，多値ランニング鍵取得部５により得られた多値ランニング鍵Ｒとランダム符号化信号を用いて，多値信号Ｓを得る。パルス位置変調器７は，多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調信号を得る。本発明は，このようにランダム符号発生器３により発声したランダム符合Ｅを人為的雑音として付加することで，パルス位置変調方式に基づく共通鍵量子暗号技術を達成できる。
【００１４】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器が発生するパルスが，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いものである。このように，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いため，盗聴者が信号を受信した場合に，パルスの位置を把握しにくくすることができる。
【００１５】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器が発生するパルスが，測定誤り率が５０％以上となるように，隣接するパルスとオーバーラップするものである。このように，隣接するパルスが重なり合うため，盗聴者が信号を受信した場合に，パルスの位置を把握しにくくすることができる。
【００１６】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器の出力強度が，１フォトン以上数フォトン以下である。この場合，たとえば，非直交な偏光変調を施すことで，ＢＢ８４などで確立された方法と同様にして，盗聴者の有無を確認することができる。
【００１７】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，デコイ信号を生成するデコイ信号生成部８をさらに有するものである。そして，デコイ信号生成部８が生成したデコイ信号に基づくデコイパルスは，パルス位置変調信号に重畳されるものである。信号ペアに干渉しない位置にデコイパルスが重畳されるため，正規受信者はデコイパルスを無視できる。一方，盗聴者は，デコイパルスにより信号の判別がより困難となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のパルスポジション変調装置１による変調信号は，量子雑音ではなく，人為的な雑音により秘匿性を高める。このため，受信機における復号器は，量子雑音レベルの制御能力を有する必要がない。よって，本発明のパルスポジション変調装置１を用いれば，比較的簡易な構成により高い秘匿性を有するパルスポジション変調装置，及びそれを用いた通信システムを提供できる。
【００１９】
本発明のパルスポジション変調装置１によれば，信号ペアに干渉しない位置にデコイパルスが重畳されるため，正規受信者はデコイパルスを無視できる。このため，デコイパルスを重畳した信号を送信しても，受信機側に特別な構成を必要としない。よって，本発明によれば，デコイパルスを送信パルスに含めることができ，これにより秘匿性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は，本発明のパルスポジション変調装置の例を示すブロック図である。
【図２】図２は，本発明の通信システムの例を示すブロック図である。
【図３】図３は，パルス位置変調の概念を説明するための図である。
【図４】図４は，本発明によるパルスポジション変調信号の例を示す図である。図４（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図４（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。
【図５】図５は，デコイパルスを含む変調信号の例を示す図である。図５（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図５（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下，図面を参照しつつ，本発明を実施するための形態について説明する。図１に示されるように，本発明のパルスポジション変調装置１は，情報が入力される入力部２と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器３と，ランダム符号化信号取得部４と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部５と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部６と，パルス位置変調器７と，デコイパルス生成部８とを有する。
【００２２】
パルスポジション変調装置１は，周期的パルス信号の位置をビット情報に対応して時間的にシフトさせることで情報を変調して送信するための装置である。パルスポジション変調装置は，たとえば，特開２００８−１９３８０１号公報，特開平１０−８４３３８号工法既に知られている。本発明においては，既に知られているパルスポジション変調装置の構成を適宜採用することができる。本発明のパルスポジション変調装置１は，共通鍵量子暗号技術やデコイ信号を用いて通信の秘匿性を高めたものである。また，本発明のパルスポジション変調装置１は，特開２００９−７５２９９号公報及び特開２００８−２４５０５３号公報に開示された光通信量子暗号通信装置における構成を適宜採用することができる。
【００２３】
ランダム符号発生器３は，ランダム符号Ｅを発生するための装置である。ランダム符号発生器は，共通鍵量子暗号技術を用いた通信システムにおいて採用されているものを適宜採用できる。具体的なランダム符号発生器は，パルスポジション変調装置１内のクロック発生器により発生されるクロックと同期してランダム符号Ｅを生成するものである。このランダム符号が暗号鍵又は鍵データとして機能する。
【００２４】
ランダム符号化信号取得部４は，ランダム符号Ｅを用いて入力情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得するための装置である。具体的には，ランダム符号化信号取得部４は，入力情報である２値（０，１信号）にランダム符号Ｅをかける処理を行う。ランダム符号Ｅを用いた情報の符号化は，公知のものを適宜採用すればよい。このように，このようにランダム符号化信号取得部を有する場合，本発明の通信システムはランダム符号Ｅにより人為的な雑音を付加することができる。従来の共通鍵量子暗号システムでは，量子雑音により盗聴者の解読を困難にしていた。このため，受信機側の検出系も量子雑音に対応したものとする必要があった。本発明のこの通信システムは，ランダム符号Ｅにより人為的な雑音を付加するため，受信機側の検出系への要求レベルを引き下げることができる。なお，ランダム符号Ｅを用いない場合であっても秘匿性がある程度確保された通信を行うことが一応できる。この場合，ランダム符号Ｅを用いず多値ランニング鍵を用いて光量子符号化した信号を送受信すればよい。
【００２５】
多値ランニング鍵取得部５は，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための装置である。鍵情報Ｋｉは，初期ランニング鍵や初期暗号ともよばれ，多値ランニング鍵を得るために用いられる値である。多値ランニング鍵は，Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵ともよばれ，送信データを多値変調するために用いられる値である。鍵情報Ｋｉ及び多値ランニング鍵Ｒについては，たとえば，特開２００８−２４５０５３号公報に開示されたものを適宜用いることができる。多値ランニング鍵取得部５の例は，Ｍ個のアレイ型ランニング鍵発生器である。
【００２６】
多値信号取得部６は，多値信号Ｓを得るための装置である。多値信号取得部６は，多値ランニング鍵Ｒと入力信号（ランダム符号化信号）を用いて多値信号Ｓを得る。たとえば，多値信号取得部６は，多値ランニング鍵Ｒと入力信号（ランダム符号化信号）を足し合わせて多値信号Ｓを得ればよい。多値ランニング鍵Ｒを用いて多値信号Ｓを得る方法は，たとえば，特開２００８−２４５０５３号公報に開示されたものを適宜用いることができる。
【００２７】
パルス位置変調器７は，周期的パルス信号の位置をビット情報に対応して時間的にシフトさせることで情報を変調して送信するための装置である。パルス位置変調器（ＰＰＭ）は，既に知られている。本発明のパルス位置変調器７として公知のものを適宜用いることができる。
【００２８】
デコイ信号生成部８は，デコイ信号を生成するための装置である。デコイ信号は，デコイパルスを生成するために用いられる。デコイパルスは，錯乱信号（デコイ信号）として機能するパルスである。つまり，デコイパルスは，本来のパルス位置変調信号の信号パルスペアの間に付加されるダミーパルスである。デコイパルスが，パルス位置変調信号に重畳されるため，盗聴者は，いずれのパルスが信号であるかますます判別できないこととなる。デコイパルスは，本来のパルス位置変調信号の信号パルスペアに干渉しない位置に設けられるため，デコイ信号生成部８は本来のパルスペアの時間位置を把握し，その間にデコイパルスを設けることができるようにデコイ信号を発生する。
【００２９】
本発明では，上記の多値信号Ｓが，デコイ信号を反映したものであることが好ましい。このデコイ信号を反映した多値信号Ｓを用いてパルス位置変調を行うと，通常のパルス位置変調の場合に比べ，本来の信号パルス間にデコイパルスが発生することとなる。また，デコイ信号生成部８は，多値信号Ｓを用いて得られたパルス位置変調信号にデコイパルスを付加するものであってもよい。この場合，デコイ信号生成部８にパルス位置変調信号が入力され，本来の信号パルス間にデコイパルスを付加する。
【００３０】
本発明では，上記の多値信号Ｓの値に従って，パルス位置変調器７で多値光信号に変調する。そして，変調された光信号は，通信路へと送出される。通信路の例は，光ファイバ又は空間である。
【００３１】
図２は，本発明の通信システムの例を示すブロック図である。図２に示されるように，本発明の通信システム１１は，送信機１２と受信機１３とを含む。本発明の通信システムは，ＰＰＭ通信方式を採用する。ＰＰＭ通信方式は，光空間通信による長距離伝達に優れる。本発明の通信システムは，このＰＰＭ通信にさらに秘匿性を付加できる。よって，本発明の通信システムの例は，衛星通信である。
【００３２】
送信機１２の例は，先に説明したパルスポジション変調装置１である。受信機１３は，基本的には，送信機１２と対照的な構成を有するものである。もっとも，本発明の通信システムでは，デコイパルスを取り除くことなく受信信号を復号化できる。このため，本発明の受信機１３は，デコイ信号生成部８により発生したデコイ信号を取り除くための構成は不要である。
【００３３】
図２に示されるように，受信機１３は，光検出器２１，第２の多値信号取得部２２，第２の多値ランニング鍵取得部２３，復号器２４，及び出力部２５を有する。
【００３４】
次に，本発明の本発明のパルスポジション変調原理について説明する。図３は，パルス位置変調の概念を説明するための図である。図３に示されるように，パルス位置変調では，０又は１を示す信号が所定の時間あけた位置に出力され，これにより情報が０又は１に変調される。図３中符号３１は，０を示すパルスであり，符号３２は１を示すパルスである。また，０を示すパルスの下に存在する矢印は，パルスのジッタ（パルスタイミングジッター）を示す。また，２つのパルス３１，３２の下部に存在する矢印は，２つのパルスがペア信号であることを示す。受信機側は，このペア信号の間隔を把握できるので，０を示すパルス３１又は１を示すパルス３２の存在する領域のみを検出するだけで，０又は１に関する情報を測定できる。
【００３５】
図４は，本発明によるパルスポジション変調信号の例を示す図である。図４（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図４（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。図４中，符号４１はスタートパルスを示す。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように，本発明の変調信号は，スタートパルス４１と，０又は１を示すパルス３１，３２を含む。図４（ａ）では，ａ１とｂ１のパルスペア，及びａ２とｂ２のパルスペアのみが示されている。しかし，パルスペアはより多く存在する。なお，パルスペアの時間間隔は，変更でき，さらにランダム化することもできる。パルスペアの時間間隔に関する情報を，送信機から受信機へ伝える。すると，正規の受信機は，この情報を用いて，パルスペアの時間間隔を把握でき，これにより送信機から送信された情報を復号化できる。このパルスペアの時間間隔に関する情報は，たとえば多値ランニング鍵Ｒを用いて解読できるようにされていることが好ましい。
【００３７】
図４（ａ）に示す例では，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いものである。換言すると，この例では，パルスポジションをパルスタイミングジッターより蜜に配置し，測定誤り率が５０％以上（６０％以上，又は６５％以上でもよい）となるように隣接するパルスがオーバーラップするようにしている。このように，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短いため，盗聴者が信号を受信した場合に，パルスの位置を把握しにくくすることができる。なお，タイミングジッターは，公知の測定装置を用いて測定することができる。また，タイミングジッターを測定する技術として，特許第３８４３３１６号に開示された技術があげられる。パルス間の距離を制御するためには，パルス列の時間間隔を調整すればよい。本発明では，タイミングジッターを意図的に発生させるため，好ましくはランダム符号発生器３により乱数を発生させる。
【００３８】
送信機と正規の受信機は，パルスペアの出力順序情報をあらかじめ共有している。たとえば，送信機がａ１とｂ１のパルスペアを用いて変調信号を作成する場合を考える。この場合，受信機はａ１とｂ１のパルスペアが存在する時間領域のみ測定すればよい。このため，図４（ｂ）に示されるように，隣接するパルスがオーバーラップし，通常であれば測定誤り率が高くなる状況であっても，正規の受信機は，変調信号を容易に復号化できる。
【００３９】
一方，盗聴者は，図４（ａ）に示される変調信号を受け取り，これを解読しようとする。しかし，盗聴者は，パルスペアの時間間隔やどのパルスペアが選ばれたかなどといった情報を知らない。このため，盗聴者は変調信号を容易には解読できない。
【００４０】
図５は，デコイパルスを含む変調信号の例を示す図である。図５（ａ）は，送信機から送信される変調信号を示す。図５（ｂ）は正規の受信機が変調信号を検出する様子を示す。図５（ａ）に示されるように，デコイパルス５１，５２，５３が変調信号に重畳的に含まれている。
【００４１】
送信機と正規の受信機は，パルスペアの出力順序情報をあらかじめ共有している。たとえば，送信機がａ１とｂ１のパルスペアを用いて変調信号を作成する場合を考える。この場合，受信機はａ１とｂ１のパルスペアが存在する時間領域のみ測定すればよい。このため，図５（ｂ）に示されるように，隣接するパルスがオーバーラップし，さらに，デコイパルスが変調信号に重畳されている場合であっても，正規の受信機は変調信号を容易に復号化できる。つまり，デコイパルス５１，５２，５３は，ペアパルス（この例ではａ１とｂ１）と干渉しない位置に設けられる。このため，正規の受信機は，デコイパルスを含まない領域を分析する。換言すると，あらかじめ送信機と共有していたペアパルスの存在するタイミングのみ検出器をアクティブにすればよい。よって，正規の受信者は，デコイパルスの存在を無視することができる。
【００４２】
一方，盗聴者は，デコイパルス５１，５２，５３が存在するため，パルスの解読が困難になる。また，図４（ａ）の場合と同様，ペアパルスの位置を把握できたとしても，隣接するパルスがそのパルスにオーバーラップされているので，０又は１を判別することが困難である。図４に示される変調信号では，ある程度信号の位置に規則性がある。このため，盗聴者にパルスの時間間隔を分析される恐れがある。一方，図５（ａ）に示されるように，デコイパルス５１，５２，５３を含む場合，パルスの周期が乱れる。よって，この通信システムは，盗聴者が変調信号を解読する事態を効果的に防止できることとなる。デコイパルスの強度は，変調信号の平均強度と同じでもよいし，異なってもよい。また，あえてパルスペアの強度を他の変調信号と変化させてもよい。そのようにすることで，盗聴者は，変調情報を有するパルスを，デコイパルスであると勘違いする可能性がある。
【００４３】
なお，図５（ａ）では，デコイパルスがペアパルス（この例ではａ１とｂ１）の間に飲み存在している。しかし，デコイパルスはペアパルスと干渉しない位置に設けられればよいため，スタートパルス４１とペアパルスの一方の領域や，ペアパルスの間以外の時間領域にデコイパルスが設けられてもよい。
【００４４】
本発明のパルスポジション変調装置１の好ましいものは，パルス位置変調器の出力強度は，１フォトン以上数フォトン以下である。この場合，たとえば，非直交な偏光変調を施すことで，ＢＢ８４などで確立された方法と同様にして，盗聴者の有無を確認することができる。そして，基底照合及び誤り率測定を行うことで，盗聴者の有無を確認できる。この態様のパルスポジション変調装置は，たとえば，特開２００９−６５２９９号に開示された構成を適宜採用することで実現できる。また，このパルスポジション変調装置は，ＱＫＤ技術に応用できる。ＱＫＤステーションを用いた量子暗号通信は，たとえば特表２００６−５１３６７８号公報に開示されている。よって，本発明のパルスポジション変調装置１をＱＫＤ技術へ応用する際には，既に知られた構成を適宜採用すればよい。
【００４５】
次に，本発明の通信システムを用いた通信方法の例を説明する。入力部２に受信機へ向けて送信したい情報Ｐが入力される。すると，本発明では，この情報を符号化し，光信号として受信機へ向けて送信する。
【００４６】
ランダム符号発生器３は，ランダム符号Ｅを発生する。このランダム符号Ｅは，別途受信機１３に送信される。ランダム符号化信号取得部４が，ランダム符号Ｅを用いて，入力された情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得する。具体的には，ランダム符号化信号取得部４が，ランダム符号Ｅを入力された情報（１，０）にかける。このように入力信号に対し擬似乱数を用いて雑音を印加することで，パルスタイミングジッターを制御でき，パルスポジション間隔をパルス到達時間の揺らぎ（パルスタイミングジッター）よりも蜜に制御できる。パルスタイミングジッターの例は，５０ｐ秒である。パルスタイミングジッターの範囲は，たとえば，１ｐ秒以上１００ｐ秒以下である。
【００４７】
多値ランニング鍵取得部５が鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得る。この鍵情報Ｋｉは，あらかじめ送信機に記憶されている。そして，送信機は，鍵情報Ｋｉを読み出して，多値ランニング鍵Ｒを得る。一方，受信機は，あらかじめこの鍵情報Ｋｉを記憶している。
【００４８】
多値信号取得部６は，多値ランニング鍵Ｒとランダム符号化信号を用いて，多値信号Ｓを得る。多値信号取得部６は，たとえば，多値ランニング鍵Ｒとランダム符号化信号を加算して，多値信号Ｓを得る。
【００４９】
一方，デコイ信号生成部８は，パルス位置変調器７において発生するパルス位置変調信号における信号の位置を把握する。そして，デコイ信号生成部８は，ペア信号に干渉しない位置にデコイパルスが形成されるように，デコイ信号を生成する。このデコイ信号は，多値信号Ｓと合わさり，新たな多値信号Ｓとされる。
【００５０】
次に，パルス位置変調器７は，多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調を行い，パルス位置変調信号を得る。得られたパルス位置変調信号は，受信機１３へ向けて送信される。換言すると，多値信号Ｓは時間間隔ａ１，ｂ１〜ａｎ，ｂｎで構成されるパルスポジション（図４を参照）にマッピングされ，光通信路より伝送される。
【００５１】
受信機１３の光検出器２１は，送信機１２から送信されたパルス位置変調信号を受信し，電気信号に変換する。第２の多値信号取得部２２は，電気信号に変換されたパルス位置変調信号を解析し，多値信号を取得する。一方，第２の多値ランニング鍵取得部２３は，あらかじめ受信機１３に記憶された鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを生成する。又は，受信機１３は，多値ランニング鍵Ｒをあらかじめ記憶しておいてもよい。
【００５２】
復号器２４は，パルス位置変調信号を復号できる復号器である。このため，復号器２４は，多値ランニング鍵Ｒより適切な閾値を選択して多値信号Ｓを識別する。そして，出力部２５では，ランダム符号Ｅを用いて，送信対象であった情報Ｐを復元する。
【００５３】
一方，図３に示す様に，盗聴者は鍵情報Ｋｉまたは多値ランニング鍵Ｒを共有していない。このため盗聴者は，Ｒを基にした時間窓を区切った識別をおこなうことができず，パルス到達時間を正確に計測する必要がある。さらに，本発明では，パルス間隔を光パルス発生器もしくは受光素子が有するタイミングジッターレベルに接近させるか，パルスタイミングにランダムな揺らぎを印加し，識別誤り確率を５０％付近になるまでパルス間距離を密にしている。本発明では，更に閾値判定に関係のない時間にデコイパルスを含ませる。これにより盗聴者の取得する暗号文に含まれる誤り率を高くし解読を困難とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば，光空間通信で長距離伝送に適しているＰＰＭ通信技術に高秘匿性を付加できる。このため，本発明の通信システムは，高い安全性を保証できる。具体的には，本発明の通信システムは，例えば銀行間でのデータ通信，映画のネットを利用した配信を含む高秘匿が必要な通信に効果的に利用されうる。また本発明の光通信ユニットを衛星に搭載した場合，高秘匿を保障できる衛星通信技術として利用されうる。
【符号の説明】
【００５５】
１ パルスポジション変調装置
２ 入力部
３ ランダム符号発生器
４ ランダム符号化信号取得部
５ 多値ランニング鍵取得部
６ 多値信号取得部
７ パルス位置変調器
８ デコイ信号生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報が入力される入力部（２）と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器（３）と，ランダム符号化信号取得部（４）と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部（５）と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部（６）と，パルス位置変調器（７）とを有する，パルスポジション変調装置（１）であって，
前記ランダム符号化信号取得部（４）は，
前記ランダム符号発生器（３）により発生された前記ランダム符号Ｅを用いて，前記入力部（２）から入力された情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得するためのものであり，
前記多値信号取得部（６）は，
前記多値ランニング鍵取得部（５）により得られた多値ランニング鍵Ｒと前記ランダム符号化信号を用いて，多値信号Ｓを得るためのものであり，
前記パルス位置変調器（７）は，
前記多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調信号を得るためのものである，
パルスポジション変調装置。
【請求項２】
前記パルス位置変調器が発生するパルスは，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短い，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項３】
前記パルス位置変調器が発生するパルスは，測定誤り率が５０％以上となるように隣接するパルスとオーバーラップする，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項４】
前記パルス位置変調器の出力強度は，１フォトン以上数フォトン以下である，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項５】
デコイ信号を生成するデコイ信号生成部（８）をさらに有し，
前記デコイ信号生成部（８）が生成したデコイ信号に基づくデコイパルスは，前記パルス位置変調信号に重畳される，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項６】
情報が入力される入力部（２）と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部（５）と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部（６）と，パルス位置変調器（７）とを有する，パルスポジション変調装置（１）であって，
前記多値信号取得部（６）は，
前記多値ランニング鍵取得部（５）により得られた多値ランニング鍵Ｒと前記入力部（２）に入力された情報を用いて，多値信号Ｓを得るためのものであり，
前記パルス位置変調器（７）は，
前記多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調信号を得るためのものである，
パルスポジション変調装置。
【請求項１】
情報が入力される入力部（２）と，ランダム符号Ｅを発生するためのランダム符号発生器（３）と，ランダム符号化信号取得部（４）と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部（５）と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部（６）と，パルス位置変調器（７）とを有する，パルスポジション変調装置（１）であって，
前記ランダム符号化信号取得部（４）は，
前記ランダム符号発生器（３）により発生された前記ランダム符号Ｅを用いて，前記入力部（２）から入力された情報を符号化し，ランダム符号化信号を取得するためのものであり，
前記多値信号取得部（６）は，
前記多値ランニング鍵取得部（５）により得られた多値ランニング鍵Ｒと前記ランダム符号化信号を用いて，多値信号Ｓを得るためのものであり，
前記パルス位置変調器（７）は，
前記多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調信号を得るためのものである，
パルスポジション変調装置。
【請求項２】
前記パルス位置変調器が発生するパルスは，隣接するパルス間の距離が受信機のジッタ時間よりも短い，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項３】
前記パルス位置変調器が発生するパルスは，測定誤り率が５０％以上となるように隣接するパルスとオーバーラップする，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項４】
前記パルス位置変調器の出力強度は，１フォトン以上数フォトン以下である，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項５】
デコイ信号を生成するデコイ信号生成部（８）をさらに有し，
前記デコイ信号生成部（８）が生成したデコイ信号に基づくデコイパルスは，前記パルス位置変調信号に重畳される，
請求項１に記載のパルスポジション変調装置。
【請求項６】
情報が入力される入力部（２）と，鍵情報Ｋｉを用いて多値ランニング鍵Ｒを得るための多値ランニング鍵取得部（５）と，多値信号Ｓを得るための多値信号取得部（６）と，パルス位置変調器（７）とを有する，パルスポジション変調装置（１）であって，
前記多値信号取得部（６）は，
前記多値ランニング鍵取得部（５）により得られた多値ランニング鍵Ｒと前記入力部（２）に入力された情報を用いて，多値信号Ｓを得るためのものであり，
前記パルス位置変調器（７）は，
前記多値信号Ｓに基づいてパルス位置変調信号を得るためのものである，
パルスポジション変調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−６１２９２（Ｐ２０１１−６１２９２Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５８５７（Ｐ２００９−２０５８５７）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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