説明

暗号光送信装置及び受信装置、暗号光送信方法及び受信方法、並びに暗号通信システム

【課題】暗号文単独攻撃に対する無条件安全性を確保し、正規通信者が長距離通信可能な光信号の構成法、暗号装置及び暗号システムを提供する。
【解決手段】本発明の光強度信号の配置方法は、擬似乱数列にしたがって選択された基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成し、該光強度は最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、中間点の上にある信号群及び中間点の下にある信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定される。配置された光強度を受信し、光送信装置の初期鍵を用いて発生した擬似乱数列にしたがって選択される基底を用いて信号判定することにより、受信データが得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、暗号光送信装置及び受信装置、暗号光送信方法及び受信方法、並びに暗号通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、悪意ある第三者による通信文の盗聴を防ぐために、伝送する情報を数学的方法で攪乱する暗号化の手法が多用されている。一方、通信手段における信号系の物理現象を利用し、より高度な安全性を実現しようとする物理暗号が知られている。
【0003】
物理暗号の中でも、光信号を受信した際に不可避に発生する量子ショット雑音によって暗号としての高度な安全性を実現する暗号は、Yuen−2000プロトコル(Y−00と呼称)に基づくYuen暗号と呼ばれている。この暗号においては、情報ビットを伝送するための2つの信号のセットを基底と呼び、基底を多数(M個)用意し、初期鍵を擬似乱数生成器によって伸長した擬似乱数列を用いて、不規則にその基底を選び、選ばれた基底に対応する光信号によって情報ビットを送信する。受信者は送信側と同期された送信者と同じ秘密鍵と擬似乱数生成器を用いて、2値の信号を識別する。
【0004】
Yuen暗号においては、鍵を知らない盗聴者はどの基底が用いられているか解らないので、2M個の信号を識別する必要がある。このとき、正規受信者の2値の識別の誤り特性はほぼゼロとなり、盗聴者の2M個の識別の誤り特性が極めて劣化するように信号と雑音効果を設計すると、盗聴者に対して高度な秘匿効果が得られる。このようにして秘匿効果を得ることは、Yuen暗号における安全性利得の生成原理と呼ばれる。
【0005】
Yuen暗号を実装する通信方式には、非特許文献1に開示されている光位相変調方式と、非特許文献2に開示されている光強度変調方式とが知られている。これらの方式では、基底に対応する光信号は1つの関係式にしたがって配置される。光位相変調方式では位相平面上で振幅Aによる円周を信号数2Mで等間隔に分割した位置に配置される。光強度変調方式では、最大強度と最小強度との中間点を基準として信号数に合わせて等分あるいは最大から最小にかけて線形に間隔を小さくするなどの配置が用いられる。
【0006】
前述の信号配置は、量子ショット雑音の効果が均等に出現するようにするための工夫である。安全性(Q)は次式によって簡易的に評価される(非特許文献2)。
【数1】

式中、Γは量子ショット雑音に隠れる信号の数、Kは秘密鍵長、Mは基底数である。
【0007】
図1は、非特許文献2に記載の、従来技術に係る光強度変調を用いたYuen暗号の構成を表す図である。以下、図1を用いて、光強度変調方式によるYuen暗号装置の基本原理を説明する。
【0008】
図1において、従来の暗号通信装置は、光送信装置10と光受信装置20とが、光ファイバ等の光通信路30で接続された構成である。光送信装置10は、搬送波発生部11と、M−ary強度変調部12と、擬似乱数発生部13と、基底選択制御部14と、送信データ発生部15とを備える。光受信装置20はフォトダイオード21と、しきい値制御部22と、擬似乱数発生部23と、基底選択制御部24とを備える。光送信装置10の擬似乱数発生部13と光受信装置20の擬似乱数発生部23とは、構成及び機能が実質的に同一である。また、光送信装置10の基底選択制御部14と光受信装置20の基底選択制御部24とは、構成・機能が実質的に同一である。
【0009】
搬送波発生部11は、例えばレーザ・ダイオードからなり、所定の光搬送波を出力する。送信データ発生部15は、情報「1」及び「0」で構成される送信データを発生する。擬似乱数発生部13は、入力する初期鍵Kに基づいて2進数擬似乱数列、すなわち2進数Running鍵列を生成する。基底選択制御部14は、この2進数Running鍵列を、logMビット毎にブロック分割し、その各ブロックに応じた10進数Running鍵に変換する。そして、基底選択制御部14は、Running鍵に従って基底群から1つの基底を選択し、基底情報としてM−ary強度変調部12に指示する。M−ary強度変調部12は、送信データで光搬送波を強度変調すると共に、基底情報で指示されている基底に対応する光強度を用いて情報「1」又は「0」を、光通信路30を介して光受信装置20へ出力する。
【0010】
フォトダイオード21は、光通信路30を介して光送信装置10から出力される強度変調光信号を受信する。擬似乱数発生部23は、入力する初期鍵Kに基づいて2進数Running鍵列を生成する。基底選択制御部24は、この2進数Running鍵列を、logMビット毎にブロック分割し、その各ブロックに応じた10進数Running鍵に変換する。そして、基底選択制御部24は、Running鍵に従って基底群から1つの基底を選択肢、基底情報としてしきい値制御部22に指示する。しきい値制御部22は、基底選択制御部24によって指示される基底情報に基づいて、受信信号をどのしきい値で判定するかを制御して、信号に含まれている情報「1」及び「0」を抽出し受信データとして出力する。
【0011】
上述の従来のYuen暗号通信装置において、基底選択制御部14及び24で用いられる基底群、すなわち各基底に対応する光信号の配置は、暗号の強さを決定する重要な要素である。
【0012】
図2は、従来技術に係る光強度変調を用いたYuen暗号の光強度信号の配置図である。以下、図2を用いて、従来の光信号配置方法を説明する。まず、強度変調のダイナミックレンジを、最大強度Smax〜最小強度Sminとして設定する。この最大強度Smaxと最小強度Sminとの中心強度を、[(Smax+Smin)/2]とする。各基底に対応する光信号は、高強度と低強度とで構成され、高強度は中心強度よりも高く、低強度は中心強度よりも低くなる規則で配置される。また、基底数Mは基底に対応する光信号群の中で、隣接する信号間(例えば、強度Sと強度Si+1との間)の距離(強度差)が、量子ショット雑音に埋没するに十分な数として決められる。例えば、図2で示すように、各信号強度を最大強度Smaxから最小強度Sminまで順番にS,S,・・・・,SM−1,S,SM+1,・・・・,S2Mとして、基底に対応する光信号のセットは{S,SM+1},{S,SM+2},・・・・のように規定する。なお、隣り合う基底間では、送信データの情報「1」を伝送する強度信号と、情報「0」を伝送する強度信号とが、反転するように配置設計されている。
【0013】
上述した従来のYuen暗号通信装置においては、正規受信者は、信号間距離が大きい2値の信号識別を行うことになるので誤りがほとんど無い。しかし、初期鍵Kを知らない盗聴者は、信号間距離の小さい2M値の信号識別のための受信方法に制限されるため、その受信データには量子ショット雑音により誤りが発生する。よって、盗聴者は、暗号文自体の情報を得ることができない。
【0014】
このような仕組みはランダム・ストリーム暗号の一種であるが、量子ショット雑音によってランダム化されるため、そのランダム性を計算によって確定値に戻すことは不可能である。従って、これらの理由から、Yuen暗号は、従来の数学的な暗号システムに比べて高い安全性を持つ暗号を実現できると言える。
【0015】
このように、Yuen暗号は、通信システム自体が量子性の弱い従来の光通信で構成される。鍵を知らない盗聴者に対しては、量子ショット雑音によって情報が得られない工夫がなされていることに基づく極めて高い安全性を提供する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0016】
【非特許文献1】E.Corndorf, C.Liang, G.S.Kanter, P.Kumar, H.P.Yuen, “Quantum noise randomized data encryption for wavelength division multiplexed fiber optic”, Physical Review A, vol−71, 062326, (2005年)
【非特許文献2】O.Hirota, M.Sohma, M.Fuse, K.Kato, “Quantum stream cipher by Yuen−2000 protocol:design and experiment by intensity modulation scheme”, Physical Review A, vol−72, 022335, (2005年)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
上記Yuen暗号を用いる暗号通信装置においては、盗聴者に対する安全性と正規通信者に対する通信距離や信頼性とが同時に高性能である必要がある。暗号文単独攻撃に対する無条件安全性を達成するためには、ΓがM、すなわち中間にある信号レベルの上半分、あるいは下半分が量子ショット雑音に隠れることが必要となる。このとき、従来のYuen暗号では、同時に既知平文攻撃に対する情報理論的安全性も従来暗号に比べて大幅な改善が実現される。
【0018】
しかしながら、強度変調方式によるYuen暗号では、安全性のパラメータであるΓを大きくするためには最大強度と最小強度の差を小さくしなければならず、その際、正規の通信の信頼性が劣化し、通信可能距離が大幅に短くなる。それは最大強度と最小強度の差を小さくするとき、隣接する信号の信号間距離が小さくなり、正規受信者の信号間距離も小さくなるからである。現状技術では、基底数M=4000を用いても、Γは10から20程度と推定され、それをさらに大きくしようとすれば、中継増幅を用いない評価で通信可能距離は10km程度に制約されるという問題があった。
【0019】
本発明の目的は、安全性特性の劣化を抑制して暗号文単独攻撃に対する無条件安全性を確保し、正規通信者の通信可能距離をより長距離とすることが可能な、通信能力を高めた光信号の構成法と、その受信法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明は、Yuen暗号において、初期鍵を持つ擬似乱数発生部からの出力系列によってランダムに選択される基底を用いて2値の情報ビットを伝送する際の、基底に対応する光信号の配置に関する。
【0021】
本発明に係るYuen暗号光送信装置は、擬似乱数発生部と、その出力系列を多数の基底に対応させる基底選択制御部と、選択された一つの基底と情報ビットに基づいた光強度信号を送信する強度光変調部とを備える。
【0022】
すなわち、本発明に係るYuen暗号光送信装置は、光強度変調方式によるY−00プロトコルを実装するYuen暗号光送信装置であって、初期鍵から擬似乱数列を発生する擬似乱数生成部と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御部と、選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調部とを備え、基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、中間点の上にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、中間点の下にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、中間点の上にある信号群及び中間点の下にある信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定されることを特徴とする。
【0023】
また、本発明に係る光送信装置から出力される光信号を受信する光受信装置は、受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定部と、判定値に対して、光送信装置の初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する擬似乱数発生部と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御部と、基底選択制御部により選択された基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定部と、を備えることを特徴とする。
【0024】
本発明に係るYuen暗号光送信方法においては、基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する二つの光信号は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持つ。さらに中間点の上にある信号群は中間点より、十分離れた最大光強度周辺に集中的に配置され、また中間点の下にある信号群は中間点より十分離れた最小光強度付近に集中的に配置される。その集中の領域はその付近のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定する。
【0025】
すなわち、本発明は、光強度変調方式によるY−00プロトコルを用いるYuen暗号光送信方法であって、初期鍵から擬似乱数列を発生する擬似乱数生成処理と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御処理と、選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調処理とを含み、基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、中間点の上にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、中間点の下にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、中間点の上にある信号群及び中間点の下にある信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定されることを特徴とする。
【0026】
また、本発明は、Yuen暗号光送信方法を用いて送信された光信号を受信するYuen暗号光受信方法であって、受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定処理と、判定値に対して、光送信装置の初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する擬似乱数発生処理と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御処理と、基底選択制御部により選択された基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定処理と、を含む。
【0027】
本発明に係るYuen暗号通信システムは、上記光送信装置と、2値光強度信号の識別しきい値が最大受信強度と最小受信強度の中間点をしきい値とした強度判定部と、その判定値に対して、送信装置と同じ初期鍵を持つ擬似乱数発生部からの出力系列の値によって情報ビットの0と1を出力する信号判定部を有する光受信装置と、光送信装置と光受信装置を接続する光通信路とによって、構成される。
【0028】
すなわち、本発明に係るYuen暗号通信システムは、光強度変調方式によるY−00プロトコルを実装するYuen暗号通信システムであって、Yuen暗号通信システムは、Yuen暗号光送信装置と、Yuen暗号光受信装置とを有し、Yuen暗号光送信装置は、初期鍵から擬似乱数列を発生する送信機擬似乱数生成部と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する送信機基底選択制御部と、選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調部とを備え、基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、中間点の上にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、中間点の下にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、中間点の上にある信号群及び中間点の下にある信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定され、Yuen暗号光受信装置は、受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定部と、判定値に対して、光送信装置の初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する受信機擬似乱数発生部と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する受信機基底選択制御部と、受信機基底選択制御部により選択された基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定部と、を備える。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、既知平文攻撃に対する情報理論的安全な暗号文の長さが短くなるが、数学的な暗号では達成できない既知平文攻撃に対する情報理論的安全な暗号文長を有し、かつ暗号文単独攻撃に対する無条件安全性を損なうことがなく、暗号ではない通常の光通信の通信距離と同じ長距離通信が実現できる。また従来のYuen暗号では受信装置のしきい値は信号スロット毎に、擬似乱数発生部の出力系列にしたがって変化させる必要があるが、本発明の場合には受信装置のしきい値は固定できるので、低コストで安定なYuen暗号通信システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】従来技術に係る光強度変調を用いたYuen暗号の構成を表す図である。
【図2】従来技術に係る光強度変調を用いたYuen暗号の光強度信号の配置図である。
【図3】本発明の実施形態に係る光強度信号の配置法を説明する図である。
【図4】本発明の実施形態に係る光強度信号の配置法を用いたYuen暗号の光受信装置40の構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。
【0032】
本発明のYuen暗号光送信装置は、基本的に図1に示した光送信装置10と同様に構成できる。すなわち、本発明に係るYuen暗号の光送信装置10は、搬送波発生部11と、強度光変調部としてのM−ary強度変調部12と、擬似乱数発生部13と、基底選択制御部14と、送信データ発生部15とを備える。また、本発明に係る光送信装置10は、光ファイバ等の光通信路30を介し、本発明に係る光受信装置40(図4)と接続される。
【0033】
本発明は、光送信装置10の基底選択制御部14によって指定される基底に対応する光強度信号の独自の配置を用いることに特徴があり、その信号配置によって、光受信装置20のしきい値制御部22におけるしきい値制御を廃止することが可能となる特徴を有している。以下に、本発明の特徴的な光信号の配置について図面を参照しながら説明する。
【0034】
(光強度信号の配置)
図3は、本発明の実施形態に係る光強度信号の配置法を説明する図である。本発明の実施形態では以下のように光強度信号を配置する。
【0035】
強度信号の最大強度Smax、最小強度Sminを設定し、(Smax+Smin)/2を中間点とする。最大強度と最小強度による量子ショット雑音の雑音領域はそれぞれ√Smaxと√Sminとなるので、各基底に対応する強度信号群で、中間点より上に来る信号は最大強度による量子ショット雑音領域(図3の円部分)に入る位置に、中間点より下に来る信号は最小強度による上記の量子ショット雑音領域(図3の円部分)に入るように配置する。例えば、前述の図2に示した信号強度の基底は、本実施形態においては、図3に示すように配置することができる。すなわち、最大強度SmaxにはSが、最小強度SminにはS2Mが、それぞれ対応する。このような配置によって、初期鍵を知らない盗聴者が全信号を識別しようとしても中間点より上の信号M個と下の信号M個は量子ショット雑音によって完全に隠され、式(1)のΓはMとなる。
【0036】
本発明の実施形態に係る光強度信号の配置法において、初期鍵から擬似乱数列を発生する擬似乱数生成処理は、光送信装置10の擬似乱数発生部13により行うことができる。多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御処理は、光送信装置10の基底選択制御部14により行うことができる。選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調処理は、光送信装置10のM−ary強度変調部12により行うことができる。
【0037】
図4は、本発明の実施形態に係る光強度信号の配置法を用いたYuen暗号の光受信装置40の構成を表す図である。図4を用いて、上記の信号配置を用いたYuen暗号のための光受信装置40を説明する。
【0038】
本実施形態の光送信装置40の構成は、従来の光送信装置10と同様であるが、光強度信号の配置が異なる。図4に示す光受信装置40は、フォトダイオード41を介して光信号を受信する。フォトダイオード41の動作は、図2に示したフォトダイオード21と同等である。光受信装置40は、正規の受信者による情報の受信において、光送信装置10における中間点の信号強度に対応する受信信号強度にしきい値を設定し、該しきい値に対して上あるいは下の情報を出力する強度判定部42と、送信装置で使用した同じ初期鍵と擬似乱数発生部44からの出力系列によって、基底選択制御部45を経由して情報ビットの0あるいは1を判定する信号判定部43とからなる。
【0039】
光受信装置40は、図3に示した光強度信号の配置法により配置された受信信号を受信し、初期鍵を用いて受信データを生成することができる。したがって、本実施形態に係る光受信装置40においては、図2に示した光受信装置20のしきい値制御部22におけるしきい値制御を廃止することが可能である。本発明によれば、従来技術による受信装置よりも、より低コストな小型の受信装置を提供することができる。
【0040】
さらに、光送信装置10と光受信装置40とを、光ファイバ等の光通信路30を介して接続することにより、本発明に係る暗号通信システムを構成することができる。
【0041】
具体的には、本発明に係るYuen暗号通信システムは、光送信装置10、光受信装置40及び光通信路30を備え、光送信装置10は、2値光強度信号の識別しきい値が最大受信強度と最小受信強度の中間点をしきい値としたM−ary強度変調部12を備えて判定値を出力し、光受信装置40は、光送信装置10の送信機擬似乱数発生部としての擬似乱数発生部13と同じ初期鍵を持つ受信機擬似乱数発生部としての擬似乱数発生部13からの出力系列の値によって、情報ビットの0と1を出力する信号判定部43を有する。
【0042】
より具体的には、本発明に係るYuen暗号通信システムは、光強度変調方式によるY−00プロトコルを実装するYuen暗号通信システムであって、該Yuen暗号通信システムは、Yuen暗号光送信装置としての光送信装置10と、Yuen暗号光受信装置としての光受信装置40とを有し、Yuen暗号光送信装置は、初期鍵から擬似乱数列を発生する送信機擬似乱数生成部としての擬似乱数発生部13と、多数の基底から構成される基底群を保持し、擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する送信機基底選択制御部としての基底選択制御部14と、選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調部としてのM−ary強度変調部12とを備え、基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、中間点の上にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、中間点の下にある信号群の強度は、中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、中間点の上にある信号群及び中間点の下にある信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定され、Yuen暗号光受信装置としての光受信装置40は、受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定部42と、判定値に対して、光送信装置10の初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する受信機擬似乱数発生部としての擬似乱数発生部44と、多数の基底から構成される基底群を保持し、該擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する受信機基底選択制御部としての基底選択制御部45と、基底選択制御部45により選択された基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定部43とを備える。
【0043】
以上のように、本実施形態に係る暗号通信のための光送信装置および光強度の配置と光受信装置によれば、安全性特性の劣化を抑制して暗号文単独攻撃に対する安全性を確保し、正規通信者の通信可能距離をより長距離とすることが可能な、通信能力を高めた光信号の構成法、送信法、受信法、光送信装置、光受信装置、及び暗号通信システムを低コストで提供することができる。
【0044】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0045】
本発明は、クラウド・コンピューテイング・システムに必須となるデータセンター間の超安全光通信網を実現するための基幹技術となり得る。
【符号の説明】
【0046】
10 光送信装置
11 搬送波発生部
12 M−ary強度変調部
13、23、44 擬似乱数発生部
14、24、45 基底選択制御部
15 送信データ発生部
20 光受信装置
21、41 フォトダイオード
22 しきい値制御部
30 光通信路
40 光受信装置
42 強度判定部
43 信号判定部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光強度変調方式によるY−00プロトコルを実装するYuen暗号光送信装置であって、
初期鍵から擬似乱数列を発生する擬似乱数生成部と、
多数の基底から構成される基底群を保持し、前記擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御部と、
前記選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調部とを備え、
前記基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、
前記中間点の上にある信号群の強度は、前記中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、
前記中間点の下にある信号群の強度は、前記中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、
前記中間点の上にある前記信号群及び前記中間点の下にある前記信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、前記信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定されることを特徴とする
Yuen暗号光送信装置。
【請求項2】
請求項1に記載の光送信装置から出力される光信号を受信する光受信装置であって、
受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定部と、
前記判定値に対して、前記光送信装置の前記初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する擬似乱数発生部と、
多数の基底から構成される基底群を保持し、前記擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御部と、
前記基底選択制御部により選択された前記基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定部と、を備えることを特徴とする
Yuen暗号光受信装置。
【請求項3】
光強度変調方式によるY−00プロトコルを用いるYuen暗号光送信方法であって、
初期鍵から擬似乱数列を発生する擬似乱数生成処理と、
多数の基底から構成される基底群を保持し、前記擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御処理と、
前記選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調処理とを含み、
前記基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、
前記中間点の上にある信号群の強度は、前記中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、
前記中間点の下にある信号群の強度は、前記中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、
前記中間点の上にある前記信号群及び前記中間点の下にある前記信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、前記信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定されることを特徴とする、
Yuen暗号光送信方法。
【請求項4】
請求項3に記載のYuen暗号光送信方法を用いて送信された光信号を受信するYuen暗号光受信方法であって、
受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定処理と、
前記判定値に対して、前記光送信装置の前記初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する擬似乱数発生処理と、
多数の基底から構成される基底群を保持し、前記擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する基底選択制御処理と、
前記基底選択制御部により選択された前記基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定処理と、を含む
Yuen暗号光受信方法。
【請求項5】
光強度変調方式によるY−00プロトコルを実装するYuen暗号通信システムであって、
前記Yuen暗号通信システムは、Yuen暗号光送信装置と、Yuen暗号光受信装置とを有し、
前記Yuen暗号光送信装置は、
初期鍵から擬似乱数列を発生する送信機擬似乱数生成部と、
多数の基底から構成される基底群を保持し、前記擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する送信機基底選択制御部と、
前記選択された1つの基底に対応する2つの光強度を用いて、送信情報に基づいた光変調信号を生成する強度光変調部とを備え、
前記基底群を構成する全ての基底において、各基底に対応する2つの光信号の強度は、最大強度と最小強度の中間点を挟んで上と下に値を持ち、
前記中間点の上にある信号群の強度は、前記中間点から十分離れた光強度周辺に集中的に配置され、
前記中間点の下にある信号群の強度は、前記中間点から十分離れた光強度付近に集中的に配置され、
前記中間点の上にある前記信号群及び前記中間点の下にある前記信号群の強度が集中的に配置されるそれぞれの強度の範囲は、前記信号群の強度近傍のエネルギーに比例して出現する量子ショット雑音によって全て隠されるように設定され、
前記Yuen暗号光受信装置は、
受信した2値光強度信号の最大受信強度と最小受信強度との中間点を識別しきい値として信号強度を判定して判定値を出力する強度判定部と、
前記判定値に対して、前記光送信装置の前記初期鍵を用いて擬似乱数列を発生する受信機擬似乱数発生部と、
多数の基底から構成される基底群を保持し、前記擬似乱数列にしたがって当該基底群から1つの基底を選択する受信機基底選択制御部と、
前記受信機基底選択制御部により選択された前記基底を用いて情報ビットの0と1を判定する信号判定部と、を備える、
Yuen暗号通信システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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