JP2007241256A - Data transmission apparatus, data receiving apparatus and data communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ暗号通信を行う装置及び方法に関し、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データ送信装置、データ受信装置及びデータ通信方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for performing cryptographic communication to prevent illegal eavesdropping and interception by a third party, and more specifically, a specific encoding / decoding (modulation / demodulation) scheme between authorized senders and receivers. The present invention relates to a data transmission device, a data reception device, and a data communication method that perform data communication by selecting and setting the.
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/復号化のための鍵情報を共有し、当該鍵情報に基づいて、伝送すべき情報データ(平文)を数学的に演算/逆演算することにより、秘密通信を実現する構成が採用されている。図17は、このような構成に基づく、従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図である。 Conventionally, in order to communicate only with specific persons, key information for encoding / decoding is shared between transmission / reception, and information data (plain text) to be transmitted is mathematically calculated based on the key information. In other words, a configuration is adopted in which secret communication is realized by performing computation / reverse computation. FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a conventional data communication apparatus based on such a configuration.
図17において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置9001とデータ受信装置9002とが、伝送路913によって接続された構成である。データ送信装置9001は、符号化部911と変調部912とを備える。データ受信装置9002は、復調部914と復号化部915とを備える。
In FIG. 17, the conventional data communication apparatus has a configuration in which a
データ送信装置9001において、符号化部911には、情報データ90と第1の鍵情報91とが入力される。符号化部911は、第1の鍵情報91に基づいて、情報データ90を符号化(暗号化)する。変調部912は、符号化部911で符号化された情報データ90を所定の変調形式の変調信号94に変換して、伝送路913に送出する。
In the
データ受信装置9002において、復調部914は、伝送路913を介して伝送されてきた変調信号94を、所定の復調方式で復調する。復号化部915には、第1の鍵情報91と同一の第2の鍵情報96が入力される。復号化部915は、この第2の鍵情報96に基づいて変調信号94を復号化(暗号解読)して、情報データ98を出力する。
In the
ここで、盗聴者受信装置9003を用いて、第三者による盗聴行為を説明する。図17において、盗聴者受信装置9003は、盗聴者復調部916と盗聴者復号化部917とを備える。盗聴者復調部916は、伝送路913を伝搬する変調信号94を所定の復調方式で復調する。盗聴者復号化部917は、第3の鍵情報99に基づいて、盗聴者復調部916が復調した信号の復号化を試みる。ここで、盗聴者復号化部917は、第1の鍵情報91とは異なる第3の鍵情報99に基づいて、盗聴者復調部916が復調した信号の復号化を試みるため、情報データ98を正しく再生することができない。すなわち、盗聴者復号化部917は、データ送信装置9001との間で正しい鍵情報を共有していないため、情報データ98を正しく再生することができない。
Here, an eavesdropping action by a third party will be described using the eavesdropper receiving
このような数学的な演算に基づく数理暗号(又は、計算暗号やソフトウェア暗号とも呼ばれる)技術は、例えば、特許文献1にも記されているように、アクセスシステム等に適用できる。すなわち、1つの光送信器から送出された光信号を光カプラで分岐し、複数の光加入者宅の光受信器にそれぞれ配信するPON(Passive Optical Network)システムでは、各光受信器には、所望の光信号以外にも他加入者に向けた信号が入力される。そこで、PONシステムでは、加入者毎に異なる鍵情報を用いて、加入者毎に情報データを暗号化することによって、互いの情報の漏洩・盗聴を防ぎ、安全なデータ通信を実現している。
数理暗号の中でも、ストリーム暗号と呼ばれる方式は、擬似乱数発生器の出力である擬似乱数列と暗号化したい情報データ(平文)とをXOR演算することにより暗号文を生成するという簡易な構成をとっているため、高速化に有利であるという利点を持つ。その一方で、ストリーム暗号の安全性は擬似乱数発生器のみに依存しているという欠点を持つ。すなわち、盗聴者が何らかの方法で平文と暗号文との組み合わせを入手できれば、擬似乱数系列を正確に知ることができる(これは一般に既知平文攻撃と呼ばれる)。さらに、擬似乱数発生器の初期値、すなわち鍵情報と擬似乱数系列とは一意に対応付けられているため、何らかの解読アルゴリズムを適用すれば鍵情報を確実に求めることができる。さらに、計算機の処理速度は近年著しく向上しているため、現実的な時間内で暗号文が解読される危険性が高まっているという問題点があった。 Among mathematical ciphers, a method called stream cipher has a simple configuration in which a ciphertext is generated by performing an XOR operation on a pseudorandom number sequence output from a pseudorandom number generator and information data (plaintext) to be encrypted. Therefore, there is an advantage that it is advantageous for speeding up. On the other hand, the security of stream ciphers has the drawback of relying only on pseudo-random number generators. That is, if an eavesdropper can obtain a combination of plaintext and ciphertext by some method, the pseudorandom number sequence can be accurately known (this is generally called a known plaintext attack). Furthermore, since the initial value of the pseudo random number generator, that is, the key information and the pseudo random number sequence are uniquely associated, the key information can be reliably obtained by applying some kind of decryption algorithm. Furthermore, since the processing speed of computers has been remarkably improved in recent years, there has been a problem that the danger of decrypting ciphertexts in a realistic time has increased.
それ故に、本発明の目的は、鍵情報、擬似乱数列、及び暗号文の相互の関係に不確定な要素を導入することにより、従来のストリーム暗号と比較して盗聴者が暗号文の解析に要する労力、すなわち計算量を増大させ、秘匿性の高いデータ通信装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to introduce an indeterminate element into the mutual relationship between the key information, the pseudo random number sequence, and the ciphertext, so that an eavesdropper can analyze the ciphertext compared to the conventional stream cipher. It is to provide a highly confidential data communication device that increases the labor required, that is, the amount of calculation.
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、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列と情報データとを合成し、多値符号列と情報データ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、多値信号に所定の変調処理を施して、変調信号として出力する変調部とを備える。また、多値符号発生部は、所定の鍵情報に基づいて、複数の変調用擬似乱数列を生成する乱数列生成部と、複数の変調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を多値符号列に変換する多値変換部とを備える。ただし、多値変換部への入力ビット列の数は、乱数列生成部が生成した変調用擬似乱列の数よりも大きいものとする。 The present invention is directed to a data transmitting apparatus that encrypts information data using predetermined key information and performs secret communication with a receiving apparatus. In order to achieve the above object, a data transmission apparatus according to the present invention includes a multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner based on predetermined key information, A multi-level processing unit that synthesizes the value code string and the information data and generates a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to the combination of the multi-level code string and the information data, and a predetermined modulation process on the multi-level signal And a modulation unit that outputs the signal as a modulation signal. The multi-level code generation unit includes a random number sequence generation unit configured to generate a plurality of modulation pseudo-random number sequences based on predetermined key information, and a plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of modulation pseudo-random number sequences. Is input as an input bit string, and includes a multi-value conversion unit that converts the input bit string into a multi-value code string. However, it is assumed that the number of input bit strings to the multi-value conversion unit is larger than the number of modulation pseudo random sequences generated by the random number sequence generation unit.
好ましくは、多値処理部は、多値信号の隣接する多値レベルに互いに異なる情報データの値を割り当てる。 Preferably, the multilevel processing unit assigns different values of information data to adjacent multilevel levels of the multilevel signal.
複数の変調用擬似乱数列のうち少なくとも1つは、入力ビット列の最下位ビットとして多値変換部に入力される。 At least one of the plurality of modulation pseudo-random number sequences is input to the multilevel conversion unit as the least significant bit of the input bit sequence.
好ましくは、多値符号発生部は、1つ以上の物理乱数列を生成する物理乱数生成部をさらに備える。このような場合、多値変換部には、入力ビット列のうち、変調用擬似乱数列を除いた残りのビット列として、1つ以上の物理乱数列が入力される。 Preferably, the multi-level code generation unit further includes a physical random number generation unit that generates one or more physical random number sequences. In such a case, one or more physical random number sequences are input to the multilevel conversion unit as the remaining bit sequences excluding the pseudo random number sequence for modulation from the input bit sequence.
また、多値変換部には、入力ビット列のうち、変調用擬似乱数列を除いた残りのビット列として、固定値が入力されてもよい。 In addition, a fixed value may be input to the multi-value conversion unit as the remaining bit string excluding the modulation pseudo-random number sequence from the input bit sequence.
好ましくは、多値符号発生部は、1つ以上の物理乱数列を生成する物理乱数生成部をさらに備える。このような場合、多値変換部には、入力ビットのうち、変調用擬似乱数列を除いた一部のビット列として1つ以上の物理乱数列が入力され、残りのビット列として固定値が入力される。 Preferably, the multi-level code generation unit further includes a physical random number generation unit that generates one or more physical random number sequences. In such a case, one or more physical random number sequences are input to the multilevel conversion unit as a part of the input bits excluding the pseudo random number sequence for modulation, and a fixed value is input as the remaining bit sequence. The
また、多値変換部には、入力ビット列のうち、変調用擬似乱数列を除いた残りのビット列として、所定の規則に基づいて生成された信号が入力されてもよい。所定の規則に基づいて生成された信号は、複数の変調用擬似乱数列の一部または全部を、所定時間だけ遅延させることにより生成することができる。 In addition, a signal generated based on a predetermined rule may be input to the multi-level conversion unit as the remaining bit sequence excluding the modulation pseudo-random number sequence from the input bit sequence. A signal generated based on a predetermined rule can be generated by delaying a part or all of a plurality of modulation pseudo-random number sequences by a predetermined time.
ただし、情報データの振幅に相当する情報振幅と、物理乱数列に相当する多値信号の変動幅との比が、正規受信者の許容できる信号対雑音比よりも大きいという条件を満足する必要がある。 However, it is necessary to satisfy the condition that the ratio between the information amplitude corresponding to the amplitude of the information data and the fluctuation range of the multilevel signal corresponding to the physical random number sequence is larger than the signal-to-noise ratio that can be accepted by the authorized receiver. is there.
好ましくは、乱数列生成部は、所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、擬似乱数生成部で生成した擬似乱数系列をシリアル・パラレル変換して、複数の変調用擬似乱数列として出力するシリアル・パラレル変換部とを備える。 Preferably, the random number sequence generation unit serial-parallel converts the pseudo random number generation unit that generates a binary pseudo random number sequence based on predetermined key information, and the pseudo random number sequence generated by the pseudo random number generation unit, A serial / parallel converter that outputs a plurality of pseudo-random number sequences for modulation.
また、乱数列生成部は、所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、擬似乱数生成部で生成した擬似乱数列をシリアル・パラレル変換して、複数の変調用擬似乱数列として出力する複数のシリアル・パラレル変換部と、擬似乱数生成部で生成した擬似乱数系列の出力先を、速度切替信号に基づいて、複数のシリアル・パラレル変換部のどちらか一方に切り替える第1のスイッチと、複数のシリアル・パラレル変換部から出力される複数の変調用擬似乱数系列を、速度切替信号に基づいて選択して出力する第2のスイッチとを備える構成であってもよい。ただし、複数のシリアル・パラレル変換部は、互いに異なる数の変調用擬似乱数列を出力するものとする。 In addition, the random number sequence generation unit is configured to generate a pseudo-random number sequence that generates a binary pseudo-random number sequence based on predetermined key information, and to convert the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generation unit from serial to parallel. Based on the speed switching signal, either the multiple serial-to-parallel converters that output the pseudo-random number sequence for modulation and the output destination of the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator The configuration includes a first switch that switches to one side, and a second switch that selects and outputs a plurality of modulation pseudo-random number sequences output from a plurality of serial / parallel converters based on a speed switching signal. May be. However, the plurality of serial / parallel converters output different numbers of modulation pseudo-random number sequences.
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、所定の鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、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多値信号として出力する復調部と、多値符号列に基づいて、多値信号から情報データを識別する識別部とを備える。また、多値符号発生部は、所定の鍵情報に基づいて、複数の復調用擬似乱数列を生成する乱数列生成部と、複数の復調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を多値符号列に変換する多値変換部とを備える。ただし、多値変換部への入力ビット列の数は、乱数列生成部が生成した復調用擬似乱列の数よりも大きいものとする。 The present invention is also directed to a data receiving apparatus that receives information data encrypted using predetermined key information and performs secret communication with the transmitting apparatus. In order to achieve the above object, the data receiving apparatus of the present invention receives a multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence whose signal level changes substantially randomly from predetermined key information, and a transmission apparatus. A demodulator that demodulates the modulated signal using a predetermined demodulation method and outputs a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of information data and a multi-level code sequence, and a multi-level based on the multi-level code sequence And an identification unit for identifying information data from the signal. Further, the multi-level code generation unit includes a random number sequence generation unit that generates a plurality of demodulation pseudo-random number sequences based on predetermined key information, and a plurality of bit sequences including at least some of the plurality of demodulation pseudo-random number sequences Is input as an input bit string, and includes a multi-value conversion unit that converts the input bit string into a multi-value code string. However, it is assumed that the number of input bit strings to the multi-value conversion unit is larger than the number of pseudo random sequences for demodulation generated by the random number sequence generation unit.
好ましくは、多値変換部には、入力ビット列のうち、復調用擬似乱数列を除いた残りのビット列として、固定値が入力される。 Preferably, a fixed value is input to the multi-value conversion unit as the remaining bit string excluding the demodulated pseudo-random number sequence from the input bit sequence.
また、多値変換部には、入力ビット列のうち、復調用擬似乱数列を除いた残りのビット列として、所定の規則に基づいて生成された信号が入力されてもよい。所定の規則に基づいて生成された信号は、複数の復調用擬似乱数列の一部または全部を、所定時間だけ遅延させることにより生成することができる。 In addition, a signal generated based on a predetermined rule may be input to the multi-level conversion unit as the remaining bit string excluding the demodulated pseudo-random number sequence from the input bit sequence. A signal generated based on a predetermined rule can be generated by delaying a part or all of a plurality of demodulated pseudo-random number sequences by a predetermined time.
ただし、情報データの振幅に相当する情報振幅と、多値変換部への入力ビット列のうち復調用擬似乱数列を除いたビット列に相当する多値信号の変動幅との比が、正規受信者の許容できる信号対雑音比よりも大きいという条件を満足する必要がある。 However, the ratio between the information amplitude corresponding to the amplitude of the information data and the fluctuation range of the multi-level signal corresponding to the bit string excluding the demodulated pseudo-random number sequence in the input bit sequence to the multi-level conversion unit is It is necessary to satisfy the condition that it is larger than an acceptable signal-to-noise ratio.
好ましくは、乱数列生成部は、所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、擬似乱数生成部で生成した擬似乱数系列をシリアル・パラレル変換して、複数の復調用擬似乱数列として出力するシリアル・パラレル変換部とを備える。 Preferably, the random number sequence generation unit serial-parallel converts the pseudo random number generation unit that generates a binary pseudo random number sequence based on predetermined key information, and the pseudo random number sequence generated by the pseudo random number generation unit, A serial-parallel converter that outputs a plurality of demodulated pseudo-random number sequences.
また、乱数列生成部は、所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、擬似乱数生成部で生成した擬似乱数列をシリアル・パラレル変換して、複数の復調用擬似乱数列として出力する複数のシリアル・パラレル変換部と、擬似乱数生成部で発生した擬似乱数系列の出力先を、速度切替信号に基づいて、複数のシリアル・パラレル変換部のどちらか一方に切り替える第1のスイッチと、複数のシリアル・パラレル変換部から出力される複数の復調用擬似乱数系列を、速度切替信号に基づいて選択して出力する第2のスイッチとを備える構成であってもよい。ただし、複数のシリアル・パラレル変換部は、互いに異なる数の復調用擬似乱数列を出力するものとする。 In addition, the random number sequence generation unit is configured to generate a pseudo-random number sequence that generates a binary pseudo-random number sequence based on predetermined key information, and to convert the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generation unit from serial to parallel. The multiple serial-to-parallel converters that output the demodulated pseudo-random number sequence and the output destination of the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator are either the multiple serial-to-parallel converters based on the speed switching signal The configuration includes a first switch that switches to one side, and a second switch that selects and outputs a plurality of demodulation pseudo-random number sequences output from a plurality of serial / parallel converters based on a speed switching signal. May be. However, it is assumed that the plurality of serial / parallel conversion units output different numbers of pseudorandom numbers for demodulation.
また、上述したデータ送信装置が備える多値符号発生部、多値処理部、及び変調部が行うそれぞれの処理手順は、一連の処理手順を与えるデータ送信方法としても捉えることができる。すなわち、データ送信方法は、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、多値符号列と情報データとを合成し、多値符号列と情報データ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ステップと、多値信号に所定の変調処理を施して、変調信号として出力する変調ステップとを備える。また、多値符号発生ステップは、所定の鍵情報に基づいて、複数の変調用擬似乱数列を生成する乱数列生成ステップと、複数の変調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を多値符号列に変換する多値変換ステップとを備える。ただし、入力ビット列の数は、変調用擬似乱列の数よりも大きいものとする。 In addition, each processing procedure performed by the multi-level code generation unit, the multi-level processing unit, and the modulation unit included in the data transmission device described above can also be regarded as a data transmission method that provides a series of processing procedures. That is, in the data transmission method, based on predetermined key information, a multi-level code generation step for generating a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner, a multi-level code sequence and information data are combined, The method includes a step of generating a multilevel signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the multilevel code string and the information data, and a modulation step of performing a predetermined modulation process on the multilevel signal and outputting it as a modulation signal. Further, the multi-level code generation step includes a random number sequence generation step for generating a plurality of modulation pseudo-random number sequences based on predetermined key information, and a plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of modulation pseudo-random number sequences Is input as an input bit string, and a multi-value conversion step of converting the input bit string into a multi-value code string. However, it is assumed that the number of input bit sequences is larger than the number of modulation pseudo random sequences.
また、上述したデータ受信装置が備える多値符号発生部、復調部、及び識別部が行うそれぞれの処理手順は、一連の処理手順を与えるデータ受信方法としても捉えることができる。すなわち、データ受信方法は、所定の鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、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多値信号として出力する復調ステップと、多値符号列に基づいて、多値信号から情報データを識別する識別ステップとを備える。また、多値符号発生ステップは、所定の鍵情報に基づいて、複数の復調用擬似乱数列を生成する乱数列生成ステップと、複数の復調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を多値符号列に変換する多値変換ステップとを備える。ただし、入力ビット列の数は、復調用擬似乱列の数よりも大きいものとする。 In addition, each processing procedure performed by the multilevel code generation unit, the demodulation unit, and the identification unit included in the above-described data reception apparatus can be regarded as a data reception method that provides a series of processing procedures. In other words, the data receiving method includes a multi-level code generation step for generating a multi-level code sequence whose signal level changes almost randomly from predetermined key information, and a modulated signal received from a transmitting device is demodulated by a predetermined demodulation method. A demodulation step of outputting as a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of information data and a multi-level code sequence, and an identification step for identifying information data from the multi-level signal based on the multi-level code sequence Prepare. The multi-level code generation step includes a random number sequence generation step for generating a plurality of demodulation pseudo-random number sequences based on predetermined key information, and a plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of demodulation pseudo-random number sequences Is input as an input bit string, and a multi-value conversion step of converting the input bit string into a multi-value code string. However, it is assumed that the number of input bit sequences is larger than the number of demodulated pseudo random sequences.
本発明のデータ通信装置は、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・符号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化することにより、盗聴者が入手する暗号文に誤りを与える。これにより、盗聴者は、正しい暗号文が、自らが入手したものと異なる可能性を考慮して解読処理を行う必要があるため、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、盗聴に対する安全性を向上させることができる。またさらに、多値信号の信号点配置を適切に設定することにより、装置内部で用いる擬似乱数発生器の速度の上昇を最小限に抑えることができる。 The data communication device of the present invention encodes and modulates information data into a multilevel signal based on the key information, transmits the multilevel signal, and demodulates and encodes the received multilevel signal based on the same key information. By optimizing the signal-to-noise power ratio, an error is given to the ciphertext obtained by the eavesdropper. As a result, the eavesdropper needs to perform decryption processing in consideration of the possibility that the correct ciphertext is different from the one obtained by the eavesdropper. The amount of calculation increases, and safety against eavesdropping can be improved. Furthermore, by appropriately setting the signal point arrangement of the multilevel signal, it is possible to minimize the increase in the speed of the pseudo random number generator used inside the apparatus.
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。 These and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置の構成の一例を示すブロック図である。図1において、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置1101とデータ受信装置1201とが、伝送路110によって接続された構成である。データ送信装置1101は、多値符号化部111と変調部112とを備える。多値符号化部111は、第1の多値符号発生部111aと多値処理部111bとを含む。データ受信装置1201は、復調部211と多値復号化部212とを備える。多値復号化部212は、第2の多値符号発生部212aと多値識別部212bとを含む。伝送路110には、LANケーブルや同軸ケーブル等の金属路線や、光ファイバケーブル等の光導波路を用いることができる。また、伝送路110は、LANケーブル等の有線ケーブルに限られず、無線信号を伝搬することが可能な自由空間であってもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention has a configuration in which a
図2は、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形を説明する模式図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形の呼称を説明する模式図である。図4は、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図である。以下に、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置について、図1〜4を用いながら、その動作を説明する。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a transmission signal waveform of the data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the names of transmission signal waveforms of the data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the transmission signal quality of the data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention. The operation of the data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
第1の多値符号発生部111aは、所定の第1の鍵情報11に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列12(図2(b))を発生する。多値処理部111bには、多値符号列12(図2(b))と情報データ10(図2(a))とが入力される。多値処理部111bは、所定の手順に従って多値符号列12と情報データ10とを合成し、多値符号列12と情報データ10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(図2(c))を生成する。例えば、多値処理部111bは、タイムスロットt1/t2/t3/t4に対して、多値符号列12のレベルがC1/C5/C3/C4と変化する場合、多値符号列12のレベルをバイアスレベルとして、多値符号列12に情報データ10を加算することで、L1/L8/L6/L4とレベルが変化する多値信号13を生成する。変調部112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。
The first
ここで、図3に示すように、情報データ10の振幅を“情報振幅”、多値信号13の全振幅を“多値信号振幅”、多値符号列12のレベルc1/c2/c3/c4/c5に対応して多値信号13が取り得るレベルの組(L1、L4)/(L2、L5)/(L3、L6)/(L4、L7)/(L5、L8)をそれぞれ第1〜第5の“基底”、多値信号13の最小信号点間距離を“ステップ幅”と呼称する。
Here, as shown in FIG. 3, the amplitude of the
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212aは、第1の鍵情報11と同一の第2の鍵情報16を予め共有しており、第2の鍵情報16に基づいて多値符号列17を発生する。多値識別部212bは、多値符号列17を閾値として、多値信号15の識別(2値判定)を行い、情報データ18を再生する。ここで、変調部112と復調部211とが、伝送路110を介して送受信する所定の変調形式の変調信号14は、電磁波(電磁界)又は光波を多値信号13で変調して得られたものである。
The
なお、多値処理部111bは、上述したように、多値符号列12と情報データ10との加算処理によって多値信号13を生成する方法以外にも、いかなる方法を用いて多値信号13を生成してもよい。例えば、多値処理部111bは、情報データ10に基づいて、多値符号列12のレベルを振幅変調して多値信号13を生成してもよい。あるいは、多値処理部111bは、多値信号13のレベルを予め記憶させたメモリから、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多値信号13のレベルを逐次読み出すことで多値信号13を生成してもよい。
Note that, as described above, the multi-level processing unit 111b uses any method other than the method of generating the
また、図2及び図3では、多値信号13のレベルを8段階で表記したが、多値信号13のレベルはこの表記に限定されるものではない。また、情報振幅を多値信号13のステップ幅の3倍又は整数倍として表記したが、情報振幅はこの表記に限定されるものではない。情報振幅は、多値信号13のステップ幅のいかなる整数倍であってもよいし、もしくは整数倍でなくてもよい。さらに、図2及び図3では、多値符号列12の各レベルが、多値信号13の各レベルの略中心になるように配置したが、多値符号列12の各レベルはこの配置に限定されるものではない。例えば、多値符号列12の各レベルは、多値信号13の各レベルの略中心でなくてもよいし、多値信号13の各レベルに一致するものであってもよい。また、上述した説明では、多値符号列12と情報データ10とは、変化レートが互いに等しく、かつ同期関係にあることを前提としたが、一方の変化レートが他方の変化レートよりも高速(又は低速)であってもよいし、非同期であってもよい。
2 and 3, the level of the
次に、第三者による変調信号14の盗聴動作について説明する。盗聴者である第三者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置1201に準じた構成又はより高性能なデータ受信装置(以下、盗聴者データ受信装置と記す)を用いて、変調信号14を解読することが想定される。盗聴者データ受信装置は、変調信号14を復調することにより多値信号15を再生する。しかし、盗聴者データ受信装置は、データ送信装置1101との間で鍵情報を共有しないため、データ受信装置1201のように、鍵情報から多値符号列17を発生することができない。このため、盗聴者データ受信装置は、多値符号列17を基準とした多値信号15の2値判定を行うことができない。
Next, the wiretapping operation of the modulated
このような場合に考えられる盗聴動作としては、多値信号15の全レベルに対する識別を同時に行う方法(一般に「総当たり攻撃」と呼ばれる)がある。すなわち、盗聴者データ受信装置は、多値信号15が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して多値信号15の判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報又は情報データの抽出を試みる。例えば、盗聴者データ受信装置は、図2に示した、多値符号列12の各レベルC0/C1/C2/C3/C4/C5/C6を閾値として、多値信号15に対する多値判定を行うことにより、正しい鍵情報又は情報データの抽出を試みる。
As an eavesdropping operation that can be considered in such a case, there is a method of simultaneously identifying all levels of the multilevel signal 15 (generally called “brute force attack”). That is, the eavesdropper data receiving apparatus prepares threshold values for all signal points that can be taken by the
しかしながら、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、この雑音が変調信号14に重畳されることによって、多値信号15のレベルは、図4に示すように時間的・瞬時的に変動する。このような場合、正規受信者(データ受信装置1201)が判定する被判定信号(多値信号15)のSN比(信号対雑音強度比)は、多値信号15の情報振幅と雑音量との比によって決まることになる。これに対して、盗聴者データ受信装置が判定する被判定信号(多値信号15)のSN比は、多値信号15のステップ幅と雑音量との比によって決まることになる。
However, in an actual transmission system, noise is generated due to various factors, and this noise is superimposed on the
このため、被判定信号が有する雑音レベルが同一条件下においては、盗聴者データ受信装置の方がデータ受信装置1201よりも、被判定信号のSN比が相対的に小さくなり、伝送特性(誤り率)が劣化することになる。すなわち、本発明のデータ通信装置は、この特性を利用することで、第三者の全閾値を用いた総当たり攻撃に対して識別誤りを誘発させて、盗聴を困難にすることができる。特に、データ通信装置は、多値信号15のステップ幅を、当該雑音振幅(雑音強度分布の拡がり)に対して同オーダ、もしくはより小さく設定すれば、第三者による多値判定を事実上不可能にして、理想的な盗聴防止を実現できる。
For this reason, when the noise level of the determined signal is the same, the eavesdropper data receiving device has a relatively smaller SN ratio than the
なお、被判定信号(多値信号15又は変調信号14)に重畳される雑音としては、変調信号14に無線信号等の電磁波を用いた場合は空間場や電子部品等が有する熱雑音(ガウス性雑音)を、光波を用いた場合は熱雑音に加えて光子が発生する際の光子数ゆらぎ(量子雑音)を利用できる。特に、量子雑音を利用した信号には、その記録や複製等の信号処理を行うことができないことから、データ通信装置は、雑音量を基準にして多値信号15のステップ幅を設定することで、第三者による盗聴を不可能として、データ通信の絶対的な安全性を確保することができる。
The noise superimposed on the signal to be judged (
以上のように、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化するとき、多値信号の信号点間距離を雑音量に対して、第三者による盗聴が不可能となるように設定する。これにより、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第三者による多値信号の解読・復号化を困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。 As described above, according to the data communication apparatus according to the first embodiment of the present invention, when the information data to be transmitted is encoded as a multilevel signal, the distance between the signal points of the multilevel signal is determined with respect to the noise amount. To prevent eavesdropping by a third party. This provides a safer data communication device that gives decisive degradation to the received signal quality at the time of eavesdropping by a third party and makes it difficult for the third party to decode and decode the multilevel signal. be able to.
なお、多値符号化部111は、図5に示すように、多値信号13の各ステップ幅(S1〜S7)を、各レベルの変動量、すなわち各レベルに重畳されている雑音強度分布に応じて変動させてもよい。具体的には、多値識別部212bに入力する被判定信号の隣り合う2つの信号点間で決まるSN比が略一致するように、信号点間距離を配分する。なお、各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、各ステップ幅を均等に設定することになる。
As shown in FIG. 5, the
一般に、変調部112から出力される変調信号14として、半導体レーザ(LD)を光源とした光強度変調信号を想定した場合、半導体レーザに入力される多値信号13のレベルに依存して、変調信号14の変動幅(雑音量)は変化する。これは、半導体レーザが自然放出光を「種光」とした誘導放出の原理に基づいて発光することに起因しており、半導体レーザが出力する変調信号に含まれる雑音量は、誘導放出光量と自然放出光量との相対比によって定義される。すなわち、半導体レーザの励起率(半導体レーザの励起率は、注入されるバイアス電流に対応する)が高いほど、誘導放出光量の割合が大きくなるため雑音量は小さくなる。逆に、半導体レーザの励起率が低いほど、自然放出光量の割合が大きくなるため雑音量は大きくなる。そこで、図5に示すように、多値符号化部111は、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、多値信号のレベルが大きい領域ではステップ幅を小さく非線形に設定することで、被判定信号の隣り合う信号点間のSN比を略均一できる。
In general, when a light intensity modulation signal using a semiconductor laser (LD) as a light source is assumed as the
また、変調信号14として光変調信号を利用した場合でも、上記の自然放出光による雑音や光受信器に用いる熱雑音が十分小さい条件下では、受信信号のSN比は、主にショット雑音で決定されることになる。このような条件下では、多値信号のレベルが大きいほど、多値信号に含まれる雑音量が大きくなる。このため、図5の場合とは逆に、多値符号化部111は、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を小さく、多値信号のレベルが大きい領域ではステップ幅を大きく設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のSN比を略均一に設定することができる。このように設定すれば、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を均等に与えることができるので、第三者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にすることができる。
Even when an optical modulation signal is used as the
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るデータ通信装置の全体構成は、図1に示したデータ通信装置と同様であるので説明を省略する。第2の実施形態に係るデータ通信装置は、第1の実施形態と比較して、第1の多値符号発生部111a及び第2の実施形態212aの構成のみが異なる。図6は、本発明の第2の実施形態に係る第1の多値符号発生部111aの詳細な構成の一例を示すブロック図である。図6において、第1の多値符号発生部111aは、第1の乱数列発生部141と、第1の多値変換部142とを有する。第1の乱数列発生部141は、擬似乱数生成部1411と、シリアル・パラレル変換部1412とを持つ。ここでは、多値符号列12のビット数が8ビット(m=8)の場合の例を示してある。
(Second Embodiment)
The overall configuration of the data communication apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the data communication apparatus shown in FIG. The data communication apparatus according to the second embodiment is different from the first embodiment only in the configurations of the first
擬似乱数生成部1411は、入力された第1の鍵情報11に基づいて、2値の擬似乱数系列31を生成する。シリアル・パラレル変換部1412は、擬似乱数系列31をシリアル・パラレル変換し、第1〜第8の変調用擬似乱数列32a〜hを出力する。第1〜第8の変調用擬似乱数列32a〜hは、第1の多値変換部142に入力される。また、第1の変調用擬似乱数列32aは、多値処理部111bに入力される。第1の多値変換部142は、第1〜第8の変調用擬似乱数列32a〜hを2m個の多値レベルを有する多値符号列12に変換し、多値処理部111bへ出力する。
The pseudo random
図7は、本発明の第2の実施形態に係る第2の多値符号発生部212aの詳細な構成の一例を示すブロック図である。図7において、第2の多値符号発生部212aの構成は、基本的に第1の多値符号発生部111aと同じである。ただし、第2の多値符号発生部212aにおいて、シリアル・パラレル変換部2412の出力を、第1〜第8の復調用擬似乱数列42a〜hと称する。第2の多値符号発生部212aは、多値符号列17と第1の復調用擬似乱数列42aとを、多値識別部212bへ出力する。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the second multi-level
図8は、本発明の第2の実施形態に係るデータ通信装置で用いられる信号フォーマットを説明する図である。図8を参照して、本実施形態で用いられる多値符号列12の値は、第1〜第8の変調用擬似乱数列32a〜hによって決定される。また、多値信号レベルは、多値符号列12の値と情報データ10との値によって決定される。また、多値信号のステップ幅は、雑音レベルと同等以下に設定される。
FIG. 8 is a diagram for explaining a signal format used in the data communication apparatus according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the value of
多値処理部111bは、互いに隣接する多値信号レベルを異なる情報データ10の値(“0”または“1”)に交互に割り当てる。例えば、多値処理部111bは、図8に示す上側の半分に含まれる多値信号レベルでは、多値符号列12が奇数の場合には情報データ“0”を、多値符号列12が偶数の場合には情報データ“1”を割り当てる。また、多値処理部111bは、図8に示す下側の半分に含まれる多値信号レベルでは、多値符号列12が奇数の場合には情報データ“1”を、多値符号列12が偶数の場合には情報データ“0”を割り当てる。言い換えれば、多値処理部111bは、多値信号の各レベルを“0”と“1”のどちらに対応付けるかは、多値符号列12の最下位ビットに対応する第1の変調用擬似乱数列32aの値によって決定する。このようにすることで、鍵情報を持たない盗聴者が直接データを識別することが不可能となり、盗聴者が盗聴を行うには、まず全ての多値信号レベルの多値判定による鍵情報の特定を試みることを強いられる。
The multi-value processing unit 111b alternately assigns adjacent multi-level signal levels to different values ("0" or "1") of the
一方、データ受信装置において、受信した多値信号の識別レベルは、第1〜第8の復調用擬似乱数列42a〜hの値に基づいて決定される。多値識別部212bは、受信した多値信号レベルと、多値信号の識別レベルと、第1の復調用擬似乱数列42aとの値に基づいて、情報データの値を識別する。 On the other hand, in the data receiving apparatus, the identification level of the received multilevel signal is determined based on the values of the first to eighth demodulation pseudo-random number sequences 42a to 42h. The multi-level identifying unit 212b identifies the value of the information data based on the received multi-level signal level, the multi-level signal identification level, and the first demodulation pseudo-random number sequence 42a.
具体的には、多値識別部212bは、「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも大きく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“0”の場合」、及び「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも小さく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“1”の場合」は、情報データの値を“1”と識別する。逆に、多値識別部212bは、「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも大きく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“1”の場合」、及び「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも小さく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“0”の場合」は、情報データの値を“0”と識別する。 Specifically, the multi-level identifying unit 212b “when the received multi-level signal level is higher than the identification level and the value of the first demodulated pseudo-random number sequence 42a is“ 0 ”” and “received When the multilevel signal level is smaller than the identification level and the value of the first demodulated pseudorandom number sequence 42a is “1”, the value of the information data is identified as “1”. On the contrary, the multi-level identifying unit 212b determines that “the received multi-level signal level is higher than the identification level and the value of the first demodulated pseudorandom number sequence 42a is“ 1 ”” and “the received multi-level When the signal level is lower than the identification level and the value of the first demodulating pseudo-random number sequence 42a is “0”, the value of the information data is identified as “0”.
なお、図6及び図7の例では、変調用擬似乱数列の数が8の場合を例に説明したが、変調用擬似乱数列の数はこれに限らず任意に設定可能である。 In the example of FIGS. 6 and 7, the case where the number of pseudo random number sequences for modulation is 8 has been described as an example, but the number of pseudo random number sequences for modulation is not limited to this and can be arbitrarily set.
以上のように本実施形態によれば、盗聴者が鍵情報の特定のために多値信号の多値判定を試みた場合、多値信号のステップ幅が雑音レベルと同等以下に設定されているため、第1の実施形態と同様に、多値信号の識別誤りが発生することになる。このために、第2の実施形態に係るデータ通信装置は、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, when an eavesdropper attempts multilevel determination of a multilevel signal for specifying key information, the step width of the multilevel signal is set to be equal to or less than the noise level. Therefore, as in the first embodiment, a multilevel signal identification error occurs. For this reason, the data communication device according to the second embodiment provides safe data that decisively degrades the received signal quality at the time of eavesdropping by a third party and makes it difficult to decode and decode the data. A communication device can be provided.
(第3の実施形態)
第2の実施形態に係るデータ通信装置(図6及び図7参照)は、第1〜第8の変調用擬似乱数列32a〜h、及び多値符号列12の値を、情報データ10のビットレートと同じ速度で変化させる必要がある。このとき、擬似乱数系列31の速度(すなわち、擬似乱数生成部1411の乱数生成速度)は、情報データ10のビットレートと多値符号列12のビット数との積によって求められる。従って、擬似乱数生成部1411の乱数生成速度は、多値符号列12の多値数の増大に伴って大きくなる。一方、盗聴者の受信SN比は、多値数を大きくするほど劣化するため、盗聴者に与える識別誤りは、多値数を大きくするほど大きくすることができる。したがって、安全性の観点から多値数を大きくするほど、擬似乱数生成部1411に要求される乱数生成速度が大きくなり、このような擬似乱数生成部1411の実現が困難になるという課題がある。本実施形態は、このような課題に対処するためのものである。
(Third embodiment)
The data communication apparatus according to the second embodiment (see FIGS. 6 and 7) uses the values of the first to eighth modulation pseudo-random number sequences 32a to 32h and the
本発明の第3の実施形態に係るデータ通信装置の全体構成は、図1に示したデータ通信装置と同様であるので説明を省略する。第3の実施形態に係るデータ通信装置は、第2の実施形態と比較して、第1の多値符号発生部111a及び第2の実施形態212aの構成のみが異なる。以下、第2の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第3の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
The overall configuration of the data communication apparatus according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the data communication apparatus shown in FIG. The data communication apparatus according to the third embodiment is different from the second embodiment only in the configuration of the first
図9は、本発明の第3の実施形態に係る第1の多値符号発生部111aの詳細な構成の一例を示すブロック図である。図9において、第1の多値符号発生部111aは、第1の乱数列発生部141と、第1の多値変換部142とを有する。第1の乱数列発生部141は、擬似乱数生成部1411と、シリアル・パラレル変換部1412とを持つ。ここでは、多値符号列12のビット数が8ビット(m=8)の場合の例を示してある。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the first
第1の多値符号発生部111aにおいて、擬似乱数生成部1411は、第2の実施形態(図6参照)と同様に、第1の鍵情報11に基づいて、2値の擬似乱数系列31を生成する。シリアル・パラレル変換部1412は、擬似乱数系列31をシリアル・パラレル変換し、第1〜第4の変調用擬似乱数列32a〜dとして出力する。ここで、シリアル・パラレル変換部1412から出力される変調用擬似乱数列の数は、第1の多値変換部142に入力されるビット列(すなわち、入力ビット列)のビット数よりも少なくする。第1〜第4の変調用擬似乱数列32a〜dは、第1の多値変換部142に入力ビット列の一部として入力される。例えば、図9に示すように、8ビットの入力ビット列のうち、下位2ビットに変調用擬似乱数列32a、bが、上位2ビットに変調用擬似乱数列32c、dが入力される。残りの入力ビット列には、固定値が入力される。第1の多値変換部142は、入力されたビット列を2m個の多値レベルを有する多値符号列12に変換し、多値処理部111bへ出力する。
In the first multilevel
図10は、本発明の第3の実施形態に係る第2の多値符号発生部212aの詳細な構成の一例を示すブロック図である。図10において、第2の多値符号発生部212aは、第2の乱数列発生部241と、第2の多値変換部242とを有する。第2の乱数列発生部241は、擬似乱数生成部2411と、シリアル・パラレル変換部2412とを持つ。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the second multi-level
第2の多値符号発生部212aにおいて、擬似乱数生成部2411は、入力された第2の鍵情報21に基づいて、2値の擬似乱数系列41を発生し出力する。シリアル・パラレル変換部2412は、擬似乱数系列41をシリアル・パラレル変換し、第1〜第4の復調用擬似乱数列42a〜dとして出力する。ここで、シリアル・パラレル変換部2412から出力される復調用擬似乱数列の数は、第2の多値変換部242に入力されるビット列(すなわち、入力ビット列)のビット数よりも少なくする。シリアル・パラレル変換部2412から出力される復調用擬似乱数列の一部は、入力ビット列の一部として第2の多値変換部242に入力される。
In the second
例えば、図10に示すように、第3及び第4の復調用擬似乱数列42c、dが、入力ビット列の上位ビットとして、第2の多値変換部242に入力される。ここで、復調用擬似乱数列が入力される第2の多値変換部242の入力ビット列は、変調用擬似乱数列が入力された第1の多値変換部142の入力ビットのうち上位ビットと同じにすることが望ましい。第2の多値変換部242の入力ビット列のうち、復調用擬似乱数列が入力されない残りのビット列には、固定値が入力される。第2の多値変換部242は、入力ビット列を2m個の多値レベルを有する多値符号列22に変換し出力する。
For example, as shown in FIG. 10, the third and fourth demodulating pseudo-random number sequences 42c and 42d are input to the second
図11は、本発明の第3の実施形態に係るデータ通信装置で用いられる信号フォーマットを説明する図である。図11を参照して、第1の多値変換部142への入力ビット列のうち4ビットが固定値である場合、多値符号列12が実際に取り得るレベルの数は16となる。多値信号レベルは、多値符号列12と情報データ10の値(“0”または“1”)とによって決定されるため、多値信号13が取り得るレベルの数は32となる。これらのレベルは、それぞれ近い値を持つ4つのレベルからなる8つのグループに分かれる。各グループ内の多値信号のステップ幅は、雑音レベルと同等以下に設定される。さらに、各グループ内の最上位レベルと最下位レベルとの差が、雑音レベルと同等以下であることが望ましい。
FIG. 11 is a diagram for explaining a signal format used in the data communication apparatus according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, when 4 bits in the input bit string to first
また、多値処理部111bは、各グループ内では、互いに隣接する多値信号レベルを異なる情報データ10の値(“0”または“1”)に交互に割り当てる。例えば、多値処理部111bは、図11に示す上側の半分に含まれる多値信号レベルでは、多値符号列12が奇数の場合には情報データ“0”を、多値符号列12が偶数の場合には情報データ“1”を割り当てる。また、多値処理部111bは、図11に示す下側の半分に含まれる多値信号レベルでは、多値符号列12が奇数の場合には情報データ“1”を、多値符号列12が偶数の場合には情報データ“0”を割り当てる。言い換えれば、多値処理部111bは、多値信号の各レベルを“0”と“1”のどちらに対応付けるかは、多値符号列12の最下位ビットに対応する第1の変調用擬似乱数列32aの値によって決定する。
Further, the multi-level processing unit 111b alternately allocates adjacent multi-level signal levels to different values ("0" or "1") of the
一方、データ受信装置において、受信した多値信号の識別レベルは、第3及び第4の復調用擬似乱数列42c、dの値に基づいて決定される。データ受信装置は、識別レベルの決定に際して第1及び第2の復調用擬似乱数列42a、bの値も用いても良いが、これらに相当する識別レベルの変動は小さいため、これを無視して識別レベルを決定しても識別後の誤り率は大きく劣化しない。多値識別部212bは、受信した多値信号レベルと、多値信号の識別レベルと、第1の復調用擬似乱数列42aとの値に基づいて、情報データの値を識別する。 On the other hand, in the data receiving apparatus, the identification level of the received multilevel signal is determined based on the values of the third and fourth demodulating pseudorandom numbers 42c and d. The data receiving apparatus may use the values of the first and second demodulation pseudo-random number sequences 42a and 42b when determining the identification level. However, since the corresponding fluctuations in the identification level are small, this is ignored. Even if the discrimination level is determined, the error rate after discrimination does not deteriorate greatly. The multi-level identifying unit 212b identifies the value of the information data based on the received multi-level signal level, the multi-level signal identification level, and the first demodulation pseudo-random number sequence 42a.
具体的には、多値識別部212bは、「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも大きく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“0”の場合」、及び「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも小さく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“1”の場合」は、情報データの値を“1”と識別する。逆に、多値識別部212bは、「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも大きく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“1”の場合」、及び「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも小さく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“0”の場合」は、情報データの値を“0”と識別する。 Specifically, the multi-level identifying unit 212b “when the received multi-level signal level is higher than the identification level and the value of the first demodulated pseudo-random number sequence 42a is“ 0 ”” and “received When the multilevel signal level is smaller than the identification level and the value of the first demodulated pseudorandom number sequence 42a is “1”, the value of the information data is identified as “1”. On the contrary, the multi-level identifying unit 212b determines that “the received multi-level signal level is higher than the identification level and the value of the first demodulated pseudorandom number sequence 42a is“ 1 ”” and “the received multi-level When the signal level is lower than the identification level and the value of the first demodulating pseudo-random number sequence 42a is “0”, the value of the information data is identified as “0”.
図9の構成において要求される擬似乱数生成部1411の乱数生成速度は、シリアル・パラレル変換部1412の出力ビット数(変調用擬似乱数列の数)が4であるため、情報データ10のビットレートの4倍となり、図6の構成の場合(情報データ10のビットレートの8倍)と比較すると、擬似乱数生成部1411の乱数生成速度を半分に抑えることができる。
The random number generation speed of the pseudo random
なお、識別レベル生成に使用しない第1及び第2の復調用擬似乱数列42a、bに相当する多値信号レベルの変動は、識別の際に信号レベルの劣化、すなわちSN比の劣化として影響するが、この劣化したSN比がデータ受信装置1201の所要値を満足するように設定しておけば、正規受信者は誤りなく多値信号を識別することができる。すなわち、情報振幅と、復調用擬似乱数列のうち下位ビットに相当する多値信号の変動幅との比は、正規受信者の許容できるSN比よりも大きいという条件を満足するように設定される。正規受信者の許容できるSN比は、正規受信者が必要とするデータのビット誤り率によって決まる。例えば、光通信では一般的に許容ビット誤り率として10-12以下という値が用いられるが、この場合は許容できるSN比は23dB以上となる。
Note that fluctuations in the multi-level signal level corresponding to the first and second demodulating pseudo-random number sequences 42a and 42b that are not used for generation of the identification level affect signal level deterioration, that is, SN ratio deterioration during identification. However, if the deteriorated S / N ratio is set so as to satisfy the required value of the
また、図9の例では、第1の多値変換部142の入力ビット数が8ビット、変調用擬似乱数列の数が4であり、変調用擬似乱数列が第1の多値変換部142の入力ビット列のうち上位2ビット及び下位2ビットに入力される例を示したが、これはあくまで一例である。第1の多値変換部142の入力ビット数は任意であり、変調用擬似乱数列及び復調用擬似乱数列の数は、実現可能な乱数生成速度と必要なビットレートとの比に応じて、任意に設定可能である。また、第1の多値変換部142の入力ビットの上位ビット及び下位ビットに割り振る変調用擬似乱数列の数は、入力ビット列のうち最下位ビットに、必ずいずれかの変調用擬似乱数列が入力されるという条件さえ満足していれば、任意に設定できる。
In the example of FIG. 9, the number of input bits of the first
以上のように本実施形態によれば、盗聴者が鍵情報の特定のために多値信号の多値判定を試みた場合、同一グループ内の多値信号のステップ幅が雑音レベルと同等以下に設定されているため、第1の実施形態と同様に、多値信号の識別誤りが発生することになる。また、多値信号の信号点配置を適切に設定することにより、擬似乱数発生器に要求される乱数生成速度の上昇を低く抑えつつ、安全性を向上させることができる。このために、第3の実施形態に係るデータ通信装置は、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, when an eavesdropper attempts multilevel determination of a multilevel signal for specifying key information, the step width of the multilevel signal in the same group is equal to or less than the noise level. Since it is set, a multilevel signal identification error occurs as in the first embodiment. In addition, by appropriately setting the signal point arrangement of the multilevel signal, it is possible to improve safety while suppressing an increase in the random number generation speed required for the pseudo random number generator. For this reason, the data communication apparatus according to the third embodiment provides safe data that makes it difficult to decode and decode the received signal quality at the time of eavesdropping by a third party. A communication device can be provided.
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係るデータ通信装置の全体構成は、図1に示したデータ通信装置と同様であるので説明を省略する。第4の実施形態に係るデータ通信装置は、第3の実施形態と比較して、第1の多値符号発生部111aの構成のみが異なる。以下、第3の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第4の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
(Fourth embodiment)
The overall configuration of the data communication apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is the same as that of the data communication apparatus shown in FIG. The data communication apparatus according to the fourth embodiment is different from the third embodiment only in the configuration of the first
図12は、本発明の第4の実施形態に係る第1の多値符号発生部111aの詳細な構成の一例を示すブロック図である。図12において、第1の多値符号発生部111aは、第1の乱数列発生部141と、第1の多値変換部142と、物理乱数生成部143とを有する。第1の乱数列発生部141は、擬似乱数生成部1411と、シリアル・パラレル変換部1412とを持つ。ここでは、多値符号列12のビット数が8ビット(m=8)の場合の例を示してある。本実施形態における第2の多値符号発生部212aは、第2の実施形態と同様に、図7に示す構成である。
FIG. 12 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the first multi-level
続いて、本実施形態に係るデータ通信装置の動作を説明する。擬似乱数生成部1411及びシリアル・パラレル変換部1412の動作は、第2の実施形態と同様である。物理乱数生成部143は、1つまたは複数の物理乱数列を生成し出力する。図12の例では、物理乱数生成部143は、第1〜第4の物理乱数列33a〜dを出力する。ここで、シリアル・パラレル変換部1412から出力される変調用擬似乱数列32a〜dの数は、第1の多値変換部142の入力ビット列のビット数よりも少なくする。第1〜第4の変調用擬似乱数列32a〜dは、入力ビット列の一部として第1の多値変換部142に入力される。残りの入力ビット列には、第1〜第4の物理乱数列33a〜dが入力される。第1の多値変換部142は、入力ビット列を2m個の多値レベルを有する多値符号列12に変換し出力する。
Subsequently, the operation of the data communication apparatus according to the present embodiment will be described. The operations of the
図13は、本発明の第4の実施形態に係るデータ通信装置で用いられる信号フォーマットを説明する図である。図13に示した信号フォーマットは、図12に示す第1の多値符号発生部111aの構成に対応している。図13を参照して、第1の多値符号発生部111aは、多値符号列12の8ビットのうち、上位2ビットと下位2ビットとを変調用擬似乱数列32a〜dで決定し、中間の4ビットを物理乱数列33a〜dで決定する。よって、第1〜第4の変調用擬似乱数列32a〜dに対応した多値符号列のレベルの数が16個存在することになる。多値信号のステップ幅は、雑音レベルと同等以下に設定される。また、互いに隣接する多値信号レベルを異なる情報データの値に割り当てる。
FIG. 13 is a diagram for explaining a signal format used in the data communication apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The signal format shown in FIG. 13 corresponds to the configuration of the first
一方、データ受信装置において、受信した多値信号の識別レベルは、第2の実施形態と同様、第3及び第4の復調用擬似乱数列42c、dの値に基づいて決定される。多値識別部212bでは、受信した多値信号レベルと、多値信号の識別レベルと、第1の復調用擬似乱数列42aとの値に基づいて、情報データの値を識別する。 On the other hand, in the data receiving apparatus, the identification level of the received multilevel signal is determined based on the values of the third and fourth demodulated pseudorandom number sequences 42c and d, as in the second embodiment. The multi-level identifying unit 212b identifies the value of the information data based on the received multi-level signal level, the multi-level signal identification level, and the first demodulated pseudo-random number sequence 42a.
具体的には、多値識別部212bは、「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも大きく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“0”の場合」、及び「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも小さく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“1”の場合」は、情報データの値を“1”と識別する。逆に、多値識別部212bは、「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも大きく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“1”の場合」、及び「受信した多値信号レベルが識別レベルよりも小さく、かつ第1の復調用擬似乱数列42aの値が“0”の場合」は、情報データの値を“0”と識別する。 Specifically, the multi-level identifying unit 212b “when the received multi-level signal level is higher than the identification level and the value of the first demodulated pseudo-random number sequence 42a is“ 0 ”” and “received When the multilevel signal level is smaller than the identification level and the value of the first demodulated pseudorandom number sequence 42a is “1”, the value of the information data is identified as “1”. On the contrary, the multi-level identifying unit 212b determines that “the received multi-level signal level is higher than the identification level and the value of the first demodulated pseudorandom number sequence 42a is“ 1 ”” and “the received multi-level When the signal level is lower than the identification level and the value of the first demodulating pseudo-random number sequence 42a is “0”, the value of the information data is identified as “0”.
なお、識別レベル生成に使用しない第1〜第4の物理乱数列に相当する多値信号レベルの変動は、識別の際に信号レベルの劣化、すなわちSN比の劣化として影響するが、この劣化したSN比がデータ受信装置1201の所要値を満足するように設定しておけば、正規受信者は誤りなく多値信号を識別することができる。すなわち、情報振幅と、物理乱数列に相当する多値信号の変動幅との比は、正規受信者の許容できるSN比よりも大きいという条件を満足するように設定する必要がある。
Note that the fluctuation of the multi-level signal level corresponding to the first to fourth physical random number sequences that are not used for the generation of the identification level affects the deterioration of the signal level, that is, the SN ratio, during the identification. If the S / N ratio is set so as to satisfy the required value of the
ところで、図12に示す第1の多値符号発生部111aと同様の効果を得られる構成としては、図14Aに示す構成も考えられる。図14Aは、本発明の第4の実施形態に係る第1の多値符号発生部111aの他の構成の一例を示すブロック図である。図14Aの構成に含まれる機能ブロックとその動作は、基本的に図12と同じであるが、第1の多値変換部142の入力ビット列として、変調用擬似乱数列32a〜c及び物理乱数列33a〜bのみならず、固定値が入力されるビット列も存在する点が異なる。図15に、この構成例における多値信号フォーマットを示す。この場合、第1の多値変換部142への入力ビット列のうち2ビットが固定値であるため、多値符号列12が実際に取り得るレベルの数は64となる。多値信号のレベルは、多値符号列12と情報データ10の値(“0”または“1”)とに対応するため、取り得るレベルの数は128となる。これらのレベルは、それぞれ近い値を持つ16個のレベルからなる8つのグループに分かれる。各グループ内の多値信号のステップ幅は、雑音レベルと同等以下に設定される。また、各グループ内では、互いに隣接する多値信号レベルを異なる情報データの値に割り当てる。一方、識別レベルは図9の場合と同様、第3及び第4の復調用擬似乱数列42c、dの値に基づき決定される。
By the way, as a configuration capable of obtaining the same effect as that of the first multi-level
また、図12に示す第1の多値符号発生部111aと同様の効果を得られる構成としては、図14Bに示す構成も考えられる。図14Bは、本発明の第4の実施形態に係る第1の多値符号発生部111aの他の構成の一例を示すブロック図である。図14Bの構成に含まれる機能ブロックとその動作は、基本的に図12と同じであるが、第1の多値変換部142の入力ビット列として、物理乱数列33a〜dの代わりに所定の規則に基づいて生成された信号が入力される点が異なる。図14Bに示す例では、所定の規則に基づいて生成された信号として、変調用擬似乱数列32a〜cに所定の遅延時間を与えて生成された信号が、第1の多値変換部142に入力されている。
Further, as a configuration capable of obtaining the same effect as that of the first multi-level
なお、図9及び図10の例では、第1の多値変換部142の入力ビット数が8ビット、変調用擬似乱数列及び復調用擬似乱数列の数が4であり、変調用擬似乱数列が第1の多値変換部142の入力ビット列のうち上位及び下位2ビットに入力される例を示したが、これはあくまで一例である。第1の多値変換部142の入力ビット数は任意であり、変調用擬似乱数列及び復調用擬似乱数列の数は、実現可能な乱数生成速度と必要なビットレートとの比に応じて、任意に設定可能である。また、物理乱数列の数は、第1の多値変換部142の入力ビット数と変調用擬似乱数列の数との差以下であれば、任意に設定できる。また、各入力ビット列に変調用擬似乱数列と物理乱数列のいずれを入力するか、あるいは固定値を入力するかの選択は、入力ビット列のうち最下位ビットに、必ず変調用擬似乱数列が入力されるという条件さえ満足していれば、任意に設定できる。
9 and 10, the number of input bits of the first
以上のように本実施形態によれば、第3の実施形態よりも取り得る多値信号レベルの数が多いため、盗聴者による多値識別において、誤って識別される可能性のある多値信号レベルの数も多くなり、より盗聴が困難になる。また、第3の実施形態と同様に擬似乱数生成部に要求される乱数生成速度の上昇を低く抑えつつ、安全性を向上させることができる。このために、第3の実施形態に係るデータ通信装置は、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the number of multilevel signal levels that can be taken is larger than that in the third embodiment, a multilevel signal that may be erroneously identified in multilevel identification by an eavesdropper. The number of levels also increases, making wiretapping more difficult. In addition, as in the third embodiment, safety can be improved while suppressing an increase in the random number generation speed required for the pseudo random number generation unit. For this reason, the data communication apparatus according to the third embodiment provides safe data that makes it difficult to decode and decode the received signal quality at the time of eavesdropping by a third party. A communication device can be provided.
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、擬似乱数生成速度を一定に保ちつつ、情報データ10を異なるビットレートで伝送するためのものである。本発明の第5の実施形態に係るデータ通信装置の全体構成は、図1に示したデータ通信装置と同様であるので説明を省略する。第5の実施形態に係るデータ通信装置は、第3の実施形態と比較して、第1の乱数列発生部141及び第2の乱数列発生部241の構成のみが異なる。以下、第3の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第5の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment of the present invention is for transmitting
図16は、本発明の第5の実施形態に係る第1の乱数列発生部141の詳細な構成の一例を示すブロック図である。図16において、第1の乱数列発生部141は、擬似乱数生成部1411と、第1のスイッチ1413と、第1のシリアル・パラレル変換部1414と、第2のシリアル・パラレル変換部1415と、第2のスイッチ1416とを有する。
FIG. 16 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the first random number
続いて、本実施形態に係るデータ通信装置の動作を説明する。擬似乱数生成部1411は、第2の実施形態と同様に、第1の鍵情報11に基づいて、2値の擬似乱数系列31を生成する。第1のスイッチ1413は、入力される速度切替信号36に基づいて、擬似乱数系列31の出力先を第1のシリアル・パラレル変換部1414、又は第2のシリアル・パラレル変換部1415のいずれかに切り替える。第1のシリアル・パラレル変換部1414は、擬似乱数系列31をシリアル・パラレル変換し、第1〜第8の変調用擬似乱数列34a〜hとして出力する。第1のシリアル・パラレル変換部1414から出力される変調用擬似乱数列の数は、第1の多値変換部142の入力ビット数と同じである。第2のシリアル・パラレル変換部1415は、擬似乱数系列31をシリアル・パラレル変換し、第1〜第4の変調用擬似乱数列35a〜dとして出力する。第2のシリアル・パラレル変換部1415から出力される変調用擬似乱数列の数は、第1の多値変換部142の入力ビット数より小さくする。
Subsequently, the operation of the data communication apparatus according to the present embodiment will be described. The
第2のスイッチ1416には、第1のシリアル・パラレル変換部1414から出力される第1〜第8の変調用擬似乱数列34a〜hと、第2のシリアル・パラレル変換部1415から出力される第1〜第4の変調用擬似乱数列35a〜dとが入力される。第2のスイッチ1416は、速度切替信号36に基づいて、第1のシリアル・パラレル変換部1414、あるいは第2のシリアル・パラレル変換部1415のどちらかの入力を第1の多値変換部142へ出力するかを選択する。ここで、第2のシリアル・パラレル変換部1415には、第1〜第4の変調用擬似乱数列35a〜dと共に、空いているビットに固定値が入力される。第2の乱数列発生部241の構成及び動作は、図示しないが第1の乱数列発生部141と同様である。
The second switch 1416 outputs the first to eighth modulation pseudo-random number sequences 34a to 34h output from the first serial /
第1のスイッチ1413及び第2のスイッチ1416を第1のシリアル・パラレル変換部1414側に切り替えた場合、本実施形態に係るデータ通信装置は、第2の実施形態と同様の動作を行う。このときのビットレートは、擬似乱数生成部1411における乱数生成速度の1/8である。一方、第1のスイッチ1413及び第2のスイッチ1416を第2のシリアル・パラレル変換部1415側に切り替えた場合、本実施形態に係るデータ通信装置は、第3の実施形態と同様の動作を行う。このときのビットレートは、擬似乱数生成部1411における乱数生成速度の1/4である。このように、出力する変調用擬似乱数列の数が異なるシリアル・パラレル変換部を複数用意し、これを切り替えて使用することにより、擬似乱数生成速度が同じでも異なるビットレートに対応することができる。すなわち、変調用擬似乱数列の数とビットレートとの積が擬似乱数生成速度となるため、変調用擬似乱数列の数を切り替えることによりビットレートを可変にすることができる。ただし、図16に示していない他の全ての構成ブロックは、伝送可能な全ビットレートに対応できるものとする。
When the
なお、図16の構成例は、あくまでも一例であり、擬似乱数生成速度を一定に保ちつつ、変調用擬似乱数列の数を切り替えることによりビットレートを切り替えることができれば、いかなる構成を用いても構わない。また、切り替えるビットレートの値は2つに限定されず、必要に応じて任意に設定することが可能である。 Note that the configuration example in FIG. 16 is merely an example, and any configuration may be used as long as the bit rate can be switched by switching the number of modulation pseudo-random number sequences while keeping the pseudo-random number generation speed constant. Absent. Further, the value of the bit rate to be switched is not limited to two, and can be arbitrarily set as necessary.
以上のように本実施形態によれば、擬似乱数生成部の乱数生成速度を一定に保ちつつ、複数のビットレートに対応することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to support a plurality of bit rates while keeping the random number generation speed of the pseudo random number generation unit constant.
なお、上述した第1〜5の実施形態に係るデータ通信装置は、各実施形態の特徴を互いに組み合わせた構成とすることができるものとする。また、上述した第1〜第5の実施形態に係るデータ送信装置、データ受信装置、及びデータ通信装置が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与えるデータ送信方法、データ受信方法、及びデータ通信方法としても捉えることができる。 In addition, the data communication apparatus according to the first to fifth embodiments described above can be configured to combine the features of the embodiments. Each of the processes performed by the data transmission device, the data reception device, and the data communication device according to the first to fifth embodiments described above includes a data transmission method, a data reception method, and data communication that provide a series of processing procedures. It can also be understood as a method.
また、上述したデータ通信方法、データ受信方法、及びデータ通信方法は、記憶装置(ROM、RAM、ハードディスク等)に格納された上述した処理手順を実施可能な所定のプログラムデータが、CPUによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記憶媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記憶媒体上から直接実行されてもよい。なお、記憶媒体は、ROMやRAMやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、CD−ROMやDVDやBD等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記憶媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。 In the data communication method, the data reception method, and the data communication method described above, predetermined program data stored in a storage device (ROM, RAM, hard disk, etc.) that can execute the processing procedure described above is interpreted and executed by the CPU. May be realized. In this case, the program data may be introduced into the storage device via the storage medium, or may be directly executed from the storage medium. Note that the storage medium refers to a semiconductor memory such as a ROM, a RAM, or a flash memory, a magnetic disk memory such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk memory such as a CD-ROM, a DVD, or a BD, and a memory card. The storage medium is a concept including a communication medium such as a telephone line or a conveyance path.
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。 Although the present invention has been described in detail above, the above description is merely illustrative of the present invention in all respects and is not intended to limit the scope thereof. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。 The data communication device according to the present invention is useful as a secure secret communication device that does not receive eavesdropping and interception.
1101 データ送信装置
1201 データ受信装置
110 伝送路
111 多値符号化部
111a 第1の多値符号発生部
111b 多値処理部
112 変調部
141 第1の乱数列発生部
1411 擬似乱数生成部
1412,1414,1415 S/P変換部
1413 第1のスイッチ
1415 第2のスイッチ
142 第1の多値変換部
143 物理乱数生成部
211 復調部
212 多値復号化部
212a 第2の多値符号発生部
212b 多値識別部
241 第2の乱数列発生部
2411 擬似乱数列生成部
2412 S/P変換部
242 第2の多値変換部
10、18 情報データ
11、16、91、96、99 鍵情報
12、17 多値符号列
13、15 多値信号
14、94 変調信号
31 擬似乱数列
32a〜h、34a〜h、35a〜d 変調用擬似乱数
33a〜d 物理乱数列
42a〜h 復調用擬似乱数
1101
Claims (20)
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データ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、
前記多値信号に所定の変調処理を施して、変調信号として出力する変調部とを備え、
前記多値符号発生部は、
前記所定の鍵情報に基づいて、複数の変調用擬似乱数列を生成する乱数列生成部と、
前記複数の変調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を前記多値符号列に変換する多値変換部とを備え、
前記多値変換部への入力ビット列の数は、前記乱数列生成部が生成した変調用擬似乱列の数よりも大きいことを特徴とする、データ送信装置。 A data transmitting device that encrypts information data using predetermined key information and performs secret communication with a receiving device,
Based on the predetermined key information, a multi-level code generator for generating a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner;
A multi-level processing unit that combines the multi-level code sequence and the information data, and generates a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the multi-level code sequence and the information data;
A modulation unit that performs predetermined modulation processing on the multilevel signal and outputs the modulated signal,
The multi-level code generator is
Based on the predetermined key information, a random number sequence generation unit that generates a plurality of modulation pseudo-random number sequences,
A plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of modulation pseudo-random number sequences are input as an input bit sequence, and a multi-level conversion unit that converts the input bit sequence into the multi-level code sequence,
The data transmission apparatus according to claim 1, wherein the number of input bit strings to the multi-value conversion unit is larger than the number of modulation pseudo random sequences generated by the random number sequence generation unit.
前記多値変換部には、前記入力ビット列のうち、前記変調用擬似乱数列を除いた残りのビット列として、前記1つ以上の物理乱数列が入力されることを特徴とする、請求項1に記載のデータ送信装置。 The multi-level code generation unit further includes a physical random number generation unit that generates one or more physical random number sequences,
The one or more physical random number sequences are input to the multi-value conversion unit as the remaining bit sequences excluding the pseudo random number sequence for modulation from the input bit sequence. The data transmission device described.
前記多値変換部には、前記入力ビットのうち、前記変調用擬似乱数列を除いた一部のビット列として前記1つ以上の物理乱数列が入力され、残りのビット列として固定値が入力されることを特徴とする、請求項1に記載のデータ送信装置。 The multi-level code generation unit further includes a physical random number generation unit that generates one or more physical random number sequences,
The multi-value conversion unit receives the one or more physical random number sequences as a part of the input bits excluding the pseudo random number sequence for modulation, and receives a fixed value as the remaining bit sequence. The data transmission device according to claim 1, wherein:
前記所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、
前記擬似乱数生成部で生成した擬似乱数系列をシリアル・パラレル変換して、前記複数の変調用擬似乱数列として出力するシリアル・パラレル変換部とを備えることを特徴とする、請求項1に記載のデータ送信装置。 The random number sequence generator
A pseudo-random number generator that generates a binary pseudo-random number sequence based on the predetermined key information;
The serial-parallel conversion part which carries out the serial-parallel conversion of the pseudo-random number series produced | generated by the said pseudo-random number production | generation part, and outputs as said some pseudo-random number sequence for modulation | alteration, It is characterized by the above-mentioned. Data transmission device.
前記所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、
前記擬似乱数生成部で生成した擬似乱数列をシリアル・パラレル変換して、複数の変調用擬似乱数列として出力する複数のシリアル・パラレル変換部と、
前記擬似乱数生成部で生成した擬似乱数系列の出力先を、速度切替信号に基づいて、前記複数のシリアル・パラレル変換部のどちらか一方に切り替える第1のスイッチと、
前記複数のシリアル・パラレル変換部から出力される複数の変調用擬似乱数系列を、前記速度切替信号に基づいて選択して出力する第2のスイッチとを備え、
前記複数のシリアル・パラレル変換部は、互いに異なる数の変調用擬似乱数列を出力することを特徴とする、請求項1に記載のデータ送信装置。 The random number sequence generator
A pseudo-random number generator that generates a binary pseudo-random number sequence based on the predetermined key information;
A plurality of serial / parallel converters that serial-parallel convert the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator and output as a plurality of pseudo-random numbers for modulation;
A first switch that switches an output destination of the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator to one of the plurality of serial / parallel converters based on a speed switching signal;
A second switch for selecting and outputting a plurality of modulation pseudo-random number sequences output from the plurality of serial / parallel converters based on the speed switching signal;
The data transmitting apparatus according to claim 1, wherein the plurality of serial / parallel converters output different numbers of pseudo random numbers for modulation.
前記所定の鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、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多値信号として出力する復調部と、
前記多値符号列に基づいて、前記多値信号から前記情報データを識別する識別部とを備え、
前記多値符号発生部は、
前記所定の鍵情報に基づいて、複数の復調用擬似乱数列を生成する乱数列生成部と、
前記複数の復調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を前記多値符号列に変換する多値変換部とを備え、
前記多値変換部への入力ビット列の数は、前記乱数列生成部が生成した復調用擬似乱列の数よりも大きいことを特徴とする、データ受信装置。 A data receiving device that receives information data encrypted using predetermined key information and performs secret communication with a transmitting device,
A multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence in which the signal level changes in a substantially random manner from the predetermined key information;
A demodulator that demodulates the modulated signal received from the transmission device by a predetermined demodulation method, and outputs a demodulated signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multilevel code sequence;
An identification unit for identifying the information data from the multilevel signal based on the multilevel code sequence;
The multi-level code generator is
Based on the predetermined key information, a random number sequence generator that generates a plurality of demodulated pseudo-random number sequences,
A plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of demodulating pseudo-random number sequences are input as an input bit sequence, and a multi-level conversion unit that converts the input bit sequence into the multi-level code sequence,
The data receiving apparatus according to claim 1, wherein the number of bit strings input to the multi-value conversion unit is larger than the number of demodulated pseudo random sequences generated by the random number sequence generation unit.
前記所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、
前記擬似乱数生成部で生成した擬似乱数系列をシリアル・パラレル変換して、複数の復調用擬似乱数列として出力するシリアル・パラレル変換部とを備えることを特徴とする、請求項12に記載のデータ受信装置。 The random number sequence generator
A pseudo-random number generator that generates a binary pseudo-random number sequence based on the predetermined key information;
The data according to claim 12, further comprising: a serial / parallel converter that serial-parallel converts the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator and outputs the pseudo-random number sequence as a plurality of pseudo-random numbers for demodulation. Receiver device.
前記所定の鍵情報に基づいて、2値の擬似乱数系列を生成する擬似乱数生成部と、
前記擬似乱数生成部で生成した擬似乱数列をシリアル・パラレル変換して、複数の復調用擬似乱数列として出力する複数のシリアル・パラレル変換部と、
前記擬似乱数生成部で発生した擬似乱数系列の出力先を、速度切替信号に基づいて、前記複数のシリアル・パラレル変換部のどちらか一方に切り替える第1のスイッチと、
前記複数のシリアル・パラレル変換部から出力される複数の復調用擬似乱数系列を、前記速度切替信号に基づいて選択して出力する第2のスイッチとを備え、
前記複数のシリアル・パラレル変換部は、互いに異なる数の復調用擬似乱数列を出力することを特徴とする、請求項12に記載のデータ受信装置。 The random number sequence generator
A pseudo-random number generator that generates a binary pseudo-random number sequence based on the predetermined key information;
A plurality of serial / parallel converters that serial-parallel convert the pseudo-random number sequence generated by the pseudo-random number generator and output as a plurality of demodulated pseudo-random numbers,
A first switch that switches an output destination of the pseudo-random number sequence generated in the pseudo-random number generation unit to one of the plurality of serial / parallel conversion units based on a speed switching signal;
A second switch for selecting and outputting a plurality of demodulated pseudo-random number sequences output from the plurality of serial / parallel converters based on the speed switching signal;
The data receiving apparatus according to claim 12, wherein the plurality of serial / parallel converters output different numbers of demodulated pseudo-random number sequences.
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データ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ステップと、
前記多値信号に所定の変調処理を施して、変調信号として出力する変調ステップとを備え、
前記多値符号発生ステップは、
前記所定の鍵情報に基づいて、複数の変調用擬似乱数列を生成する乱数列生成ステップと、
前記複数の変調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を前記多値符号列に変換する多値変換ステップとを備え、
前記入力ビット列の数は、前記変調用擬似乱列の数よりも大きいことを特徴とする、データ送信方法。 A data transmission method for encrypting information data using predetermined key information and performing secret communication with a receiving device,
A multi-level code generation step for generating a multi-level code sequence in which the signal level changes substantially randomly based on the predetermined key information;
Combining the multilevel code sequence and the information data, and generating a multilevel signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the multilevel code sequence and the information data;
A modulation step of performing a predetermined modulation process on the multi-level signal and outputting as a modulation signal,
The multi-level code generation step includes:
A random number sequence generating step for generating a plurality of modulation pseudo-random number sequences based on the predetermined key information;
A plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of modulation pseudo-random number sequences as an input bit sequence, and a multi-value conversion step of converting the input bit sequence into the multi-value code sequence,
The data transmission method according to claim 1, wherein the number of the input bit sequences is larger than the number of the pseudo random sequences for modulation.
前記所定の鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
前記送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、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多値信号として出力する復調ステップと、
前記多値符号列に基づいて、前記多値信号から前記情報データを識別する識別ステップとを備え、
前記多値符号発生ステップは、
前記所定の鍵情報に基づいて、複数の復調用擬似乱数列を生成する乱数列生成ステップと、
前記複数の復調用擬似乱数列の一部を少なくとも含んだ複数のビット列が入力ビット列として入力され、当該入力ビット列を前記多値符号列に変換する多値変換ステップとを備え、
前記入力ビット列の数は、前記復調用擬似乱列の数よりも大きいことを特徴とする、データ受信方法。 A data reception method for receiving information data encrypted using predetermined key information and performing secret communication with a transmission device,
A multi-level code generation step of generating a multi-level code sequence in which the signal level changes substantially randomly from the predetermined key information;
A demodulating step of demodulating the modulated signal received from the transmitting device by a predetermined demodulation method, and outputting as a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multi-level code sequence;
An identification step for identifying the information data from the multilevel signal based on the multilevel code sequence,
The multi-level code generation step includes:
Based on the predetermined key information, a random number sequence generating step for generating a plurality of demodulation pseudo-random number sequences,
A plurality of bit sequences including at least a part of the plurality of demodulating pseudo-random number sequences are input as an input bit sequence, and a multi-level conversion step of converting the input bit sequence into the multi-level code sequence,
The data receiving method according to claim 1, wherein the number of the input bit strings is larger than the number of the pseudo random sequences for demodulation.
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JP2012034062A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Tamagawa Gakuen | Cipher optical transmission apparatus and reception apparatus, cipher optical transmission method and receiving method, and cipher communication system |
JP2013081069A (en) * | 2011-10-04 | 2013-05-02 | Tamagawa Gakuen | Encryption optical transmitter and receiver, and encryption communication system |
CN115086122A (en) * | 2022-07-22 | 2022-09-20 | 山东大学 | Ground communication method and system based on logarithmic non-uniform high-order pseudo-random signal |
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- 2007-02-02 JP JP2007024598A patent/JP2007241256A/en not_active Withdrawn
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