JP2007243926A - データ送信装置及びデータ受信装置、並びにその装置で行われる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、秘匿性の高いデータ通信装置を提供する。
【解決手段】データ送信装置１１０１は、予め定められた第１の鍵情報１１と情報データ１０とに基づいて、その信号レベルが略乱数的に変化する多値信号１３を生成し、この多値信号１３を所定の変調形式の変調信号１４に変換して送信する。データ受信装置１２０１は、変調信号１４を復調して多値信号１５に変換し、データ送信装置１１０１で用いられた第１の鍵情報１１と同一の第２の鍵情報１６を用いて、この多値信号１５から情報データ１８を再生する。
【選択図】図１

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及びデータ受信装置、並びにその装置で行われる方法に関する。

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１１に、この構成に基づく、従来のデータ通信装置の構成を示す。

図１１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で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。

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で暗号化された情報データ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。
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、符号化部９１１との間で共有した第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、元の情報データ９０を出力する。

ここで、盗聴者データ受信装置９００３を用いて、第三者による盗聴行為を説明する。図１１において、盗聴者データ受信装置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、データ送信装置９００１とデータ受信装置９００２との間で伝送される変調信号９４を盗聴して、盗聴した変調信号９４を所定の復調方式で復調する。そして、盗聴者復号化部９１７は、復調された情報データについて第３の鍵情報９９に基づいた復号化を試みる。ここで、第３の鍵情報９９は、符号化部９１１との間で鍵情報を共有していないため、第１の鍵情報９１とは異なる。よって、盗聴者復号化部９１７は、第３の鍵情報９９に基づいて復号化を行ったとしても、符号化部９１１に入力された元の情報データ９０を正しく再生することができない。

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）構成では、各光受信器に、所望の光信号以外の他加入者に向けた信号が入力される。そこで、互いに異なる鍵情報を用いて、加入者毎の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することができる。
特開平９−２０５４２０号公報 石橋啓一郎他訳、「暗号とネットワークセキュリティ：理論と実際」、ピアソン・エデュケーション、２００１年 安達真弓他訳、「暗号技術大全」、ソフトバンクパブリッシング、２００３年

しかしながら、数理暗号技術に基づく従来のデータ通信装置では、盗聴者は、たとえ鍵情報を共有しなくとも、暗号文（変調信号又は暗号化された情報データ）に対して、考え得る全ての組み合わせの鍵情報を用いた演算（総当たり攻撃）や、特殊な解析アルゴリズムの適用を試みれば、原理的に暗号解読が可能である。特に、近年の計算機の処理速度向上は目覚ましく、将来的に量子コンピュータ等の新しい原理による計算機が実現されれば、有限の時間内で暗号文を盗聴できるという課題を有していた。

それ故に、本発明の目的は、盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、秘匿性の高いデータ通信を実現させたデータ送信装置及びデータ受信装置を提供することである。

本発明は、暗号化通信を行うデータ送信装置及び方法に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ送信装置は、多値符号発生部と、合成部と、誤り訂正符号化部と、多値処理部と、変調部とを備える。本発明のデータ送信方法は、これらの構成が実行する各ステップによって実現される。

多値符号発生部は、予め定められた鍵情報から、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。合成部は、多値符号列に所定の頻度で付随データを合成して、合成多値信号を生成する。誤り訂正符号化部は、所定の誤り訂正符号化処理に基づいて情報データに誤り訂正符号を付加して、その訂正符号化された情報データを出力する。多値処理部は、所定の処理に従って、合成多値信号と訂正符号化された情報データとを合成し、合成した両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号を生成する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式による変調信号を発生する。

なお、付随データは、情報データと同期した同期信号であるか、情報データのＮ分周クロックであるか、予め定められた符号同期パターンであることが望ましい。

また、本発明は、暗号化通信を行うデータ受信装置及び方法にも向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ受信装置は、復調部と、多値符号発生部と、多値識別部と、誤り訂正復号化部とを備える。本発明のデータ受信方法は、これらの構成が実行する各ステップによって実現される。

復調部は、誤り訂正符号化処理された情報データと付随データを含む合成多値信号とに基づいて生成された、所定の変調形式による変調信号を復調し、その復調によって得られた多値信号を出力する。多値符号発生部は、予め定められた鍵情報から、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。多値識別部は、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、識別再生したデータを出力する。誤り訂正復号化部は、所定の誤り訂正復号処理に基づいて、多値識別部で再生されたデータから合成多値信号と多値符号列との差異を検出し、その検出結果を付随データとして出力すると共に、誤り訂正復号した情報を情報データとして出力する。

ここで、多値符号発生部が、予め定められた鍵情報に加えて同期信号から、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場合には、付随データを入力し、所定の手順により付随データに同期した同期信号を抽出して、その抽出した同期信号を多値符号発生部に出力する同期抽出部をさらに備えてもよい。
なお、この同期抽出部は、予め定められた符号同期パターン及び付随データを入力し、所定の手順により、付随データに同期した同期信号を抽出し、多値符号発生部に出力することが望ましい。

上記本発明によれば、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、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。これにより、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。

また、伝送すべき情報データに誤り訂正符号を施すと共に、付随データを用いてデータ送信装置とデータ受信装置との間で多値符号列の不一致を生じさせた上で、送信データを暗号化し、データ受信装置において発生する受信データの誤りを訂正する。これにより、情報データと付随データとを同時に送受信することができ、秘匿性の高いデータ通信装置を実現することができる。

さらに、付随データから同期信号を抽出し、この同期信号に基づいて発生した多値符号列を用いて多値信号を同期識別することにより、容易な構成で同期系を備えるデータ通信装置を実現できる。

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。
（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を示すブロック図である。図１において、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及び多値処理部１１１ｂ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及び多値識別部２１２ｂ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。

図２及び図３は、変調部１１２から出力される変調信号１４の波形を説明するための模式図である。以下に、第１の実施形態に係るデータ通信装置について、図１〜図４を用いながら、その動作を説明する。

第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた第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の（ｂ））を発生する。多値処理部１１１ｂには、多値符号列１２（図２の（ｂ））と情報データ１０（図２の（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、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号１３（図２の（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。そして、変調部１１２は、この多値信号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。

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”と、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”と、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）を第１〜第５の“基底”と、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”と、それぞれ呼称する。

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。

なお、多値処理部１１１ｂは、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して、多値信号１３を生成してもよい。

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、また非同期であってもよい。

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を発生させることができない。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。

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。

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。

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困難化することができる。

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困難にして、データ通信の安全性を確保することができる。

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困難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。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図５において、第２の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１１０２とデータ受信装置１２０２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１１０２は、多値符号化部１２１と変調部１１２とを備える。多値符号化部１２１は、第１の多値符号発生部１１１ａ、多値処理部１１１ｂ、合成部１１１ｃ、及び誤り訂正符号化部１１１ｄを含む。データ受信装置１２０２は、復調部２１１と多値復号化部２２２とを備える。多値復号化部２２２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、多値識別部２１２ｂ、及び誤り訂正復号化部２１２ｃを含む。

図５で示すように、第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成は、第１の多値符号発生部１１１ａ及び第２の多値符号発生部２１２ａの構成を詳細化すると共に、上記第１の実施形態に係るデータ通信装置と比べて、合成部１１１ｃ、誤り訂正符号化部１１１ｄ及び誤り訂正復号化部２１２ｃの構成が異なる。以下、上記第１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２の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。

第１の多値符号発生部１１１ａは、第１の乱数列発生部１２１ａ及び第１の多値変換部１２１ｂを含む。第１の乱数列発生部１２１ａは、所定の第１の鍵情報１１を入力し（図６のステップＳ６０１）、この第１の鍵情報１１に基づいて第１の２値乱数列３１（図９の（ａ））を発生する。第１の多値変換部１２１ｂは、所定の符号化則に従って第１の２値乱数列３１を多値化して、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２（図８の（ｃ）及び図９の（ｂ））を生成する（図６のステップＳ６０２）。

合成部１１１ｃには、付随データ２０（図８の（ｂ））が入力される（図６のステップＳ６０３）。この付随データ２０は、情報データ１０を故意に誤らせるために用いられるデータであり、例えば情報データ１０と同期した信号（情報データのＮ分周クロックや所定の符号同期パターン等）が用いられる。合成部１１１ｃは、多値符号列１２と付随データ２０とを入力し、付随データ２０の論理に応じて、所定の頻度で多値符号列１２の信号レベルを変換した多値符号列（合成多値信号）２１（図８の（ｄ）及び図９の（ｃ））を生成する（図６のステップＳ６０４）。

誤り訂正符号化部１１１ｄは、情報データ１０を入力し（図６のステップＳ６０５）、その情報データ１０に誤り訂正符号を付加して、多値処理部１１１ｂへ出力する（図６のステップＳ６０６）。多値処理部１１１ｂは、多値符号列２１と、誤り訂正符号化部１１１ｄで誤り訂正符号が付加された情報データ１０（図８の（ａ））とを入力し、所定の手順に従って両信号を合成し、合成した両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号１３を生成する（図６のステップＳ６０７）。変調部１１２は、この多値信号１３を元データとして、所定の変調形式による変調信号１４を発生して、伝送路１１０に送出する（図６のステップＳ６０８）。

復調部２１１は、伝送路１１０を介してデータ送信装置１１０２から伝送されてきた（誤り符号化処理された情報データ１０と付随データ２０を含む多値符号列２１とに基づいて生成された所定の変調方式による）変調信号１４を入力する（図７のステップＳ７０１）。そして、復調部２１１は、変調信号１４を復調し、多値信号１５を再生して出力する（図７のステップＳ７０２）。第２の多値符号発生部２１２ａは、第２の乱数列発生部２２２ａ及び第２の多値変換部２２２ｂを含む。第２の乱数列発生部２２２ａは、第１の鍵情報１１と同等である第２の鍵情報１６を入力し（図７のステップＳ７０３）、この第２の鍵情報１６に基づいて第２の２値乱数列３２を発生する。第２の多値変換部２２２ｂは、所定の符号化則に従って、第２の２値乱数列３２を多値化し、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１７（図８の（ｅ））を生成する（図７のステップＳ７０４）。

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２２（図８の（ｆ））を再生する（図７のステップＳ７０５）。誤り訂正復号化部２１２ｃは、情報データ２２を入力し、情報データ２２の誤りビット（又は誤りビットの位置：図８の（ｆ）中の×点の位置）の検出、及び当該誤りビットの誤り訂正処理を行うことにより、情報データ１８（図８の（ｇ））を再生して出力する（図７のステップＳ７０６）。

ここで、誤り訂正復号化部２１２ｃにおいて検出されるビット誤りは、多値符号列２１と多値符号列１７との差異、すなわち付随データ２０の論理に応じた判定誤りに相当する。このため、誤りの発生したビット位置を検出することにより、付随データ２３（図８の（ｈ））を再生することができる（図７のステップＳ７０７）。

次に、第三者による、変調信号の盗聴動作について説明する。
第三者は、データ送信装置１１０２の多値符号化部１２１との間で第１の鍵情報１１を共有しないため、「総当たり攻撃」により復調した多値信号が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して同時判定を行い、この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を抽出する。ここで、第三者による鍵情報の解析手法として、例えば、判定結果からデータ送信装置１１０２で発生した第１の２値乱数列３１（図９の（ａ））に対応する２値乱数列を生成し、この２値乱数列から第１の鍵情報１１の鍵長ｋの２倍に相当する連続ビット（２ｋビット）を得ることにより、第１の鍵情報１１を解読する手法が考えられる。これに対して、本発明では、データ送信装置１１０２における付随データ２０に応じた多値符号列１２の信号レベルの変換処理によって、データ送信装置１１０２で発生した第１の２値乱数列３１（図９の（ａ））と、判定結果から生成した２値乱数列（図９の（ｅ））とに差異を与えている。これにより、第三者による正しい連続ビット（２ｋ）の取得を妨ぎ、ひいては第１の鍵情報１１の解読行為を困難化することができる。

以上のように、本発明の第２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１０に誤り訂正符号を施すと共に、付随データ２０を用いてデータ送信装置１１０２とデータ受信装置１２０２との間で多値符号列２１及び１７の不一致を生じさせた上で、送信データを暗号化し、データ受信装置１２０２において発生する受信データの誤りを訂正する。これにより、情報データ１８と付随データ２３とを同時に送受信することができ、秘匿性の高いデータ通信装置を実現することができる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１０において、第３の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１１０２とデータ受信装置１２０３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１１０２は、多値符号化部１２１と変調部１１２とを備える。データ受信装置１２０３は、復調部２１１と多値復号化部２３２とを備える。多値復号化部２３２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、多値識別部２１２ｂ、誤り訂正復号化部２１２ｃ、及び同期抽出部２１２ｄを含む。

図１０で示すように、第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成は、上記第２の実施形態に係るデータ通信装置と比べて、同期抽出部２１２ｄの構成が異なる。以下、上記第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。

第２の乱数列発生部２２２ａは、第１の鍵情報１１と同等である第２の鍵情報１６に基づいて、第２の２値乱数列３２を発生する。第２の多値変換部２２２ｂは、同期信号３３を入力し、第２の２値乱数列３２を多値化して得られる多値符号列１７を同期信号３３に同期して発生させる。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）を行って情報データ２２を再生する。誤り訂正復号化部２１２ｃは、情報データ２２を入力し、情報データ２２の誤りビットの検出、及び当該誤りビットの誤り訂正処理を行うことにより、情報データ１８と付随データ２３とを同時に再生する。同期抽出部２１２ｄは、付随データ２３を入力し、付随データ２３に同期した同期信号３３を抽出して第２の多値変換部２２２ｂに出力する。

この動作によって、データ送信装置１１０２において、情報データ１０と付随データ２０とが同期関係にある場合、同期信号３３に基づいて第２の多値符号発生部２１２ａで発生した多値符号列１７と復調部２１１から出力される多値信号１５との同期が得られる。従って、この多値符号列１７を用いて多値信号１５を同期識別することができる。

以上のように、本発明の第３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１０に誤り訂正符号を施すと共に、情報データ１０と同期した付随データ２０を用いてデータ送信装置１１０２とデータ受信装置１２０３との間で多値符号列２１及び１７の不一致を生じさせた上で、送信データを暗号化し、データ受信装置１２０２において発生する受信データの誤りを訂正する。これにより、情報データ１８と付随データ２３とを同時に送受信することができ、秘匿性の高いデータ通信装置を実現することができる。さらに、付随データ２３から同期信号３３を抽出し、この同期信号３３に基づいて発生した多値符号列１７を用いて多値信号１５を同期識別することにより、容易な構成で同期系を備えるデータ通信装置を実現できる。

本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受等を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図 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 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 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 本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図 図５のデータ送信装置１１０２が実行する方法を説明するフローチャート 図５のデータ受信装置１２０２が実行する方法を説明するフローチャート 本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の動作（正規通信）を説明する図 本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の動作（盗聴）を説明する図 本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図 従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１１０１、１１０２、９００１ データ送信装置
１２０１〜１２０３、９００２、９００３ データ受信装置
１１０、９１３ 伝送路
１１１、１２１ 多値符号化部
１１２、９１２ 変調部
１１１ａ、２１２ａ 多値符号発生部
１１１ｂ 多値処理部
１１１ｃ 合成部
１１１ｄ 誤り訂正符号化部
２１１、９１４、９１６ 復調部
２１２、２２２、２３２ 多値復号化部
２１２ｂ 多値識別部
２１２ｃ 誤り訂正復号化部
２１２ｄ 同期抽出部
１２１ａ、２２２ａ 乱数列発生部
１２１ｂ、２２２ｂ 多値変換部
９１１ 符号化部
９１５、９１７ 復号化部

Claims (10)

1. 暗号通信を行うデータ送信装置であって、
   予め定められた鍵情報から、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、
   前記多値符号列に所定の頻度で付随データを合成して、合成多値信号を生成する合成部と、
   所定の誤り訂正符号化処理に基づいて情報データに誤り訂正符号を付加して、当該訂正符号化された情報データを出力する誤り訂正符号化部と、
   所定の処理に従って、前記合成多値信号と前記訂正符号化された情報データとを合成し、合成した両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
   前記多値信号に基づいて、所定の変調形式による変調信号を発生する変調部とを備える、データ送信装置。
2. 前記付随データが、前記情報データと同期した同期信号であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
3. 前記付随データが、前記情報データのＮ分周クロックであることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
4. 前記付随データが、予め定められた符号同期パターンであることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
5. 暗号通信を行うデータ受信装置であって、
   誤り訂正符号化処理された情報データと付随データを含む合成多値信号とに基づいて生成された、所定の変調形式による変調信号を復調し、当該復調によって得られた多値信号を出力する復調部と、
   予め定められた鍵情報から、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、
   前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、識別再生したデータを出力する多値識別部と、
   所定の誤り訂正復号処理に基づいて、前記多値識別部で再生されたデータから前記合成多値信号と前記多値符号列との差異を検出し、当該検出結果を前記付随データとして出力すると共に、誤り訂正復号した情報を前記情報データとして出力する誤り訂正復号化部とを備える、データ受信装置。
6. 暗号通信を行うデータ受信装置であって、
   誤り訂正符号化処理された情報データと付随データを含む合成多値信号とに基づいて生成された、所定の変調形式による変調信号を復調し、当該復調によって得られた多値信号を出力する復調部と、
   予め定められた鍵情報及び同期信号から、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、
   前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、識別再生したデータを出力する多値識別部と、
   所定の誤り訂正復号処理に基づいて、前記多値識別部で再生されたデータから前記合成多値信号と前記多値符号列との差異を検出し、当該検出結果を前記付随データとして出力すると共に、誤り訂正復号した情報を前記情報データとして出力する誤り訂正復号化部と、
   前記付随データを入力し、所定の手順により前記付随データに同期した前記同期信号を抽出して、当該抽出した同期信号を前記多値符号発生部に出力する同期抽出部とを備える、データ受信装置。
7. 前記同期抽出部は、予め定められた符号同期パターンをさらに入力し、所定の手順により前記付随データに同期した同期信号を抽出することを特徴とする、請求項６に記載のデータ受信装置。
8. 暗号通信を行うデータ送信方法であって、
   予め定められた鍵情報から、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ステップと、
   前記多値符号列に所定の頻度で付随データを合成して、合成多値信号を生成するステップと、
   所定の誤り訂正符号化処理に基づいて情報データに誤り訂正符号を付加して、当該訂正符号化された情報データを出力するステップと、
   所定の処理に従って、前記合成多値信号と前記訂正符号化された情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号を生成すステップと、
   前記多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生するステップとを備える、データ送信方法。
9. 暗号通信を行うデータ受信方法であって、
   誤り訂正符号化処理された情報データと付随データを含む合成多値信号とに基づいて生成された、所定の変調形式の変調信号を復調し、当該復調によって得られた多値信号を出力するステップと、
   予め定められた鍵情報から、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ステップと、
   前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、識別再生したデータを出力するステップと、
   所定の誤り訂正復号処理に基づいて、前記多値識別部で再生されたデータから前記合成多値信号と前記多値符号列との差異を検出し、当該検出結果を前記付随データとして出力すると共に、誤り訂正復号した情報を前記情報データとして出力するステップとを備える、データ受信方法。
10. 暗号通信を行うデータ受信方法であって、
    誤り訂正符号化処理された情報データと付随データを含む合成多値信号とに基づいて生成された、所定の変調形式の変調信号を復調し、当該復調によって得られた多値信号を出力するステップと、
    予め定められた鍵情報及び同期信号から、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ステップと、
    前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、識別再生したデータを出力するステップと、
    所定の誤り訂正復号処理に基づいて、前記多値識別部で再生されたデータから前記合成多値信号と前記多値符号列との差異を検出し、当該検出結果を前記付随データとして出力すると共に、誤り訂正復号した情報を前記情報データとして出力するステップと、
    前記付随データを入力し、所定の手順により前記付随データに同期した前記同期信号を抽出して、当該抽出した同期信号を前記多値符号発生部に出力するステップとを備える、データ受信方法。

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