JP2008066981A - 秘密鍵配送装置及び秘密鍵配送方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送信機から受信機へ光の量子雑音を利用した強度変調または位相変調の変調信号光を送信することにより、データの暗号化/復号化をするための秘密鍵を生成する。送信機は、量子揺らぎにより信号分布の一部が重なり合うレベルに設定された2値の変調信号光を送出する。受信機は、受信した変調信号光を電気信号に変換し、その電気信号のうちの高レベル信号の中心出力値よりも高いレベルに予め設定された第1のしきい値と、電気信号のうちの低レベル信号の中心出力値よりも低いレベルに予め設定された第2のしきい値とを、電気信号と比較して、第1のしきい値よりもレベルの高い電気信号と、第2のしきい値よりもレベルの低い電気信号とを、しきい値を超えた信号として出力する。
【選択図】図1
Description
図1に、本発明の第1の実施形態による秘密鍵配送システムの構成を示す。送信機10は、強度変調器17で変調された2値{I0,I1}の強度変調光を、光ケーブルのような伝送路30を通じて受信機20に送信する。受信機20は、送られてきた信号光の強度を光検出器(DET)21により電気信号に変換する。光検出器21からの電気信号は識別器28に入力され、識別器28内で2種類のしきい値により並列にまたは順次に識別される。識別器28からの識別結果(後述のタイムスロット時刻とビット値)が制御部(CPU)29のメモリに記録される。一方、送信機10においては、強度変調データ{I0,I1}とそのタイムスロット時刻が制御部19(CPU)のメモリに記録される。
図3に、本発明の第2の実施形態による秘密鍵配送システムの構成を示す。送信機10は、位相変調器18で位相変調された2値{+δ,−δ}の位相変調光を、伝送路30を介して受信機20へ送信する。受信機20は、送られてきた信号光を2×2の光カップラ24を用いて局発光源22からの局発光と合波する。光カップラ24の2つの合波出力端子にはそれぞれ光検出器(DET0、DET1)25,26が接続されているので、光カップラ24で合波された光信号は光検出器25,26で電気信号に変換される。光検出器25,26からの2つの電気信号は、減算器27により差動検出(一方から他方を引き算して出力する検出方法)される。この差動検出出力は、識別器28に入力されて2種類のしきい値により並列にまたは順次に識別され、識別器28からの識別結果(後述のタイムスロット時刻とビット値)は制御部(CPU)29のメモリに記録される。一方、送信機10においては、位相変調データとそのタイムスロット時刻が制御部(CPU)19のメモリに記録される。
ES=ASexp[i(ωt +θS)]、局発光電場をEL=ALexp[i(ωt+θL)と表わすと、
一方の光検出器(DET0)25への出力光は、
上述の本発明の第2の実施形態を動作させるには、局発光源22から発生する局発光の位相を、信号光位相を基準として一定に保つ必要があるが、これを実行するには高度な制御技術が必要である。そこで、本発明の第3の実施形態として、第2の実施形態における局発光制御の困難さを回避するように構成された例を示す。
上記の本発明の第3の実施形態では、受信信号光のうちの真ん中のタイムスロットの信号光のみを利用して、第1及び第3のタイムスロットの信号は無視している。これは、信号光パワーを一部無駄にしていることと等価であるといえる。そこで、本発明の第4の実施形態では、第3の実施形態と類似の形態でありながらも、信号光パワーを有効利用するように構成された例を示す。
上記の第3及び第4の実施形態では、送信機10側に光の分岐・合波回路12,13(15)が用いられている。本発明の第5の実施形態は、第3の第4の実施形態と同様の動作原理を、より簡便な送信機10構成で実施するように構成している。
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
11 レーザ光源
12 光カップラ(C1)
13 光カップラ(C2)
14 遅延路
15 偏波ビームスプリッタ(PBS1)
16 偏波回転子
17 強度変調器
18 位相変調器
19 制御部、制御回路(CPU)
20 受信機
21 光検出器(DET)
22 局発光源
23 2×2光カップラ(C3)
201 遅延路
202 π/2位相遅延器
203 偏波制御部
204 偏波ビームスプリッタ(PBS2)
205 偏波回転子
24 光カップラ(C4)
25 光検出器(DET0)
26 光検出器(DET1)
27 減算器
28 識別器
29 CPU
30 伝送路
40 伝送路
Claims (10)
- 送信機から受信機へ光の量子雑音を利用した光強度変調または光位相変調による変調信号光を送信することにより、データの暗号化/復号化をするための秘密鍵を生成する秘密鍵配送装置であって、
前記送信機においては、
量子揺らぎにより信号分布の一部が重なり合うレベルに設定された2値の光強度変調または光位相変調による変調信号光を送出する変調信号光送出手段と、
前記変調信号光のタイムスロット時刻と変調値を記録する送信機側情報処理手段と、
を備え、
前記受信機においては、
受信した前記変調信号光を電気信号に変換する光検出手段と、
前記電気信号のうちの高レベル信号の中心出力値よりも高いレベルに予め設定された第1のしきい値と、前記電気信号のうちの低レベル信号の中心出力値よりも低いレベルに予め設定された第2のしきい値とを備え、前記電気信号と前記第1、第2のしきい値を比較して、前記第1のしきい値よりもレベルの高い電気信号と、前記第2のしきい値よりもレベルの低い電気信号とを識別して、しきい値を超えた信号として出力する識別手段と、
前記しきい値を超えた信号のタイムスロット時刻とそのレベル値に基づいて生成した秘密鍵のビット列とを記録し、かつ該タイムスロット時刻を前記送信機側情報処理手段に送信する受信機側情報処理手段とを備え、
前記送信機側情報処理手段は前記受信機側情報処理手段から送信された前記タイムスロット時刻での変調値に基づいて秘密鍵のビット列を生成することを特徴とする秘密鍵配送装置。 - 前記変調信号光送出手段は2値の位相変調信号光を送出し、
前記光検出手段は、
前記2値の位相変調信号光と同一光周波数であって、かつ位相が2値の変調位相の中心値と等しい局発光を発生する局発光源と、
受信した前記2値の位相変調信号光と前記局発光を合波する2×2光カップラと、
前記2×2光カップラの2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換手段と、
前記2つの光電変換手段からの電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別手段に送出する差動検出手段と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の秘密鍵配送装置。 - 前記変調信号光送出手段は、2値の位相変調信号光として、量子揺らぎにより信号分布の一部が重なり合うレベルに設定された2値の位相変調パルス光と、該位相変調パルス光の2つの変調位相値の中心値である位相を有する無変調パルス光とを、時間位置をずらせて送出し、
前記光検出手段は、
受信した前記位相変調パルス光と前記無変調パルス光とを2分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された一方のパルス光にパルス間隔に等しい時間遅延とπ/2の位相遅延を与えた後、前記光分岐手段で分岐された他方のパルス光と合波する光合波手段と、
前記光合波手段の2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換手段と、
前記2つの光電変換手段からの電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別手段に送出する差動検出手段と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の秘密鍵配送装置。 - 前記変調信号光送出手段は、光源から発生した横直線偏波光を2分岐し、分岐された一方の横直線偏波光に遅延を与え、かつ遅延を与えられた該横直線偏波光を縦直線偏波に変換した後、前記分岐された他方の横直線偏波光と合波することで、第1パルスが横偏波、第2パルスが縦偏波である2連続パルス光を生成し、該2連続パルス光の一方のパルスに対して2値の位相変調を加えた位相変調信号光を送出し、
前記光検出手段は、
受信した前記位相変調信号光の前記2連続パルス光を前記第1パルスと前記第2パルスに分離する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第1パルスのパルス光に対してパルス間隔に等しい時間遅延とπ/2の位相遅延を与え、かつ偏波状態を縦直線から横直線に変換した後、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第2パルスのパルス光と合波する光合波手段と、
前記光合波手段の2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換手段と、
前記2つの光電変換手段からの電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別手段に送出する差動検出手段と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の秘密鍵配送装置。 - 前記変調信号光送出手段は、コヒーレントな連続光または一定間隔のパルス光列に対して2値の位相変調を加えて生成した2値の位相変調信号光を送出し、
前記光検出手段は、
受信した前記2値の位相変調信号光を2分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された一方のパルス光に位相変調の時間幅に等しい時間遅延とπ/2の位相遅延を与えた後、前記光分岐手段で分岐された他方のパルス光と合波する光合波手段と、
前記光合波手段の2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換手段と、
前記2つの光電変換手段からの電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別手段に送出する差動検出手段と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の秘密鍵配送装置。 - 送信機から受信機へ光の量子雑音を利用した光強度変調または光位相変調による変調信号光を送信することにより、データの暗号化/復号化をするための秘密鍵を生成する秘密鍵配送方法であって、
前記送信機においては、
量子揺らぎにより信号分布の一部が重なり合うレベルに設定された2値の光強度変調または光位相変調による変調信号光を送出する変調信号光送出ステップと、
前記変調信号光のタイムスロット時刻と変調値を記録する送信機側情報処理ステップと、
を実行し、
前記受信機においては、
受信した前記変調信号光を電気信号に変換する光検出ステップと、
前記電気信号のうちの高レベル信号の中心出力値よりも高いレベルに予め設定された第1のしきい値と、前記電気信号のうちの低レベル信号の中心出力値よりも低いレベルに予め設定された第2のしきい値とを有し、前記電気信号と前記第1、第2のしきい値を比較して、前記第1のしきい値よりもレベルの高い電気信号と、前記第2のしきい値よりもレベルの低い電気信号とを識別して、しきい値を超えた信号として出力する識別ステップと、
前記しきい値を超えた信号のタイムスロット時刻とそのレベル値に基づいて生成した秘密鍵のビット列とを記録し、かつ該タイムスロット時刻を前記送信機に送信する受信機側情報処理ステップとを実行し、
前記送信機側情報処理ステップにおいて、前記受信機側情報処理ステップから送信された前記タイムスロット時刻での変調値に基づいて秘密鍵のビット列を生成することを特徴とする秘密鍵配送方法。 - 前記変調信号光送出ステップでは2値の位相変調信号光を送出し、
前記光検出ステップは、
前記2値の位相変調信号光と同一光周波数であって、かつ位相が2値の変調位相の中心値と等しい局発光を発生するステップと、
受信した前記2値の位相変調信号光と前記局発光を合波するステップと、
合波された2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換するステップと、
変換された2つの電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別ステップに供給する差動検出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の秘密鍵配送方法。 - 前記変調信号光送出ステップでは、2値の位相変調信号光として、量子揺らぎにより信号分布の一部が重なり合うレベルに設定された2値の位相変調パルス光と、該位相変調パルス光の2つの変調位相値の中心値である位相を有する無変調パルス光とを、時間位置をずらせて送出し、
前記光検出ステップは、
受信した前記位相変調パルス光と前記無変調パルス光とを2分岐する光分岐ステップと、
前記光分岐ステップで分岐された一方のパルス光にパルス間隔に等しい時間遅延とπ/2の位相遅延を与えた後、前記光分岐ステップで分岐された他方のパルス光と合波する光合波ステップと、
前記光合波ステップの2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換ステップと、
前記2つの光電変換ステップで変換された電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別ステップに供給する差動検出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の秘密鍵配送方法。 - 前記変調信号光送出ステップでは、光源から発生した横直線偏波光を2分岐し、分岐された一方の横直線偏波光に遅延を与え、かつ遅延を与えられた該横直線偏波光を縦直線偏波に変換した後、前記分岐された他方の横直線偏波光と合波することで、第1パルスが横偏波、第2パルスが縦偏波である2連続パルス光を生成し、該2連続パルス光の一方のパルスに対して2値の位相変調を加えた信号を2値の位相変調信号光として送出し、
前記光検出ステップは、
受信した前記位相変調信号光の前記2連続パルス光を前記第1パルスと前記第2パルスに分離するステップと、
分離された前記第1パルスのパルス光に対してパルス間隔に等しい時間遅延とπ/2の位相遅延を与え、かつ偏波状態を縦直線から横直線に変換した後、前記分離された前記第2パルスのパルス光と合波する光合波ステップと、
前記光合波ステップの2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換ステップと、
前記2つの光電変換ステップで変換された電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別ステップに供給する差動検出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の秘密鍵配送方法。 - 前記変調信号光送出ステップでは、コヒーレントな連続光または一定間隔のパルス光列に対して2値の位相変調を加えて生成した2値の位相変調信号光を送出し、
前記光検出ステップは、
受信した前記2値の位相変調信号光を2分岐する光分岐ステップと、
前記光分岐ステップで分岐された一方のパルス光に位相変調の時間幅に等しい時間遅延とπ/2の位相遅延を与えた後、前記光分岐ステップで分岐された他方のパルス光と合波する光合波ステップと、
前記光合波ステップの2つの出力光の強度をそれぞれ電気信号に変換する2つの光電変換ステップと、
前記2つの光電変換ステップで変換された電気信号を差動検出し、差動検出出力を前記識別ステップに供給する差動検出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の秘密鍵配送方法。
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