JP2008079297A - Data transmitter and data receiver - Google Patents

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剛 生島
Masaru Fuse
優 布施
Satoshi Furusawa
佐登志 古澤
Tomokazu Sada
友和 佐田
Tomoaki Ohira
智亮 大平
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide data communication equipment improved in security against wiretapping relating to private communication using Y-00 protocols. <P>SOLUTION: In a data transmitter 101, a multi-level code generating part 111 generates a multi-level code sequence 12 the signal level which varies substantially like a random number from key information 11. A multi-level processing part 112 generates a multi-level signal 13 having a plurality of levels corresponding to a combination of information data 10 and the multi-level code sequence 12. A level converting part 113 divides the plurality of levels of the multi-level signal 13 into several groups, allocates one level to a plurality of levels included in each of the groups in an overlapped manner, and converts the multi-level signal 13 into a converted multi-level signal 21. A modulating part 114 modulates the converted multi-level signal 21 and outputs the signal as a modulated signal 14. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。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装置に関する。   The present invention relates to an apparatus that performs secret communication that prevents illegal eavesdropping and interception by a third party. More specifically, the present invention relates to an apparatus that performs data communication by selecting and setting a specific encoding / decoding (modulation / demodulation) scheme between authorized senders and receivers.

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/復号化のための元情報(鍵情報)を共有し、当該元情報に基づいて、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一般的に採用されている。   Conventionally, in order to perform communication only between specific persons, original information (key information) for encoding / decoding is shared between transmission / reception, and information data to be transmitted based on the original information ( In general, a configuration that realizes secret communication by mathematically calculating / reversing a plaintext) is employed.

これに対して、近年、伝送路における物理現象を積極的に利用した暗号方式がいくつか提案されている。その中の1つとして、光伝送路で発生する量子雑音を利用して暗号通信を行うY−00プロトコルと呼ばれる方式がある。Y−00プロトコルを用いた送受信装置の一例として、特許文献1に開示されているものがある。   On the other hand, in recent years, several encryption schemes that actively use physical phenomena in the transmission path have been proposed. One of them is a method called Y-00 protocol that performs cryptographic communication using quantum noise generated in an optical transmission line. One example of a transmission / reception apparatus using the Y-00 protocol is disclosed in Patent Document 1.

図25は、Y−00プロトコルを用いた従来の送受信装置の構成例を示すブロック図である。図25において、送信部901は、第1の多値符号発生部911と、多値処理部912と、変調部913とを備える。受信部902は、復調部915と、第2の多値符号発生部914と、識別部916とを備える。送信部901と受信部902とは、同じ内容の第1の鍵情報91と第2の鍵情報96とを予め共有しておく。第1の多値符号発生部911は、第1の鍵情報91に基づいて、“0”から“M−1”までのM個の値を有する多値の疑似乱数系列である多値符号列92を生成する。   FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example of a conventional transmission / reception apparatus using the Y-00 protocol. In FIG. 25, the transmission unit 901 includes a first multilevel code generation unit 911, a multilevel processing unit 912, and a modulation unit 913. The reception unit 902 includes a demodulation unit 915, a second multi-level code generation unit 914, and an identification unit 916. The transmission unit 901 and the reception unit 902 share the first key information 91 and the second key information 96 having the same contents in advance. The first multi-level code generation unit 911 is based on the first key information 91 and is a multi-level code sequence that is a multi-level pseudo-random number sequence having M values from “0” to “M−1”. 92 is generated.

多値処理部912は、情報データ90と多値符号列92とを合成し、情報データ90と多値符号列92とのレベルの組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号93として生成する。具体的には、多値処理部912は、図26に示す信号フォーマットを用いて強度変調信号である多値信号93を生成する。すなわち、多値処理部912は、多値符号列92の信号強度を2M個のレベルに分け、これらのレベルを2つずつM個の組み合わせとし、各組み合わせの一方のレベルに情報データ90の“0”を、他方のレベルに“1”を割り当てる。多値処理部912は、2M個のレベル全体では、情報データ90の“0”と“1”とに相当するレベルが均等に分布するように、“0”と“1”とを割り当てる。図26の例では、“0”と“1”とが交互に割り当てられている。   The multi-level processing unit 912 synthesizes the information data 90 and the multi-level code sequence 92 and generates a signal having a level corresponding to the combination of the levels of the information data 90 and the multi-level code sequence 92 as the multi-level signal 93. . Specifically, the multi-level processing unit 912 generates a multi-level signal 93 that is an intensity modulation signal using the signal format shown in FIG. That is, the multi-level processing unit 912 divides the signal strength of the multi-level code sequence 92 into 2M levels, sets these levels to two combinations of M, and sets the information data 90 “1” at one level of each combination. Assign “0” and “1” to the other level. The multi-value processing unit 912 assigns “0” and “1” so that levels corresponding to “0” and “1” of the information data 90 are evenly distributed in the entire 2M levels. In the example of FIG. 26, “0” and “1” are assigned alternately.

多値処理部912は、入力される多値符号列92の値に基づいて、多値符号列92のM個のレベルの組み合わせの中から1つの組み合わせを選択する。次に、多値処理部912は、情報データ90の値に基づいて、先ほど選択した多値符号列92の組み合わせの一方のレベルを選択し、選択したレベルを有する多値信号93を生成する。なお、特許文献1には、第1の多値符号発生部911が「送信用疑似乱数発生部」、多値処理部912が「変調方式指定部」及び「レーザ変調駆動部」、変調部913が「レーザダイオード」、復調部915が「フォトディテクタ」、第2の多値符号発生部914が「受信用疑似乱数発生部」、識別部916が「判定回路」と記載されている。   The multi-level processing unit 912 selects one combination from among the M level combinations of the multi-level code sequence 92 based on the value of the input multi-level code sequence 92. Next, the multi-level processing unit 912 selects one level of the combination of the multi-level code sequence 92 selected earlier based on the value of the information data 90, and generates a multi-level signal 93 having the selected level. In Patent Document 1, the first multi-level code generation unit 911 is a “transmission pseudo-random number generation unit”, the multi-level processing unit 912 is a “modulation method designation unit”, a “laser modulation drive unit”, and a modulation unit 913. Is a “laser diode”, a demodulator 915 is a “photo detector”, a second multi-level code generator 914 is a “reception pseudo-random number generator”, and an identification unit 916 is a “determination circuit”.

図27は、従来の送受信装置で用いられる信号形態を説明するための模式図である。M=4の場合の信号変化の例を図27(a)〜(g)に示す。例えば、情報データ90の値が“0111”(図27(a)参照)、多値符号列92の値が“0321”(図27(b)参照)のように変化する場合、多値信号93は、図27(c)に示すように変化する。変調部913は、多値信号93を光強度変調信号である変調信号94に変換し、光伝送路910を介して送信する。   FIG. 27 is a schematic diagram for explaining a signal form used in a conventional transmission / reception apparatus. Examples of signal changes when M = 4 are shown in FIGS. For example, when the value of the information data 90 changes as “0111” (see FIG. 27A) and the value of the multilevel code string 92 changes as “0321” (see FIG. 27B), the multilevel signal 93 Changes as shown in FIG. The modulation unit 913 converts the multilevel signal 93 into a modulation signal 94 that is a light intensity modulation signal, and transmits the modulated signal 94 via the optical transmission path 910.

復調部915は、光伝送路910を介して伝送されてきた変調信号94を光電変換し、多値信号95として出力する。第2の多値符号発生部914は、第2の鍵情報96に基づいて、多値符号列92と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列97を生成する。識別部916は、多値符号列97の値に基づいて、多値信号95に図27に示す信号レベルの組み合わせのうちどちらが用いられているかを判断し、組み合わせに含まれる2つの信号レベルを2値識別する。   The demodulator 915 photoelectrically converts the modulated signal 94 transmitted via the optical transmission path 910 and outputs it as a multilevel signal 95. The second multi-level code generation unit 914 generates a multi-level code sequence 97 that is the same multi-value pseudo-random number sequence as the multi-level code sequence 92 based on the second key information 96. Based on the value of the multilevel code sequence 97, the identification unit 916 determines which one of the signal level combinations shown in FIG. 27 is used for the multilevel signal 95, and sets the two signal levels included in the combination to 2 Identify the value.

具体的には、識別部916は、図27(e)に示すように、多値符号列97の値に基づいて識別レベルを設定し、多値信号95が識別レベルよりも大きい(上)か、あるいは小さい(下)かを判断する。この例では、識別部916は、“下、下、上、下”と識別している。次に、識別部916は、多値符号列97が偶数の場合は、下側が“0”、上側が“1”、奇数の場合は、下側が“1”、上側が“0”と判定し、情報データ98として出力する。この例では、多値符号列97は、“偶数、奇数、偶数、奇数”となっているため、情報データ98は“0111”となる。なお、多値信号95には、雑音が含まれているが、信号強度を適切に選ぶことで、2値識別における誤りの発生を無視できる程度に抑えることができる。   Specifically, as shown in FIG. 27E, the identification unit 916 sets an identification level based on the value of the multi-level code sequence 97, and determines whether the multi-level signal 95 is larger (upper) than the identification level. Or small (bottom). In this example, the identification unit 916 identifies “lower, lower, upper, lower”. Next, when the multi-level code sequence 97 is an even number, the identification unit 916 determines that the lower side is “0”, the upper side is “1”, and the odd number is “1”, and the upper side is “0”. , And output as information data 98. In this example, since the multilevel code sequence 97 is “even, odd, even, odd”, the information data 98 is “0111”. The multilevel signal 95 contains noise, but by appropriately selecting the signal strength, it is possible to suppress the occurrence of errors in binary identification to a level that can be ignored.

次に、想定される盗聴について説明する。盗聴者は、送信者と受信者とが共有する鍵情報を持たない状態で、変調信号94から情報データ90または第1の鍵情報91の解読を試みる。盗聴者は、正規受信者と同様の2値識別を行う場合、鍵情報を持っていないため、鍵情報が取り得る全ての値に対して識別を試みる必要がある。このような方法は、試行回数が鍵情報の長さに対して指数関数的に増大するため、鍵情報の長さが十分長い場合には現実的ではない。   Next, assumed wiretapping will be described. An eavesdropper attempts to decrypt the information data 90 or the first key information 91 from the modulated signal 94 without having the key information shared by the sender and the receiver. An eavesdropper does not have key information when performing binary identification similar to that of an authorized receiver, and therefore needs to try to identify all possible values of key information. Such a method is not practical when the length of the key information is sufficiently long because the number of trials increases exponentially with respect to the length of the key information.

そこで、より効率的な方法として、盗聴者は、図25に示すような盗聴受信部903を用いて、変調信号94から情報データ90または第1の鍵情報91の解読を試みることが考えられる。盗聴受信部903において、復調部921は、光伝送路910から分岐して得られる変調信号94を復調し、多値信号95を再生する。多値識別部922は、多値信号81を多値識別し、得られた情報を受信系列82として出力する。解読処理部923は、受信系列82に対して解読処理を行い、情報データ90又は第1の鍵情報91の特定を試みる。このような解読方法を用いた場合、盗聴受信部903は、もし受信系列82を誤り無く多値識別することができれば、得られた受信系列82から1回の試行で第1の鍵情報91の解読を行うことが可能となる。   Therefore, as a more efficient method, it is conceivable that the eavesdropper attempts to decrypt the information data 90 or the first key information 91 from the modulated signal 94 using an eavesdropping reception unit 903 as shown in FIG. In the eavesdropping reception unit 903, the demodulation unit 921 demodulates the modulation signal 94 obtained by branching from the optical transmission path 910 and reproduces the multilevel signal 95. The multi-level identifying unit 922 multi-levels the multi-level signal 81 and outputs the obtained information as a reception sequence 82. The decryption processing unit 923 performs decryption processing on the reception sequence 82 and attempts to specify the information data 90 or the first key information 91. When such a decryption method is used, the wiretap receiving unit 903 can identify the first key information 91 in one trial from the obtained reception sequence 82 if the reception sequence 82 can be identified in multiple values without error. Decoding can be performed.

しかし、復調部921で光電変換する際に、ショット雑音が発生し、多値信号81に重畳される。このショット雑音は、量子力学の原理により必ず発生することが知られている。ここで、多値信号の信号レベルの間隔(以下、ステップ幅と称する)をショット雑音のレベルよりも十分に小さくしておけば、識別誤りによって受信した多値信号81が正しい信号レベル以外の様々な多値レベルを取る可能性が無視できなくなる。よって盗聴者は、正しい信号レベルが、識別によって得られた信号レベル以外の値である可能性を考慮して解読処理を行う必要があるため、識別誤りが無い場合(第1の多値符号発生部911に用いられているものと同じ乱数発生器を使用したストリーム暗号)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、結果として盗聴に対する安全性が向上する。
特開2005−57313号公報
However, when the demodulating unit 921 performs photoelectric conversion, shot noise is generated and superimposed on the multilevel signal 81. It is known that this shot noise is always generated by the principle of quantum mechanics. Here, if the interval between the signal levels of the multilevel signal (hereinafter referred to as the step width) is sufficiently smaller than the level of the shot noise, the multilevel signal 81 received due to the identification error can be various other than the correct signal level. The possibility of taking multiple multi-levels cannot be ignored. Therefore, since an eavesdropper needs to perform a decoding process in consideration of the possibility that the correct signal level is a value other than the signal level obtained by the identification, there is no identification error (the first multi-level code is generated). Compared with a stream cipher using the same random number generator as that used for the unit 911), the number of trials required for the decryption process, that is, the calculation amount increases, and as a result, the security against eavesdropping is improved.
JP 2005-57313 A

しかしながら、ショット雑音が重畳した信号レベルの確率分布はポアソン分布に従うため、盗聴者が多値信号81を多値識別した場合、各多値信号レベルが識別される確率は非均等になり、また分布の広がりも小さくなる。例えば、図28に示すように、送信された多値信号レベルが“4”の場合、盗聴者が多値識別によって得る多値レベルの確率分布は、正しいレベルである“4”が最大となり、次いで隣接するレベルである“3”及び“5”が大きい確率で現れる。さらに、その他のレベル(“2”以下及び“6”以上)に識別される確率は、ほぼ無視できる値となる。よって、盗聴者はこの3つの多値信号レベルに識別される可能性のみを考慮すればよいことになるため、解読処理に要する計算量は十分に増大しない。   However, since the probability distribution of the signal level on which the shot noise is superimposed follows the Poisson distribution, when the eavesdropper identifies the multilevel signal 81 in a multilevel manner, the probability that each multilevel signal level is identified becomes non-uniform and is distributed. The spread of is also reduced. For example, as shown in FIG. 28, when the transmitted multi-level signal level is “4”, the probability distribution of the multi-level level obtained by multi-level identification by the eavesdropper is “4” which is the correct level. Next, adjacent levels “3” and “5” appear with a high probability. Further, the probability of being identified at other levels ("2" or less and "6" or more) is a value that can be almost ignored. Therefore, since the eavesdropper only needs to consider the possibility of being identified by these three multilevel signal levels, the amount of calculation required for the decryption process does not increase sufficiently.

さらに、盗聴者は情報データ90(平文)の一部(例えば、ある電子ファイルフォーマットに共通して用いられるヘッダ情報など)と、それに対応する変調信号94(暗号文)とを入手することができ、これを手がかりに多値符号列92の値から鍵情報の特定を試み、得られた鍵情報を用いて残りの情報データの解読を試みることも考えられる。このような盗聴方法は、既知平文攻撃と呼ばれる。この場合は、情報データの値“1”と“0”とが多値信号レベルに対して交互に割り当てられているため、各情報データの値に対して、多値信号レベルの取り得る値は1つおきになり、ステップ幅が実質2倍になった場合と等価になる。よって、盗聴者が正しい多値信号レベルを識別できる確率はさらに高まり、事実上、多値信号レベルを一意に特定できてしまう。このような状態になると、解読処理に要する試行回数を増大させる効果は全く得られなくなってしまう。   Further, an eavesdropper can obtain a part of the information data 90 (plain text) (for example, header information commonly used for a certain electronic file format) and a corresponding modulation signal 94 (cipher text). Using this as a clue, it may be possible to try to specify key information from the value of the multilevel code string 92 and to attempt to decrypt the remaining information data using the obtained key information. Such an eavesdropping method is called a known plaintext attack. In this case, since the information data values “1” and “0” are alternately assigned to the multi-level signal level, the possible values of the multi-level signal level for each information data value are Every other line is equivalent to the case where the step width is substantially doubled. Therefore, the probability that an eavesdropper can identify the correct multi-level signal level is further increased, and the multi-level signal level can be uniquely specified in practice. In such a state, the effect of increasing the number of trials required for the decoding process cannot be obtained at all.

一方、ステップ幅をより小さくすれば、正しいレベル及び隣接するレベル以外の多値レベルをとる確率が無視できない値となり、解読処理に要する計算量をさらに増大させることは可能である。しかしながら、そのためには多値数を極端に大きく(数千〜数万程度)する必要があるため、ステップ幅は非常に小さい値となり、その結果、多値レベルの制御に極めて精密な精度が要求される。よって、ハードウェア構成が複雑化し、コストアップにつながるという問題があった。   On the other hand, if the step width is made smaller, the probability of taking the multilevel level other than the correct level and the adjacent level becomes a value that cannot be ignored, and it is possible to further increase the calculation amount required for the decoding process. However, this requires extremely large multi-level numbers (thousands to tens of thousands), resulting in very small step widths. As a result, extremely precise accuracy is required for multi-level control. Is done. Therefore, there has been a problem that the hardware configuration becomes complicated and the cost is increased.

それ故に、本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ハードウェア構成を複雑化することなく、解読処理に要する計算量を効果的に増大させ、盗聴に対する安全性を高めることのできるデータ送信装置及び受信装置を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and without complicating the hardware configuration, effectively increases the amount of calculation required for the decryption process, and safety against eavesdropping. It is an object of the present invention to provide a data transmission device and a reception device that can improve the performance.

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、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、情報データ及び多値符号列に基づいて複数の信号レベルを有する信号を生成し、当該生成した信号を所定の変調形式で変調し、変調信号として出力する多値信号変調部とを備える。多値信号変調部は、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信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、複数の信号レベルを有する信号を生成する。   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 transmitting apparatus according to the present invention includes a multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence whose signal level changes substantially randomly from key information, information data, and multi-level code. A multi-level signal modulation unit that generates a signal having a plurality of signal levels based on the column, modulates the generated signal in a predetermined modulation format, and outputs the modulated signal as a modulation signal; The multi-level signal modulation unit divides signals having a plurality of levels corresponding to combinations of information data and multi-level code strings into a plurality of groups, and overlaps one level with a plurality of levels included in each group. Thus, a signal having a plurality of signal levels is generated.

好ましくは、多値信号変調部は、情報データと多値符号列とを合成し、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を生成する多値処理部と、多値信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、多値信号を変換後多値信号に変換するレベル変換部と、変換後多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。変換後多値信号は、多値信号と同じシンボルレートを有し、かつ多値信号の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。   Preferably, the multilevel signal modulation unit combines the information data and the multilevel code sequence, and generates a multilevel signal having a plurality of levels corresponding to combinations of the information data and the multilevel code sequence. And a level converter that converts the multilevel signal into a converted multilevel signal by dividing the multilevel signal into a plurality of groups and allocating one level to a plurality of levels included in each group. And a modulation unit that modulates the converted multilevel signal in a predetermined modulation format and outputs the modulated signal. The converted multilevel signal is a signal having the same symbol rate as the multilevel signal and having a multilevel number smaller than the multilevel number of the multilevel signal.

好ましくは、多値信号は、複数のビットで表現されている。このような場合、レベル変換部は、多値信号の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値信号を生成するD/A変換部を有する。   Preferably, the multilevel signal is expressed by a plurality of bits. In such a case, the level conversion unit includes a D / A conversion unit that selects a part of the bits of the multilevel signal, performs digital / analog conversion on the selected bits, and generates a converted multilevel signal.

また、レベル変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値信号の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有する構成であってもよい。このような場合、D/A変換部は、ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値信号を生成する。   The level conversion unit further includes a selection random number generation unit that generates pseudo-random numbers using predetermined selection key information, and a bit selection unit that selects some bits of the multilevel signal based on the pseudo-random numbers. It may be a configuration. In such a case, the D / A conversion unit performs digital / analog conversion on the bit selected by the bit selection unit, and generates a converted multilevel signal.

多値信号は、複数のビットで表現されている。このような場合、レベル変換部は、多値信号の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号に変換するビット変換回路と、多値信号のうちビット変換回路に入力されないビットと、ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号を生成するD/A変換部とを有する。   The multilevel signal is expressed by a plurality of bits. In such a case, the level conversion unit receives a part of the bits of the multi-level signal and performs a logical operation on the input bit, thereby converting the bit conversion signal having a smaller number of bits than the input number of bits. And a D / A converter that performs digital-to-analog conversion on the bits of the multilevel signal that are not input to the bit conversion circuit, and generates a multilevel signal after conversion.

また、レベル変換部は、2値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、多値信号のいずれか1つのビットと、変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果をD/A変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有する構成であってもよい。   The level conversion unit calculates an exclusive OR of a random number generation unit that generates a conversion random number that is a binary random number, any one bit of the multi-level signal, and the conversion random number, and performs the calculation. The configuration may further include an exclusive OR circuit that outputs the result to the D / A converter.

また、多値信号変調部は、多値符号列を変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、情報データと変換後多値符号列と反転信号とを合成し、情報データと変換後多値符号列と反転信号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、多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。変換後多値符号列は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号である。   The multi-level signal modulation unit combines the multi-level code conversion unit that converts the multi-level code sequence into the converted multi-level code sequence and the inverted signal, and the information data, the converted multi-level code sequence and the inverted signal. A multi-level processing unit that generates a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of information data, a converted multi-level code sequence and an inverted signal, and modulates the multi-level signal in a predetermined modulation format, And a modulation unit that outputs the signal. The converted multi-level code sequence is a signal having the same symbol rate as the multi-level code sequence and having a multi-level number smaller than the multi-level number of the multi-level code sequence. The inverted signal is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence.

多値処理部は、情報データと反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果と変換後多値符号列とを合成して、多値信号を生成する。   The multilevel processing unit calculates an exclusive OR of the information data and the inverted signal, and synthesizes the calculation result and the converted multilevel code string to generate a multilevel signal.

多値符号変換部は、多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列を変換後多値符号列に変換する。   The multi-level code conversion unit converts a multi-level code sequence into a converted multi-level code sequence by allocating one level to a plurality of levels included in the multi-level code sequence.

多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットを変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか1つのビットを反転信号として出力する。   The multi-level code string is expressed by a plurality of bits. In such a case, the multi-level code conversion unit outputs a part of the bits of the multi-level code sequence as a converted multi-level code sequence and outputs any one bit of the multi-level code sequence as an inverted signal.

また、多値符号変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値符号列の一部のビットを選択し、変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか1つのビットを反転信号として出力するビット選択部とを有する構成であってもよい。   In addition, the multi-level code conversion unit selects a part of the multi-level code string based on the pseudo-random number and a selection random number generation unit that generates pseudo-random numbers using predetermined selection key information, It may be configured to include a bit selection unit that outputs as a value code string and outputs any one bit of the multi-level code string as an inverted signal.

多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有する信号に変換し、当該変換した信号をビット変換信号として出力するビット変換回路を有し、多値符号列の残りのビットと、ビット変換信号とを変換後多値符号列として出力すると共に、多値符号列のいずれか1つのビットを反転信号として出力する。   The multi-level code string is expressed by a plurality of bits. In such a case, the multi-level code conversion unit receives a part of the bits of the multi-level code string and performs a logical operation on the input bits, thereby having a smaller number of bits than the input number of bits. A bit conversion circuit that converts the signal into a signal and outputs the converted signal as a bit conversion signal, outputs the remaining bits of the multilevel code sequence and the bit conversion signal as a converted multilevel code sequence, Any one bit of the value code string is output as an inverted signal.

多値符号変換部は、2値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、多値符号列のいずれか1つのビットが入力され、当該入力された1つのビットと変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された1つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有する構成であってもよい。   The multi-level code conversion unit receives a random number generation unit that generates a conversion random number that is a binary random number, and any one bit of the multi-level code string, and the input one bit and the conversion random number And a bit operation circuit that outputs the operation result as one input bit.

多値信号変調部は、多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、情報データと反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を2値変換信号として出力する信号変換部と、2値変換信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含む。反転信号及び2値変換信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号である。   The multi-level signal modulation unit calculates an exclusive OR of the multi-level code conversion unit that converts the multi-level code string into an inverted signal, the information data and the inverted signal, and outputs the calculation result as a binary conversion signal. A signal conversion unit; and a modulation unit that modulates the binary conversion signal in a predetermined modulation format and outputs the modulated signal. The inverted signal and the binary conversion signal are binary signals having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence.

多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列のいずれか1つのビットを反転信号として出力する。   The multi-level code string is expressed by a plurality of bits. In such a case, the multilevel code conversion unit outputs any one bit of the multilevel code string as an inverted signal.

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、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信号を出力する復調部と、多値符号列に基づいて、復調部の出力信号から情報データを再生する信号再生部とを備える。信号再生部は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号を識別レベルとして、復調部の出力信号を識別する。   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 includes a multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence in which the signal level changes from the key information in a substantially random manner, and the modulation received from the transmitting apparatus. A demodulator that demodulates the signal and outputs a signal having a plurality of levels corresponding to the combination of the information data and the multilevel code string, and reproduces the information data from the output signal of the demodulator based on the multilevel code string A signal reproduction unit. The signal reproduction unit identifies the output signal of the demodulation unit using, as an identification level, a signal having the same symbol rate as the multilevel code sequence and having a multilevel number smaller than the multilevel number of the multilevel code sequence.

好ましくは、信号再生部は、多値符号列を所定の規則に従って、変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、変換後多値符号列に基づいて、多値信号を2値識別する識別部と、識別部の出力信号と反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を情報データとして出力するデータ反転部とを含む。変換後多値符号列は、多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号である。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号である。   Preferably, the signal reproduction unit converts the multi-level code sequence into a multi-level code sequence after conversion into a converted multi-level code sequence and an inverted signal according to a predetermined rule, and a multi-level based on the converted multi-level code sequence. An identification unit that binary-identifies the signal, and a data inversion unit that calculates an exclusive OR of the output signal and the inverted signal of the identification unit and outputs the calculation result as information data. The converted multi-level code sequence is a signal having the same symbol rate as the multi-level code sequence and having a multi-level number smaller than the multi-level number of the multi-level code sequence. The inverted signal is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence.

多値符号変換部は、多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列を変換後多値符号列に変換する。   The multi-level code conversion unit converts a multi-level code sequence into a converted multi-level code sequence by allocating one level to a plurality of levels included in the multi-level code sequence.

多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列を生成するD/A変換部を有し、多値符号列のうちD/A変換部で選択されていないビットの1つを反転信号として出力する。   The multi-level code string is expressed by a plurality of bits. In such a case, the multi-level code conversion unit selects a part of the bits of the multi-level code sequence, performs digital / analog conversion on the selected bits, and generates a converted multi-level code sequence. And one of the bits not selected by the D / A conversion unit in the multi-level code string is output as an inverted signal.

また、多値符号変換部は、所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、擬似乱数に基づき、多値符号列の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有する構成であってもよい。このような場合、D/A変換部は、ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列を生成する。また、ビット選択部は、多値符号列のうち選択されていないビットの1つを反転信号として出力する。   Further, the multi-level code conversion unit includes a selection random number generation unit that generates a pseudo-random number using predetermined selection key information, and a bit selection unit that selects some bits of the multi-level code sequence based on the pseudo-random number. The structure which has further may be sufficient. In such a case, the D / A conversion unit performs digital / analog conversion on the bit selected by the bit selection unit to generate a converted multi-level code string. The bit selection unit outputs one of the unselected bits of the multilevel code string as an inverted signal.

多値符号列は、複数のビットで表現されている。このような場合、多値符号変換部は、多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算により変換して、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、多値符号列のうちビット変換回路に入力されないビット、ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列を生成するD/A変換部とを有する。   The multi-level code string is expressed by a plurality of bits. In such a case, the multi-level code conversion unit receives a part of bits of the multi-level code string, converts the input bits by a logical operation, and reduces the number of bits smaller than the input number of bits. D / A conversion for digital / analog conversion of a bit conversion circuit that outputs a bit conversion signal having a bit and a bit conversion signal that is not input to the bit conversion circuit of the multi-level code string and generates a converted multi-level code string Part.

好ましくは、信号再生部は、多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、所定の識別レベルに基づいて、多値信号を2値識別する識別部と、識別部の出力信号と反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を情報データとして出力するデータ反転部とを含む。反転信号は、多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号である。   Preferably, the signal reproduction unit includes a multi-level code conversion unit that converts the multi-level code string into an inverted signal, an identification unit that binarizes the multi-level signal based on a predetermined identification level, and an output signal of the identification unit And a data inverting unit for calculating the exclusive OR of the signal and the inverted signal and outputting the calculation result as information data. The inverted signal is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence.

以上のように本発明によれば、雑音レベルが多値信号のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者が受信信号レベルに基づき、送信側で用いられた疑似乱数系列の値を1つに特定することが不可能となる。よって、盗聴者が疑似乱数系列の値を一意に特定できる場合と比較して、暗号鍵情報を特定するための解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。従って、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the present invention, even when the noise level is not sufficiently large with respect to the step width of the multilevel signal, the eavesdropper can change the value of the pseudo random number sequence used on the transmission side based on the received signal level. It becomes impossible to specify one. Therefore, compared to the case where an eavesdropper can uniquely specify the value of the pseudo random number sequence, the number of trials of the decryption process for identifying the encryption key information, that is, the amount of calculation required for the decryption process increases. Therefore, it is possible to improve safety against eavesdropping without complicating the hardware configuration.

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、本発明の各実施形態について、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1の構成例を示すブロック図である。図1において、データ通信装置1は、データ送信装置(以下、送信部と記す)101と、データ受信装置(以下、受信部と記す)201とが、伝送路110を介して接続された構成である。送信部101は、第1の多値符号発生部111と、多値処理部112と、レベル変換部113と、変調部114とを備える。受信部201は、復調部211と、第2の多値符号発生部212と、多値符号変換部213と、識別部214と、反転部215とを備える。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が用いられる。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 a configuration example of a data communication apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the data communication device 1 has a configuration in which a data transmission device (hereinafter referred to as a transmission unit) 101 and a data reception device (hereinafter referred to as a reception unit) 201 are connected via a transmission line 110. is there. The transmission unit 101 includes a first multi-level code generation unit 111, a multi-level processing unit 112, a level conversion unit 113, and a modulation unit 114. The reception unit 201 includes a demodulation unit 211, a second multi-level code generation unit 212, a multi-level code conversion unit 213, an identification unit 214, and an inversion unit 215. For the transmission line 110, a metal line such as a LAN cable or a coaxial cable, or an optical waveguide such as an optical fiber cable is used. The transmission path 110 is not limited to a wired cable such as a LAN cable, and may be a free space capable of propagating a radio signal.

まず、送信部101と受信部201とは、予め同じ内容の第1の鍵情報11と第2の鍵情報16とを共有しておく。送信部101において、第1の多値符号発生部111は、第1の鍵情報11を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列12を発生し出力する。多値符号列12の信号形態は、多値のシリアル信号または2値のパラレル信号のどちらでもよい。多値処理部112は、図25で説明した従来技術の例と同様に、所定の手順に従って、情報データ10と多値符号列12とを合成し、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レベルを有する信号を多値信号13として生成する。   First, the transmission unit 101 and the reception unit 201 share the first key information 11 and the second key information 16 having the same contents in advance. In the transmission unit 101, the first multi-level code generation unit 111 generates and outputs a multi-level code sequence 12 that is a multi-level pseudo-random number sequence using the first key information 11 as an initial value. The signal form of the multi-level code string 12 may be either a multi-level serial signal or a binary parallel signal. The multilevel processing unit 112 synthesizes the information data 10 and the multilevel code sequence 12 according to a predetermined procedure, as in the prior art example described with reference to FIG. A signal having a level corresponding to the combination is generated as the multilevel signal 13.

レベル変換部113は、多値信号13を変換後多値信号21に変換し出力する。ここで、変換後多値信号21は、多値信号13と同じシンボルレートを有し、多値信号13の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。多値処理部112及びレベル変換部113の詳細については後述する。変調部114は、変換後多値信号21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 level conversion unit 113 converts the multilevel signal 13 into a converted multilevel signal 21 and outputs it. Here, the converted multilevel signal 21 has the same symbol rate as the multilevel signal 13 and has a multilevel number smaller than the multilevel number of the multilevel signal 13. Details of the multi-value processing unit 112 and the level conversion unit 113 will be described later. The modulation unit 114 modulates the converted multilevel signal 21 in a predetermined modulation format, and sends the modulated signal 14 to the transmission line 110 as the modulation signal 14.

受信部201において、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、変換後多値信号33を再生する。第2の多値符号発生部212は、第1の多値符号発生部111と同様に、第2の鍵情報16を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列17を発生し出力する。多値符号変換部213は、多値符号列17から、変換後多値符号列31と反転信号32とを生成し出力する。   In the reception unit 201, the demodulation unit 211 demodulates the modulated signal 14 transmitted via the transmission path 110 and reproduces the converted multilevel signal 33. Similar to the first multi-level code generator 111, the second multi-level code generator 212 generates a multi-level code string 17 that is a multi-value pseudo-random number sequence using the second key information 16 as an initial value. And output. The multi-level code conversion unit 213 generates a converted multi-level code sequence 31 and an inverted signal 32 from the multi-level code sequence 17 and outputs them.

ここで、変換後多値符号列31は、多値符号列17と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列17の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。また、反転信号32は、多値符号列17のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号となる。多値符号変換部213の詳細については後述する。識別部214は、変換後多値符号列31に基づいて、変換後多値信号33の識別(2値判定)を行い、当該識別結果を出力する。反転部215は、識別部214の出力信号と反転信号32との排他的論理和演算を行い、その演算結果を情報データ18として出力する。   Here, the converted multi-level code sequence 31 is a signal having the same symbol rate as the multi-level code sequence 17 and having a multi-level number smaller than the multi-level number of the multi-level code sequence 17. Further, the inverted signal 32 is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code string 17. Details of the multi-level code conversion unit 213 will be described later. The identification unit 214 identifies (binary determination) the converted multilevel signal 33 based on the converted multilevel code string 31, and outputs the identification result. The inversion unit 215 performs an exclusive OR operation on the output signal of the identification unit 214 and the inversion signal 32 and outputs the calculation result as information data 18.

また、図1には、盗聴者が使用すると想定される受信装置を盗聴受信部301として示してある。ただし、盗聴受信部301は、本実施形態の盗聴に対する効果を説明するために示してあるだけで、データ通信装置1の構成に含まれるものではない。盗聴受信部301の構成及び動作は、図25を用いて説明したものと同じである。本実施形態の盗聴に対する効果については後述する。   Further, in FIG. 1, a receiving device assumed to be used by an eavesdropper is shown as an eavesdropping reception unit 301. However, the eavesdropping reception unit 301 is only shown for explaining the effect of this embodiment on eavesdropping, and is not included in the configuration of the data communication apparatus 1. The configuration and operation of the wiretap receiving unit 301 are the same as those described with reference to FIG. The effect on wiretapping of this embodiment will be described later.

次に、本実施形態における多値信号13と変換後多値信号21との信号点配置、及び反転信号32の設定について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の第1の実施形態における信号点配置を説明するための模式図である。図2において、多値符号列12の値は2進数で表してある(カッコ内は10進数表記)。多値信号13には、図2(a)に示すように、多値符号列12と情報データ10との組み合わせ1つに対して、それぞれ1つのレベルが割り当てられている。これに対して、変換後多値信号21には、多値符号列12と情報データ10との組み合わせ複数に対して、1つのレベルが重複して割り当てられる。   Next, the signal point arrangement of the multilevel signal 13 and the converted multilevel signal 21 and the setting of the inverted signal 32 in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the signal point arrangement in the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the value of the multi-level code string 12 is expressed in binary (decimal notation in parentheses). As shown in FIG. 2A, the multilevel signal 13 is assigned one level for each combination of the multilevel code string 12 and the information data 10. On the other hand, in the converted multilevel signal 21, one level is assigned to a plurality of combinations of the multilevel code string 12 and the information data 10.

ここで、多値符号列12と情報データ10との組み合わせを(多値符号列12、情報データ10)として表現することにする。図2の例では、変換後多値信号21には、(0000、0)、(0001、1)、(0010、0)、(0011、1)、(0100、0)、(0101、1)、(0110、0)、及び(0111、1)の8つの組み合わせに対して、1つのレベルL1が重複して割り当てられる。すなわち、レベル変換部113は、多値信号13の複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、多値信号13を変換後多値信号21に変換している。   Here, the combination of the multilevel code sequence 12 and the information data 10 is expressed as (multilevel code sequence 12, information data 10). In the example of FIG. 2, the converted multilevel signal 21 includes (0000, 0), (0001, 1), (0010, 0), (0011, 1), (0100, 0), (0101, 1). , (0110, 0), and (0111, 1) are assigned one level L1 redundantly. That is, the level conversion unit 113 converts the multilevel signal 13 into the converted multilevel signal 21 by allocating one level to a plurality of levels of the multilevel signal 13.

このように、送信部101は、多値符号列12の一部の情報を意図的に欠落させた信号を生成し、受信部201に対して送信している。受信部201において、多値符号変換部213は、送信部101と同様の方法で多値符号列17のレベルを複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、多値符号列17を変換後多値符号列31に変換している。反転信号32の値は、多値符号列17の最下位ビットと同じ値に設定される。   As described above, the transmission unit 101 generates a signal in which some information of the multi-level code sequence 12 is intentionally deleted, and transmits the signal to the reception unit 201. In the reception unit 201, the multilevel code conversion unit 213 divides the levels of the multilevel code sequence 17 into a plurality of groups in the same manner as the transmission unit 101, and one level is provided for the plurality of levels included in each group. The multi-level code sequence 17 is converted into a post-conversion multi-level code sequence 31. The value of the inverted signal 32 is set to the same value as the least significant bit of the multilevel code string 17.

なお、送信部101において、多値処理部112、レベル変換部113、及び変調部114は、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部201において、多値符号変換部213、識別部214、及び反転部215は、まとめて信号再生部と記してもよい。   In the transmission unit 101, the multi-level processing unit 112, the level conversion unit 113, and the modulation unit 114 may be collectively referred to as a multi-level signal modulation unit. In the receiving unit 201, the multi-level code converting unit 213, the identifying unit 214, and the inverting unit 215 may be collectively referred to as a signal reproducing unit.

続いて、本実施形態で用いられる信号形態について図3を例に説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置1で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図3において、各タイムスロット(t1〜t4)における情報データ10、及び多値符号列12の値は、図3(a)及び(b)に示す値である場合を考える。このとき、変換後多値信号21のレベルは、図2に示した関係から、図3(c)に示すように“L1、L2、L2、L4”と変化する。変調部114は、この変換後多値信号21を変調し、変調信号14として送信する。   Next, the signal form used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining signal forms used in the data communication apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, it is assumed that the information data 10 and the value of the multi-level code sequence 12 in each time slot (t1 to t4) are the values shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). At this time, the level of the converted multi-level signal 21 changes to “L1, L2, L2, L4” as shown in FIG. 3C from the relationship shown in FIG. The modulation unit 114 modulates the converted multilevel signal 21 and transmits it as the modulated signal 14.

一方、受信部201において、多値符号変換部213は、多値符号列17の最上位ビットと同じ値を有する変換後多値符号列31を生成する(図3(e)参照)。また、多値符号変換部213は、多値符号列17の最下位ビットと同じ値を有する反転信号32を生成する(図3(f)参照)。識別部214は、図3(g)に示すように、変換後多値符号列31を識別レベルとして、変調信号14を復調して得られる変換後多値信号33を2値識別する。反転部215は、識別部214の出力信号(図3(h)参照)と反転信号32との排他的論理和を演算し、その演算結果を情報データ18として出力する(図3(i)参照)。   On the other hand, in the receiving unit 201, the multilevel code conversion unit 213 generates a converted multilevel code sequence 31 having the same value as the most significant bit of the multilevel code sequence 17 (see FIG. 3E). In addition, the multi-level code conversion unit 213 generates an inverted signal 32 having the same value as the least significant bit of the multi-level code string 17 (see FIG. 3F). As shown in FIG. 3G, the identification unit 214 binary-identifies the converted multilevel signal 33 obtained by demodulating the modulated signal 14 using the converted multilevel code string 31 as an identification level. The inverting unit 215 calculates an exclusive OR of the output signal (see FIG. 3 (h)) of the identifying unit 214 and the inverted signal 32, and outputs the calculation result as information data 18 (see FIG. 3 (i)). ).

次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部301を用いて既知平文攻撃を試みるものと仮定する。盗聴受信部301において、復調部311は、伝送路110から分岐して得られた変調信号14を復調し、変換後多値信号33を再生する。多値識別部312は、変換後多値信号33のレベルを特定することは可能であるが、重複して割り当てられた多値符号列12と情報データ10との組み合わせを特定することはできない。例えば、図3に示すタイムスロットt1においては、多値識別部312は、変換後多値信号33のレベルがL1であることを知ることができるが、図2に示すL1に対応した8通りの多値符号列12と情報データ10との組み合わせのうち、どれが正しい組み合わせであるかを特定することができない。   Next, the effect on wiretapping of this embodiment will be described. Here, it is assumed that an eavesdropper attempts a known plaintext attack using the eavesdropping reception unit 301. In the eavesdropping reception unit 301, the demodulation unit 311 demodulates the modulation signal 14 obtained by branching from the transmission path 110 and reproduces the converted multilevel signal 33. The multi-level identifying unit 312 can specify the level of the converted multi-level signal 33, but cannot specify the combination of the multi-level code sequence 12 and the information data 10 assigned in duplicate. For example, in the time slot t1 shown in FIG. 3, the multilevel identifying unit 312 can know that the level of the converted multilevel signal 33 is L1, but there are eight ways corresponding to L1 shown in FIG. Which combination is correct among the combinations of the multi-level code string 12 and the information data 10 cannot be specified.

そこで、盗聴者は、変換後多値信号33を予め入手した情報データ10の値と照合することで、多値符号列12の値の可能性を絞り込むことができる。しかし、多値符号列12には、まだ4通りの値をとる可能性が残る。すなわち、図3(j)に示すように、受信系列42の一部のビットの値は不明となる。以降のタイムスロットにおいても、受信系列42は、それぞれ4通りの値をとる可能性が残る。ここで、解読処理に要する多値信号41のシンボル長をXとすると、このシンボル長の多値信号41が取り得る値の可能性は4Xとなる。盗聴者は4X通りの全てのパターンに対して解読処理を行う必要があるため、解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。すなわち、受信系列42の値が一意に決定される場合と比較して、盗聴に対する安全性が向上する。 Therefore, the eavesdropper can narrow down the possibility of the value of the multi-level code sequence 12 by comparing the converted multi-level signal 33 with the value of the information data 10 obtained in advance. However, there is still a possibility that the multi-level code sequence 12 takes four values. That is, as shown in FIG. 3 (j), the values of some bits of the reception sequence 42 are unknown. In the subsequent time slots, there is still a possibility that the reception sequence 42 takes four values. Here, when the symbol length of the multi-level signal 41 required for the decryption process is X, the possibility of multi-level signal 41 possible values of the symbol length is 4 X. Since an eavesdropper needs to perform decryption processing on all 4 X patterns, the number of decryption processing attempts, that is, the amount of calculation required for the decryption processing increases. That is, the safety against eavesdropping is improved as compared with the case where the value of the reception sequence 42 is uniquely determined.

なお、図2及び図3において、多値符号列12の多値数が16(ビット数が4)、1つの変換後多値信号21のレベルに重複させる多値符号列12の数(以下、重複数と称する)を8として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。ここで、重複数を大きくするほど、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。ただし、重複数は多値符号列12の多値数を超えないように設定する必要がある。   2 and 3, the multi-level code sequence 12 has a multi-level number of 16 (the number of bits is 4), and the number of multi-level code sequences 12 to be overlapped with the level of one converted multi-level signal 21 (hereinafter, 8) is described as an example, but different values may be used. Here, the larger the duplication number, the greater the number of attempts by the eavesdropper for decryption processing. However, the overlap number needs to be set so as not to exceed the multi-level number of the multi-level code string 12.

また、図2では、多値信号13(あるいは変換後多値信号21)のレベルが大きくなるに従って多値符号列12の値も大きくなるように配置してあるが、多値信号13(あるいは変換後多値信号21)と多値符号列12との対応関係はこれに限定されず、多値信号13(あるいは変換後多値信号21)の各レベルに対して任意の多値符号列12の値を対応付けることも可能である。さらに、反転信号32の値は、多値符号列17の最下位ビットと同じ値に設定したが、他のビットと同じ値に設定することも可能である。   In FIG. 2, the multilevel signal 13 (or converted multilevel signal 21) is arranged so that the value of the multilevel code string 12 increases as the level of the multilevel signal 13 (or converted multilevel signal 21) increases. The correspondence relationship between the post-multilevel signal 21) and the multi-level code sequence 12 is not limited to this, and any multi-level code sequence 12 of each level of the multi-level signal 13 (or the converted multi-level signal 21) can be obtained. It is also possible to associate values. Furthermore, although the value of the inversion signal 32 is set to the same value as the least significant bit of the multilevel code sequence 17, it can also be set to the same value as other bits.

また、図3においては、ステップ幅(本実施形態においては、変換後多値信号33の信号点間距離をステップ幅と称する)が雑音レベルより大きい場合について記載したが、ステップ幅を雑音レベルより小さく設定することにより、盗聴者の多値識別の誤りを発生させるという効果を併せ持つことができる。盗聴者の多値識別の誤りとは、例えば、送信側において変換後多値信号21のレベルが“L2”であるにもかかわらず、盗聴者が“L1”と誤って識別することを表す。この場合、盗聴者は、変換後多値信号21の隣接レベルに対応した多値符号列12の値も考慮して解読処理を行う必要があるため、解読処理の試行回数はさらに増大する。   In FIG. 3, the step width (in this embodiment, the distance between signal points of the converted multi-value signal 33 is referred to as the step width) is described as being larger than the noise level. By setting it small, it is possible to have an effect of causing an error in multi-level identification of an eavesdropper. An error in multi-level identification of an eavesdropper means that, for example, the eavesdropper mistakenly identifies “L1” even though the level of the converted multi-level signal 21 is “L2” on the transmission side. In this case, since the eavesdropper needs to perform the decoding process in consideration of the value of the multi-level code string 12 corresponding to the adjacent level of the converted multi-level signal 21, the number of trials of the decoding process further increases.

次に、多値処理部112とレベル変換部113との具体的な構成について説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る多値処理部112とレベル変換部113の第1の構成例を示すブロック図である。図4の構成では、多値符号列12及び多値信号13はパラレル信号の形態をとり、変換後多値信号21は多値のシリアル信号の形態をとる。多値処理部112は、排他的論理和回路121を含む。排他的論理和回路121は、多値符号列12の最下位ビットAと、情報データ10との排他的論理和演算を行い、その演算結果を多値信号13の最上位ビットとして出力する。また、多値符号列12の各ビットは、多値信号13の最上位以外のビットとしてそのまま出力される。   Next, a specific configuration of the multi-value processing unit 112 and the level conversion unit 113 will be described. FIG. 4 is a block diagram illustrating a first configuration example of the multi-value processing unit 112 and the level conversion unit 113 according to the first embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 4, the multilevel code string 12 and the multilevel signal 13 take the form of parallel signals, and the converted multilevel signal 21 takes the form of a multilevel serial signal. The multi-value processing unit 112 includes an exclusive OR circuit 121. The exclusive OR circuit 121 performs an exclusive OR operation on the least significant bit A of the multilevel code string 12 and the information data 10 and outputs the operation result as the most significant bit of the multilevel signal 13. Each bit of the multilevel code string 12 is output as it is as a bit other than the most significant bit of the multilevel signal 13.

レベル変換部113は、ディジタル・アナログ変換部(以下、D/A変換部と記す)131を含む。レベル変換部113に入力された多値信号13の一部のビットは使用されず、残りのビットがD/A変換部131に入力される。D/A変換部131は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号21として出力する。なお、図4では、排他的論理和回路121に多値符号列12の最下位ビットAが入力される構成をとっているが、レベル変換部113で使用されないビット(図中A〜C)であれば、任意のビットを排他的論理和回路121に入力しても構わない。   The level conversion unit 113 includes a digital / analog conversion unit (hereinafter referred to as a D / A conversion unit) 131. Some bits of the multilevel signal 13 input to the level conversion unit 113 are not used, and the remaining bits are input to the D / A conversion unit 131. The D / A converter 131 performs digital / analog conversion on the input bits and outputs the converted multilevel signal 21. In FIG. 4, the configuration is such that the least significant bit A of the multi-level code string 12 is input to the exclusive OR circuit 121, but the bits not used by the level conversion unit 113 (A to C in the figure). Any bit may be input to the exclusive OR circuit 121 as long as it exists.

図5は、本発明の第1の実施形態に係る多値処理部112とレベル変換部113の第2の構成例を示すブロック図である。図5の構成においても、多値符号列12及び多値信号13はパラレル信号の形態をとり、変換後多値信号21は多値のシリアル信号の形態をとる。多値処理部112の構成及び機能は図4と同じである。レベル変換部113は、D/A変換部131と、ビット変換回路132とを含む。ビット変換回路132には、多値信号13の一部のビットが入力される。ビット変換回路132は、多値信号13のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号であるビット変換信号25を出力する。   FIG. 5 is a block diagram showing a second configuration example of the multi-level processing unit 112 and the level conversion unit 113 according to the first embodiment of the present invention. Also in the configuration of FIG. 5, the multi-level code sequence 12 and the multi-level signal 13 are in the form of parallel signals, and the converted multi-level signal 21 is in the form of a multi-level serial signal. The configuration and function of the multi-value processing unit 112 are the same as those in FIG. The level conversion unit 113 includes a D / A conversion unit 131 and a bit conversion circuit 132. Some bits of the multilevel signal 13 are input to the bit conversion circuit 132. The bit conversion circuit 132 outputs a bit conversion signal 25 that is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel signal 13.

ビット変換信号25の値は、ビット変換回路132に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。すなわち、ビット変換回路132は、入力されたビットを論理演算により変換して、入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力する。D/A変換部131には、多値信号13のうちビット変換回路132に入力されないビットと、ビット変換信号25とが入力される。D/A変換部131は、多値信号13のうちビット変換回路132に入力されないビットと、ビット変換信号25とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号21として出力する。なお、図5では、排他的論理和回路121に多値符号列12の最下位ビットが入力される構成をとっているが、ビット変換回路に入力されるビット(図中A〜D)であれば、任意のビットを排他的論理和回路121に入力しても構わない。   The value of the bit conversion signal 25 is determined by a logical operation using each bit input to the bit conversion circuit 132. That is, the bit conversion circuit 132 converts the input bits by a logical operation, and outputs a bit conversion signal having a number of bits smaller than the number of input bits. Bits that are not input to the bit conversion circuit 132 of the multilevel signal 13 and the bit conversion signal 25 are input to the D / A conversion unit 131. The D / A conversion unit 131 performs digital / analog conversion on the bits of the multilevel signal 13 that are not input to the bit conversion circuit 132 and the bit conversion signal 25 and outputs the converted multilevel signal 21. In FIG. 5, although the least significant bit of the multi-level code string 12 is input to the exclusive OR circuit 121, the bits (A to D in the figure) input to the bit conversion circuit are used. For example, arbitrary bits may be input to the exclusive OR circuit 121.

続いて、多値符号変換部213の具体的な構成について説明する。図6は、本発明の第1の実施形態に係る多値符号変換部213の第1の構成例を示すブロック図である。図6の構成では、多値符号列17はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列31は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部213は、D/A変換部231を含む。多値符号変換部213に入力された多値符号列17のうち、一部のビットを除いた残りのビットが、D/A変換部231に入力される。D/A変換部231は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列31として出力する。また、多値符号列17の最下位ビット(図中A)は、反転信号32としてそのまま出力される。なお、反転信号32は、多値符号列17のうち、D/A変換部231に入力されないビット(図中A〜C)から任意に選択することも可能であるが、送信側で排他的論理和回路121に入力されたビットと同じ配置のビットを選択する必要がある。   Next, a specific configuration of the multilevel code conversion unit 213 will be described. FIG. 6 is a block diagram illustrating a first configuration example of the multi-level code conversion unit 213 according to the first embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 6, the multi-level code sequence 17 takes the form of a parallel signal, and the converted multi-level code sequence 31 takes the form of a multi-level serial signal. The multi-level code conversion unit 213 includes a D / A conversion unit 231. Of the multi-level code string 17 input to the multi-level code converter 213, the remaining bits excluding some bits are input to the D / A converter 231. The D / A conversion unit 231 performs digital / analog conversion on the input bits and outputs the converted multi-level code string 31. Further, the least significant bit (A in the figure) of the multilevel code string 17 is output as it is as the inverted signal 32. The inversion signal 32 can be arbitrarily selected from bits (A to C in the figure) that are not input to the D / A conversion unit 231 in the multi-level code string 17. It is necessary to select a bit having the same arrangement as the bit input to the sum circuit 121.

図7は、本発明の第1の実施形態に係る多値符号変換部213の第2の構成例を示すブロック図である。図7の構成においても、多値符号列17はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列31は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部213は、D/A変換部231と、ビット変換回路232とを含む。ビット変換回路232には、多値符号列17の一部のビットが入力される。ビット変換回路232は、多値符号列17のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号であるビット変換信号34を出力する。ビット変換信号34の値は、ビット変換回路232に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。すなわち、ビット変換回路232は、入力されたビットを論理演算により変換して、入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号34を出力する。   FIG. 7 is a block diagram showing a second configuration example of the multi-level code conversion unit 213 according to the first embodiment of the present invention. Also in the configuration of FIG. 7, the multi-level code sequence 17 takes the form of a parallel signal, and the converted multi-level code sequence 31 takes the form of a multi-level serial signal. The multi-level code conversion unit 213 includes a D / A conversion unit 231 and a bit conversion circuit 232. Some bits of the multilevel code string 17 are input to the bit conversion circuit 232. The bit conversion circuit 232 outputs a bit conversion signal 34 that is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence 17. The value of the bit conversion signal 34 is determined by a logical operation using each bit input to the bit conversion circuit 232. That is, the bit conversion circuit 232 converts the input bits by a logical operation, and outputs a bit conversion signal 34 having a number of bits smaller than the number of input bits.

D/A変換部231には、多値符号列17のうちビット変換回路232に入力されないビットと、ビット変換信号34とが入力される。D/A変換部231は、多値符号列17のうちビット変換回路232に入力されないビットと、ビット変換信号34とをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列31として出力する。また、多値符号列17のうち、送信側で排他的論理和回路121に入力されたビットと同じ配置のビット(図6の例では最下位ビット)は、反転信号32としてそのまま出力される。なお、反転信号32は、多値符号列17のうち、ビット変換回路232に入力されるビット(図中A〜D)から任意に選択することも可能であるが、送信側で排他的論理和回路121に入力されたビットと同じ配置のビットを選択する必要がある。   Bits that are not input to the bit conversion circuit 232 in the multilevel code string 17 and the bit conversion signal 34 are input to the D / A conversion unit 231. The D / A conversion unit 231 performs digital / analog conversion on the bits of the multilevel code string 17 that are not input to the bit conversion circuit 232 and the bit conversion signal 34, and outputs the converted multilevel code string 31. Also, in the multi-level code string 17, the bit (the least significant bit in the example of FIG. 6) having the same arrangement as the bit input to the exclusive OR circuit 121 on the transmission side is output as it is as the inverted signal 32. The inverted signal 32 can be arbitrarily selected from the bits (A to D in the figure) input to the bit conversion circuit 232 in the multi-level code string 17. It is necessary to select bits having the same arrangement as the bits input to the circuit 121.

なお、図4から図7に示した多値処理部112、レベル変換部113、及び多値符号変換部213の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定、あるいはビット変換回路132及び232に入力するビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、上述した以外にも任意に設定することが可能である。   Note that the configurations of the multi-level processing unit 112, the level conversion unit 113, and the multi-level code conversion unit 213 shown in FIGS. 4 to 7 are merely examples, and setting of bits that are not used or the bit conversion circuits 132 and 232 are not included. As long as the input bits are unified between the transmission side and the reception side, it is possible to arbitrarily set other than the above.

また、図4から図7に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、D/A変換部131及び231以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。   4 to 7 can be replaced with another element having the same function. Furthermore, components other than the D / A converters 131 and 231 are not limited to hardware, and their functions may be realized by software processing.

また、正規受信者が使用する受信部は、信号対雑音比の劣化を許容できれば、図1に示した受信部201の構成ではなく、従来と同じ構成の受信部を用いることも可能である。従来と同じ構成の受信部を用いた場合、本実施形態の受信部201と、従来と同じ構成の受信部との識別レベルの差に相当する信号レベルの劣化(すなわち信号対雑音比の劣化)が生じるのと等価となる。よって、この劣化した信号対雑音比が受信部の仕様の範囲内であれば、従来と同じ構成の受信部を用いることができる。   Further, the receiving unit used by the authorized receiver can use a receiving unit having the same configuration as the conventional one instead of the configuration of the receiving unit 201 shown in FIG. 1 as long as the signal-to-noise ratio can be degraded. When a reception unit having the same configuration as the conventional one is used, signal level degradation corresponding to a difference in discrimination level between the reception unit 201 of the present embodiment and the reception unit having the same configuration as the conventional one (that is, signal-to-noise ratio degradation) Is equivalent to Therefore, if the deteriorated signal-to-noise ratio is within the range of the specification of the receiving unit, the receiving unit having the same configuration as the conventional one can be used.

以上のように、本発明の第1の実施形態によれば、雑音レベルが変換後多値信号33のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者が受信系列を一意に特定できる場合と比較して、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, even when the noise level is not sufficiently large with respect to the step width of the converted multilevel signal 33, the eavesdropper can uniquely identify the received sequence. As compared with, the number of attempts of decryption processing by an eavesdropper can be increased. Therefore, it is possible to improve safety against eavesdropping without complicating the hardware configuration.

(第2の実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態に係るデータ通信装置2の構成例を示すブロック図である。図8において、データ通信装置2は、データ送信装置(以下、送信部と記す)102と、データ受信装置(以下、受信部と記す)201とが、伝送路110を介して接続された構成である。送信部102は、第1の多値符号発生部111と、多値処理部112aと、変調部114と、多値符号変換部115とを備える。受信部201の構成及び動作は、第1の実施形態で説明したものと同じであるため説明を省略する。また、図8には、盗聴受信部301を記載していないが、盗聴者は第1の実施形態で説明した方法を用いて盗聴を試みるものと仮定する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the data communication apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the data communication device 2 has a configuration in which a data transmission device (hereinafter referred to as a transmission unit) 102 and a data reception device (hereinafter referred to as a reception unit) 201 are connected via a transmission line 110. is there. The transmission unit 102 includes a first multi-level code generation unit 111, a multi-level processing unit 112a, a modulation unit 114, and a multi-level code conversion unit 115. Since the configuration and operation of the receiving unit 201 are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted. Further, although the wiretap receiving unit 301 is not illustrated in FIG. 8, it is assumed that the wiretap attempts to wiretap using the method described in the first embodiment.

第1の多値符号発生部111は、第1の鍵情報11を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列12を発生し出力する。多値符号列12の信号形態は、多値のシリアル信号または2値のパラレル信号のどちらでもよい。多値符号変換部115は、多値符号列12から、変換後多値符号列22と反転信号23とを生成し出力する。ここで、変換後多値符号列22は、多値符号列12と同じシンボルレートを有し、かつ多値符号列12の多値数よりも小さな多値数を有する信号となる。また、反転信号32は、多値符号列12のシンボルレート同じビットレートを有する2値信号となる。多値処理部112は、所定の手順に従って、情報データ10、変換後多値符号列22、及び反転信号23に基づいて、各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を生成する。変調部114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 multi-level code generation unit 111 generates and outputs a multi-level code string 12 that is a multi-level pseudo-random number sequence using the first key information 11 as an initial value. The signal form of the multi-level code string 12 may be either a multi-level serial signal or a binary parallel signal. The multi-level code conversion unit 115 generates a converted multi-level code sequence 22 and an inverted signal 23 from the multi-level code sequence 12 and outputs them. Here, the converted multi-level code sequence 22 is a signal having the same symbol rate as the multi-level code sequence 12 and a multi-level number smaller than the multi-level number of the multi-level code sequence 12. Further, the inverted signal 32 is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence 12. The multi-level processing unit 112 generates a multi-level signal 13 having a level corresponding to each combination of signal levels based on the information data 10, the converted multi-level code sequence 22, and the inverted signal 23 according to a predetermined procedure. . The modulation unit 114 modulates the multilevel signal 13 in a predetermined modulation format, and sends the modulated signal 14 to the transmission line 110 as the modulation signal 14.

なお、送信部102において、多値処理部112a、変調部114、及び多値符号変換部115は、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部201において、多値符号変換部213、識別部214、及び反転部215は、まとめて信号再生部と記してもよい。   In the transmission unit 102, the multi-level processing unit 112a, the modulation unit 114, and the multi-level code conversion unit 115 may be collectively referred to as a multi-level signal modulation unit. In the receiving unit 201, the multi-level code converting unit 213, the identifying unit 214, and the inverting unit 215 may be collectively referred to as a signal reproducing unit.

次に、本実施形態における情報データ10、多値符号列12、変換後多値符号列22、反転信号23、及び多値信号13の信号点配置の関係について、図9を参照しながら説明する。図9は、本発明の第2の実施形態における信号点配置を説明するための模式図である。図9において、多値符号列12の値は2進数で表してある(カッコ内は10進数表記)。多値符号変換部213は、多値符号列12の値をいくつかのグループに分け、各グループに変換後多値符号列22の値を割り当てる。図9の例では、多値符号変換部213は、多値符号列12の値“0111”、“0110”、“0101”、“0100”、“0011”、“0010”、“0001”、“0000”に対して、変換後多値符号列22の値“0”を、他の多値符号列12の値に対して、変換後多値符号列22の値“1”を割り当てる。また、多値符号変換部213は、多値符号列12のそれぞれの値に、反転信号23の値“1”または“0”を割り当てる。ただし、反転信号23の値は、各グループ内で均等に割り当てられるようにする。図9の例では、多値符号変換部213は、反転信号23の値として、多値符号列12の最下位ビットと同じ値を割り当てている。   Next, the relationship among the signal point arrangement of the information data 10, the multi-level code sequence 12, the converted multi-level code sequence 22, the inverted signal 23, and the multi-level signal 13 in the present embodiment will be described with reference to FIG. . FIG. 9 is a schematic diagram for explaining signal point arrangement in the second embodiment of the present invention. In FIG. 9, the value of the multi-level code string 12 is represented in binary (decimal notation in parentheses). The multi-level code conversion unit 213 divides the values of the multi-level code sequence 12 into several groups, and assigns the value of the converted multi-level code sequence 22 to each group. In the example of FIG. 9, the multi-level code conversion unit 213 includes the values “0111”, “0110”, “0101”, “0100”, “0011”, “0010”, “0001”, “ The value “0” of the converted multi-level code sequence 22 is assigned to 0000, and the value “1” of the converted multi-level code sequence 22 is assigned to the values of other multi-level code sequences 12. Further, the multilevel code conversion unit 213 assigns the value “1” or “0” of the inverted signal 23 to each value of the multilevel code string 12. However, the value of the inversion signal 23 is assigned equally within each group. In the example of FIG. 9, the multilevel code conversion unit 213 assigns the same value as the least significant bit of the multilevel code sequence 12 as the value of the inverted signal 23.

続いて、多値処理部112aは、変換後多値符号列22、反転信号23、及び情報データ10の値から、多値信号13の信号レベルを決定する。ただし、多値信号13の多値数は、変換後多値符号列22の多値数の2倍とする。まず、多値処理部112aは、変換後多値符号列22のそれぞれの値に対して、2つの信号レベルを割り当てる。このとき、多値処理部112aは、一方の信号レベルに対して、信号レベルが大きい側の半分(以下、上半分と称する)を割り当て、他方のレベルに対して、信号レベルが小さい側の半分(以下、下半分と称する)を割り当てる。これらの信号レベルの差は、変換後多値符号列22の値によらず一定とする。   Subsequently, the multi-level processing unit 112a determines the signal level of the multi-level signal 13 from the converted multi-level code sequence 22, the inverted signal 23, and the value of the information data 10. However, the multi-level number of the multi-level signal 13 is twice the multi-level number of the converted multi-level code sequence 22. First, the multilevel processing unit 112a assigns two signal levels to each value of the converted multilevel code sequence 22. At this time, the multi-level processing unit 112a assigns a half of the signal level side (hereinafter referred to as the upper half) to one signal level, and a half of the signal level side to the other level. (Hereinafter referred to as the lower half). The difference between these signal levels is constant regardless of the value of the converted multi-level code sequence 22.

次に、多値処理部112aは、情報データ10と反転信号23との排他的論理和(XOR)を求め、求めた排他的論理和が“1”の場合は上半分の信号レベルを多値信号13に割り当て、“0”の場合は下半分の信号レベルを多値信号13に割り当てる。このようにして得られた多値信号13を変調して得られる変調信号14は、第1の実施形態と同じ信号フォーマットを有している。したがって、受信部201は、変調信号14を第1の実施形態と同様の手順で復調することが可能である。また、盗聴に対する効果も、第1の実施形態で説明したものと同じである。   Next, the multi-value processing unit 112a obtains an exclusive OR (XOR) of the information data 10 and the inverted signal 23. If the obtained exclusive-OR is “1”, the upper half signal level is multi-valued. Assigned to the signal 13, and in the case of “0”, the lower half signal level is assigned to the multilevel signal 13. The modulation signal 14 obtained by modulating the multilevel signal 13 obtained in this way has the same signal format as in the first embodiment. Therefore, the receiving unit 201 can demodulate the modulated signal 14 in the same procedure as in the first embodiment. The effect on wiretapping is the same as that described in the first embodiment.

なお、図9において、多値符号列12の多値数が16(ビット数が4)、重複数を8として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。ここで、重複数を大きくするほど、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。ただし、重複数は多値符号列12の多値数を超えないように設定する必要がある。また、図9に示した情報データ10、多値符号列12、変換後多値符号列22、反転信号23、及び多値信号13の関係はあくまでも一例であり、異なる対応関係を有していても構わない。ただし、その場合も、同じ変換後多値符号列22の値に割り当てられた多値符号列12のグループにおいて、反転信号23の値を均等に配分する必要がある。   In FIG. 9, the multilevel code string 12 has been described with the multilevel number being 16 (the number of bits is 4) and the overlapping number being 8. However, this is merely an example, and different values may be used. Here, the larger the duplication number, the greater the number of attempts by the eavesdropper for decryption processing. However, the overlap number needs to be set so as not to exceed the multi-level number of the multi-level code string 12. Further, the relationship among the information data 10, the multi-level code sequence 12, the converted multi-level code sequence 22, the inverted signal 23, and the multi-level signal 13 shown in FIG. 9 is merely an example, and has different correspondences. It doesn't matter. However, even in that case, it is necessary to evenly distribute the value of the inverted signal 23 in the group of the multi-level code sequence 12 assigned to the same value of the converted multi-level code sequence 22.

次に、多値処理部112aと多値符号変換部115の具体的な構成について説明する。図10は、本発明の第2の実施形態に係る多値処理部112aとレベル変換部113の第1の構成例を示すブロック図である。図10の構成では、多値符号列12及び変換後多値符号列22はパラレル信号の形態をとり、多値信号13は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部115は、多値符号列12から一部のビットを除いた残りのビットを変換後多値符号列22として出力し、多値符号列12の最下位ビット(図中A)をそのまま反転信号23として出力する。多値処理部112aは、排他的論理和回路121と、D/A変換部122とを含む。   Next, specific configurations of the multilevel processing unit 112a and the multilevel code conversion unit 115 will be described. FIG. 10 is a block diagram illustrating a first configuration example of the multi-value processing unit 112a and the level conversion unit 113 according to the second embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 10, the multilevel code sequence 12 and the converted multilevel code sequence 22 take the form of parallel signals, and the multilevel signal 13 takes the form of a multilevel serial signal. The multi-level code conversion unit 115 outputs the remaining bits obtained by removing some bits from the multi-level code sequence 12 as the converted multi-level code sequence 22, and the least significant bit (A in the figure) of the multi-level code sequence 12 Is output as an inverted signal 23 as it is. The multi-value processing unit 112 a includes an exclusive OR circuit 121 and a D / A conversion unit 122.

排他的論理和回路121は、情報データ10と反転信号23との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。D/A変換部122には、最上位ビットとして排他的論理和回路121の出力信号と、最上位以外のビットとして変換後多値符号列22の各ビットとが入力される。D/A変換部121は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換して、多値信号13として出力する。なお、図10では反転信号23として、多値符号列12の最下位ビットを用いたが、これ以外にも変換後多値符号列22として使用しないビット(図中A〜C)から任意に選択しても構わない。   The exclusive OR circuit 121 performs an exclusive OR operation on the information data 10 and the inverted signal 23 and outputs the operation result. The D / A converter 122 receives the output signal of the exclusive OR circuit 121 as the most significant bit and each bit of the converted multi-level code string 22 as a bit other than the most significant bit. The D / A conversion unit 121 performs digital / analog conversion on the input bits and outputs the result as the multilevel signal 13. In FIG. 10, the least significant bit of the multi-level code sequence 12 is used as the inverted signal 23, but any other bits (A to C in the figure) that are not used as the converted multi-level code sequence 22 are also selected. It doesn't matter.

図11は、本発明の第2の実施形態に係る多値処理部112aとレベル変換部113の第2の構成例を示すブロック図である。図11の構成においても、多値符号列12及び変換後多値符号列22はパラレル信号の形態をとり、多値信号13は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部115は、ビット変換回路133を含む。ビット変換回路133には、多値符号列12の一部のビットが入力され、多値符号列12のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号を出力する。ビット変換回路133の出力信号の値は、ビット変換回路133に入力される各ビットを用いた論理演算により決定される。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a second configuration example of the multi-value processing unit 112a and the level conversion unit 113 according to the second embodiment of the present invention. Also in the configuration of FIG. 11, the multi-level code sequence 12 and the converted multi-level code sequence 22 are in the form of parallel signals, and the multi-level signal 13 is in the form of a multi-level serial signal. The multilevel code conversion unit 115 includes a bit conversion circuit 133. The bit conversion circuit 133 receives a part of the bits of the multilevel code sequence 12 and outputs a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence 12. The value of the output signal of the bit conversion circuit 133 is determined by a logical operation using each bit input to the bit conversion circuit 133.

ビット変換回路133の出力信号は、ビット変換回路133に入力されない多値符号列12の残りのビットと併せて、変換後多値符号列22として出力される。また、多値符号変換部115は、多値符号列12の最下位ビット(図中A)をそのまま反転信号23として出力する。多値処理部112の構成は、図10と同じである。なお、図11では、反転信号23として、多値符号列12の最下位ビットを用いたが、これ以外にもビット変換回路133に入力されるビット(図中A〜D)から任意に選択しても構わない。   The output signal of the bit conversion circuit 133 is output as a converted multi-level code sequence 22 together with the remaining bits of the multi-level code sequence 12 not input to the bit conversion circuit 133. The multi-level code conversion unit 115 outputs the least significant bit (A in the figure) of the multi-level code sequence 12 as it is as the inverted signal 23. The configuration of the multi-value processing unit 112 is the same as that in FIG. In FIG. 11, the least significant bit of the multilevel code sequence 12 is used as the inverted signal 23, but any other bit (A to D in the figure) input to the bit conversion circuit 133 can be arbitrarily selected. It doesn't matter.

図12は、本発明の第2の実施形態に係る多値処理部112aとレベル変換部113の第3の構成例を示すブロック図である。図12の構成では、多値符号列12はパラレル信号の形態をとり、変換後多値符号列22及び多値信号13は多値のシリアル信号の形態をとる。多値符号変換部115は、D/A変換部122を含む。D/A変換部122には、多値符号列12から一部のビットを除いた残りのビットが入力される。D/A変換部122は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値符号列22として出力し、それ以外の多値符号列12のビットの1つ(図12の例では最下位ビット)をそのまま反転信号23として出力する。   FIG. 12 is a block diagram showing a third configuration example of the multi-value processing unit 112a and the level conversion unit 113 according to the second embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 12, the multi-level code sequence 12 takes the form of a parallel signal, and the converted multi-level code sequence 22 and the multi-level signal 13 take the form of a multi-level serial signal. The multilevel code conversion unit 115 includes a D / A conversion unit 122. The remaining bits obtained by removing some bits from the multi-level code sequence 12 are input to the D / A converter 122. The D / A converter 122 performs digital-to-analog conversion on the input bits, outputs the converted bits as the multi-level code sequence 22, and outputs one of the other bits of the multi-level code sequence 12 (in the example of FIG. The lower bits are output as the inverted signal 23 as it is.

多値処理部112は、排他的論理和回路121と加算部123とを含む。排他的論理和回路121は、情報データ10と反転信号23との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。加算部123は、排他的論理和回路121の出力信号と変換後多値符号列22とを加算し、多値信号13として出力する。なお、図12では反転信号23として、多値符号列12の最下位ビットを用いたが、これ以外にも変換後多値符号列22として使用しないビット(図中A〜C)から任意に選択しても構わない。また、図示していないが、排他的論理和回路121の出力信号、及び変換後多値符号列22の信号レベルを調整するために、加算部123の入力側に増幅器もしくは減衰器を設けてもよい。   The multi-value processing unit 112 includes an exclusive OR circuit 121 and an adding unit 123. The exclusive OR circuit 121 performs an exclusive OR operation on the information data 10 and the inverted signal 23 and outputs the operation result. The adder 123 adds the output signal of the exclusive OR circuit 121 and the converted multi-level code string 22 and outputs the result as a multi-level signal 13. In FIG. 12, the least significant bit of the multi-level code sequence 12 is used as the inverted signal 23, but any other bits (A to C in the figure) that are not used as the converted multi-level code sequence 22 are also selected. It doesn't matter. Although not shown, an amplifier or an attenuator may be provided on the input side of the adder 123 in order to adjust the output level of the exclusive OR circuit 121 and the signal level of the converted multilevel code sequence 22. Good.

さらに、図示しないが、多値処理部112と多値符号変換部115との構成例としては、図12の構成において、図11と同様に多値符号変換部115の内部にビット変換回路を設ける構成を取ることもできる。   Further, although not shown, as an example of the configuration of the multilevel processing unit 112 and the multilevel code conversion unit 115, a bit conversion circuit is provided in the multilevel code conversion unit 115 in the configuration of FIG. It can also take a configuration.

なお、図10から図12に示した多値処理部112と多値符号変換部115の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定、あるいはビット変換回路132及び232に入力するビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、これ以外にも任意に設定することが可能である。   Note that the configurations of the multilevel processing unit 112 and the multilevel code conversion unit 115 shown in FIGS. 10 to 12 are merely examples, and the setting of bits that are not used or the setting of bits input to the bit conversion circuits 132 and 232 is as follows. As long as the transmission side and the reception side are unified, any other setting can be set.

また、図10から図12に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、D/A変換部122及び加算部123以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。   10 to 12 can be replaced with another element having the same function. Furthermore, the components other than the D / A converter 122 and the adder 123 are not limited to hardware, and their functions may be realized by software processing.

以上のように、本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、雑音レベルが多値信号15のステップ幅に対して十分大きくない場合においても、盗聴者による解読処理の試行回数を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, as with the first embodiment, even when the noise level is not sufficiently large with respect to the step width of the multilevel signal 15, the eavesdropper can decrypt the noise level. The number of processing trials can be increased. Therefore, it is possible to improve safety against eavesdropping without complicating the hardware configuration.

(第3の実施形態)
図13Aは、本発明の第3の実施形態に係るデータ通信装置3の構成例を示すブロック図である。図13Aにおいて、データ通信装置3は、データ送信装置(以下、送信部と記す)103と、データ受信装置(以下、受信部と記す)201とが、伝送路110を介して接続された構成である。第3の実施形態に係るデータ通信装置3の全体構成は、基本的に第1の実施形態において図1を用いて説明したものと同様である。送信部103は、レベル変換部113aの内部構成のみが第1の実施形態と異なる。本実施形態においては、第1の実施形態との差分のみを説明し、第1の実施形態と同様の動作をする機能ブロックに関しては説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 13A is a block diagram illustrating a configuration example of the data communication device 3 according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 13A, the data communication device 3 has a configuration in which a data transmission device (hereinafter referred to as a transmission unit) 103 and a data reception device (hereinafter referred to as a reception unit) 201 are connected via a transmission line 110. is there. The overall configuration of the data communication apparatus 3 according to the third embodiment is basically the same as that described with reference to FIG. 1 in the first embodiment. The transmission unit 103 differs from the first embodiment only in the internal configuration of the level conversion unit 113a. In the present embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and description of functional blocks that operate in the same manner as in the first embodiment will be omitted.

図13Bは、本発明の第3の実施形態に係るレベル変換部113aの構成の一例を示すブロック図である。図13Bにおいて、レベル変換部113は、D/A変換部131と、乱数生成部134と、排他的論理和回路135とを含む。乱数生成部134は、2値の乱数である変換用乱数26を生成し出力する。変換用乱数26としては、物理現象に基づき生成される物理乱数か、あるいは初期値に基づき数学的に生成される疑似乱数のいずれかを用いる。疑似乱数を用いる場合は、その初期値は送信者以外には公開されない。排他的論理和回路135は、多値信号13のうち使用しないビット(図中A〜C)以外の中の最下位のビット(図中D)と、変換用乱数26との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。D/A変換部131は、入力されたビットをディジタル・アナログ変換し、変換後多値信号21として出力する。   FIG. 13B is a block diagram showing an example of the configuration of the level conversion unit 113a according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 13B, the level conversion unit 113 includes a D / A conversion unit 131, a random number generation unit 134, and an exclusive OR circuit 135. The random number generator 134 generates and outputs a conversion random number 26 that is a binary random number. As the conversion random number 26, either a physical random number generated based on a physical phenomenon or a pseudo-random number generated mathematically based on an initial value is used. When using a pseudo-random number, the initial value is not disclosed to anyone other than the sender. The exclusive OR circuit 135 performs an exclusive OR operation of the least significant bit (D in the figure) other than the unused bits (A to C in the figure) of the multilevel signal 13 and the conversion random number 26. And output the calculation result. The D / A converter 131 performs digital / analog conversion on the input bits and outputs the converted multilevel signal 21.

次に、本実施形態で用いられる信号形態について図14を例に説明する。図14は、本発明の第3の実施形態に係るデータ通信装置3で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図14に示す信号形態は、多値符号列12の多値数が16(5bit)、重複数が8の場合の例である。情報データ10及び多値符号列12が図14(a)、(b)に示す値をとる場合、多値信号13は図14(c)に示す値となる。ここで、変換用乱数26が図14(d)に示す値をとる場合を考える。   Next, the signal form used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a signal form used in the data communication apparatus 3 according to the third embodiment of the present invention. The signal form shown in FIG. 14 is an example in the case where the multilevel code string 12 has a multilevel number of 16 (5 bits) and the overlap number is 8. When the information data 10 and the multi-level code string 12 have the values shown in FIGS. 14A and 14B, the multi-level signal 13 has the values shown in FIG. 14C. Here, consider a case where the conversion random number 26 takes the value shown in FIG.

レベル変換部113aは、多値信号13のうち下位3bitは使用せず、上位3bit(図14(c)において点線で囲んだビット)のみを使用する。排他的論理和回路135は、点線で囲んだビットのうち上から3bit目と、変換用乱数26との排他的論理和演算を行い、その演算結果を出力する。D/A変換部131は、多値信号13のうち上位2bitと、排他的論理和回路135の出力信号とをディジタル・アナログ変換することにより、変換後多値信号21のレベルを決定する。受信側においては、第1の実施形態と同様の方法で情報データを再生する(図14(f)〜(k)参照)。   The level conversion unit 113a does not use the lower 3 bits of the multilevel signal 13, but uses only the upper 3 bits (bits surrounded by a dotted line in FIG. 14C). The exclusive OR circuit 135 performs an exclusive OR operation on the third bit from the top of the bits surrounded by the dotted line and the conversion random number 26 and outputs the operation result. The D / A conversion unit 131 determines the level of the converted multilevel signal 21 by performing digital / analog conversion on the upper 2 bits of the multilevel signal 13 and the output signal of the exclusive OR circuit 135. On the receiving side, information data is reproduced by the same method as in the first embodiment (see FIGS. 14F to 14K).

次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部301を用いて既知平文攻撃を試みるものと想定する。盗聴受信部301は、第1の実施形態と同様に、多値符号列12の値の可能性を絞り込めず(図14の場合は4通りの可能性が残る)、受信系列42の一部のビットの値が不明となる。さらに、本実施形態においては、変換用乱数26の値が“1”となるタイムスロットにおいては、受信系列42の別のビット(多値信号13のうち、変換用乱数26との排他的論理和演算を行ったビットに相当、図14(l)の場合は上から2bit目)にも誤りが発生する。盗聴受信部301は、変換用乱数26の情報を持たないため、このビットも盗聴者にとって不確定となる。よって、多値符号列12の値は変換用乱数26を用いない場合の2倍、すなわち8通りの値をとる可能性が残る。このように、多値符号列12の取り得る値の数がさらに増大するため、解読処理の試行回数を第1の実施形態よりもさらに増大させることができる。   Next, the effect on wiretapping of this embodiment will be described. Here, it is assumed that an eavesdropper attempts a known plaintext attack using the eavesdropping reception unit 301. As in the first embodiment, the eavesdropping reception unit 301 cannot narrow down the possibility of the value of the multi-level code sequence 12 (four possibilities remain in the case of FIG. 14), and a part of the reception sequence 42 The bit value of is unknown. Further, in the present embodiment, in the time slot in which the value of the conversion random number 26 is “1”, another bit of the reception sequence 42 (exclusive OR with the conversion random number 26 of the multilevel signal 13 is obtained. Corresponding to the bit on which the operation is performed, an error also occurs in the case of FIG. 14 (l) (second bit from the top). Since the eavesdropping reception unit 301 does not have the information of the conversion random number 26, this bit is also uncertain for the eavesdropper. Therefore, there is a possibility that the value of the multi-level code sequence 12 takes twice the value when the conversion random number 26 is not used, that is, eight values. Thus, since the number of values that the multi-level code sequence 12 can take further increases, the number of decoding process trials can be further increased as compared with the first embodiment.

なお、図14において、多値符号列12の多値数を16(5bit)、重複数を8として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。また、排他的論理和回路135に入力される多値信号13のビットは、使用しないビット(図中A〜C)以外であり、かつ最上位ビット以外であれば、任意のビットを使用することも可能である。   In FIG. 14, the multi-level code string 12 has been described with the multi-level number of 16 (5 bits) and the overlap number of 8 as an example, but this is only an example, and different values may be used. In addition, the bits of the multi-level signal 13 input to the exclusive OR circuit 135 are bits that are not used (A to C in the figure) and other than the most significant bit, and an arbitrary bit is used. Is also possible.

また、図13Bに示したレベル変換部113aの構成は、図4に示す構成に準じたものであるが、本実施形態に係るレベル変換部113aは、上述した信号形態を得るために、図5に示す構成に乱数生成部及び排他的論理和回路を追加した構成を用いることも可能である(図示せず)。また、図13Aに示した送信部103の全体構成として、第2の実施形態の送信部102(図8参照)と同様の構成を用い、多値符号変換部115の内部に乱数生成部及び排他的論理和回路を追加した構成を用いても、同様の効果を得ることができる。なお、これらの構成において、各構成ブロックを同様の機能を有する別の素子に置き換えたり、ディジタル・アナログ変換部131以外の構成要素をソフトウェア処理に置き換えても構わない。   Further, the configuration of the level conversion unit 113a shown in FIG. 13B conforms to the configuration shown in FIG. 4. However, the level conversion unit 113a according to the present embodiment uses the configuration shown in FIG. It is also possible to use a configuration in which a random number generator and an exclusive OR circuit are added to the configuration shown in (1). Further, as the overall configuration of the transmission unit 103 illustrated in FIG. 13A, the same configuration as the transmission unit 102 (see FIG. 8) of the second embodiment is used, and a random number generation unit and an exclusive unit are included in the multilevel code conversion unit 115. The same effect can be obtained even if a configuration to which a logical OR circuit is added is used. In these configurations, each block may be replaced with another element having the same function, or components other than the digital / analog converter 131 may be replaced with software processing.

以上のように、本発明の第3の実施形態によれば、盗聴者による解読処理に要する計算量を第1の実施形態よりもさらに増大させ、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, it is possible to further increase the amount of calculation required for the decryption process by the eavesdropper than in the first embodiment and improve the safety against eavesdropping. .

(第4の実施形態)
本実施形態は、第1または第2の実施形態の特別な場合、すなわち多値符号列12の多値数と重複数とを一致させた場合に相当するものである。
(Fourth embodiment)
This embodiment corresponds to a special case of the first or second embodiment, that is, a case where the multi-value number and the overlap number of the multi-value code string 12 are matched.

図15は、本発明の第4の実施形態に係るデータ通信装置4の構成例を示すブロック図である。図15において、データ通信装置4は、データ送信装置(以下、送信部と記す)104と、データ受信装置(以下、受信部と記す)204とが、伝送路110を介して接続された構成である。送信部104は、第1の多値符号発生部111と、変調部114と、多値符号変換部115aと、信号変換部116とを備える。受信部204は、復調部211と、第2の多値符号発生部212と、多値符号変換部213aと、識別部214と、反転部215とを備える。   FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration example of the data communication device 4 according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 15, the data communication device 4 has a configuration in which a data transmission device (hereinafter referred to as a transmission unit) 104 and a data reception device (hereinafter referred to as a reception unit) 204 are connected via a transmission line 110. is there. The transmission unit 104 includes a first multi-level code generation unit 111, a modulation unit 114, a multi-level code conversion unit 115a, and a signal conversion unit 116. The reception unit 204 includes a demodulation unit 211, a second multi-level code generation unit 212, a multi-level code conversion unit 213a, an identification unit 214, and an inversion unit 215.

送信部104において、第1の多値符号発生部111は、第1の鍵情報11を初期値として、多値の疑似乱数系列である多値符号列12を発生し出力する。多値符号列12の信号形態は、多値のシリアル信号または2値のパラレル信号のどちらでもよい。多値符号変換部115aは、多値符号列12から反転信号23を生成し出力する。信号変換部116は、情報データ10と反転信号23との排他的論理和演算を行い、その演算結果を2値変換信号24として出力する。変調部114は、2値変換信号24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。   In the transmission unit 104, the first multi-level code generation unit 111 generates and outputs a multi-level code sequence 12 which is a multi-level pseudo-random number sequence using the first key information 11 as an initial value. The signal form of the multi-level code string 12 may be either a multi-level serial signal or a binary parallel signal. The multi-level code conversion unit 115a generates and outputs an inverted signal 23 from the multi-level code string 12. The signal conversion unit 116 performs an exclusive OR operation between the information data 10 and the inverted signal 23 and outputs the operation result as a binary conversion signal 24. The modulation unit 114 modulates the binary conversion signal 24 in a predetermined modulation format, and sends the modulated signal 14 to the transmission line 110 as the modulation signal 14.

受信部204において、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、2値変換信号35を再生する。第2の多値符号発生部212は、第1の多値符号発生部111と同様に、第2の鍵情報16を初期値として、多値の擬似乱数系列である多値符号列17を発生し出力する。識別部214は、2値変換信号35の識別(2値判定)を行い、当該識別結果を出力する。識別部214の識別レベルは、基本的に固定値であるが、何らかの理由で2値変換信号の信号レベルが変動した場合にはこの限りではない。すなわち、識別部214は、識別レベルを最適値に調整する機能を有する。多値符号変換部213aは、多値符号列17から反転信号32を生成し出力する。反転部215は、識別部214の出力信号と反転信号32との排他的論理和を演算し、その演算結果を情報データ18として出力する。   In the reception unit 204, the demodulation unit 211 demodulates the modulated signal 14 transmitted via the transmission path 110 and reproduces the binary conversion signal 35. Similar to the first multi-level code generator 111, the second multi-level code generator 212 generates a multi-level code string 17 that is a multi-value pseudo-random sequence using the second key information 16 as an initial value. And output. The identification unit 214 identifies the binary conversion signal 35 (binary determination) and outputs the identification result. The identification level of the identification unit 214 is basically a fixed value, but is not limited to this when the signal level of the binary conversion signal fluctuates for some reason. That is, the identification unit 214 has a function of adjusting the identification level to an optimum value. The multilevel code conversion unit 213a generates and outputs an inverted signal 32 from the multilevel code sequence 17. The inverting unit 215 calculates an exclusive OR of the output signal of the identifying unit 214 and the inverted signal 32 and outputs the calculation result as information data 18.

また、図15には、盗聴者が使用すると想定される受信装置を盗聴受信部301として示してある。ただし、盗聴受信部301は、本実施形態の盗聴に対する効果を説明するために示してあるだけで、データ通信装置4の構成に含まれるものではない。盗聴受信部301の構成及び動作は、図25を用いて説明したものと同じである。   Further, in FIG. 15, a receiving device assumed to be used by an eavesdropper is shown as an eavesdropping reception unit 301. However, the eavesdropping reception unit 301 is only shown for explaining the effect on the eavesdropping of the present embodiment, and is not included in the configuration of the data communication device 4. The configuration and operation of the wiretap receiving unit 301 are the same as those described with reference to FIG.

なお、送信部104において、信号変換部116、変調部114、及び多値符号変換部115aは、まとめて多値信号変調部と記してもよい。また、受信部204において、多値符号変換部213a、識別部214、及び反転部215は、まとめて信号再生部と記してもよい。   In the transmission unit 104, the signal conversion unit 116, the modulation unit 114, and the multi-level code conversion unit 115a may be collectively referred to as a multi-level signal modulation unit. In the receiving unit 204, the multi-level code converting unit 213a, the identifying unit 214, and the inverting unit 215 may be collectively referred to as a signal reproducing unit.

次に、本実施形態における信号の設定方法について、図16と図17とを参照しながら説明する。図16は、本発明の第4の実施形態における多値符号列12と反転信号23との関係の一例を示す図である。反転信号23は、多値符号列12のシンボルレート同じビットレートを有する2値信号となる。ここでは、反転信号23の値は、多値符号列12の最下位ビットと同じ値に設定される。図17は、本発明の第4の実施形態における情報データ10と、反転信号23と、2値変換信号24との関係を示す図である。2値変換信号24の値は、情報データ10と、反転信号23との排他的論理和演算により決定される。このようにして得られた2値変換信号24は、第1の実施形態において、1つの変換後多値信号21のレベルに、情報データ10と多値符号列12とを組み合わせた複数のレベルが、多値符号列12の多値数(この場合は16)と同じ数だけ重複して割り当てられていることと等価である。   Next, a signal setting method in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the relationship between the multi-level code sequence 12 and the inverted signal 23 in the fourth embodiment of the present invention. The inverted signal 23 is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence 12. Here, the value of the inverted signal 23 is set to the same value as the least significant bit of the multilevel code sequence 12. FIG. 17 is a diagram showing a relationship among the information data 10, the inverted signal 23, and the binary conversion signal 24 in the fourth embodiment of the present invention. The value of the binary conversion signal 24 is determined by an exclusive OR operation between the information data 10 and the inverted signal 23. In the first embodiment, the binary converted signal 24 obtained in this way has a plurality of levels obtained by combining the information data 10 and the multilevel code string 12 with the level of one converted multilevel signal 21. This is equivalent to allocating the same number of multi-level code strings 12 as the multi-level number (16 in this case).

続いて、本実施形態で用いられる信号形態について図18を用いて説明する。図18は、本発明の第4の実施形態に係るデータ通信装置4で用いられる信号形態を説明するための模式図である。図18において、各タイムスロット(t1〜t4)における情報データ10、及び多値符号列12の値は、図18(a)及び(b)に示す値である場合を考える。このとき、2値変換信号24は、図16及び図17に示した関係から、図18(d)に示す値をとる。変調部114は、この2値変換信号24を変調し、変調信号14として送信する。   Next, the signal form used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a schematic diagram for explaining a signal form used in the data communication apparatus 4 according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 18, it is assumed that the information data 10 and the multi-level code sequence 12 in each time slot (t1 to t4) have the values shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b). At this time, the binary conversion signal 24 takes the value shown in FIG. 18D from the relationship shown in FIGS. The modulation unit 114 modulates the binary conversion signal 24 and transmits it as the modulation signal 14.

一方、受信部204において、多値符号変換部213aは、送信部104と同様の手順に基づき反転信号32を生成する(図18(e)参照)。識別部214は、識別レベルを固定識別レベルに従って設定し、変調信号14を復調して得られる2値変換信号35を2値識別する。反転部215は、識別部214の出力信号と反転信号32との排他的論理和演算を行い、その演算結果を情報データ18として出力する(図18(f)参照)。   On the other hand, in the reception unit 204, the multi-level code conversion unit 213a generates the inverted signal 32 based on the same procedure as that of the transmission unit 104 (see FIG. 18E). The identification unit 214 sets the identification level according to the fixed identification level, and binary-identifies the binary conversion signal 35 obtained by demodulating the modulation signal 14. The inversion unit 215 performs an exclusive OR operation on the output signal of the identification unit 214 and the inversion signal 32, and outputs the calculation result as information data 18 (see FIG. 18 (f)).

次に、本実施形態の盗聴に対する効果について説明する。ここで、盗聴者は、盗聴受信部301を用いて既知平文攻撃を試みるものと仮定する。盗聴受信部301において、復調部311は、伝送路110から分岐して得られた変調信号14を復調し、2値変換信号35を再生する。多値識別部312は、2値変換信号35の値を特定することは可能であるが、多値符号列12と情報データ10との組み合わせを特定することができない。そこで、盗聴者は、2値変換信号35を予め入手した情報データ10の値と照合することで、多値符号列12の値の可能性を絞り込むことができる。しかし、多値符号列12は、まだ8通りの値(多値符号列12の多値数の半分に相当)をとる可能性が残る。   Next, the effect on wiretapping of this embodiment will be described. Here, it is assumed that an eavesdropper attempts a known plaintext attack using the eavesdropping reception unit 301. In the eavesdropping reception unit 301, the demodulation unit 311 demodulates the modulation signal 14 obtained by branching from the transmission path 110 and reproduces the binary conversion signal 35. The multi-level identifying unit 312 can specify the value of the binary conversion signal 35 but cannot specify the combination of the multi-level code sequence 12 and the information data 10. Therefore, the eavesdropper can narrow down the possibility of the value of the multilevel code string 12 by comparing the binary conversion signal 35 with the value of the information data 10 obtained in advance. However, the multi-level code sequence 12 still has a possibility of taking 8 values (corresponding to half of the multi-level number of the multi-level code sequence 12).

すなわち、図18(g)に示すように、受信系列42のビットの値は、1つ(図18の例では最下位ビット)を除き不明となる。以降のタイムスロットにおいても、多値符号列12は、それぞれ8通りの値をとる可能性が残る。よって、盗聴者は、多値符号列12の値の可能性がある全てのパターンに対して解読処理を行う必要があるため、盗聴者が受信系列42の値を一意に特定できる場合と比較して、解読処理の試行回数、すなわち解読処理に要する計算量が増大する。よって、盗聴に対する安全性が向上する。   That is, as shown in FIG. 18 (g), the value of the bit of the reception sequence 42 is unknown except for one (the least significant bit in the example of FIG. 18). In the subsequent time slots, the multi-level code sequence 12 still has a possibility of taking eight values. Therefore, since the eavesdropper needs to perform a decoding process on all patterns that may have the value of the multi-level code sequence 12, it is compared with the case where the eavesdropper can uniquely identify the value of the reception sequence 42. Thus, the number of decryption processing trials, that is, the amount of calculation required for the decryption processing increases. Therefore, safety against eavesdropping is improved.

なお、図16〜図18において、多値符号列12の多値数を16(ビット数が4)として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。   In FIGS. 16 to 18, the multi-level code string 12 is described with the multi-level number 16 being 16 (the number of bits is 4), but this is only an example, and different values may be used.

次に、多値符号変換部115aと信号変換部116の具体的な構成について説明する。図19は、本発明の第4の実施形態に係る多値符号変換部115aと信号変換部116の構成例を示すブロック図である。図19の構成では、多値符号列12はパラレル信号の形態をとる。多値符号変換部115aは、多値符号列12の最下位ビット(図中A)をそのまま反転信号23として出力する。信号変換部116は、排他的論理和回路141で構成され、情報データ10と反転信号23との排他的論理和演算を行い、その演算結果を2値変換信号24として出力する。受信側の多値符号変換部213aも、送信側の多値符号変換部115aと同様の構成により実現できる。   Next, specific configurations of the multi-level code conversion unit 115a and the signal conversion unit 116 will be described. FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration example of the multi-level code conversion unit 115a and the signal conversion unit 116 according to the fourth embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 19, the multilevel code sequence 12 takes the form of a parallel signal. The multilevel code conversion unit 115a outputs the least significant bit (A in the figure) of the multilevel code string 12 as the inverted signal 23 as it is. The signal conversion unit 116 includes an exclusive OR circuit 141, performs an exclusive OR operation on the information data 10 and the inverted signal 23, and outputs the operation result as a binary conversion signal 24. The multi-level code converter 213a on the reception side can also be realized by the same configuration as the multi-level code converter 115a on the transmission side.

なお、図19に示した多値符号変換部115aと信号変換部116の構成はあくまでも一例であり、使用しないビットの設定は、送信側と受信側とで統一しておく限り、上述した以外にも任意に設定することが可能である。また、反転信号23は、多値符号列12の最下位ビットがそのまま出力される構成としたが、これ以外にも多値符号列12の任意のビットを使用することが可能である。あるいは、多値符号列12の全てまたは一部のビットの論理演算により、反転信号23の値を決定してもよい。さらには、送信者側と受信者側とで秘密裏に共有する暗号鍵を別途用意し、この暗号鍵に基づき上記のビットの設定を行うことも可能である。   Note that the configurations of the multi-level code conversion unit 115a and the signal conversion unit 116 shown in FIG. 19 are merely examples, and settings of unused bits are not limited to those described above as long as they are unified between the transmission side and the reception side. Can also be set arbitrarily. The inverted signal 23 is configured such that the least significant bit of the multilevel code sequence 12 is output as it is, but any other bit of the multilevel code sequence 12 can be used. Alternatively, the value of the inverted signal 23 may be determined by a logical operation of all or some of the bits of the multi-level code sequence 12. Furthermore, it is also possible to separately prepare an encryption key that is secretly shared between the sender side and the receiver side, and to set the above bits based on this encryption key.

また、図19に示した構成要素は、同様の機能を有する別の素子に置き換えることができる。さらには、各構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。   19 can be replaced with another element having a similar function. Furthermore, each component is not limited to hardware, and its function may be realized by software processing.

以上のように、本発明の第4の実施形態によれば、2値の変調信号を用いた場合においても、盗聴者による解読処理に要する計算量を増大させることができる。よって、ハードウェア構成を複雑化することなく、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to increase the amount of calculation required for the decryption process by an eavesdropper even when a binary modulated signal is used. Therefore, it is possible to improve safety against eavesdropping without complicating the hardware configuration.

(第5の実施形態)
本実施形態は、第2の実施形態において、送信者側と受信者側とで秘密裏に共有する暗号鍵を別途用意し、この暗号鍵に基づき重複させる多値信号レベルの設定を行う場合の例である。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, in the second embodiment, a separate encryption key is secretly shared between the sender side and the receiver side, and the multilevel signal level to be duplicated is set based on this encryption key. It is an example.

図20は、本発明の第5の実施形態に係るデータ通信装置5の構成例を示すブロック図である。図20において、データ通信装置5は、データ送信装置(以下、送信部と記す)105と、データ受信装置(以下、受信部と記す)205とが、伝送路110を介して接続された構成である。送信部105は、第1の多値符号発生部111と、多値処理部112aと、変調部114と、多値符号変換部115bとを備える。受信部205は、復調部211と、第2の多値符号発生部212と、多値符号変換部213bと、識別部214と、反転部215とを備える。また、図20には、盗聴受信部301を記載していないが、盗聴者は第1の実施形態で説明した方法を用いて盗聴を試みるものと仮定する。   FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration example of the data communication apparatus 5 according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 20, the data communication device 5 has a configuration in which a data transmission device (hereinafter referred to as a transmission unit) 105 and a data reception device (hereinafter referred to as a reception unit) 205 are connected via a transmission line 110. is there. The transmission unit 105 includes a first multi-level code generation unit 111, a multi-level processing unit 112a, a modulation unit 114, and a multi-level code conversion unit 115b. The receiving unit 205 includes a demodulating unit 211, a second multi-level code generating unit 212, a multi-level code converting unit 213b, an identifying unit 214, and an inverting unit 215. In FIG. 20, although the wiretap receiving unit 301 is not described, it is assumed that the wiretap attempts to wiretap using the method described in the first embodiment.

本実施形態において、多値符号変換部115bと、多値符号変換部213b以外の機能ブロックについては、第2の実施形態において説明したものと同様であるため、説明を省略する。以下では、第2の実施形態との差分について説明する。   In the present embodiment, functional blocks other than the multi-level code conversion unit 115b and the multi-level code conversion unit 213b are the same as those described in the second embodiment, and thus description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the second embodiment will be described.

本実施形態において、送信部105と受信部205とは、第1の鍵情報11及び第2の鍵情報16とは別に、予め同じ内容の第3の鍵情報41と第4の鍵情報42とを共有しておく。多値符号変換部115bは、第3の鍵情報41に基づき、多値符号列12を構成するビットの中から、多値符号列22として出力するビット及び反転信号23として出力するビットをランダムに選択する。多値符号変換部213bは、多値符号変換部115bと同様に、第4の鍵情報42に基づき、多値符号列17を構成するビットの中から、多値符号列31として出力するビット及び反転信号32として出力するビットをランダムに選択する。   In the present embodiment, the transmission unit 105 and the reception unit 205 have the third key information 41 and the fourth key information 42 having the same contents in advance separately from the first key information 11 and the second key information 16. Share it. Based on the third key information 41, the multi-level code conversion unit 115b randomly selects a bit output as the multi-level code sequence 22 and a bit output as the inverted signal 23 from the bits constituting the multi-level code sequence 12. select. Similarly to the multi-level code conversion unit 115b, the multi-level code conversion unit 213b, based on the fourth key information 42, outputs the bits to be output as the multi-level code sequence 31 from the bits constituting the multi-level code sequence 17. A bit to be output as the inverted signal 32 is selected at random.

次に、本実施形態における多値符号列12、変換後多値符号列22、及び反転信号23の関係について、図21の例を参照しながら説明する。図21は、本発明の第5の実施形態に係る多値符号列12、変換後多値符号列22、及び反転信号23の対応パターンを示す図である。なお、図21において、多値符号列12の値は2進数で表してある(カッコ内は10進数表記)。本実施形態では、これらの対応パターンを複数(図21の例では4種類)用意する。各対応パターンにおいて、多値符号列12の値をいくつかのグループに分け、各グループに変換後多値符号列22の値を割り当てる。また、各グループ内において、反転信号23の値は均等に分布するように割り当てる。これは、以下の手順により実現することができる。   Next, the relationship among the multilevel code sequence 12, the converted multilevel code sequence 22, and the inverted signal 23 in the present embodiment will be described with reference to the example of FIG. FIG. 21 is a diagram illustrating a corresponding pattern of the multi-level code sequence 12, the converted multi-level code sequence 22, and the inverted signal 23 according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 21, the value of the multi-level code string 12 is expressed in binary (decimal notation in parentheses). In the present embodiment, a plurality of these correspondence patterns (four types in the example of FIG. 21) are prepared. In each corresponding pattern, the value of the multi-level code sequence 12 is divided into several groups, and the value of the converted multi-level code sequence 22 is assigned to each group. In each group, the values of the inversion signal 23 are assigned so as to be evenly distributed. This can be realized by the following procedure.

まず、送信側の多値符号変換部115bは、第3の鍵情報41を用いて擬似乱数を発生させ、その値に基づき、複数の対応パターンのうち1つを選択する。そして、選択した対応パターン及び多値符号列12の値に基づき、変換後多値符号列22及び反転信号23の値を決定する。すなわち、多値符号列12を構成するビットのうち1つ(図21では太字で表示)を選択し、その値から変換後多値符号列22の値を決定し、さらに多値符号列12の残りのビットのうち1つ(図21では斜字で表示)を選択し、その値から反転信号23の値を決定する。なお、対応パターンは図21に示したもの以外にも考えられるが、ここでは省略する。次に、多値処理部112aは、図9を用いて説明したのと同様の方法によって、変換後多値符号列22、反転信号23、及び情報データ10の値から、多値信号13の信号レベルを決定する。   First, the multi-level code conversion unit 115b on the transmission side generates a pseudo random number using the third key information 41, and selects one of a plurality of corresponding patterns based on the value. Then, based on the selected corresponding pattern and the value of the multilevel code sequence 12, the values of the converted multilevel code sequence 22 and the inverted signal 23 are determined. That is, one of the bits constituting the multi-level code sequence 12 (shown in bold in FIG. 21) is selected, the value of the converted multi-level code sequence 22 is determined from the value, and the multi-level code sequence 12 One of the remaining bits (displayed in italics in FIG. 21) is selected, and the value of the inverted signal 23 is determined from the value. Note that the corresponding patterns other than those shown in FIG. 21 are conceivable, but are omitted here. Next, the multi-level processing unit 112a uses the same method as described with reference to FIG. 9 to calculate the signal of the multi-level signal 13 from the converted multi-level code sequence 22, the inverted signal 23, and the value of the information data 10. Determine the level.

一方、受信側の多値符号変換部213bにおいても、送信側の多値符号変換部115bと同様に、第4の鍵情報42を用いて擬似乱数を発生させ、その値に基づき、複数の対応パターンのうち1つを選択する。そして、選択した対応パターンと多値符号列17との値に基づき、変換後多値符号列31及び反転信号32の値を決定する。   On the other hand, in the multilevel code conversion unit 213b on the reception side, similarly to the multilevel code conversion unit 115b on the transmission side, pseudo random numbers are generated using the fourth key information 42, and a plurality of correspondences are generated based on the value. Select one of the patterns. Then, based on the values of the selected corresponding pattern and the multi-level code sequence 17, the values of the converted multi-level code sequence 31 and the inverted signal 32 are determined.

このようにして多値信号レベルを決定することにより、変換後多値符号列22のそれぞれの値、さらには各多値信号レベルに対して、多値符号列12を構成する各ビットの値は、“0”と“1”の双方が対応することになる。例えば、図21の例では、変換後多値符号列22の値“0”(多値信号レベルL1及びL3に対応)には、多値符号列12の値(10進数表記)“0”から“14”までの全ての値が対応し、変換後多値符号列22の値“1”(多値信号レベルL2及びL4に対応)には、多値符号列12の値“1”から“15”までの全ての値が対応する。これを2進数表記で考えると、変換後多値符号列22の値“0”、“1”のいずれについても、多値符号列12を構成する各ビットの値は“0”と“1”の双方が対応する可能性があることになる。このことは、盗聴者の観点からは、解読処理部313で鍵情報の解読を行う際に2進数に変換する処理を行うと、全てのビットについて“0”と“1”を特定できない、すなわち誤りを含む可能性があることになる。よって、これらの可能性を考慮して解読を行わなければならないため、第1及び第2の実施形態よりもさらに計算量が増大し、安全性が向上する。   By determining the multi-level signal level in this way, each value of the converted multi-level code sequence 22, and further, for each multi-level signal level, the value of each bit constituting the multi-level code sequence 12 is , “0” and “1” correspond to each other. For example, in the example of FIG. 21, the value “0” (corresponding to the multilevel signal levels L1 and L3) of the converted multilevel code sequence 22 is changed from the value (decimal notation) “0” of the multilevel code sequence 12. All values up to “14” correspond to the value “1” of the converted multi-level code sequence 22 (corresponding to the multi-level signal levels L2 and L4) from the values “1” to “1” of the multi-level code sequence 12. All values up to 15 "correspond. Considering this in binary notation, the value of each bit constituting the multilevel code sequence 12 is “0” and “1” for both the values “0” and “1” of the converted multilevel code sequence 22. There is a possibility that both will respond. From the viewpoint of an eavesdropper, when the decryption processing unit 313 performs the process of converting the key information into binary numbers, “0” and “1” cannot be specified for all bits. It may contain errors. Therefore, since the decryption must be performed in consideration of these possibilities, the amount of calculation is further increased and the safety is improved as compared with the first and second embodiments.

なお、図21において、多値符号列12の多値数が16(ビット数が4)、重複数を8として説明したが、これはあくまでも一例であり、異なる値を用いても構わない。また、図21に示した多値符号列12、変換後多値符号列22、反転信号23の関係はあくまでも一例であり、異なる対応関係を有していても構わない。ただし、その場合も、同じ変換後多値符号列22の値に割り当てられた多値符号列12のグループにおいて、反転信号23の値を均等に配分する必要がある。   In FIG. 21, the multi-level code string 12 has been described with the multi-level number of 16 (the number of bits is 4) and the overlap number of 8. However, this is merely an example, and different values may be used. Further, the relationship among the multi-level code sequence 12, the converted multi-level code sequence 22, and the inverted signal 23 shown in FIG. 21 is merely an example, and may have a different correspondence relationship. However, even in that case, it is necessary to evenly distribute the value of the inverted signal 23 in the group of the multi-level code sequence 12 assigned to the same value of the converted multi-level code sequence 22.

次に、送信側の多値符号変換部115bの具体的な構成例について説明する。図22は、多値符号変換部115bの構成例を示すブロック図である。図22の構成では、多値符号列12及び変換後多値符号列22はパラレル信号の形態をとる。選択用乱数発生部151は、第3の鍵情報41に基づき、シンボルレートが多値符号列12(及び多値信号13)と等しく、値が略乱数的に変化する多値または2値の信号である選択用乱数43を発生する。ここで、選択用乱数43の多値数は、多値符号列12、反転信号23、及び変換後多値符号列22の対応パターンの数に等しくなるように設定する。ビット選択部152には、多値符号列12と選択用乱数43とが入力される。ビット選択部152は、選択用乱数43の値に基づき、多値符号列12を構成するビットの中から、変換後多値符号列22及び反転信号23として使用するビットを選択し、出力する。   Next, a specific configuration example of the transmission-side multilevel code conversion unit 115b will be described. FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration example of the multi-level code conversion unit 115b. In the configuration of FIG. 22, the multilevel code sequence 12 and the converted multilevel code sequence 22 are in the form of parallel signals. The selection random number generator 151 is based on the third key information 41, and is a multi-value or binary signal whose symbol rate is equal to that of the multi-value code string 12 (and the multi-value signal 13) and whose value changes in a substantially random manner. A selection random number 43 is generated. Here, the multi-value number of the selection random number 43 is set to be equal to the number of corresponding patterns of the multi-value code string 12, the inverted signal 23, and the converted multi-value code string 22. The bit selection unit 152 receives the multi-level code string 12 and the selection random number 43. Based on the value of the selection random number 43, the bit selection unit 152 selects and outputs bits to be used as the converted multi-level code sequence 22 and the inverted signal 23 from the bits constituting the multi-level code sequence 12.

続いて、受信側の多値符号変換部213bの具体的な構成例について説明する。図23は、多値符号変換部213bの構成例を示すブロック図である。図23を参照して、選択用乱数発生部251は、第3の鍵情報41に基づき、選択用乱数43と同じ値を有する選択用乱数44を発生する。ビット選択部252は、ビット選択部152と同様に、選択用乱数44の値に基づき、多値符号列17を構成するビットの中から、変換後多値符号列31及び反転信号32として使用するビットを選択し、出力する。   Subsequently, a specific configuration example of the multilevel code conversion unit 213b on the reception side will be described. FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration example of the multilevel code conversion unit 213b. Referring to FIG. 23, selection random number generator 251 generates selection random number 44 having the same value as selection random number 43 based on third key information 41. Similarly to the bit selection unit 152, the bit selection unit 252 uses the converted multi-level code sequence 31 and the inverted signal 32 from the bits constituting the multi-level code sequence 17 based on the value of the selection random number 44. Select a bit and output.

なお、図22及び図23に示す多値符号変換部115b及び213bの構成はあくまでも一例であり、同様の機能を実現できるものであれば、これ以外の構成を用いても構わない。さらには、D/A変換部231以外の構成要素は、ハードウェアに限らず、ソフトウェア処理によってその機能を実現しても構わない。   Note that the configurations of the multilevel code converters 115b and 213b shown in FIGS. 22 and 23 are merely examples, and other configurations may be used as long as the same functions can be realized. Furthermore, components other than the D / A conversion unit 231 are not limited to hardware, and their functions may be realized by software processing.

また、本実施形態と同様の考え方は、図1で説明した第1の実施形態における構成にも適用することができる。図24は、第1の実施形態における構成に適用した場合のレベル変換部113bの構成例を示すブロック図である。図24を参照して、レベル変換部113bは、D/A変換部131bと、選択用乱数発生部151bと、ビット選択部152bとを有する。選択用乱数発生部151bは、第3の鍵情報41に基づき、シンボルレートが多値符号列12(及び多値信号13)と等しく、値が略乱数的に変化する多値または2値の信号である選択用乱数43を発生する。ビット選択部152には、多値信号13と選択用乱数43とが入力される。ビット選択部152bは、選択用乱数43の値に基づき、多値信号13を構成するビットの中から、使用するビットを選択し出力する。ただし、この例に示すD/A変換部131bは、多値信号13を構成する最上位のビットには情報データ10が含まれるため、多値信号13を構成する最上位のビットを必ず選択するものとする。D/A変換部131bは、ビット選択部152bが選択したビットをディジタル・アナログ変換して、変換後多値符号列21を生成する。   In addition, the same concept as that of the present embodiment can be applied to the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. FIG. 24 is a block diagram illustrating a configuration example of the level conversion unit 113b when applied to the configuration in the first embodiment. Referring to FIG. 24, level conversion unit 113b includes D / A conversion unit 131b, selection random number generation unit 151b, and bit selection unit 152b. Based on the third key information 41, the selection random number generator 151b is a multi-level or binary signal whose symbol rate is equal to that of the multi-level code sequence 12 (and the multi-level signal 13) and whose value changes in a substantially random manner. A selection random number 43 is generated. The bit selection unit 152 receives the multilevel signal 13 and the selection random number 43. Based on the value of the selection random number 43, the bit selection unit 152b selects and outputs a bit to be used from among the bits constituting the multilevel signal 13. However, the D / A converter 131b shown in this example always selects the most significant bit constituting the multilevel signal 13 because the most significant bit constituting the multilevel signal 13 includes the information data 10. Shall. The D / A conversion unit 131b performs digital / analog conversion on the bits selected by the bit selection unit 152b to generate the converted multi-level code sequence 21.

以上のように、本発明の第5の実施形態によれば、盗聴者による解読処理に要する計算量を第1及び第2の実施形態よりもさらに増大させ、盗聴に対する安全性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, it is possible to further increase the amount of calculation required for the decryption process by the eavesdropper than in the first and second embodiments, and to improve safety against eavesdropping. It becomes possible.

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・傍受等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 apparatus according to the present invention is useful as a secure secret communication apparatus that does not receive eavesdropping / interception.

本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置1の構成例を示すブロック図1 is a block diagram showing a configuration example of a data communication device 1 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における信号点配置を説明するための模式図The schematic diagram for demonstrating signal point arrangement | positioning in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態に係るデータ通信装置1で用いられる信号形態を説明するための模式図The schematic diagram for demonstrating the signal form used with the data communication apparatus 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る多値処理部112とレベル変換部113の第1の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 1st structural example of the multi-value processing part 112 and the level conversion part 113 which concern on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る多値処理部112とレベル変換部113の第2の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 2nd structural example of the multi-value processing part 112 and the level conversion part 113 which concern on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る多値符号変換部213の第1の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 1st structural example of the multi-value code conversion part 213 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る多値符号変換部213の第2の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 2nd structural example of the multi-value code conversion part 213 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るデータ通信装置2の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the data communication apparatus 2 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における信号点配置を説明するための模式図The schematic diagram for demonstrating signal point arrangement | positioning in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態に係る多値処理部112aとレベル変換部113の第1の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 1st structural example of the multi-value processing part 112a and the level conversion part 113 which concern on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る多値処理部112aとレベル変換部113の第2の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 2nd structural example of the multi-value processing part 112a and the level conversion part 113 which concern on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る多値処理部112aとレベル変換部113の第3の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the 3rd structural example of the multi-value processing part 112a and the level conversion part 113 which concern on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るデータ通信装置3の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the data communication apparatus 3 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るレベル変換部113aの構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the level conversion part 113a which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るデータ通信装置3で用いられる信号形態を説明するための模式図The schematic diagram for demonstrating the signal form used with the data communication apparatus 3 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るデータ通信装置4の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the data communication apparatus 4 which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態における多値符号列12と反転信号23との関係の一例を示す図The figure which shows an example of the relationship between the multilevel code sequence 12 and the inversion signal 23 in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態における情報データ10と、反転信号23と、2値変換信号24との関係を示す図The figure which shows the relationship between the information data 10, the inversion signal 23, and the binary conversion signal 24 in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るデータ通信装置4で用いられる信号形態を説明するための模式図The schematic diagram for demonstrating the signal form used with the data communication apparatus 4 which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る多値符号変換部115aと信号変換部116の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the multilevel code converter 115a and the signal converter 116 which concern on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係るデータ通信装置5の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the data communication apparatus 5 which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る多値符号列12、変換後多値符号列22、及び反転信号23の対応パターンを示す図The figure which shows the corresponding | compatible pattern of the multilevel code sequence 12, the converted multilevel code sequence 22, and the inversion signal 23 which concern on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る多値符号変換部115bの構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the multi-level code conversion part 115b which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る多値符号変換部213bの構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the multi-value code conversion part 213b which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係るレベル変換部113bの構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the level conversion part 113b which concerns on the 5th Embodiment of this invention. Y−00プロトコルを用いた従来の送受信装置の構成例を示すブロック図Block diagram showing a configuration example of a conventional transmission / reception device using the Y-00 protocol Y−00プロトコルを用いた従来の送受信装置における信号点配置を説明するための模式図Schematic diagram for explaining signal point arrangement in a conventional transmission / reception apparatus using the Y-00 protocol 従来の送受信装置で用いられる信号形態を説明するための模式図Schematic diagram for explaining signal forms used in a conventional transceiver 盗聴者が識別した多値レベルの確率分布を説明するための模式図Schematic diagram for explaining the probability distribution of multi-levels identified by an eavesdropper

符号の説明Explanation of symbols

101〜105 データ送信装置(送信部)
201,204,205 データ受信装置(受信部)
301 盗聴受信部
111 第1の多値符号発生部
112,112a 多値処理部
113,113a レベル変換部
114 変調部
115 多値符号変換部
116 信号変換部
121,135 排他的論理和回路
123 加算部
131,231 D/A変換部
132,232 ビット変換回路
134 乱数生成部
151,251 選択用乱数発生部
152,252 ビット選択部
211 復調部
212 第2の多値符号発生部
213,213a 多値符号変換部
214 識別部
215 反転部
311 復調部
312 多値識別部
313 解読処理部
101-105 data transmission device (transmission unit)
201, 204, 205 Data receiving device (receiving unit)
301 wiretapping reception unit 111 first multi-level code generation unit 112, 112a multi-level processing unit 113, 113a level conversion unit 114 modulation unit 115 multi-level code conversion unit 116 signal conversion unit 121, 135 exclusive OR circuit 123 addition unit 131,231 D / A conversion unit 132,232 bit conversion circuit 134 random number generation unit 151,251 selection random number generation unit 152,252 bit selection unit 211 demodulation unit 212 second multi-level code generation unit 213, 213a multi-level code Conversion unit 214 Identification unit 215 Inversion unit 311 Demodulation unit 312 Multi-level identification unit 313 Decoding processing unit

Claims (25)

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であって、
前記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、
前記情報データ及び前記多値符号列に基づいて複数の信号レベルを有する信号を生成し、当該生成した信号を所定の変調形式で変調し、変調信号として出力する多値信号変調部とを備え、
前記多値信号変調部は、
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信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、前記複数の信号レベルを有する信号を生成することを特徴とする、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,
A multi-level code generator for generating a multi-level code sequence in which the signal level changes in a substantially random manner from the key information;
A multi-level signal modulator that generates a signal having a plurality of signal levels based on the information data and the multi-level code string, modulates the generated signal in a predetermined modulation format, and outputs the modulated signal as a modulation signal;
The multi-level signal modulator is
By dividing a signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multi-level code string into a plurality of groups, and assigning one level to a plurality of levels included in each group. A data transmission device that generates a signal having the plurality of signal levels.
前記多値信号変調部は、
前記情報データと前記多値符号列とを合成し、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を生成する多値処理部と、
前記多値信号を複数のグループに分け、各グループに含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値信号を変換後多値信号に変換するレベル変換部と、
前記変換後多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含むことを特徴とする、請求項1に記載のデータ送信装置。
The multi-level signal modulator is
A multi-level processing unit that combines the information data and the multi-level code sequence, and generates a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multi-level code sequence;
A level converter that converts the multilevel signal into a converted multilevel signal by dividing the multilevel signal into a plurality of groups and assigning one level to a plurality of levels included in each group. When,
The data transmission device according to claim 1, further comprising: a modulation unit that modulates the converted multilevel signal in a predetermined modulation format and outputs the modulated signal as a modulation signal.
前記変換後多値信号は、前記多値信号と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値信号の多値数よりも小さな多値数を有する信号であることを特徴とする、請求項2に記載のデータ送信装置。   The converted multilevel signal is a signal having the same symbol rate as the multilevel signal and having a multilevel number smaller than the multilevel number of the multilevel signal. The data transmission device described. 前記多値信号は、複数のビットで表現されており、
前記レベル変換部は、前記多値信号の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値信号を生成するD/A変換部を有することを特徴とする、請求項2に記載のデータ送信装置。
The multilevel signal is expressed by a plurality of bits,
The level conversion unit includes a D / A conversion unit that selects a part of the bits of the multilevel signal and performs digital / analog conversion on the selected bits to generate the converted multilevel signal. The data transmission device according to claim 2.
前記レベル変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値信号の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有し、
前記D/A変換部は、前記ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値信号を生成することを特徴とする、請求項4に記載のデータ送信装置。
The level converter is
A selection random number generator for generating pseudo-random numbers using predetermined selection key information;
A bit selection unit that selects some bits of the multilevel signal based on the pseudo-random number;
5. The data transmission apparatus according to claim 4, wherein the D / A conversion unit digital-analog-converts the bit selected by the bit selection unit to generate the converted multilevel signal. 6.
前記多値信号は、複数のビットで表現されており、
前記レベル変換部は、
前記多値信号の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、
前記多値信号のうち前記ビット変換回路に入力されないビットと、前記ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、前記変換後多値信号を生成するD/A変換部とを有することを特徴とする、請求項2に記載のデータ送信装置。
The multilevel signal is expressed by a plurality of bits,
The level converter is
A bit conversion circuit that receives a part of bits of the multi-level signal and outputs a bit conversion signal having a bit number smaller than the input bit number by performing a logical operation on the input bit;
A D / A conversion unit that performs digital / analog conversion on the bit that is not input to the bit conversion circuit of the multilevel signal and the bit conversion signal, and generates the converted multilevel signal. The data transmission device according to claim 2.
前記レベル変換部は、
2値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値信号のいずれか1つのビットと、前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記D/A変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有することを特徴とする、請求項4に記載のデータ送信装置。
The level converter is
A random number generator for generating a conversion random number that is a binary random number;
An exclusive OR circuit that calculates an exclusive OR of any one bit of the multilevel signal and the random number for conversion, and outputs the operation result to the D / A converter; The data transmission device according to claim 4, wherein the data transmission device is characterized by:
前記レベル変換部は、
2値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値信号のいずれか1つのビットと、前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記D/A変換部に出力する排他的論理和回路とをさらに有することを特徴とする、請求項6に記載のデータ送信装置。
The level converter is
A random number generator for generating a conversion random number that is a binary random number;
An exclusive OR circuit that calculates an exclusive OR of any one bit of the multilevel signal and the random number for conversion, and outputs the operation result to the D / A converter; The data transmission device according to claim 6, wherein the data transmission device is characterized by:
前記多値信号変調部は、
前記多値符号列を変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、
前記情報データと前記変換後多値符号列と前記反転信号とを合成し、前記情報データと前記変換後多値符号列と前記反転信号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、
前記多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含み、
前記変換後多値符号列は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号であり、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値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。
The multi-level signal modulator is
A multi-level code conversion unit that converts the multi-level code sequence into a converted multi-level code sequence and an inverted signal;
The information data, the converted multi-level code sequence and the inverted signal are combined, and a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data, the converted multi-level code sequence and the inverted signal is obtained. A multi-value processing unit to be generated;
A modulation unit that modulates the multilevel signal in a predetermined modulation format and outputs the modulated signal as a modulation signal;
The converted multi-level code sequence is a signal having the same symbol rate as the multi-level code sequence and having a multi-level number smaller than the multi-level number of the multi-level code sequence,
The data transmission apparatus according to claim 1, wherein the inverted signal is a binary signal having a bit rate equal to a symbol rate of the multilevel code sequence.
前記多値処理部は、前記情報データと前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果と前記変換後多値符号列とを合成して、前記多値信号を生成することを特徴とする、請求項9に記載のデータ送信装置。   The multi-level processing unit calculates an exclusive OR of the information data and the inverted signal, synthesizes the calculation result and the converted multi-level code string, and generates the multi-level signal. The data transmission apparatus according to claim 9, wherein the data transmission apparatus is characterized by 前記多値符号変換部は、前記多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値符号列を前記変換後多値符号列に変換することを特徴とする、請求項9に記載のデータ送信装置。   The multi-level code conversion unit converts the multi-level code sequence into the converted multi-level code sequence by allocating one level to a plurality of levels included in the multi-level code sequence. The data transmission device according to claim 9, wherein: 前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、前記多値符号列の一部のビットを前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか1つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項11に記載のデータ送信装置。
The multi-level code sequence is represented by a plurality of bits,
The multi-level code conversion unit outputs some bits of the multi-level code sequence as the converted multi-level code sequence and outputs any one bit of the multi-level code sequence as the inverted signal. The data transmission device according to claim 11, wherein:
前記多値符号変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値符号列の一部のビットを選択し、前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか1つのビットを前記反転信号として出力するビット選択部とを有することを特徴とする、請求項12に記載のデータ送信装置。
The multi-level code converter is
A selection random number generator for generating pseudo-random numbers using predetermined selection key information;
Based on the pseudo-random number, a part of the bits of the multi-level code sequence is selected and output as the converted multi-level code sequence, and any one bit of the multi-level code sequence is output as the inverted signal. The data transmission device according to claim 12, further comprising a bit selection unit.
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算することで、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有する信号に変換し、当該変換した信号をビット変換信号として出力するビット変換回路を有し、
前記多値符号列の残りのビットと、前記ビット変換信号とを前記変換後多値符号列として出力すると共に、前記多値符号列のいずれか1つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項11に記載のデータ送信装置。
The multi-level code sequence is represented by a plurality of bits,
The multi-level code converter is
A part of the bits of the multi-level code string is input, and the input bit is subjected to a logical operation to be converted into a signal having a bit number smaller than the input bit number, and the converted signal is converted into a bit. It has a bit conversion circuit that outputs as a conversion signal,
The remaining bits of the multi-level code sequence and the bit converted signal are output as the converted multi-level code sequence, and any one bit of the multi-level code sequence is output as the inverted signal. The data transmission device according to claim 11.
前記多値符号変換部は、
2値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値符号列のいずれか1つのビットが入力され、当該入力された1つのビットと前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された1つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有することを特徴とする、請求項12に記載のデータ送信装置。
The multi-level code converter is
A random number generator for generating a conversion random number that is a binary random number;
Any one bit of the multi-level code string is input, the exclusive OR of the input one bit and the conversion random number is calculated, and the calculation result is output as the input one bit The data transmission device according to claim 12, further comprising a bit operation circuit that performs the operation.
前記多値符号変換部は、
2値の乱数である変換用乱数を生成する乱数生成部と、
前記多値符号列のいずれか1つのビットが入力され、当該入力された1つのビットと前記変換用乱数との排他的論理和を演算し、当該演算結果を当該入力された1つのビットとして出力するビット演算回路とをさらに有することを特徴とする、請求項14に記載のデータ送信装置。
The multi-level code converter is
A random number generator for generating a conversion random number that is a binary random number;
Any one bit of the multi-level code string is input, the exclusive OR of the input one bit and the conversion random number is calculated, and the calculation result is output as the input one bit 15. The data transmission device according to claim 14, further comprising a bit operation circuit that performs the operation.
前記多値信号変調部は、
前記多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、
前記情報データと前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を2値変換信号として出力する信号変換部と、
前記2値変換信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを含み、
前記反転信号及び前記2値変換信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値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。
The multi-level signal modulator is
A multi-level code converter that converts the multi-level code string into an inverted signal;
A signal converter that calculates an exclusive OR of the information data and the inverted signal, and outputs the calculation result as a binary conversion signal;
A modulation unit that modulates the binary conversion signal in a predetermined modulation format and outputs the modulated signal as a modulation signal;
The data transmission apparatus according to claim 1, wherein the inverted signal and the binary conversion signal are binary signals having the same bit rate as a symbol rate of the multilevel code sequence.
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、前記多値符号列のいずれか1つのビットを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項17に記載のデータ送信装置。
The multi-level code sequence is represented by a plurality of bits,
The data transmission apparatus according to claim 17, wherein the multi-level code conversion unit outputs any one bit of the multi-level code string as the inverted signal.
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であって、
前記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信号を出力する復調部と、
前記多値符号列に基づいて、前記復調部の出力信号から前記情報データを再生する信号再生部とを備え、
前記信号再生部は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号を識別レベルとして、前記復調部の出力信号を識別することを特徴とする、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 generator that generates a multi-level code sequence in which the signal level changes from the key information in a substantially random manner;
A demodulator that demodulates the modulated signal received from the transmitter and outputs a signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multilevel code sequence;
Based on the multi-level code sequence, comprising a signal reproduction unit for reproducing the information data from the output signal of the demodulation unit,
The signal reproduction unit uses the signal having the same symbol rate as the multilevel code sequence and a multilevel number smaller than the multilevel number of the multilevel code sequence as an identification level, and outputs the output signal of the demodulation unit A data receiving apparatus characterized by identifying.
前記信号再生部は、
前記多値符号列を所定の規則に従って、変換後多値符号列と反転信号とに変換する多値符号変換部と、
前記変換後多値符号列に基づいて、前記多値信号を2値識別する識別部と、
前記識別部の出力信号と前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記情報データとして出力するデータ反転部とを含み、
前記変換後多値符号列は、前記多値符号列と同じシンボルレートを有し、かつ前記多値符号列の多値数よりも小さな多値数を有する信号であり、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号であることを特徴とする、請求項19に記載のデータ受信装置。
The signal reproduction unit is
A multi-level code conversion unit that converts the multi-level code sequence into a converted multi-level code sequence and an inverted signal according to a predetermined rule;
An identification unit for binary-identifying the multilevel signal based on the converted multilevel code sequence;
A data inversion unit that calculates an exclusive OR of the output signal of the identification unit and the inverted signal, and outputs the calculation result as the information data,
The converted multi-level code sequence is a signal having the same symbol rate as the multi-level code sequence and having a multi-level number smaller than the multi-level number of the multi-level code sequence,
The data receiving apparatus according to claim 19, wherein the inverted signal is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence.
前記多値符号変換部は、前記多値符号列に含まれる複数のレベルに対して、1つのレベルを重複して割り当てることで、前記多値符号列を前記変換後多値符号列に変換することを特徴とする、請求項20に記載のデータ受信装置。   The multi-level code conversion unit converts the multi-level code sequence into the converted multi-level code sequence by allocating one level to a plurality of levels included in the multi-level code sequence. 21. The data receiving apparatus according to claim 20, wherein 前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットを選択し、当該選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値符号列を生成するD/A変換部を有し、
前記多値符号列のうち前記D/A変換部で選択されていないビットの1つを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項21に記載のデータ受信装置。
The multi-level code sequence is represented by a plurality of bits,
The multi-level code converter is
A D / A converter that selects some of the bits of the multi-level code sequence, digital-analog converts the selected bits, and generates the converted multi-level code sequence;
The data receiving apparatus according to claim 21, wherein one of the bits not selected by the D / A converter in the multilevel code string is output as the inverted signal.
前記多値符号変換部は、
所定の選択鍵情報を用いて擬似乱数を発生する選択用乱数発生部と、
前記擬似乱数に基づき、前記多値符号列の一部のビットを選択するビット選択部とをさらに有し、
前記D/A変換部は、前記ビット選択部が選択したビットをディジタル・アナログ変換して、前記変換後多値符号列を生成し、
前記ビット選択部は、前記多値符号列のうち選択されていないビットの1つを前記反転信号として出力することを特徴とする、請求項22に記載のデータ受信装置。
The multi-level code converter is
A selection random number generator for generating pseudo-random numbers using predetermined selection key information;
A bit selection unit that selects some bits of the multi-level code sequence based on the pseudo-random number;
The D / A conversion unit performs digital / analog conversion on the bits selected by the bit selection unit, and generates the converted multi-level code string,
The data receiving apparatus according to claim 22, wherein the bit selection unit outputs one of the unselected bits of the multi-level code string as the inverted signal.
前記多値符号列は、複数のビットで表現されており、
前記多値符号変換部は、
前記多値符号列の一部のビットが入力され、当該入力されたビットを論理演算により変換して、当該入力されたビット数よりも少ないビット数を有するビット変換信号を出力するビット変換回路と、
前記多値符号列のうち前記ビット変換回路に入力されないビット、前記ビット変換信号とをディジタル・アナログ変換し、前記変換後多値符号列を生成するD/A変換部とを有することを特徴とする、請求項22に記載のデータ受信装置。
The multi-level code sequence is represented by a plurality of bits,
The multi-level code converter is
A bit conversion circuit that receives a part of bits of the multi-level code string, converts the input bits by a logical operation, and outputs a bit conversion signal having a bit number smaller than the input bit number; ,
A D / A converter that digital-analog converts a bit that is not input to the bit conversion circuit of the multi-level code string and the bit-converted signal, and generates the converted multi-level code string; The data receiving device according to claim 22.
前記信号再生部は、
前記多値符号列を反転信号に変換する多値符号変換部と、
所定の識別レベルに基づいて、前記多値信号を2値識別する識別部と、
前記識別部の出力信号と前記反転信号との排他的論理和を演算し、当該演算結果を前記情報データとして出力するデータ反転部とを含み、
前記反転信号は、前記多値符号列のシンボルレートと同じビットレートを有する2値信号であることを特徴とする、請求項19に記載のデータ受信装置。
The signal reproduction unit is
A multi-level code converter that converts the multi-level code string into an inverted signal;
An identification unit for binary-identifying the multilevel signal based on a predetermined identification level;
A data inversion unit that calculates an exclusive OR of the output signal of the identification unit and the inverted signal, and outputs the calculation result as the information data,
The data receiving apparatus according to claim 19, wherein the inverted signal is a binary signal having the same bit rate as the symbol rate of the multilevel code sequence.
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WO2023007585A1 (en) * 2021-07-27 2023-02-02 日本電信電話株式会社 Multi-valued random number generation device, probabilistic computer, and computing method thereof

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