JP2023136395A - 通信システム、送信装置、受信装置、処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光通信において、セキュアな通信を可能にする通信システムを提供する。【解決手段】通信システムは、送信装置と、受信装置とを備え、前記送信装置は、前記受信装置と時刻の同期をとる同期手段と、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する制御手段と、前記制御手段による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する生成手段と、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信する送信手段とを備え、前記受信装置は、前記送信装置と時刻の同期をとる同期手段と、前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する変換手段と、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する復号手段とを備える。【選択図】図５

Description

本開示は、通信システム、送信装置、受信装置、処理方法およびプログラムに関する。

コンピュータやネットワークの普及に伴い、さまざまな分野で通信が盛んに行われている。その通信で扱われるデータは大容量であるものも多く、高速な通信が望まれている。そのため、例えば、海底ケーブルや衛星間通信などでは、光通信が活躍する場面が増えている。特許文献１には、関連する技術として、光通信システムに関する技術が開示されている。

特開２０２１－１３６４８９号公報

ところで、近年サイバー攻撃などが増加しており、通信ではセキュアな通信が求められている。そして、高速な通信が可能な光通信においても同様にセキュアな通信が求められている。
そこで、光通信において、セキュアな通信を可能にする技術が求められている。

本開示の各態様は、上記の課題を解決することのできる通信システム、送信装置、受信装置、処理方法およびプログラムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本開示の一態様によれば、通信システムは、送信装置と、受信装置とを備える通信システムであって、前記送信装置は、前記受信装置と時刻の同期をとる同期手段と、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する制御手段と、前記制御手段による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する生成手段と、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信する送信手段と、を備え、前記受信装置は、前記送信装置と時刻の同期をとる同期手段と、前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する変換手段と、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する復号手段と、を備える。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、処理方法は、送信装置と、受信装置とを備える通信システムが実行する処理方法であって、前記送信装置は、前記受信装置と時刻の同期をとることと、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御することと、制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成することと、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信することと、を実行し、前記受信装置は、前記送信装置と時刻の同期をとることと、前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信することと、受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換することと、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号することと、を実行する。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、送信装置は、通信対象の受信装置と時刻の同期をとる同期手段と、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する制御手段と、前記制御手段による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する生成手段と、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信する送信手段と、を備える。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、処理方法は、通信対象の受信装置と時刻の同期をとることと、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御することと、制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成することと、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信することと、を含む。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、通信対象の受信装置と時刻の同期をとることと、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御することと、制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成することと、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信することと、を実行させる。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、受信装置は、通信対象の送信装置と時刻の同期をとる同期手段と、前記時刻により示される複数の期間のうちの１つの期間に前記送信装置により暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する変換手段と、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する復号手段と、を備える。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、処理方法は、通信対象の送信装置と時刻の同期をとることと、前記時刻により示される複数の期間のうちの１つの期間に前記送信装置により暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信することと、受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換することと、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号することと、を含む。

上記目的を達成するために、本開示の別の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、通信対象の送信装置と時刻の同期をとることと、前記時刻により示される複数の期間のうちの１つの期間に前記送信装置により暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信することと、受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換することと、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号することと、を実行させる。

本開示の各態様によれば、光通信において、セキュアな通信を可能にすることができる。

本開示の一実施形態による通信システムの構成の一例を示す図である。 本開示の一実施形態における規約の一例を示す図である。 本開示の別の実施形態による光源装置が出力する各単位時間における複数ビットの信号の一例を示す図である。 本開示の一実施形態による通信の処理フローの一例を示す図である。 本開示の実施形態による通信システムの最小構成の一例を示す図である。 本開示の実施形態による最小構成の通信システムの処理フローの一例を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
＜実施形態＞
（通信システムの構成）
本開示の一実施形態による通信システム１について図面を参照して説明する。通信システム１は、予め規定した規約に基づいて、送信する平文（元データ）の光信号の暗号化、および受信する光信号の平文への復号を行うシステムである。なお、通信システム１における通信の変調の例としては、２値強度変調などが挙げられる。

図１は、本開示の一実施形態による通信システム１の構成の一例を示す図である。通信システム１は、図１に示すように、送信装置１０、受信装置２０、および伝送路３０を備える。送信装置１０および受信装置２０は、伝送路３０により互いに通信可能に接続される。伝送路３０の例としては、光ファイバなどが挙げられる。

送信装置１０は、平文を暗号化した光信号を生成し、生成した光信号を伝送路３０を介して受信装置２０に送信する装置である。送信装置１０は、図１に示すように、同期装置１０１（同期手段の一例）、記憶装置１０２、入力装置１０３、処理装置１０４（制御手段の一例）、光源装置１０５（生成手段の一例）、および合波器１０６（送信手段の一例）を備える。

同期装置１０１は、送信装置１０における時刻と、受信装置２０における時刻とを一致される。例えば、同期装置１０１は、原子時計の時刻を基準として生成された時刻を示す電波を受信し、受信した電波が示す時刻に同期装置１０１自身の時刻を合わせる。また、受信装置２０が備える後述する同期装置２０１は、原子時計の時刻を基準として生成された時刻を示す電波を受信し、受信した電波が示す時刻に同期装置２０１の時刻を合わせる。こうすることにより、送信装置１０における時刻と受信装置２０における時刻とを一致させることができる。

記憶装置１０２は、送信装置１０が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。図２は、本開示の一実施形態における規約ＴＢＬ１の一例を示す図である。例えば、記憶装置１０２は、ある時刻から別の時刻までの時間として示される各単位時間と、各単位時間において用いる光信号の周波数との関係を示す規約ＴＢＬ１を記憶する。なお、図２に示す規約ＴＢＬ１の例では、記憶装置１０２は、各単位時間と、各単位時間において用いる光信号の周波数との関係とともに、その周波数に対応する光源および受光素子を含む規約ＴＢＬ１を記憶する。図２に示す規約ＴＢＬ１では、各単位時間は、光信号の周波数、光源、および受光素子に関連付けられている。

入力装置１０３は、送信装置１０から受信装置２０へ送信する情報を受け付ける。入力装置１０３の例としては、キーボード、マウス、タッチパネルなどが挙げられる。

処理装置１０４は、規約ＴＢＬ１に基づいて光源装置１０５における発光を制御することにより、入力装置１０３が受け付けた情報に応じた光信号であり、暗号化された光信号を生成させる。例えば、処理装置１０４は、記憶装置１０２から規約ＴＢＬ１を示す情報を取得する。また、処理装置１０４は、同期装置１０１から時刻を示す情報を取得する。処理装置１０４は、同期装置１０１から取得した情報において、時刻を特定する。処理装置１０４は、取得した規約ＴＢＬ１において特定した時刻がどの単位時間に含まれるかを特定し、その単位時間において用いる光信号の周波数を特定する。そして、処理装置１０４は、入力装置１０３が受け付けた情報が特定した周波数の光信号として出力されるように、光源装置１０５における後述する光源１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３、・・・、１０５ａｎの発光を制御する。以下、光源１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３、・・・、１０５ａｎを総称して、光源１０５ａという。

例えば、規約ＴＢＬ１が図２に示す規約であり、処理装置１０４が同期装置１０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ１以上ｔ２未満である場合、処理装置１０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ１を特定し、特定した単位時間Ｔ１に関連付けられている光信号の周波数１を特定する。そして、処理装置１０４は、特定した周波数１の光信号が出力されるように、その周波数の光を出力可能な光源１０５ａ１の発光を制御する。また、処理装置１０４が同期装置１０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ２以上ｔ３未満である場合、処理装置１０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ２を特定し、特定した単位時間Ｔ２に関連付けられている光信号の周波数２、ｎを特定する。そして、処理装置１０４は、特定した周波数２、ｎの光信号が出力されるように、その周波数の光を出力可能な光源１０５ａ２、１０５ａｎの発光を制御する。また、処理装置１０４が同期装置１０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ３以上ｔ４未満である場合、処理装置１０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ３を特定し、特定した単位時間Ｔ３に関連付けられている光信号の周波数２、３を特定する。そして、処理装置１０４は、特定した周波数２、３の光信号が出力されるように、その周波数の光を出力可能な光源１０５ａ２、１０５ａ３の発光を制御する。また、処理装置１０４が同期装置１０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ４以上ｔ５未満である場合、処理装置１０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ４を特定し、特定した単位時間Ｔ４に関連付けられている光信号の周波数ｎを特定する。そして、処理装置１０４は、特定した周波数ｎの光信号が出力されるように、その周波数の光を出力可能な光源１０５ａｎの発光を制御する。また、処理装置１０４が同期装置１０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ５以上ｔ６未満である場合、処理装置１０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ５を特定し、特定した単位時間Ｔ５に関連付けられている光信号の周波数１、２、ｎを特定する。そして、処理装置１０４は、特定した周波数１、２、ｎの光信号が出力されるように、その周波数の光を出力可能な光源１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａｎの発光を制御する。

なお、処理装置１０４は、その単位時間において用いない光信号の周波数に対応する光源１０５ａについては、ランダムに発光させる（すなわち、ダミーの信号として発光させる）制御を行うものであってもよい。例えば、ここで示した例の場合、処理装置１０４は、単位時間Ｔ１では、光源１０５ａ１以外の光源をランダムに発光させ、単位時間Ｔ２では、光源１０５ａ２、１０５ａｎ以外の光源をランダムに発光させ、単位時間Ｔ３では、光源１０５ａ２、１０５ａ３以外の光源をランダムに発光させ、単位時間Ｔ４では、光源１０５ａｎ以外の光源をランダムに発光させ、単位時間Ｔ５では、光源１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａｎ以外の光源をランダムに発光させるものであってもよい。なお、図１に示す例では、光源装置１０５が出力する信号の破線部分が暗号化された信号であり、実線部分がダミーの信号である。図１に示す光源装置１０５の出力信号は、光源装置１０５が各単位時間において１ビットの信号を出力する例である。なお、他の実施形態では、光源装置１０５は、各単位時間において複数ビットの信号を出力するものであってもよい。図３は、本開示の別の実施形態による光源装置１０５が出力する各単位時間における複数ビットの信号の一例を示す図である。本開示の別の実施形態による光源装置１０５は、例えば、図３に示すように、各単位時間内に３ビットのデータを送信するものであってもよい。この場合、各単位時間内で暗号化された信号とダミーの信号とを任意に組み合わせることができる。そのため、単位時間内に１ビットの暗号化された信号またはダミーの信号の一方を送信する場合に比べて、よりセキュアな通信が可能になる。また、暗号化された信号の割合を増やせば通信容量を増大させることが可能になる。

光源装置１０５は、処理装置１０４による制御の下、規約ＴＢＬ１に基づいて生成された（すなわち、暗号化された）光信号を生成する。光源装置１０５は、図１に示すように、光源１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３、・・・、１０５ａｎを備える。光源１０５ａのそれぞれは、規約ＴＢＬ１に示される複数の周波数のうちの何れかの周波数の光を発光する。なお、送信装置１０と受信装置２０のそれぞれでは、送信装置１０と受信装置２０との間で通信を開始する前に、予め何らかの手段を用いて（例えば、別の秘匿性の高い通信装置を用いたり、紙などの郵便物により情報のやりとりを行ったりすることにより）、各時刻の通信における各単位時間において、１ビットの信号を出力するのか、それとも複数ビットの信号を出力するのか、また、１ビットの信号を出力する場合、論理和、排他的論理和、論理積などどのような論理に従って信号を表現するのかなど、暗号化された信号を復号可能にする規約ＴＢＬ１を含む共通の情報が共有される。そして、光源１０５ａそれぞれが発光するタイミングは、その共通の情報に応じて処理装置１０４によって制御される。

なお、各単位時間内に複数ビットの信号を送信する場合には、各単位時間内における複数ビットの信号のうちどの信号を暗号化された信号とし、どの信号をダミーの信号とするかを示す情報を規約ＴＢＬ１が含むものであってもよい。

合波器１０６は、光源装置１０５が出力する波長の異なる複数の光信号を合波する。合波器１０６は、合波後の光信号を、伝送路３０を介して受信装置２０に送信する。

受信装置２０は、暗号化された光信号を規約ＴＢＬ１に基づいて復号することにより、平文を生成する装置である。受信装置２０は、図１に示すように、同期装置２０１（同期手段の一例）、記憶装置２０２、出力装置２０３、処理装置２０４（復号手段の一例）、受光装置２０５（変換手段の一例）、および分波器２０６（受信手段の一例）を備える。

同期装置２０１は、受信装置２０における時刻と、送信装置１０における時刻とを一致される。例えば、同期装置２０１は、原子時計の時刻を基準として生成された時刻を示す電波を受信し、受信した電波が示す時刻に同期装置２０１自身の時刻を合わせる。上述したように、送信装置１０が備える同期装置１０１は、原子時計の時刻を基準として生成された時刻を示す電波を受信し、受信した電波が示す時刻に同期装置１０１の時刻を合わせるので、受信装置２０における時刻と送信装置１０における時刻とを一致させることができる。

記憶装置２０２は、受信装置２０が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。例えば、記憶装置２０２は、ある時刻から別の時刻までの時間として示される各単位時間と、各単位時間において用いる光信号の周波数との関係を示す規約ＴＢＬ１を記憶する。

分波器２０６は、伝送路３０を伝搬した波長の異なる複数の光信号を複数の波長の光信号に分波する。分波器２０６は、分波後の光信号を、受光装置２０５に出力する。

受光装置２０５は、光信号を電気信号に変換する装置である。受光装置２０５は、図１に示すように、受光素子２０５ａ１、２０５ａ２、２０５ａ３、・・・、２０５ａｎを備える。以下、受光素子２０５ａ１、２０５ａ２、２０５ａ３、・・・、２０５ａｎを総称して、受光素子２０５ａという。受光素子２０５ａの例としては、ＰＩＮフォトダイオードなどが挙げられる。受光素子２０５ａのそれぞれは、分光された光信号ごとに設けられる。受光素子２０５ａのそれぞれは、光信号を受光すると、受光した光信号を、その光信号に応じた電気信号（つまり、光信号の周波数に応じて異なる電気信号）に変換し、変換後の電気信号を処理装置２０４に出力する。

処理装置２０４は、受光装置２０５が出力する電気信号のうち、規約ＴＢＬ１に基づいて特定した電気信号を取り出すことにより、復号された電気信号を生成する。例えば、処理装置２０４は、同期装置２０１における時刻に基づいて、受光装置２０５から電気信号を受けた時刻を特定する。処理装置２０４は、記憶装置２０２が記憶する規約ＴＢＬ１において、電気信号を受けた時刻を含む単位時間を特定し、その単位時間において用いる光信号の周波数を特定する。この光信号の周波数を特定することは、受光素子２０５ａのうちどの受光素子が暗号化された光信号を受信するかを特定したことになる。そして、処理装置２０４は、特定した周波数の光信号を受信した受光素子が出力する電気信号を、規約ＴＢＬ１に基づいて復号する。

ここで、図１に示す信号を用いて送信装置１０が受信装置２０にデータ０、１、０、０、１を送信する送信装置１０の処理について説明する。この場合、規約ＴＢＬ１により、送信装置１０と受信装置２０との間で、図１に示す光源装置１０５が出力する信号のうち破線部分が暗号化された信号であり、実線部分がダミーの信号であるという情報が共有される。また、規約ＴＢＬ１により、送信装置１０と受信装置２０との間で、単位時間のそれぞれにおいて（すなわち、図１に示す例の場合、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のそれぞれにおいて）暗号化された信号の論理和（ＯＲ）をとるという情報が共有される。こうすることにより、送信装置１０は、単位時間Ｔ１において０、単位時間Ｔ２において１、単位時間Ｔ３において０、単位時間Ｔ４において０、単位時間Ｔ５において１のデータを受信装置２０に送信することができる。また、この場合、受信装置２０は、論理和（ＯＲ）を実現する論理回路を備える。そして、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のそれぞれにおいて、受信装置２０が受信した暗号化された信号について、論理回路が論理和（ＯＲ）を演算することにより、受信装置２０は、暗号化された信号を復号することができる。その結果、受信装置２０は、送信装置１０が送信したデータ０、１、０、０、１を得ることができる。

具体的には、例えば、規約ＴＢＬ１が、図２に示す情報と、単位時間のそれぞれにおいて暗号化された信号の論理和（ＯＲ）をとりデータとするという情報とを含む規約であり、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ１以上ｔ２未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ１を特定し、特定した単位時間Ｔ１に関連付けられている光信号の周波数１を特定する。処理装置２０４は、特定した周波数１の光信号を受信した受光素子２０５ａ１を特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ１が出力する電気信号の論理和（ＯＲ）を演算する（この場合、入力が１つであるため、実際にはその電気信号が示す論理そのものとなる）。この演算結果が単位時間Ｔ１における復号した信号となる。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ２以上ｔ３未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ２を特定し、特定した単位時間Ｔ２に関連付けられている光信号の周波数２、ｎを特定する。処理装置２０４は、特定した周波数２、ｎの光信号を受信した受光素子２０５ａ２、２０５ａｎを特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ２、２０５ａｎが出力する電気信号の論理和（ＯＲ）を演算する。この演算結果が単位時間Ｔ２における復号した信号となる。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ３以上ｔ４未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ３を特定し、特定した単位時間Ｔ３に関連付けられている光信号の周波数２、３を特定する。処理装置２０４は、特定した周波数２、３の光信号を受信した受光素子２０５ａ２、２０５ａ３を特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ２、２０５ａ３が出力する電気信号の論理和（ＯＲ）を演算する。この演算結果が単位時間Ｔ３における復号した信号となる。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ４以上ｔ５未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ４を特定し、特定した単位時間Ｔ４に関連付けられている光信号の周波数ｎを特定する。処理装置２０４は、特定した周波数ｎの光信号を受信した受光素子２０５ａｎを特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａｎが出力する電気信号の論理和（ＯＲ）を演算する（この場合、入力が１つであるため、実際にはその電気信号が示す論理そのものとなる）。この演算結果が単位時間Ｔ４における復号した信号となる。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ５以上ｔ６未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ５を特定し、特定した単位時間Ｔ５に関連付けられている光信号の周波数１、２、ｎを特定する。処理装置２０４は、特定した周波数１、２、ｎの光信号を受信した受光素子２０５ａ１、２０５ａ２、２０５ａｎを特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ１、２０５ａ２、２０５ａｎが出力する電気信号の論理和（ＯＲ）を演算する。この演算結果が単位時間Ｔ５における復号した信号となる。そして、処理装置２０４は、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５それぞれに演算した演算結果、すなわち復号した信号を出力装置２０３に出力する。

また、図１に示す信号を用いて送信装置１０が受信装置２０に、例えばデータ０、１、１、０、０、０、１、０、１を送信することもできる。この場合、規約ＴＢＬ１により、送信装置１０と受信装置２０との間で、図１に示す光源装置１０５が出力する信号のうち破線部分が暗号化された信号であり、実線部分がダミーの信号であるという情報が共有される。また、規約ＴＢＬ１により、送信装置１０と受信装置２０との間で、単位時間のそれぞれにおいて（すなわち、図１に示す例の場合、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のそれぞれにおいて）暗号化された信号のそれぞれが順にデータとして送信されるという情報が共有される。こうすることにより、送信装置１０は、単位時間Ｔ１において０、単位時間Ｔ２において１、１、単位時間Ｔ３において０、０、単位時間Ｔ４において０、単位時間Ｔ５において１、０、１のデータを受信装置２０に送信することができる。また、この場合、受信装置２０は、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のそれぞれにおいて、受信装置２０が受信した暗号化された信号を順にデータとすることにより、暗号化された信号を復号することができる。その結果、受信装置２０は、送信装置１０が送信したデータ０、１、１、０、０、０、１、０、１を得ることができる。

具体的には、例えば、規約ＴＢＬ１が、図２に示す情報と、単位時間のそれぞれにおいて暗号化された信号をそのままデータとするという情報とを含む規約であり、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ１以上ｔ２未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ１を特定し、特定した単位時間Ｔ１に関連付けられている光信号の周波数１を特定する。処理装置２０４は、特定した周波数１の光信号を受信した受光素子２０５ａ１を特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ１が出力する電気信号そのものを単位時間Ｔ１における復号した信号とする。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ２以上ｔ３未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ２を特定し、特定した単位時間Ｔ２に関連付けられている光信号の周波数２、ｎを特定する。処理装置２０４は、特定した周波数２、ｎの光信号を受信した受光素子２０５ａ２、２０５ａｎを特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ２、２０５ａｎが出力する電気信号そのものを単位時間Ｔ２における復号した信号とする。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ３以上ｔ４未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ３を特定し、特定した単位時間Ｔ３に関連付けられている光信号の周波数２、３を特定する。処理装置２０４は、特定した周波数２、３の光信号を受信した受光素子２０５ａ２、２０５ａ３を特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ２、２０５ａ３が出力する電気信号そのものを単位時間Ｔ３における復号した信号とする。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ４以上ｔ５未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ４を特定し、特定した単位時間Ｔ４に関連付けられている光信号の周波数ｎを特定する。処理装置２０４は、特定した周波数ｎの光信号を受信した受光素子２０５ａｎを特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａｎが出力する電気信号そのものを単位時間Ｔ４における復号した信号とする。また、処理装置２０４が同期装置２０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ５以上ｔ６未満である場合、処理装置２０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ５を特定し、特定した単位時間Ｔ５に関連付けられている光信号の周波数１、２、ｎを特定する。処理装置２０４は、特定した周波数１、２、ｎの光信号を受信した受光素子２０５ａ１、２０５ａ２、２０５ａｎを特定する。そして、処理装置２０４は、特定した受光素子２０５ａ１、２０５ａ２、２０５ａｎが出力する電気信号そのものを単位時間Ｔ５における復号した信号とする。そして、処理装置２０４は、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５それぞれに復号した信号を出力装置２０３に出力する。

出力装置２０３は、復号した信号を報知する。出力装置２０３の例としては、復号した信号を表示するディスプレイなどの装置、復号した信号を印刷する印刷装置、復号した信号を受信装置２０の外部に送信する通信装置などが挙げられる。

次に、本開示の一実施形態による通信システム１が行う処理について説明する。図４は、本開示の一実施形態による通信システム１の処理フローの一例を示す図である。ここでは、規約ＴＢＬ１が図２に示す規約であるものとして通信システム１が行う暗号化および復号の処理について説明する。なお、送信装置１０が備える同期装置１０１が示す時刻と、受信装置２０が備える同期装置２０１が示す時刻は、一致しているものとする。

入力装置１０３は、送信装置１０から受信装置２０へ送信する情報を受け付ける（ステップＳ１）。

処理装置１０４は、規約ＴＢＬ１に基づいて光源装置１０５における発光を制御することにより、入力装置１０３が受け付けた情報に応じた光信号であり、暗号化された光信号を生成させる（ステップＳ２）。例えば、処理装置１０４は、記憶装置１０２から規約ＴＢＬ１を示す情報を取得する。また、処理装置１０４は、同期装置１０１から時刻を示す情報を取得する。処理装置１０４は、同期装置１０１から取得した情報において、時刻を特定する。処理装置１０４は、取得した規約ＴＢＬ１において特定した時刻がどの単位時間に含まれるかを特定し、その単位時間において用いる光信号の周波数を特定する。そして、処理装置１０４は、入力装置１０３が受け付けた情報が特定した周波数の光信号として出力されるように、光源装置１０５における光源１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３、・・・、１０５ａｎの発光を制御する。

例えば、規約ＴＢＬ１が図２に示す規約であり、処理装置１０４が同期装置１０１から取得した情報が示す時刻が時刻ｔ１以上ｔ２未満である場合、処理装置１０４は、図２に示す規約ＴＢＬ１において単位時間Ｔ１を特定し、特定した単位時間Ｔ１に関連付けられている光信号の周波数１を特定する。そして、処理装置１０４は、特定した周波数１の光信号が出力されるように、その周波数の光を出力可能な光源１０５ａ１の発光を制御する。また、処理装置１０４は、単位時間Ｔ１において、光源１０５ａ１以外の光源を制御し、ダミーの信号を出力する。また、処理装置１０４は、単位時間Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のそれぞれにおいても、同様に光源１０５ａの発光を制御する。

光源装置１０５は、処理装置１０４による制御の下、規約ＴＢＬ１に基づいて生成された（すなわち、暗号化された）光信号を生成する。

合波器１０６は、光源装置１０５が出力する波長の異なる複数の光信号を合波する（ステップＳ３）。合波器１０６は、合波後の光信号を、伝送路３０を介して受信装置２０に送信する。

分波器２０６は、伝送路３０を伝搬した波長の異なる複数の光信号を複数の波長の光信号に分波（分散）する（ステップＳ４）。分波器２０６は、分波後の光信号を、受光装置２０５に出力する。

受光装置２０５が備える受光素子２０５ａのそれぞれは、光信号を受光すると、受光した光信号を、その光信号に応じた電気信号（つまり、光信号の周波数に応じて異なる電気信号）に変換し、変換後の電気信号を処理装置２０４に出力する（ステップＳ５）。

処理装置２０４は、受光装置２０５が出力する電気信号のうち、規約ＴＢＬ１に基づいて特定した電気信号を取り出すことにより、復号された電気信号を生成する（ステップＳ６）。例えば、処理装置２０４は、同期装置２０１における時刻に基づいて、受光装置２０５から電気信号を受けた時刻を特定する。処理装置２０４は、記憶装置２０２が記憶する規約ＴＢＬ１において、電気信号を受けた時刻を含む単位時間を特定し、その単位時間において用いる光信号の周波数を特定する。そして、処理装置２０４は、特定した周波数の光信号を受信した受光素子が出力する電気信号を、規約ＴＢＬ１に基づいて復号する。

そして、処理装置２０４は、単位時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５それぞれに復号した信号を出力装置２０３に出力する。出力装置２０３は、復号した信号を報知する（ステップＳ７）。

以上、本開示の一実施形態による通信システム１について説明した。通信システム１は、送信装置１０と、受信装置２０とを備える。前記送信装置１０は、前記受信装置２０と時刻の同期をとる同期装置１０１（同期手段の一例）と、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する処理装置１０４（制御手段の一例）と、前記処理装置１０４による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する光源装置１０５（生成手段の一例）と、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置２０に送信する合波器１０６（送信手段の一例）と、を備える。前記受信装置２０は、前記送信装置１０と時刻の同期をとる同期装置２０１（同期手段の一例）と、前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する分波器２０６（受信手段の一例）と、前記分波器２０６が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する受光装置２０５（変換手段の一例）と、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する処理装置２０４（復号手段の一例）と、を備える。こうすることにより、光通信において、セキュアな通信が可能になる。

図５は、本開示の実施形態による通信システム１の最小構成を示す図である。通信システム１は、送信装置１０と、受信装置２０とを備える通信システムである。

前記送信装置１０は、同期部１００１（同期手段の一例）、制御部１００２（制御手段の一例）、生成部１００３（生成手段の一例）、および送信部１００４（送信手段の一例）を備える。

同期部１００１は、前記受信装置２０と時刻の同期をとる。制御部１００２は、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する。生成部１００３は、前記制御部１００２による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する。送信部１００４は、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置２０に送信する。

前記受信装置２０は、同期部２００１（同期手段の一例）、受信部２００２（受信手段の一例）、変換部２００３（変換手段の一例）、および復号部２００４（復号手段の一例）を備える。

同期部２００１は、前記送信装置１０と時刻の同期をとる。受信部２００２は、前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する。変換部２００３は、前記受信部２００２が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する。復号部２００４は、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する。

図６は、本開示の実施形態による最小構成の通信システム１の処理フローの一例を示す図である。次に、本開示の実施形態による最小構成の通信システム１の処理について図６を参照して説明する。

同期部１００１は、前記受信装置２０と時刻の同期をとる（ステップＳ１０１）。制御部１００２は、前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する（ステップＳ１０２）。生成部１００３は、前記制御部１００２による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する（ステップＳ１０３）。送信部１００４は、前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置２０に送信する（ステップＳ１０４）。

同期部２００１は、前記送信装置１０と時刻の同期をとる（ステップＳ１０５）。受信部２００２は、前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する（ステップＳ１０６）。変換部２００３は、前記受信部２００２が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する（ステップＳ１０７）。復号部２００４は、前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する（ステップＳ１０８）。

以上、本開示の実施形態による最小構成の通信システム１について説明した。この通信システム１により、光通信において、セキュアな通信が可能になる。

なお、本開示の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本開示の実施形態について説明したが、上述の通信システム１、送信装置１０、受信装置２０、同期装置１０１、２０１、入力装置１０３、処理装置１０４、２０４、出力装置２０３、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。

図７は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。コンピュータ５は、図７に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。

例えば、上述の通信システム１、送信装置１０、受信装置２０、同期装置１０１、２０１、入力装置１０３、処理装置１０４、２０４、出力装置２０３、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。

ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、開示の範囲を限定しない。これらの実施形態は、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。

１・・・通信システム
５・・・コンピュータ
６・・・ＣＰＵ
７・・・メインメモリ
８・・・ストレージ
９・・・インターフェース
１０・・・送信装置
２０・・・受信装置
１０１、２０１・・・同期装置
１０２、２０２・・・記憶装置
１０３・・・入力装置
１０４、２０４・・・処理装置
１０５・・・光源装置
１０５ａ・・・光源
１０６・・・合波器
２０３・・・出力装置
２０５・・・受光装置
２０５ａ・・・受光素子
２０６・・・分波器
ＴＢＬ１・・・規約

Claims (11)

1. 送信装置と、受信装置とを備える通信システムであって、
   前記送信装置は、
   前記受信装置と時刻の同期をとる同期手段と、
   前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する制御手段と、
   前記制御手段による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する生成手段と、
   前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信する送信手段と、
   を備え、
   前記受信装置は、
   前記送信装置と時刻の同期をとる同期手段と、
   前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する変換手段と、
   前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する復号手段と、
   を備える通信システム。
2. 前記規約は、前記複数の期間ごとに暗号化に使用する光信号の周波数の組み合わせを定める規約であり、
   前記制御手段は、
   前記複数の期間ごとに暗号化に使用する光信号の周波数の組み合わせに基づいて、前記光信号の暗号化を制御し、
   前記復号手段は、
   前記複数の期間ごとに暗号化に使用する光信号の周波数の組み合わせに基づいて、前記電気信号を復号する、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記光信号は、発光タイミングがランダムなダミーの信号を含む、
   請求項１または請求項２に記載の通信システム。
4. 前記光信号は、２値強度変調した信号である、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の通信システム。
5. 送信装置と、受信装置とを備える通信システムが実行する処理方法であって、
   前記送信装置は、
   前記受信装置と時刻の同期をとることと、
   前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御することと、
   制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成することと、
   前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信することと、
   を実行し、
   前記受信装置は、
   前記送信装置と時刻の同期をとることと、
   前記１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信することと、
   受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換することと、
   前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号することと、
   を実行する、
   処理方法。
6. 通信対象の受信装置と時刻の同期をとる同期手段と、
   前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御する制御手段と、
   前記制御手段による制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成する生成手段と、
   前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信する送信手段と、
   を備える送信装置。
7. 通信対象の受信装置と時刻の同期をとることと、
   前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御することと、
   制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成することと、
   前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信することと、
   を含む処理方法。
8. コンピュータに、
   通信対象の受信装置と時刻の同期をとることと、
   前記時刻により示される複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、光信号の暗号化を制御することと、
   制御に基づいて、前記複数の期間ごとに暗号化された光信号を生成することと、
   前記複数の期間のうちの１つの期間に前記暗号化された光信号を、前記１つの期間に前記受信装置に送信することと、
   を実行させるプログラム。
9. 通信対象の送信装置と時刻の同期をとる同期手段と、
   前記時刻により示される複数の期間のうちの１つの期間に前記送信装置により暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換する変換手段と、
   前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号する復号手段と、
   を備える受信装置。
10. 通信対象の送信装置と時刻の同期をとることと、
    前記時刻により示される複数の期間のうちの１つの期間に前記送信装置により暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信することと、
    受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換することと、
    前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号することと、
    を含む処理方法。
11. コンピュータに、
    通信対象の送信装置と時刻の同期をとることと、
    前記時刻により示される複数の期間のうちの１つの期間に前記送信装置により暗号化された光信号を、前記１つの期間に受信することと、
    受信した前記暗号化された光信号を電気信号に変換することと、
    前記複数の期間ごとに設定される規約に基づいて、前記電気信号を復号することと、
    を実行させるプログラム。

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