JP6471903B2 - Optical communication system - Google Patents

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本発明は、伝達する情報を盗聴者に知られることなく受信者に送る光秘匿通信に係り、安全性が高くかつ高速な光秘匿通信システムに関するものである。   The present invention relates to an optical secret communication that transmits information to be transmitted to a receiver without being known by an eavesdropper, and relates to a highly secure and high-speed optical secret communication system.

近年、インターネットを活用したビジネスが急速に発展し、個人情報や機密情報伝達にも光通信ネットワークが活用されるようになっている。そのような中、光通信ネットワークの高速大容量化とともに、情報の安全性を確保することが重要になってきている。光秘匿通信に用いられる量子暗号としては、量子鍵配送(QKD: Quantum Key Distribution)と、光の量子雑音を利用したストリーム暗号(以降、QNSC:Quantum Noise Stream Cipherと呼ぶ)がよく知られている。前者はストリーム暗号伝送で使用される共通鍵を単一光子や微弱なコヒーレント光で伝送することにより、無条件安全に鍵を配送することができるといわれている(例えば、非特許文献1、2参照)。しかし、元の通信文と同じ長さの使い捨ての共通鍵を受信者に配送する必要があり、暗号通信の速度は鍵配送の速度(数100 kbps)で制限されてしまうといった問題点がある。   In recent years, businesses utilizing the Internet have rapidly developed, and optical communication networks have been used for transmitting personal information and confidential information. Under such circumstances, it has become important to ensure the safety of information as the optical communication network increases in speed and capacity. Quantum key distribution (QKD) and stream cipher using optical quantum noise (hereinafter referred to as QNSC: Quantum Noise Stream Cipher) are well known as quantum ciphers used for optically secret communication. . The former is said to be able to deliver a key unconditionally and safely by transmitting a common key used in stream cipher transmission with a single photon or weak coherent light (for example, Non-Patent Documents 1 and 2). reference). However, it is necessary to deliver a disposable common key having the same length as the original communication text to the recipient, and there is a problem that the speed of cryptographic communication is limited by the speed of key delivery (several hundred kbps).

これに対しQNSCは、現状の光ネットワーク上で実用化ができ、無限の計算能力でも解読できない安全な共通鍵量子暗号として期待されている(例えば、非特許文献3〜6、特許文献1、2参照)。QNSCでは、共通鍵をもとに生成した擬似乱数を用いて光信号の位相あるいは振幅あるいはその両方を多値変調し、光の位相もしくは振幅揺らぎ(これを量子雑音と呼ぶ)の中にデータ情報を埋め込むことにより、盗聴者が光信号を正確に受信できなくしている。この方式では、完全秘匿性は得られないものの、変調レベルの多値度を大きくして被変調光信号の振幅あるいは位相もしくはその両方の変化の間隔を狭めることにより光検出の際に付与される量子雑音がその間隔より大きくなるように設定することで、高い安全性を実現できる。   On the other hand, QNSC is expected as a secure common key quantum cipher that can be put into practical use on the current optical network and cannot be decrypted even with infinite calculation capability (for example, Non-Patent Documents 3 to 6, Patent Documents 1 and 2). reference). In QNSC, the phase and / or amplitude of an optical signal is subjected to multi-level modulation using a pseudo-random number generated based on a common key, and data information is included in the phase or amplitude fluctuation of the light (this is called quantum noise). By embedding, the eavesdropper cannot receive the optical signal correctly. Although this scheme does not provide complete secrecy, it is given at the time of light detection by increasing the modulation level multilevel and reducing the amplitude and / or phase of the modulated optical signal. High safety can be achieved by setting the quantum noise to be larger than the interval.

特開2006−303927号公報JP 2006-303927 A 特開2014−93764号公報JP 2014-93764 A

C. H. Bennett and G. Brassard, “Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing”, Proc. IEEE Int. Conf. Computers, Systems and Signal Processing, 1984, pp.175-179C. H. Bennett and G. Brassard, “Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing”, Proc. IEEE Int. Conf. Computers, Systems and Signal Processing, 1984, pp.175-179 T. Hirano, H. Yamanaka, M. Ashikaga, T. Konishi, and R. Namiki, “Quantum cryptography using pulsed homodyne detection”, Phys. Rev. A 68, 2003, 042331T. Hirano, H. Yamanaka, M. Ashikaga, T. Konishi, and R. Namiki, “Quantum cryptography using pulsed homodyne detection”, Phys. Rev. A 68, 2003, 042331 G. A. Barbosa, E. Corndorf, P. Kumar, H. P. Yuen, “Secure communication using mesoscopic coherent state”, Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 90, 227901G. A. Barbosa, E. Corndorf, P. Kumar, H. P. Yuen, “Secure communication using mesoscopic coherent state”, Phys. Rev. Lett., 2003, vol. 90, 227901 O. Hirota, K. Kato, M. Sohma, T. Usuda, K. Harasawa, “Quantum stream cipher based on optical communication”, SPIE Proc. on Quantum Communications and Quantum Imaging, 2004, vol-5551O. Hirota, K. Kato, M. Sohma, T. Usuda, K. Harasawa, “Quantum stream cipher based on optical communication”, SPIE Proc. On Quantum Communications and Quantum Imaging, 2004, vol-5551 広田修、「光通信ネットワークと量子暗号」、電子情報通信学会論文誌B、2004年、vol. J87-B, pp. 478-486Osamu Hirota, "Optical communication network and quantum cryptography", IEICE Transactions B, 2004, vol. J87-B, pp. 478-486 M. Nakazawa, M. Yoshida, T. Hirooka, and K. Kasai, “QAM quantum stream cipher using digital coherent optical transmission”, Opt. Express, 2014, vol. 22, pp. 4098-4107M. Nakazawa, M. Yoshida, T. Hirooka, and K. Kasai, “QAM quantum stream cipher using digital coherent optical transmission”, Opt. Express, 2014, vol. 22, pp. 4098-4107

これまでに報告されているQNSCでは、信号に付与された量子雑音により、共通鍵を用いて生成したストリーム暗号の信号レベルの判定を困難にする能力はあるが、共通鍵そのものの盗聴に対する安全性を保証するものではなかった。そのため、送受信部間で盗聴されることなく共通鍵を事前に所有していることが安全性を確保するための前提条件となり、一部その実用性に問題があった。   The QNSCs reported so far have the ability to make it difficult to determine the signal level of the stream cipher generated using the common key due to the quantum noise added to the signal, but the security against eavesdropping of the common key itself It was not guaranteed. Therefore, possessing a common key in advance without eavesdropping between the transmission and reception units is a precondition for ensuring safety, and there is a problem in its practicality.

本発明は、QNSCとQKD技術との融合技術を新たに提案し、安全かつ高速伝送可能な光秘匿通信システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to newly propose a fusion technology of QNSC and QKD technology, and to provide an optically secret communication system capable of safe and high-speed transmission.

かかる目的を達成するために、本発明に係る光秘匿通信システムは、量子雑音(振幅または位相の相関のない白色光雑音)を用いて光信号の位相および振幅レベルの少なくとも一方をマスキングする量子雑音ストリーム暗号(QNSC)伝送システムを用いた光秘匿通信システムであって、送信部で生成したQNSC信号を、光ファイバ伝送路を介して受信部へ伝送する際に、前記送信部にて暗号化に用いる共通鍵が、量子鍵配送技術を用いて前記QNSC信号と合わせて受信部へ配信され、前記受信部において、無条件安全に送受信部間で共有した前記共通鍵を用いて、受信した前記QNSC信号が復号化されるよう構成されていることを特徴とする。   In order to achieve this object, the optical secret communication system according to the present invention uses quantum noise (white light noise having no amplitude or phase correlation) to mask at least one of the phase and amplitude level of an optical signal. An optical concealment communication system using a stream cipher (QNSC) transmission system, wherein a QNSC signal generated by a transmission unit is encrypted by the transmission unit when transmitted to a reception unit via an optical fiber transmission line. A common key to be used is distributed to the receiving unit together with the QNSC signal using a quantum key distribution technique, and the received QNSC is received using the common key that is unconditionally safely shared between the transmitting and receiving units. The signal is configured to be decoded.

ここで、前記共通鍵の配信に、例えば市販の半導体レーザ光源やフォトダイオードを利用できるホモダイン方式による量子鍵配送技術が使用され、同一の光ファイバ伝送路システムを用いてQNSC伝送と量子鍵配信とが同時に実現されていることが好ましい。   Here, for the distribution of the common key, for example, a homodyne quantum key distribution technique that can use a commercially available semiconductor laser light source or photodiode is used, and QNSC transmission and quantum key distribution are performed using the same optical fiber transmission line system. Are preferably realized simultaneously.

また、本発明に係る光秘匿通信システムは、量子雑音(振幅または位相の相関のない白色光雑音)を用いて光信号の位相および振幅レベルの少なくとも一方をマスキングする量子雑音ストリーム暗号(QNSC)伝送システムを用いた光秘匿通信システムであって、送信部にて暗号化に用いる共通鍵が、独立した光ファイバ伝送路を介し量子鍵配送技術を用いて前記QNSC伝送システムの受信部へ配信され、前記受信部において、無条件安全に送受信部間で共有した前記共通鍵を用いて、受信したQNSC信号が復号化されるよう構成されていてもよい。   In addition, the optical secret communication system according to the present invention uses quantum noise (QNSC) transmission that masks at least one of the phase and amplitude level of an optical signal using quantum noise (white light noise having no amplitude or phase correlation). In the optically secret communication system using the system, a common key used for encryption in the transmission unit is distributed to the reception unit of the QNSC transmission system using quantum key distribution technology via an independent optical fiber transmission line, The reception unit may be configured to decrypt the received QNSC signal using the common key shared unconditionally between the transmission and reception units.

この場合、前記共通鍵は、任意の方式の量子鍵配送システムを多段中継して配信され、それにより、鍵配信距離、すなわち前記QNSC信号の伝送距離が拡大されていてもよい。   In this case, the common key may be distributed through a multi-stage relay using a quantum key distribution system of an arbitrary method, and thereby the key distribution distance, that is, the transmission distance of the QNSC signal may be expanded.

本発明に係る光秘匿通信システムは、以上で述べたQNSC伝送システムに用いる変調方式として、光強度変調あるいは光位相変調あるいは直交振幅変調が利用されていることが好ましい。   The optical secret communication system according to the present invention preferably uses light intensity modulation, optical phase modulation, or quadrature amplitude modulation as a modulation method used in the above-described QNSC transmission system.

また、前記QNSC伝送システムにおいて暗号化の対象となるデータ信号の多値度が時間に対して任意に変更され、それにより、暗号化パターンの盗聴が防止されていてもよい。   In the QNSC transmission system, the multilevel value of the data signal to be encrypted may be arbitrarily changed with respect to time, thereby preventing the eavesdropping of the encryption pattern.

本発明によると、高速伝送を得意とするQNSC伝送システムと、無条件安全を特徴とするQKDシステムとを融合することにより、高い安全性と高速性を兼ね備えた光秘匿通信システムを提供することができる。   According to the present invention, by combining a QNSC transmission system that excels in high-speed transmission and a QKD system characterized by unconditional safety, it is possible to provide an optically secret communication system that combines high safety and high speed. it can.

本発明の第1実施形態に係る光秘匿通信システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the optical secrecy communication system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示す光秘匿通信システムの(a)QNSC送信部、(b)QNSC受信部を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating (a) a QNSC transmission unit and (b) a QNSC reception unit of the optically secret communication system illustrated in FIG. 1. 図1に示す光秘匿通信システムの(a)QNSC送信部、(b)QNSC受信部の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of (a) QNSC transmission part of the optical secrecy communication system shown in FIG. 1, and (b) QNSC reception part. 図1に示す光秘匿通信システムの(a)QKD送信部、(b)QKD受信部を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating (a) a QKD transmission unit and (b) a QKD reception unit of the optically secret communication system illustrated in FIG. 1. 本発明の第2実施形態に係る光秘匿通信システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the optical secrecy communication system which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

本発明における第1実施形態に係る光秘匿通信システムの構成を、図1に示す。図1に例示する光秘匿通信システムは、共通鍵1をシード鍵としてデータ信号の暗号化を図るQNSC送信部2と、共通鍵1を量子鍵配信するQKD送信部3と、QNSC送信部2とQKD送信部3とからそれぞれ出力されたQNSC信号(波長λ)とQKD信号(波長λ)とを合波および分波するための2つのWDMカプラ4と、合波したQNSC信号とQKD信号とを受信部へ伝送する光ファイバ伝送路5と、光ファイバ伝送路5で伝送したQNSC信号を復号化するためQNSC受信部6と、光ファイバ伝送路5で配信した量子鍵から安全な共通鍵1を生成するためのQKD受信部7ならびに古典チャンネル8とを備える。 FIG. 1 shows the configuration of the optically secret communication system according to the first embodiment of the present invention. The optically secret communication system illustrated in FIG. 1 includes a QNSC transmission unit 2 that encrypts a data signal using the common key 1 as a seed key, a QKD transmission unit 3 that distributes the common key 1 with a quantum key, and a QNSC transmission unit 2. Two WDM couplers 4 for multiplexing and demultiplexing the QNSC signal (wavelength λ 1 ) and the QKD signal (wavelength λ 2 ) respectively output from the QKD transmission unit 3, and the combined QNSC signal and QKD signal Are transmitted from the optical fiber transmission line 5 to the receiving unit, the QNSC receiving unit 6 for decoding the QNSC signal transmitted through the optical fiber transmission line 5, and the quantum key distributed through the optical fiber transmission line 5. QKD receiver 7 for generating 1 and classical channel 8 are provided.

QNSC送信部2とQNSC受信部6との間で、光ファイバ伝送路5を介して数10〜100 Gbit/sの高速光秘匿通信を実現する。一方、QKD送信部3とQKD受信部7との間で、光ファイバ伝送路5と古典チャンネル8とを介して、QNSC伝送の暗号化/復号化に使用する共通鍵を配信する。共通鍵の配信は、例えば数10〜100 kbit/sの速度で、無条件安全に配信すれば良い。この共通鍵をシード鍵(鍵長: 50〜100ビット)として、QKD伝送システム内部では線形帰還シフトレジスタ(LFSR:Linear Feedback Shift Register)により新たに250〜100ビットの乱数列を生成し、それを用いて暗号化/復号化を行う。例えば、10 Gsymbol/sのQNSC信号を1シンボル分だけ生成するために、乱数列を20ビット使用するとした場合、50段のLFSRで生成した乱数列(250ビット)を使い切るために要する時間Tは、T=100ps×250/20=5.6×10秒と算出できる。この乱数列の一周期Tに比べ十分に短い時間でシード鍵を更新すれば、盗聴者に乱数列の生成パターンを解読されることなく、安全にその乱数列を暗号化/復号化に利用し続けることができる。すなわち、1秒に一度の割合で50ビット程度のシード鍵を更新できれば十分である。従って、前記のQKDシステムの鍵配信速度(数10〜100 kbit/s)は、QNSC伝送システムの安全性を長期に亘り確保する上で十分な速度であると言える。以上のようにQNSC伝送システムへQKD技術を融合することで、極めて安全な共通鍵をQNSC伝送に利用し、その結果として安全性と高速性を兼ね備えた光秘匿通信システムを実現する。 High-speed optical secrecy communication of several 10 to 100 Gbit / s is realized between the QNSC transmission unit 2 and the QNSC reception unit 6 via the optical fiber transmission line 5. On the other hand, a common key used for encryption / decryption of QNSC transmission is distributed between the QKD transmission unit 3 and the QKD reception unit 7 via the optical fiber transmission line 5 and the classical channel 8. The common key may be distributed unconditionally and safely at a speed of, for example, several 10 to 100 kbit / s. Using this common key as a seed key (key length: 50 to 100 bits), a new random number sequence of 250 to 100 bits is generated by a linear feedback shift register (LFSR) inside the QKD transmission system. Encryption / decryption is performed using For example, 10 QNSC signal Gsymbol / s to generate only one symbol, when the random number sequence and to 20 bits used, the time taken to use up the random number sequence generated by 50-stage LFSR (2 50 bits) T Can be calculated as T = 100 ps × 2 50 /20=5.6×10 3 seconds. If the seed key is updated in a time sufficiently shorter than one period T of this random number sequence, the random number sequence can be safely used for encryption / decryption without the eavesdropper deciphering the generation pattern of the random number sequence. You can continue. That is, it is sufficient if the seed key of about 50 bits can be updated once per second. Therefore, it can be said that the key distribution speed (several 10 to 100 kbit / s) of the QKD system is sufficient for ensuring the safety of the QNSC transmission system over a long period of time. As described above, by integrating the QKD technology into the QNSC transmission system, an extremely secure common key is used for the QNSC transmission, and as a result, an optical secret communication system having both safety and high speed is realized.

さらにQKDシステムは、盗聴者が信号を盗み、その盗聴した信号のコピーを送信者になりすまして配信する“なりすまし攻撃”を見破る能力を有する。そのため、QNSC伝送システムへQKD技術を融合することで、盗聴をリアルタイムに監視する機能を新たに備えることができる。   Furthermore, the QKD system has the ability to detect “spoofing attacks” in which an eavesdropper steals a signal and delivers a copy of the eavesdropped signal as the sender. Therefore, by integrating the QKD technology into the QNSC transmission system, it is possible to newly provide a function for monitoring wiretapping in real time.

QNSC送信部2の構成例を図2(a)に示す。QNSC送信部2は、共通鍵1を利用して暗号化デジタル信号を生成するQNSC送信用デジタル信号処理回路20と、生成した暗号化デジタル信号をアナログ信号に変換する高速D/A変換回路21と、その暗号化アナログ信号を光配信する際に搬送波として使用するCW(Continuous Wave)光源11および光変調するための光変調器12と、光変調した光信号に付与する雑音源13と、光信号と雑音信号とを合波する光合波器14とを備える。   A configuration example of the QNSC transmission unit 2 is shown in FIG. The QNSC transmission unit 2 uses a common key 1 to generate an encrypted digital signal, a QNSC transmission digital signal processing circuit 20, a high-speed D / A conversion circuit 21 that converts the generated encrypted digital signal into an analog signal, A CW (Continuous Wave) light source 11 used as a carrier wave when optically distributing the encrypted analog signal, an optical modulator 12 for optical modulation, a noise source 13 applied to the optically modulated optical signal, and an optical signal And an optical multiplexer 14 for multiplexing the noise signal.

QNSC送信用デジタル信号処理回路20は、共通鍵1を分配する鍵分配回路22と、バイナリーデータを生成するデータ信号生成回路24と、分配した鍵を元に乱数列を生成する乱数列生成回路25と、データ信号生成回路24から出力されるnビットのバイナリーデータを、乱数列生成回路25から出力されるmビットの乱数列で暗号化する際に利用する排他論理和回路26および加算回路27と、これら演算回路により生成したn+mビットの暗号化バイナリー信号を、所望のフォーマットの変調信号に変換するエンコーダ28とから成る。   The QNSC transmission digital signal processing circuit 20 includes a key distribution circuit 22 that distributes the common key 1, a data signal generation circuit 24 that generates binary data, and a random number sequence generation circuit 25 that generates a random number sequence based on the distributed keys. An exclusive-OR circuit 26 and an adder circuit 27 that are used when the n-bit binary data output from the data signal generation circuit 24 is encrypted with the m-bit random number sequence output from the random number sequence generation circuit 25; And an encoder 28 for converting the n + m-bit encrypted binary signal generated by these arithmetic circuits into a modulation signal of a desired format.

例えば、暗号化信号の変調フォーマットとして直交振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)を用いる場合、データ信号生成回路24、乱数列生成回路25、排他論理和回路26および加算回路27から成る暗号化回路23を、I(同位相)とQ(直交位相)信号生成用にそれぞれ二式ずつ設ければよい。また、これに合わせ、高速D/A変換回路21も二式設け、光変調器12としてQAM変調器を利用すればよい。一方、暗号化信号の変調フォーマットとして光位相変調あるいは光強度(振幅)変調を用いる場合、暗号化回路23および高速D/A回路21はそれぞれ一式ずつあればよく、光変調器12として光位相変調器あるいは光強度変調器を用いればよい。   For example, when quadrature amplitude modulation (QAM) is used as the modulation format of the encrypted signal, an encryption circuit 23 including a data signal generation circuit 24, a random number sequence generation circuit 25, an exclusive OR circuit 26, and an addition circuit 27. May be provided for each of the I (in-phase) and Q (quadrature) signal generation. In accordance with this, two high-speed D / A conversion circuits 21 are provided, and a QAM modulator may be used as the optical modulator 12. On the other hand, when optical phase modulation or optical intensity (amplitude) modulation is used as the modulation format of the encrypted signal, only one set of each of the encryption circuit 23 and the high-speed D / A circuit 21 is required. Or a light intensity modulator may be used.

CW光源11として、例えば狭線幅のファイバレーザや半導体レーザを用いればよい。雑音源13の一例としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器やラマン光増幅器から出力される自然放出光、あるいは不規則なパターン光信号が挙げられる。   As the CW light source 11, for example, a narrow line width fiber laser or semiconductor laser may be used. Examples of the noise source 13 include spontaneous emission light output from an erbium-doped optical fiber amplifier or Raman optical amplifier, or an irregular pattern optical signal.

図2(a)のQNSC送信部2に対応したQNSC受信部6の構成例を、図2(b)に示す。QNSC送信部6は、受信したQNSC信号をホモダインあるいはヘテロダイン検波するための局発光源29およびコヒーレント受信回路30と、検波したアナログ信号をデジタル信号に変換するための高速A/D変換回路31と、QNSC送信部2と同一の共通鍵1を用いて、受信したデジタル信号よりバイナリーデータを復元するためのQNSC受信用デジタル信号処理回路32とを備える。   A configuration example of the QNSC receiver 6 corresponding to the QNSC transmitter 2 of FIG. 2A is shown in FIG. The QNSC transmission unit 6 includes a local light source 29 and a coherent reception circuit 30 for performing homodyne or heterodyne detection on the received QNSC signal, a high-speed A / D conversion circuit 31 for converting the detected analog signal into a digital signal, A QNSC reception digital signal processing circuit 32 is provided for restoring binary data from the received digital signal using the same common key 1 as the QNSC transmission unit 2.

QNSC受信用デジタル信号処理回路32は、高速A/D変換回路31で受信した信号レベルを10進数から2進数に変換するデコーダ33と、送信部における暗号化回路23に対し逆の演算を施し元のデータを復元するための復号化回路34とから成る。復号化回路34の構成は、加算回路27の代わりに引算回路35を用いていることを除き、暗号化回路23と同じである。   The QNSC reception digital signal processing circuit 32 performs a reverse operation on the decoder 33 that converts the signal level received by the high-speed A / D conversion circuit 31 from a decimal number to a binary number and the encryption circuit 23 in the transmission unit. And a decoding circuit 34 for restoring the data. The configuration of the decryption circuit 34 is the same as that of the encryption circuit 23 except that a subtraction circuit 35 is used instead of the addition circuit 27.

例えば、暗号化信号の変調フォーマットとしてQAMを使用したQNSC信号を、局発光源29を用いてホモダイン検波する場合、コヒーレント受信回路30には90度ハイブリッドと2台のバランスPDとを用いればよい。また、高速A/D変換回路31および復号化回路34は、IとQ信号の復調のためにそれぞれ二式ずつ設ければよい。一方、暗号化信号の変調フォーマットとして光位相変調あるいは光振幅変調を用いる場合、コヒーレント受信回路30には1台のバランスPDを使用し、高速A/D変換回路31および復号化回路34はそれぞれ一式ずつあればよい。さらに、暗号化信号の変調フォーマットとして符号情報を持たない光強度変調を利用する場合は、局発光源29は不要であり、またコヒーレント受信回路30は通常のフォトダイオードでよい。   For example, when a QNSC signal using QAM as the modulation format of the encrypted signal is subjected to homodyne detection using the local light source 29, the coherent reception circuit 30 may be a 90-degree hybrid and two balanced PDs. Two high-speed A / D conversion circuits 31 and two decoding circuits 34 may be provided for demodulating I and Q signals. On the other hand, when optical phase modulation or optical amplitude modulation is used as the modulation format of the encrypted signal, one balance PD is used for the coherent reception circuit 30, and the high-speed A / D conversion circuit 31 and the decryption circuit 34 are each set. You just have to do it. Further, when using light intensity modulation without code information as the modulation format of the encrypted signal, the local light source 29 is not necessary, and the coherent receiving circuit 30 may be a normal photodiode.

局発光源29の光位相を、送信したQNSC信号の光位相に同期を図る手法の一例として、光位相同期ループ回路あるいは光注入同期回路を用いた位相制御法が挙げられる。また、QNSC送信部2においてQNSC信号を生成する際に、その信号と直交する偏波にCW光源1と位相同期したトーン信号を立て、一方、QNSC受信部6においてこのトーン信号を偏波分離して抽出し、それを局発光源29の代わりに利用する自己遅延ホモダイン検波系を採用することもできる。   An example of a method for synchronizing the optical phase of the local light source 29 with the optical phase of the transmitted QNSC signal is a phase control method using an optical phase locked loop circuit or an optical injection locking circuit. Further, when generating a QNSC signal in the QNSC transmission unit 2, a tone signal that is phase-synchronized with the CW light source 1 is set to the polarization orthogonal to the signal, and the tone signal is polarization-separated in the QNSC reception unit 6. It is also possible to employ a self-delayed homodyne detection system that extracts and uses it instead of the local light source 29.

QNSC送信部2およびQNSC受信部6に、それぞれ波長多重回路および波長分離回路を設け、多波長の光源を利用した波長分割多重伝送を行うことで、光秘匿通信システムの伝送容量を増大させることもできる。   The QNSC transmission unit 2 and the QNSC reception unit 6 are each provided with a wavelength multiplexing circuit and a wavelength separation circuit, and wavelength division multiplexing transmission using a multi-wavelength light source is performed, thereby increasing the transmission capacity of the optical secret communication system. it can.

QNSC送信部2およびQNSC受信部6に、それぞれ偏波多重回路および偏波分離回路を設け、偏波多重伝送方式を利用して光秘匿通信システムの伝送容量を倍増することもできる。   The QNSC transmission unit 2 and the QNSC reception unit 6 may be respectively provided with a polarization multiplexing circuit and a polarization separation circuit, and the transmission capacity of the optically secret communication system can be doubled by using the polarization multiplexing transmission method.

QNSC送信部2の他の構成例を図3(a)に示す。図2(a)に示したQNSC送信部2との相違点は、暗号化の対象となるデータのビット数(nビット)および暗号化に用いる乱数列のビット数(mビット)を時間に対し任意に切り替えられるように、多値度切り替え信号36と、多値度切り替え回路37と、複数通りの異なるnとmビットの組み合わせによる暗号化回路およびエンコーダ38とを新たに備えている点である。その他の動作は、図2(a)に示したQNSC送信部2と同じである。   Another configuration example of the QNSC transmission unit 2 is shown in FIG. The difference from the QNSC transmission unit 2 shown in FIG. 2A is that the number of bits of data to be encrypted (n bits) and the number of bits of a random number sequence used for encryption (m bits) with respect to time. A multi-level switching signal 36, a multi-level switching circuit 37, a plurality of different combinations of n and m bits, and an encoder 38 are newly provided so as to be arbitrarily switched. . Other operations are the same as those of the QNSC transmission unit 2 shown in FIG.

QNSC送信用デジタル信号処理回路20’内に、予め複数通りの異なるnとmビットの組み合わせによる暗号化回路23およびエンコーダ28を作製しておき、多値度切り替え回路37では、そのうちの1つを多値度切り替え信号36に対応させて選択する。これにより、暗号化のアルゴリズムを時間に対して任意に切り替えることができ、盗聴者による暗号の解読をより困難なものにすることができる。なお、データのビット数nを高くするほど、正規受信者がそのデータを正しく閾値判定するために必要な信号のS/Nも高くなる関係にある。そのため、データのビット数nに応じて、雑音源13によりQNSC信号に付与する雑音の大きさを加減することが重要である。   In the digital signal processing circuit 20 ′ for QNSC transmission, an encryption circuit 23 and an encoder 28 with a plurality of different combinations of n and m bits are prepared in advance, and the multilevel switching circuit 37 has one of them. The selection is made in correspondence with the multi-value switching signal 36. As a result, the encryption algorithm can be arbitrarily switched with respect to time, and the decryption by the eavesdropper can be made more difficult. It should be noted that the higher the bit number n of data, the higher the S / N of the signal necessary for the authorized receiver to correctly determine the threshold value of the data. Therefore, it is important to adjust the amount of noise added to the QNSC signal by the noise source 13 according to the number of bits n of data.

また、QNSC送信部2とQNSC受信部6における暗号化と復号化回路間の同期を図るために、例えば、暗号化信号のヘッダーに多値度切り替え信号36の情報を付与し、その情報を暗号化信号とともにQNSC受信部6へ送信すればよい。このとき付与するヘッダー情報を多値度切り替え回路37で制御する。   Further, in order to synchronize between the encryption and decryption circuits in the QNSC transmission unit 2 and the QNSC reception unit 6, for example, the information of the multilevel switching signal 36 is added to the header of the encrypted signal, and the information is encrypted. What is necessary is just to transmit to the QNSC receiving part 6 with a digitization signal. The header information added at this time is controlled by the multilevel switching circuit 37.

図3(a)のQNSC送信部2に対応したQNSC受信部6の構成を、図3(b)に示す。図2(b)に示したQNSC受信部6との相違点は、受信した信号の中から多値度切り替え信号36を抽出する多値度切り替え信号抽出回路39と、多値度切り替え回路37と、複数通りの異なるnとmビットの組み合わせによる復号化回路およびデコーダ40とを新たに備えている点である。その他の動作は、図2(b)に示したQNSC受信部6と同じである。   FIG. 3B shows the configuration of the QNSC receiver 6 corresponding to the QNSC transmitter 2 of FIG. The difference from the QNSC receiving unit 6 shown in FIG. 2B is that a multi-value switching signal extraction circuit 39 that extracts a multi-value switching signal 36 from a received signal, and a multi-value switching circuit 37. In this case, a decoding circuit and a decoder 40 having a plurality of different combinations of n and m bits are newly provided. Other operations are the same as those of the QNSC receiving unit 6 shown in FIG.

QNSC受信用デジタル信号処理回路32’内に、予め複数通りの異なるnとmビットの組み合わせによる復号化回路34およびデコーダ33を作製しておき、多値度切り替え回路37では、そのうちの1つを抽出した多値度切り替え信号36に対応させて選択する。これにより、送信部の暗号化回路と同一のnとmビットの組み合わせによる復号化処理を実施できる。   In the QNSC reception digital signal processing circuit 32 ′, a plurality of different decoding circuits 34 and decoders 33 having different combinations of n and m bits are prepared in advance, and the multilevel switching circuit 37 selects one of them. A selection is made in correspondence with the extracted multilevel switching signal 36. Thereby, the decryption process by the same combination of n and m bits as the encryption circuit of a transmission part can be implemented.

QKD送信部3の構成例を図4(a)に示す。QKD送信部3は、光ファイバ伝送路5および古典チャンネル8を介してQKD受信部7と共有した各種情報から安全な共通鍵を生成するQKD送信用デジタル信号処理回路43と、デジタル信号処理回路43より各種情報をアナログ出力するための低速D/A変換回路44と、デジタル信号処理回路43へアナログ信号を入力するための低速A/D変換回路45と、デジタル信号処理回路43内で生成した鍵データを、光ファイバ伝送路5を介して光配信するために利用するQKD送信用光源41および光変調器42とを備える。   A configuration example of the QKD transmission unit 3 is shown in FIG. The QKD transmission unit 3 includes a QKD transmission digital signal processing circuit 43 that generates a secure common key from various information shared with the QKD reception unit 7 via the optical fiber transmission line 5 and the classical channel 8, and a digital signal processing circuit 43. A low-speed D / A conversion circuit 44 for outputting various information in analog, a low-speed A / D conversion circuit 45 for inputting an analog signal to the digital signal processing circuit 43, and a key generated in the digital signal processing circuit 43 A QKD transmission light source 41 and an optical modulator 42 that are used for optically distributing data via the optical fiber transmission line 5 are provided.

QKD送信用デジタル信号処理回路43は、共通鍵の元となる鍵情報を生成する鍵データ生成回路46と、この鍵データの配信に用いる光位相の基底状態を定義する基底信号生成回路47と、これらの情報に基づき鍵データを光変調情報に変換するエンコーダ48と、送信部で生成した鍵データおよび基底情報と古典チャンネル8を介して受信部から配信されてくる受信部における受信状況の情報とをもとに安全に配信できた鍵を判定する判定回路(送信部)49と、安全と判定した鍵を共通鍵として蓄積する共通鍵蓄積回路50とから成る。エンコーダ48が変換する光変調情報としては、例えば、0、π/2、π、3π/2の4値の位相変調を用いることができる。   The QKD transmission digital signal processing circuit 43 includes a key data generation circuit 46 that generates key information that is a source of a common key, a base signal generation circuit 47 that defines a ground state of an optical phase used for distribution of the key data, Based on these information, an encoder 48 that converts key data into optical modulation information, key data and base information generated by the transmitter, and information on the reception status at the receiver delivered from the receiver via the classical channel 8 A determination circuit (transmission unit) 49 that determines a key that can be securely distributed based on the common key storage circuit 50 that stores a key determined to be safe as a common key. As the light modulation information converted by the encoder 48, for example, quaternary phase modulation of 0, π / 2, π, 3π / 2 can be used.

判定回路49で実施する処理としては、量子鍵配送技術として一般的に広く利用されている基底照合、誤り訂正、秘匿性増強処理が挙げられる。これらの処理で利用する各種情報は、古典チャンネル8を介してQKD送信部3とQKD受信部7との間で共有する。   Examples of processing performed by the determination circuit 49 include base collation, error correction, and confidentiality enhancement processing that are generally widely used as quantum key distribution techniques. Various types of information used in these processes are shared between the QKD transmission unit 3 and the QKD reception unit 7 via the classical channel 8.

一方、光ファイバ伝送路5を用いた鍵データの光配信を行う際に、QNSC伝送システムとの整合性に配慮する必要がある。QNSC伝送システムと統合化を図るために、特殊な光源や光検出器を利用せず、一般に市販された光部品でQKDシステムを構築することが大変重要である。そこで、送信用光源41として、直接変調を利用した市販の半導体レーザを使用し、本レーザより出力される光パルス信号の位相に鍵データの情報をのせて配信する。その際、光パルス信号の平均光子数を1光子/パルス程度に弱めて配信することで、量子雑音限界で動作する安全なコヒーレント光伝送を実現する。一方、受信部では高感度な光検出を得意とするホモダイン検波方式を採用し、室温で動作する市販のフォトダイオードを利用した光検出を可能にする。以上のように、ホモダイン方式による量子鍵配送技術を採用することにより、QNSC伝送システムとの整合性に優れたQKDシステムを実現できる。   On the other hand, it is necessary to consider consistency with the QNSC transmission system when optical distribution of key data using the optical fiber transmission line 5 is performed. In order to integrate with the QNSC transmission system, it is very important to construct a QKD system using optical components that are generally commercially available without using a special light source or photodetector. Therefore, a commercially available semiconductor laser using direct modulation is used as the transmission light source 41, and the information of the key data is distributed on the phase of the optical pulse signal output from the laser. At that time, by distributing the optical pulse signal with the average number of photons weakened to about 1 photon / pulse, safe coherent optical transmission that operates at the quantum noise limit is realized. On the other hand, the receiving unit employs a homodyne detection method that excels in high-sensitivity light detection, and enables light detection using a commercially available photodiode operating at room temperature. As described above, by adopting the quantum key distribution technique based on the homodyne method, it is possible to realize a QKD system excellent in consistency with the QNSC transmission system.

図4(a)のQKD送信部3に対応したQKD受信部7の構成を、図4(b)に示す。QKD受信部7は、QKD信号をホモダイン検波するためのQKD受信用局発光源51およびバランスPD52と、QKD受信用局発光源51からの出力光に観測用基底情報を付与するための光変調器42と、ホモダイン検波信号や古典チャンネルを介してQKD送信部3からQKD受信部7へ配信された各種信号をデジタル信号に変換する低速A/D変換回路45と、これらの入力信号をもとに共通鍵を生成するQKD受信用デジタル処理回路53と、本デジタル処理回路から各種信号を出力する際に利用する低速D/A変換回路44とを備える。   FIG. 4B shows the configuration of the QKD receiver 7 corresponding to the QKD transmitter 3 in FIG. The QKD receiver 7 includes a QKD reception local light source 51 and a balance PD 52 for homodyne detection of a QKD signal, and an optical modulator for adding observation base information to the output light from the QKD reception local light source 51 42, a low-speed A / D conversion circuit 45 that converts various signals distributed from the QKD transmission unit 3 to the QKD reception unit 7 through homodyne detection signals and classical channels into digital signals, and based on these input signals A QKD reception digital processing circuit 53 that generates a common key and a low-speed D / A conversion circuit 44 that is used when various signals are output from the digital processing circuit are provided.

QKD受信用デジタル処理回路53は、受信したQKD信号の位相情報より基底状態を判定する際の観測の対象とする基底(0もしくはπ/2の一方)を選択するために利用する観測用基底信号生成回路54と、その観測用基底情報とバランスPD52で検出した鍵データ情報と古典チャンネル8を介して送信部から配信された各種情報(基底照合、誤り訂正、秘匿性増強の各処理に関する情報)とをもとに安全に受信できた鍵を判定する判定回路(受信部)55と、安全と判定した鍵を共通鍵として蓄積する共通鍵蓄積回路50から成る。   The QKD reception digital processing circuit 53 uses an observation base signal used to select a base (one of 0 or π / 2) to be observed when determining the ground state from the phase information of the received QKD signal. The generation circuit 54, the observation base information, the key data information detected by the balance PD 52, and various types of information distributed from the transmission unit via the classical channel 8 (information on each processing of base verification, error correction, and confidentiality enhancement) And a common key accumulating circuit 50 for accumulating a key determined to be safe as a common key.

QKD受信用局発光源51の光位相を、送信したQKD信号の光位相に同期を図る手法の一例として、光位相同期ループ回路あるいは光注入同期回路を用いた位相制御法が挙げられる。また、QKD送信部3においてQKD信号を生成する際に、その信号と直交する偏波にQKD送信用光源41と位相同期したトーン信号を立て、一方、QKD受信部7においてこのトーン信号を偏波分離して抽出し、それをQKD受信用局発光源51の代わりに利用する自己遅延ホモダイン検波系を採用することもできる。   As an example of a method for synchronizing the optical phase of the local light source 51 for QKD reception with the optical phase of the transmitted QKD signal, there is a phase control method using an optical phase locked loop circuit or an optical injection locking circuit. Further, when generating a QKD signal in the QKD transmission unit 3, a tone signal that is phase-synchronized with the QKD transmission light source 41 is set to a polarization orthogonal to the signal, and in the QKD reception unit 7, this tone signal is polarized. It is also possible to employ a self-delayed homodyne detection system that separates and extracts and uses it instead of the local light source 51 for QKD reception.

QKD送信部3とQKD受信部7の動作を同期させるために、光ファイバ伝送路5に微弱なQKD信号を配信する際に、それと合わせて同期用のトリガ信号を配信してもよい。   In order to synchronize the operations of the QKD transmission unit 3 and the QKD reception unit 7, when a weak QKD signal is distributed to the optical fiber transmission line 5, a synchronization trigger signal may be distributed along with it.

本発明における第2実施形態に係る光秘匿通信システムの構成を、図5に示す。図5に例示する光秘匿通信システムは、共通鍵1をシード鍵としてデータ信号の暗号化を図るQNSC送信部2と、共通鍵1を量子鍵配信するQKD送信部3と、それら2つの送信部からの出力信号をそれぞれ独立に送信する光ファイバ伝送路5および他の光ファイバ伝送路10と、光QNSC信号を多中継伝送するための光増幅器9と、伝送したQNSC信号を復号化するためQNSC受信部6と、他の光ファイバ伝送路10で配信した量子鍵から安全な共通鍵1を生成するためのQKD受信部7ならびに古典チャンネル8と、この共通鍵1を多中継配信するための複数段のQKDシステム(QKD送信部3、他の光ファイバ伝送路10、QKD受信部7、古典チャンネル8)とを備える。   FIG. 5 shows the configuration of the optically secret communication system according to the second embodiment of the present invention. The optically secret communication system illustrated in FIG. 5 includes a QNSC transmission unit 2 that encrypts a data signal using the common key 1 as a seed key, a QKD transmission unit 3 that distributes the common key 1 with a quantum key, and the two transmission units. Optical fiber transmission line 5 and other optical fiber transmission lines 10 for independently transmitting output signals from the optical fiber, optical amplifier 9 for multi-relay transmission of the optical QNSC signal, and QNSC for decoding the transmitted QNSC signal A receiving unit 6, a QKD receiving unit 7 for generating a secure common key 1 from a quantum key distributed through another optical fiber transmission line 10, and a classical channel 8, and a plurality of units for distributing the common key 1 in multiple relays And a QKD system of stages (QKD transmission unit 3, other optical fiber transmission line 10, QKD reception unit 7, classical channel 8).

第2実施形態では、QNSC信号とQKD信号とをそれぞれ独立した光ファイバ伝送路で送信するため、QKDシステムの配信可能な距離の制約を受けることなく、QNSC信号を光ファイバ伝送路5と光増幅器9を用いた多中継伝送とにより数100 km以上の長距離を伝送できる。QNSC送信部2とQNSC受信部6の動作は、第1実施形態と同様である。   In the second embodiment, since the QNSC signal and the QKD signal are transmitted through independent optical fiber transmission lines, the QNSC signal is transmitted to the optical fiber transmission line 5 and the optical amplifier without being restricted by the distributable distance of the QKD system. Long-distance transmission of several hundred km or more can be performed by multi-relay transmission using 9. The operations of the QNSC transmission unit 2 and the QNSC reception unit 6 are the same as in the first embodiment.

一方、QKD信号の配信においては、1つのQKDシステムで伝送可能な距離は50 km程度に制限されるが、QKDシステムを多段に接続することで、共通鍵1を数100 km以上の長距離を配信できる。その多中継配信は、以下のように実現する。まず、各段のQKDシステムにおいて、量子鍵配信技術により共通鍵を共有する。ここで、1段目のQKDシステムで共有する鍵を共通鍵1とし、N段目のQKDシステムで共有する鍵を共通鍵Nとする。つぎに、1段目のQKD受信部7から2段目のQKD送信部3へ共通鍵1を渡す。その受け取った共通鍵1を2段目のQKDシステムで共有している共通鍵2を用いてワンタイムパッド法により暗号化し、2段目のQKD送信部3からそのQKD受信部7へ共通鍵1の情報を暗号伝送する。そして、2段目のQKD受信部7で受信した暗号信号を、共通鍵2を用いて復号化し、共通鍵1の情報を復元する。以上の共通鍵1情報のワンタイムパッド暗号伝送を3段目以降も繰り返し行うことにより、共通鍵1の情報をN段目のQKD受信部7へ安全に送信することができる。   On the other hand, in the distribution of QKD signals, the distance that can be transmitted by one QKD system is limited to about 50 km, but by connecting QKD systems in multiple stages, the common key 1 can be extended over several hundred km or more. Can be delivered. The multi-relay distribution is realized as follows. First, in each stage of the QKD system, a common key is shared by quantum key distribution technology. Here, a key shared by the QKD system at the first stage is a common key 1, and a key shared by the QKD system at the N stage is a common key N. Next, the common key 1 is passed from the first-stage QKD receiver 7 to the second-stage QKD transmitter 3. The received common key 1 is encrypted by the one-time pad method using the common key 2 shared by the second-stage QKD system, and the common key 1 is transferred from the second-stage QKD transmission unit 3 to the QKD reception unit 7. Information is encrypted. Then, the encrypted signal received by the second-stage QKD receiving unit 7 is decrypted using the common key 2, and the information of the common key 1 is restored. By repeatedly performing the one-time pad encryption transmission of the common key 1 information from the third stage onward, the information on the common key 1 can be securely transmitted to the QKD receiving unit 7 at the Nth stage.

ここで、第2実施形態のQKDシステムでは、QNSC伝送とは異なる他の光ファイバ伝送路10を用いて配信することより、特殊な光源や光検出器を利用することもできる。また、量子鍵配送の方式として、搬送波信号の光位相を用いたホモダイン方式の他、その信号の偏波状態や1つ前のビットとの光位相差の情報に4種類の量子状態を割り当てて配信する方式などの従来技術を利用してもよい。   Here, in the QKD system of the second embodiment, a special light source or a photodetector can be used by distributing using another optical fiber transmission line 10 different from QNSC transmission. In addition to the homodyne method using the optical phase of the carrier wave signal as a quantum key distribution method, four types of quantum states are assigned to the information on the polarization state of the signal and the optical phase difference from the previous bit. Conventional techniques such as a distribution method may be used.

このように第2実施形態では、光増幅器を用いたQNSC信号の多中継伝送と、多段のQKDシステムを用いた共通鍵の多中継配信を利用することにより、光秘匿通信システムの伝送距離を数100 km以上に拡大できる。   As described above, in the second embodiment, the transmission distance of the optical secret communication system is reduced by using the multi-relay transmission of the QNSC signal using the optical amplifier and the multi-relay distribution of the common key using the multistage QKD system. Can be expanded to over 100 km.

尚、第1または第2の実施形態において、QNSC伝送システムに用いる変調方式として、光強度変調、光位相変調または直交振幅変調を利用してもよい。   In the first or second embodiment, light intensity modulation, optical phase modulation, or quadrature amplitude modulation may be used as the modulation method used in the QNSC transmission system.

また、第1または第2の実施形態において、QNSC伝送システムにおける暗号化の対象となるデータ信号の多値度を時間に対して任意に変更し、それにより、暗号化パターンの盗聴をより困難にしてもよい。   In the first or second embodiment, the multilevel value of the data signal to be encrypted in the QNSC transmission system is arbitrarily changed with respect to time, thereby making it difficult to eavesdrop on the encrypted pattern. May be.

本発明を用いると、伝達する情報を盗聴者に知られることなく受信者に高速で送れる光秘匿通信を実現でき、その産業上の利用可能性は高い。   By using the present invention, it is possible to realize optically secret communication capable of transmitting information to be transmitted to a receiver at high speed without being known to an eavesdropper, and its industrial applicability is high.

1 共通鍵
2 QNSC送信部
3 QKD送信部
4 WDMカプラ
5 光ファイバ伝送路
6 QNSC受信部
7 QKD受信部
8 古典チャンネル
9 光増幅器
10 他の光ファイバ伝送路
11 CW光源
12 光変調器
13 雑音源
14 光合波器
20,20’ QNSC送信用デジタル信号処理回路
21 高速D/A変換回路
22 鍵分配回路
23 暗号化回路
24 データ信号生成回路
25 乱数列生成回路
26 排他論理和回路
27 加算回路
28 エンコーダ
29 局発光源
30 コヒーレント受信回路
31 高速A/D変換回路
32,32’ QNSC受信用デジタル信号処理回路
33 デコーダ
34 復号化回路
35 引算回路
36 多値度切り替え信号
37 多値度切り替え回路
38 複数通りの異なるnとmビットの組み合わせによる暗号化回路およびエンコーダ
39 多値度切り替え信号抽出回路
40 複数通りの異なるnとmビットの組み合わせによる復号化回路およびデコーダ
41 QKD送信用光源
42 光変調器
43 QKD送信用デジタル信号処理回路
44 低速D/A変換回路
45 低速A/D変換回路
46 鍵データ生成回路
47 基底信号生成回路
48 エンコーダ
49 判定回路(送信部)
50 共通鍵貯蓄回路
51 QKD受信用局発光源
52 バランスPD
53 QKD受信用デジタル信号処理回路
54 観測用基底信号生成回路
55 判定回路(受信部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Common key 2 QNSC transmission part 3 QKD transmission part 4 WDM coupler 5 Optical fiber transmission line 6 QNSC reception part 7 QKD reception part 8 Classical channel 9 Optical amplifier 10 Other optical fiber transmission line 11 CW light source 12 Optical modulator 13 Noise source DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Optical multiplexer 20, 20 'QNSC transmission digital signal processing circuit 21 High-speed D / A conversion circuit 22 Key distribution circuit 23 Encryption circuit 24 Data signal generation circuit 25 Random number sequence generation circuit 26 Exclusive OR circuit 27 Addition circuit 28 Encoder 29 Local light source 30 Coherent reception circuit 31 High-speed A / D conversion circuit 32, 32 'QNSC reception digital signal processing circuit 33 Decoder 34 Decoding circuit 35 Subtraction circuit 36 Multilevel switching signal 37 Multilevel switching circuit 38 Multiple Encryption circuit with different combinations of n and m bits, and 39 Encoder 39 Multi-level switching signal extraction circuit 40 Decoding circuit and decoder using different combinations of n and m bits 41 QKD transmission light source 42 Optical modulator 43 QKD transmission digital signal processing circuit 44 Low-speed D / A conversion Circuit 45 Low-speed A / D conversion circuit 46 Key data generation circuit 47 Base signal generation circuit 48 Encoder 49 Determination circuit (transmission unit)
50 Common key saving circuit 51 Local light source for QKD reception 52 Balance PD
53 Digital signal processing circuit for QKD reception 54 Observation base signal generation circuit 55 Judgment circuit (reception unit)

Claims (6)

量子雑音を用いて光信号の位相および振幅レベルの少なくとも一方をマスキングする量子雑音ストリーム暗号(QNSC)伝送システムを用いた光秘匿通信システムであって、
送信部で生成したQNSC信号を、光ファイバ伝送路を介して受信部へ伝送する際に、前記送信部にて暗号化に用いる共通鍵が、量子鍵配送技術を用いて前記QNSC信号と合わせて前記受信部へ配信され、
前記受信部において、無条件安全に送受信部間で共有した前記共通鍵を用いて、受信した前記QNSC信号が復号化されるよう構成されていることを
特徴とする光秘匿通信システム。
An optically secret communication system using a quantum noise stream cipher (QNSC) transmission system that masks at least one of a phase and an amplitude level of an optical signal using quantum noise,
When transmitting the QNSC signal generated by the transmission unit to the reception unit via the optical fiber transmission line, the common key used for encryption in the transmission unit is combined with the QNSC signal using a quantum key distribution technique. Delivered to the receiver,
The optically secret communication system, wherein the reception unit is configured to decrypt the received QNSC signal using the common key that is unconditionally and safely shared between the transmission and reception units.
前記共通鍵の配信において、半導体レーザ光源又はフォトダイオードを利用できるホモダイン方式による量子鍵配送技術が使用され、
同一の光ファイバ伝送路システムを用いてQNSC伝送と量子鍵配信とが同時に実現されていることを
特徴とする請求項1に記載の光秘匿通信システム。
In the distribution of the common key, a quantum key distribution technology by a homodyne method that can use a semiconductor laser light source or a photodiode is used,
2. The optically secret communication system according to claim 1, wherein QNSC transmission and quantum key distribution are realized simultaneously using the same optical fiber transmission line system.
量子雑音を用いて光信号の位相および振幅レベルの少なくとも一方をマスキングする量子雑音ストリーム暗号(QNSC)伝送システムを用いた光秘匿通信システムであって、
送信部にて暗号化に用いる共通鍵が、独立した光ファイバ伝送路を介し量子鍵配送技術を用いて受信部へ配信され、
前記受信部において、無条件安全に送受信部間で共有した前記共通鍵を用いて、受信したQNSC信号が復号化されるよう構成されていることを
特徴とする光秘匿通信システム。
An optically secret communication system using a quantum noise stream cipher (QNSC) transmission system that masks at least one of a phase and an amplitude level of an optical signal using quantum noise,
The common key used for encryption in the transmitter is distributed to the receiver using quantum key distribution technology via an independent optical fiber transmission line.
The optically secret communication system, wherein the reception unit is configured to decrypt the received QNSC signal using the common key shared unconditionally between the transmission and reception units.
前記共通鍵は、任意方式の量子鍵配送システムを多段中継して配信され、それにより、鍵配信距離である前記QNSC信号の伝送距離が拡大されていることを特徴とする請求項3に記載の光秘匿通信システム。   The said common key is distributed via the multistage relay of the quantum key distribution system of arbitrary systems, Thereby, the transmission distance of the said QNSC signal which is a key distribution distance is expanded. Optical secret communication system. 前記QNSC伝送システムに用いる変調方式として、光強度変調、光位相変調または直交振幅変調が利用されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光秘匿通信システム。   5. The optically secret communication system according to claim 1, wherein light intensity modulation, light phase modulation, or quadrature amplitude modulation is used as a modulation method used in the QNSC transmission system. 6. 前記QNSC伝送システムにおいて暗号化の対象となるデータ信号の多値度が時間に対して任意に変更され、それにより、暗号化パターンの盗聴が防止されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光秘匿通信システム。


6. The multilevel value of a data signal to be encrypted is arbitrarily changed with respect to time in the QNSC transmission system, thereby preventing an eavesdropping of an encryption pattern. The optically secret communication system according to any one of the above.


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