JP7067338B2 - 通信装置、光伝送装置、光伝送方法、および通信システム - Google Patents
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Description
(1)カウント値nが与えられたときは、その前にnよりも小さいカウント値が与えられていなくても、カウント値nに対応する擬似乱数を生成できる。
(2)カウント値nに対して生成される擬似乱数は、カウント値1~カウント値n-1に対して生成された擬似乱数から予測されることはない。
(1)及び(2)を実現する擬似乱数発生器は、例えば、BBS(Blum-Blum-Shub)生成器により実現される。
I≧E×(AT+AR)
Eは、時計13、16が起動された時刻から待合せ時刻までの経過時間を表す。ATは、送信器11aに実装されている時計13の精度を表し、ARは、受信器12bに実装されている時計16の精度を表す。このように、待合せ時刻が設定される時間間隔Iは、時計13の精度と時計16の精度との和に、時計13、16が起動されたときからの経過時間を乗算することで得られる時間以上である。すなわち、待合せ時刻が設定される時間間隔Iは、時計13、16の誤差に起因して発生する時計13、16間の時刻の差の最大値よりも大きいことが要求される。
k≧E×{1+Max(AT,AR)}×SR×α
Eは、時計13、16が起動された時刻から待合せ時刻までの経過時間を表す。ATは、送信器11aに実装されている時計13の精度を表し、ARは、受信器12bに実装されている時計16の精度を表す。Max(x,y)は、変数xまた変数yのうちの大きい方を出力する関数を表す。SRは、シンボルレートを表す。αは、安全係数を表し、1または1よりも大きい実数である。なお、再設定カウント値kを決定するための条件式において、αは必ずしも必要ではない。
図10は、物理暗号を実現する送信器および受信器の一例を示す。この実施例では、物理暗号は、光信号に雑音を付加することで実現される。
図14は、第1の実施形態に係わる通信システムの一例を示す。第1の実施形態に係わる通信システムは、送信器100および受信器200を備える。
第1の実施形態では、受信器200において残留雑音が検出され、送信器100は、受信器200から通知される残留雑音情報に基づいて暗号雑音を補正する。これに対して、第2の実施形態では、送信器および受信器を備える通信装置内で暗号雑音の補正が行われる。
第1の実施形態では、受信器200において残留雑音が検出され、送信器100は、受信器200から通知される残留雑音情報に基づいて暗号雑音を補正する。これに対して、第3の実施形態では、受信器200において残留雑音が検出され、受信装置200内で補正処理が行われる。
第1または第3の実施形態においては、送信器100において信号に暗号雑音が付加され、受信器200において受信信号から暗号雑音が除去される。したがって、受信器200において、受信信号に付加されている暗号雑音および雑音除去信号のタイミングを互いに一致させることが要求される。第4の実施形態は、このタイミング調整に係わる。
近年、伝送路の状況または光送受信器の特性等に応じて最適な送信パラメータが選択される技術が検討されている。例えば、伝送路の状況に応じて、最適な変調フォーマット、ボーレート、FEC種別などが選択される。
図11~図13に示す例では、送信信号に位相雑音を付加することで物理暗号が実現される。これに対して、第6の実施形態では、図25に示すように、送信信号に振幅雑音を付加することで物理暗号が実現される。この場合、雑音生成部101は、与えられる暗号鍵に応じて振幅雑音を生成する。また、雑音除去信号生成部201は、与えられる暗号鍵に応じて雑音除去信号を生成する。
送信器100と受信器200との間で偏波多重光信号が伝送されるケースでは、偏波の回転に雑音を付加することで物理暗号を実現してもよい。例えば、暗号鍵が4ビットである場合、暗号雑音として図26に示す偏波回転θnoiseが生成される。
図10~図26に示す物理暗号通信が切断されたときは、図4~図7に示す手順で物理暗号通信を再開してもよい。この場合、図21に示す既知パターン信号1は、図5に示す既知パターンXまたは暗号開始予告パターンに相当する。また、図21に示す既知パターン信号2は、図5に示す既知パターンYに相当する。
(付記1)
相手装置との間で通信を行う通信装置であって、
前記相手装置に送信されるシンボルをカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する擬似乱数発生器と、
送信信号および前記擬似乱数発生器により生成される擬似乱数から送信シンボルを生成するシンボル生成部と、
前記シンボル生成部により生成される送信シンボルから変調信号を生成する変調器と、
前記相手装置との間の通信の切断が検出されたときに、予め決められた複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記カウンタに与えるコントローラと、を備え、
前記カウンタは、前記通信装置が前記相手装置との間の通信を再開するときに、前記コントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開する
ことを特徴とする通信装置。
(付記2)
前記カウンタにより新たに生成されるカウント値に対応して前記擬似乱数発生器により生成される擬似乱数は、前記カウンタにより過去に生成されたカウント値に対応して前記擬似乱数発生器により生成された擬似乱数から予測されない
ことを特徴とする付記1に記載の通信装置。
(付記3)
相手装置との間で通信を行う通信装置であって、
前記相手装置から受信するシンボルをカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する擬似乱数発生器と、
前記擬似乱数発生器により生成される擬似乱数を利用して前記相手装置から受信する変調信号から送信信号を再生する信号再生部と、
前記相手装置との間の通信の切断が検出されたときに、予め決められた複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記カウンタに与えるコントローラと、を備え、
前記カウンタは、前記通信装置が前記相手装置との間の通信を再開するときに、前記コントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開する
ことを特徴とする通信装置。
(付記4)
第1の通信装置と第2の通信装置との間で通信を行う通信システムであって、
前記第1の通信装置は、
第1の時計と、
前記第2の通信装置に送信されるシンボルをカウントする第1のカウンタと、
前記第1のカウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する第1の擬似乱数発生器と、
送信信号および前記第1の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数から送信シンボルを生成するシンボル生成部と、
前記シンボル生成部により生成される送信シンボルから変調信号を生成する変調器と、
前記第2の通信装置との間の通信の切断が検出されたときに、前記第1の時計を用いて前記通信の切断が検出された時刻を検出し、予め決められた複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記第1のカウンタに与える第1のコントローラと、を備え、
前記第2の通信装置は、
第2の時計と、
前記第1の通信装置から受信するシンボルをカウントする第2のカウンタと、
前記第2のカウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する第2の擬似乱数発生器と、
前記第2の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数を利用して前記第1の通信装置から受信する変調信号から前記送信信号を再生する信号再生部と、
前記第1の通信装置との間の通信の切断が検出されたときに、前記第2の時計を用いて前記通信の切断が検出された時刻を検出し、前記複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記第2のカウンタに与える第2のコントローラと、を備え、
前記第1のカウンタは、前記第1の通信装置が前記第2の通信装置との間の通信を再開するときに、前記第1のコントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開し、
前記第2のカウンタは、前記第2の通信装置が前記第1の通信装置との間の通信を再開するときに、前記第2のコントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開する
ことを特徴とする通信システム。
(付記5)
前記複数の待合せ時刻は、所定の時間間隔で設定され、
前記第1の時計および前記第2の時計は、同時に起動され、
前記時間間隔は、前記第1の時計の精度と前記第2の時計の精度との和に、前記第1の時計および前記第2の時計が起動されたときからの経過時間を乗算することで得られる時間以上である
ことを特徴とする付記4に記載の通信システム。
(付記6)
前記第1の時計および前記第2の時計は、同時に起動され、
各待合せ時刻に対して割り当てられているカウント値は、前記第1の時計および前記第2の時計が起動されたときから各待合せ時刻までの経過時間と、前記第1の時計の精度と前記第2の時計の精度のうちの低い方の値に1を加算することで得られる値と、前記第1の通信装置から前記第2の通信装置に伝送される信号のシンボルレートとの積以上である
ことを特徴とする付記4に記載の通信システム。
(付記7)
前記第2の通信装置は、前記第1の通信装置と前記第2の通信装置との間の通信の切断を検出したときは、前記通信の切断が検出されたことを前記第1の通信装置に通知し、
前記第1の通信装置は、前記通知により、前記第1の通信装置と前記第2の通信装置との間の通信の切断を検出する
ことを特徴とする付記4に記載の通信システム。
(付記8)
前記第1の通信装置は、前記第1の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数を使用する暗号通信を開始するタイミングを前記第2の通信装置に通知し、
前記第2の通信装置は、前記通知に基づいて、前記第2の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数を使用する暗号通信を開始する
ことを特徴とする付記4に記載の通信システム。
(付記9)
前記シンボル生成部は、送信信号に前記第1の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数に対応する暗号雑音を付加して前記送信シンボルを生成し、
前記信号再生部は、前記第2の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数に対応する雑音除去信号を用いて前記変調信号から前記暗号雑音を除去する
ことを特徴とする付記4に記載の通信システム。
(付記10)
前記第2の通信装置は、前記雑音除去信号を用いて前記変調信号から前記暗号雑音を除去したときの残留雑音を検出する残留雑音検出部をさらに備え、
前記第1の通信装置は、前記残留雑音に基づいて前記送信シンボルを補正する補正部をさらに備える
ことを特徴とする付記9に記載の通信システム。
(付記11)
前記第2の通信装置は、
前記雑音除去信号を用いて前記変調信号から前記暗号雑音を除去したときの残留雑音を検出する残留雑音検出部と、
前記残留雑音に基づいて前記雑音除去信号を補正する補正部と、をさらに備える
ことを特徴とする付記9に記載の通信システム。
(付記12)
相手装置において暗号鍵に対応する暗号雑音が付加された光信号を前記相手装置から受信する受信部と、
前記暗号鍵と同じ暗号鍵に基づいて前記暗号雑音に対応する雑音除去信号を生成する雑音除去信号生成部と、
前記雑音除去信号を用いて前記光信号から前記暗号雑音を除去する雑音除去部と、
前記雑音除去部により暗号雑音が除去された光信号に係わる情報を前記相手装置に通知する通知部と、
を備える光伝送装置。
(付記13)
相手装置において暗号鍵に対応する暗号雑音が付加された光信号を前記相手装置から受信し、
前記暗号鍵と同じ暗号鍵に基づいて前記暗号雑音に対応する雑音除去信号を生成し、
前記雑音除去信号を用いて前記光信号から前記暗号雑音を除去し、
前記暗号雑音が除去された光信号に係わる情報を前記相手装置に通知する
ことを特徴とする光伝送方法。
11a、11b 送信器
12a、12b 受信器
13、16 時計
14、17 カウンタ
15、18 擬似乱数発生器
21、44 コントローラ
23、46 信号断時刻_待合せ時刻テーブル
24、47 待合せ時刻_カウント値テーブル
100 送信器
101 雑音生成部
102 雑音付加部
105 変調器
111 雑音補正部
152、231 暗号鍵ビット長変更部
200 受信器
201 雑音除去信号生成部
205 雑音除去部
211 残留雑音検出部
212 雑音除去信号補正部
221 既知パターン信号検出部
222 タイミング調整部
Claims (7)
- 相手装置との間で通信を行う通信装置であって、
前記相手装置に送信されるシンボルをカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する擬似乱数発生器と、
送信信号および前記擬似乱数発生器により生成される擬似乱数から送信シンボルを生成するシンボル生成部と、
前記シンボル生成部により生成される送信シンボルから変調信号を生成する変調器と、
前記相手装置との間の通信の切断が検出されたときに、予め決められた複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記カウンタに与えるコントローラと、を備え、
前記カウンタは、前記通信装置が前記相手装置との間の通信を再開するときに、前記コントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開する
ことを特徴とする通信装置。 - 相手装置との間で通信を行う通信装置であって、
前記相手装置から受信するシンボルをカウントするカウンタと、
前記カウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する擬似乱数発生器と、
前記擬似乱数発生器により生成される擬似乱数を利用して前記相手装置から受信する変調信号から送信信号を再生する信号再生部と、
前記相手装置との間の通信の切断が検出されたときに、予め決められた複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記カウンタに与えるコントローラと、を備え、
前記カウンタは、前記通信装置が前記相手装置との間の通信を再開するときに、前記コントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開する
ことを特徴とする通信装置。 - 第1の通信装置と第2の通信装置との間で通信を行う通信システムであって、
前記第1の通信装置は、
第1の時計と、
前記第2の通信装置に送信されるシンボルをカウントする第1のカウンタと、
前記第1のカウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する第1の擬似乱数発生器と、
送信信号および前記第1の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数から送信シンボルを生成するシンボル生成部と、
前記シンボル生成部により生成される送信シンボルから変調信号を生成する変調器と、
前記第2の通信装置との間の通信の切断が検出されたときに、前記第1の時計を用いて前記通信の切断が検出された時刻を検出し、予め決められた複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記第1のカウンタに与える第1のコントローラと、を備え、
前記第2の通信装置は、
第2の時計と、
前記第1の通信装置から受信するシンボルをカウントする第2のカウンタと、
前記第2のカウンタのカウント値に対応する擬似乱数を生成する第2の擬似乱数発生器と、
前記第2の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数を利用して前記第1の通信装置から受信する変調信号から前記送信信号を再生する信号再生部と、
前記第1の通信装置との間の通信の切断が検出されたときに、前記第2の時計を用いて前記通信の切断が検出された時刻を検出し、前記複数の待合せ時刻の中から前記通信の切断が検出された時刻に基づいて前記通信を再開する待合せ時刻を選択し、選択した待合せ時刻に対して予め割り当てられているカウント値を取得して前記第2のカウンタに与える第2のコントローラと、を備え、
前記第1のカウンタは、前記第1の通信装置が前記第2の通信装置との間の通信を再開するときに、前記第1のコントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開し、
前記第2のカウンタは、前記第2の通信装置が前記第1の通信装置との間の通信を再開するときに、前記第2のコントローラから与えられたカウント値からカウント動作を再開する
ことを特徴とする通信システム。 - 前記複数の待合せ時刻は、所定の時間間隔で設定され、
前記第1の時計および前記第2の時計は、同時に起動され、
前記時間間隔は、前記第1の時計の精度と前記第2の時計の精度との和に、前記第1の時計および前記第2の時計が起動されたときからの経過時間を乗算することで得られる時間以上である
ことを特徴とする請求項3に記載の通信システム。 - 前記第1の時計および前記第2の時計は、同時に起動され、
各待合せ時刻に対して割り当てられているカウント値は、前記第1の時計および前記第2の時計が起動されたときから各待合せ時刻までの経過時間と、前記第1の時計の精度と前記第2の時計の精度のうちの低い方の値に1を加算することで得られる値と、前記第1の通信装置から前記第2の通信装置に伝送される信号のシンボルレートとの積以上である
ことを特徴とする請求項3に記載の通信システム。 - 前記シンボル生成部は、送信信号に前記第1の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数に対応する暗号雑音を付加して前記送信シンボルを生成し、
前記信号再生部は、前記第2の擬似乱数発生器により生成される擬似乱数に対応する雑音除去信号を用いて前記変調信号から前記暗号雑音を除去する
ことを特徴とする請求項3に記載の通信システム。 - 前記第2の通信装置は、前記雑音除去信号を用いて前記変調信号から前記暗号雑音を除去したときの残留雑音を検出する残留雑音検出部をさらに備え、
前記第1の通信装置は、前記残留雑音に基づいて前記送信シンボルを補正する補正部をさらに備える
ことを特徴とする請求項6に記載の通信システム。
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