(57)【要約】  本発明はデータの暗号化方法に関し、すべての必要な情報がグローバルスケール変調および復調に基づいたランダムプロセスを介して伝送され、カップルにされた雑音プロセスの共鳴周波数の変調、注入、抽出および復調が行われる方法に関する。
2008511195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秘密キーがカップルにされたランダムプロセスの共鳴周波数に基づいたグローバルスケーリング暗号手法を介して転送され、これらのキーが、メッセージのコード化のために使用される、データをコード化する方法。
【請求項２】
変調、データ転送および復調が技術的な雑音プロセスに基づいて起こる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
定置または可動性のディジタル送信機および受信機が変調、転送、および復調に使用される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
定置または可動性の、内部あるいは外部雑音ソースを備えた商業的に利用可能なコンピュータを変調、転送および復調に使用する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
転送が定置または可動性のアナログ送信機およびアナログ受信機およびそれらから導き出されるものを介して起こる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
転送が医療目的に使用される、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
パスワード、ＰＩＮコードあるいは他のセキュリティ関係用途のリレーのために、転送が使用される、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
情報を変調するための変調機を備えた送信機ユニット、ランダムプロセス中の情報をカップリングするためのカップラー、情報を復調するための復調機を備えた受信機ユニット、ランダムプロセスから情報をデカップリングするためのデカップラーを使用し、データ転送がカップルにされたランダムプロセスを介して起こる、請求項１記載のデータまたは信号をコード化する方法。
【請求項９】
変調および復調として、グローバルスケーリング変調機あるいはグローバルスケーリング復調機が使用される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
雑音あるいは雑音のランダム信号、またはランダム信号生成要素またはプロセスが、カップラーおよびデカップラー、および／または変調機／復調機、好ましくは技術的な雑音、またはランダム信号またはプロセス、たとえば熱雑音または白色雑音、または雑音またはノイズダイオードのようなランダム信号要素として使用される、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
共鳴周波数ｆＲの連分数コード［ｎ０、ｎ１、ｎ２、ｎ３．．．］の少なくとも１つの要素が、たとえば符号の反転によって変調される、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
以下の手続き的なステップを含む、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法：
−  送信機および受信機ユニット（Ｓ、Ｅ）において雑音信号、好ましくは電気的ノイズ信号を生成すること；
−  ＧＳノーダルポイント周波数ｆ０、好ましくはｎ０周波数で走査信号を生成するために雑音信号を走査すること；
−  ＧＳ走査信号を、標準化された、単位のない数値（Ｚ）の形態の走査信号に変換することであって、好ましくは 式 Ｚ≡Ｚ  ｍｏｄ  Ｇ、ここでＧは整数であり、Ｒ  ｍｏｄｕｌｏ  Ｎ  （モジュロ演算子）の残余の組を介して行われ、また測定された雑音のレベルを表わすことができる；
−  Ｌ．オイラーにしたがって、数値シークエンスＺＳおよびＺＥを導き出し、周波数ｆＳおよびｆＥのシーケンスをセットすること；
−  規定された周波数帯内で共鳴周波数ｆＲを決定すること；
−  例えば連分数コード［ｎ０，ｎ１，ｎ２］から要素ｎ２の符号を逆にすることによって、共鳴周波数ｆＲを変調すること；
−  送信機側でインプリメントされた受信機ユニットでの変化をデコーディングし、復調すること。
【請求項１３】
情報を変調するための変調機および搬送波中の情報をカップリングするためのカップラーを備えた送信機ユニット、情報を復調するための復調機およびランダムプロセスから情報をデカップリングするためのデカップラーを備えた受信機ユニットからなる、データあるいは信号をコード化するためのデバイスであって、特には請求項１から１２のいずれか１項記載の方法のためのものであり、カップルにされたランダムプロセスを介して伝達が行われる点に特徴を有するデバイス。
【請求項１４】
変調機と復調機がＧＳ変調機およびＧＳ復調機である、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
送信機ユニットおよび／または受信機ユニットは、雑音またはランダム信号生成ユニット、好ましくは電気的または電子的雑音生成素子、例えば、雑音ダイオードを有する、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１６】
雑音またはランダム信号生成ユニットまたはその信号が、変調機および／またはカップラーの一部である、
【請求項１７】
それがＧＳ走査ユニットを有し、その結果、雑音信号はＧＳ周波数で走査され、ＧＳ−クロックのランダムプロセスを得る、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１８】
走査周波数がＧＳノーダルポイント周波数であり、好ましくは純粋なｎ０周波数である、請求項１７記載のデバイス。
【請求項１９】
それが商業的に利用可能なデバイスを含み、好ましくは定置のコンピュータ、モバイルコンピュータ、例えばラップトップまたは自動車電話である、請求項１３記載のデバイス。
【請求項２０】
受信機ユニットが医療用、治療用、診断用のデバイス、好ましくはペースメーカーを包含する、請求項１３記載のデバイス。
【請求項２１】
情報を変調するための変調機およびランダムプロセスの情報をカップリングするためのカップラーを備えた送信機ユニット、情報を復調するための復調機およびランダムプロセスから情報をデカップリングするためのデカップラーを備えた受信機ユニットからなる、データあるいは信号をコード化するためのデバイスのための情報を変調または復調するための変調機または復調機であって、特には請求項１から１２のいずれか１項記載の方法のためのものであり、変調機または復調機がグローバルスケーリング変調機またはグローバルスケーリング復調機である、変調機または復調機。
【請求項２２】
雑音またはランダム信号をＧＳが変調し、好ましくは２つのカップルにされたランダムプロセスの少なくとも１つのグローバルスケーリング共鳴周波数で行う、コンポーネントまたはユニットである、請求項２１記載の変調機または復調機。
【請求項２３】
雑音またはランダムプロセス、雑音またはランダムプロセス信号、雑音またはランダム信号生成要素の、カップルにされたランダムプロセスを介した有用な信号の無線情報転送への使用。
【請求項２４】
雑音またはランダムプロセス、雑音またはランダムプロセス信号、雑音またはランダム信号生成要素が、ランダムプロセスのカップリングまたはデカップリングに使用され、および／または有用な信号を変調、または復調するために使用される、請求項２３記載のプロセスの使用。
【請求項２５】
携帯電話、または定置またはモバイルコンピュータ、例えばラップトップの雑音またはランダム信号が使用される、請求項２３記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メッセージをエンコードするデバイス、および方法に関する。デバイスと方法はデジタルデータをエンコードするのに好適である。本発明は、情報伝送の多くの領域、例えばテレコミュニケーション、計測学、センサ技術、医療技術、通信工学、バンキングおよび保険システムなどの多くのエリアの中で特に使用することができる。
【０００２】
エンコーディングプロセスは、メッセージの機密性保持、あるいはメッセージの秘密送信のために典型的に使用される。本発明におけるエンコーディングの目的は、送信されるメッセージを、第三者ではなく受信者だけが読むことができる、すなわちデコードすることができるように変換することである。
【０００３】
受信者は、再びメッセージを判読可能にするのに必要かつ十分な、判読可能（解読およびデコードする）にする目的のために、いわゆるキー、すなわち一般に彼および送信者だけが有する情報を使用する。
【０００４】
多数のエンコーディングプロセスはこの目的に関して公知である。デコードする場合、秘密テキストｃが原則としてキーｋを使用して平文ｍから作られ、その結果、エンコーディングに関して以下が当てはまる：
ｃ＝ｆ（ｋ，ｍ）
【０００５】
この関数ｆは可逆的な関数ｆ’を持っていなければならない。その結果、デコーディングに関しては以下が当てはまる：
ｍ＝ｆ’（ｋ，ｃ）
送信者と受信者の間にシェアされた秘密のキーが一般に存在する。
【０００６】
重要な１つのタイプのエンコーディングは対称なエンコーディングとして言及される。ここでは、送信者と受信者の両者が、そして最善のシナリオでは、後者のみが秘密のキーｋを知っている。例えば、ブロック暗号およびフロー暗号は対称なプロセスで知られている。対称なエンコーディングプロセスが非常に強力でも、送信者と受信者の両方が秘密キーを持っている場合にのみそれらは作用し、その結果正確な送信、すなわちキーの変換のために、例えば、郵便による、または電気的な変換が攻撃のポイントを構成する。
【０００７】
さらに、いわゆる非対称のエンコーディングプロセスでは、システムユーザーはそれぞれ個人の（秘密の）キーｄおよびパブリックキーｅを割り付けられる。非対称のエンコーディングアルゴリズムｆは、以下の式に従ってパブリックキーｅを使用して、各平文ｍに対する秘密テキストｃを計算する：
ｃ＝ｆｅ（ｍ）
また、逆関数ｆ’は、再びプライベートキーｄによってこの秘密テキストｃに平文ｍを割り付ける。ここで以下の式が正しいデコーディングに関して当てはめられる：
ｍ’＝ｍ＝ｆｄ（ｆｅ（ｍ））  
【０００８】
いくつかの対称の、しかし特には非対称の両者において、エンコーディングプロセスは数学的なアルゴリズムに基づいており、物理的な効果あるいは特性によって支援されない。例えば、メッセージの物理的に保護された秘密送信は、従来普通だったような、特別のインクなどの使用を含む。近年の秘密メッセージの送信は、数学的なアルゴリズムによってエンコードすることにしばしば基づく。
【０００９】
非対称のエンコーディングプロセスにおいては、いわゆるパブリックキープロセス、いわゆる数学的な一方向関数を使用した、逆変換するのが困難な１または複数の関数を使用した数学的なエンコーディング概念を含む。そのような一方向関数は大きな数で因数分解されなければならない：２つの非常に大きな素数ｐおよびｑの増加は問題とならないが、それらの逆、すなわち得られた数を２つの素数ｐおよびｑへ因数分解することは非常に複雑である。２００３年までに因数分解された最大値は例えば１５５の数字を持っていた。また、２２０デジットの数ｎの因数分解が、本日まで公知の最も優れたプロセスを使用して数千年使用できると評価されていた（前掲書）。その結果、これらのパブリックキープロセスは非常に最近まで比較的安全なものと見られていた。
【００１０】
エンコーディングプロセスはすべて、今やコード化されたメッセージｃをデコードするか、平文ｍおよび／または秘密テキストｃについての知識からキーｋを再計算するか、あるいは直接キーを横取りすることを目的とする攻撃の目標になった。つまり、既知の攻撃は、平文を伴う秘密テキストを横取りすることにより、または対称プロセス中のいくつかの点で交換されなればならないキーを横取りすることを試みる。
【００１１】
その攻撃は典型的には次のカテゴリに分類される：
＊  暗号文のみの攻撃。
攻撃者は、伴う平文あるいは用いられているキーｋを決定するために、いくつかの秘密テキストについての知識を使用する；
＊  既知平文攻撃：
攻撃者はキーｋを決定しようとして、いくつかの既知の平文および伴う秘密テキストを使用する；
＊  選ばれた平文の攻撃：
攻撃者はエンコーディング関数ｆを知っており、確かに彼自身特定の平文をコード化することができるが、キーｋを知らず、ｋを計算することを望んでいる；
＊  選ばれた暗号テキストの攻撃：
攻撃者はデコーディング関数ｆ’を知っており、確かに彼自身秘密のテキストを解読することができるが、キーｋを知らず、ｋを計算することを望んでいる。
【００１２】
今日使用されているすべての非対称のエンコーディングプロセスは、理論的に明らかにすることができる。なぜならそれらはデコーディングの目的のために第三者により使用されることができる数学的な特性に基づいているからである。上記のように、たとえデコーディングが従来のコンピュータあるいはコンピュータネットワークを使用して、たとえば数千年のように非常に長い時間を要するとしても。
【００１３】
最初の提案は、いわゆる量子コンピュータの使用を通じて解読を極限まで加速するために特に行なわれた。この背景の理論的な考えは、情報理論において量子ビット（ｑｕｂｉｔｓ）と呼ばれる量子がいくつかの状態を同時に仮定するので、量子コンピュータが何百万もの計算を同時に実行することができるということである。また、いくつかの状態はl量子ビットを処理しつつ同時に計算される。その結果、大きな数の因数分解またはデコーディングプロセスのプロセスでできるように、数学的なアルゴリズムの転換は何倍も加速することができる。
【００１４】
１９９４年には、Ｓｈｏｒが、最も有名な非対称のエンコーディングプロセスのうちの１つを判読するために、量子コンピュータの上で走る特別の数学的方法（例えばＲＳＡアルゴリズム）が使用することができ、それはもはや安全ではないことを証明することができた。
【００１５】
たとえ例えばＳｈｏｒアルゴリズムを実行することができ、メッセージのデコーディングのために使用することができる強力な量子コンピュータが実際にはまだ存在しなくても、量子コンピュータの将来の使用に対しても、決定的にメッセージ送信の信頼性を向上させる新しいエンコーディングプロセスへの高い需要がある。最初の操作可能な量子コンピュータが実現されたので、これは特に重要である。例えば、７ビットの量子コンピュータは２００１年にＩＢＭアルマデン研究センターで数１５をその一次的因子へブレークダウンするために使用された。
【００１６】
したがって、たとえ絶対的なセキュリティが次の３つの条件を与えられたメッセージ送信で達成されることをＭａｕｂｏｒｇｎｅとＶｅｒｎａｍが１９１７年に既に実証することができたとはいえ、新しい非対称のエンコーディングプロセスあるいは対称なエンコーディングプロセスでの秘密キー交換のための新方式の捜索は、今日の重要なタスクである：
【００１７】
１．  平文ｍの長さに相当するキーｋの長さ。
２．  それぞれのキーｋは絶対的にランダムなキャラクタシーケンスから成る。
３．  それぞれのキーｋは１回使用されるのみで、その上に安全に破壊されなければならない。
【００１８】
これらの法則に基づいた１つのプロセスはワンタイムパッドプロセスである。知られているように、これらの理想的なワンタイムパッドプロセスは理想的なプロセスである。そのセキュリティはさらに理論上証明することができる。
【００１９】
しかしながら、新しいランダムなキーを生成し、かつ送信者と受信者の間でそれを交換するという、送信者および受信者の間の任意のメッセージ送信については、現在、ほとんど実際上不可能である。
【００２０】
いくつかのエリア（例えば銀行）では、短くされたキー（例えばＴＡＮ番号）が使用され、それは各送信の後に無効になる。しかしながら、送信者と受信者の間に永久にこのように生じなければならない新しいキーの交換は、ある条件の下で横取りされるかもしれないし、それによって、セキュリティを害する。
【００２１】
例えば、ワンタイムパッドプロセスでコード化したメッセージはデコーディングが不可能であるか、そうでなければ非常に困難であるので、攻撃者は、キーｋを所有して得ることに特に焦点を当てるだろう。したがって、送信者と受信者の間のキーの生成および交換は、メッセージ伝送プロセス全体の最も重要な点である。そういうわけで、より最近の方法（例えば量子暗号手法）はキーのイーベスドロッピング、すなわち立ち聞きに耐えられる送信のために開発されていた。
【００２２】
量子暗号手法のエリアでは、たとえば、光ファイバーケーブルによって送信された光子の偏光状態が量子暗号手法タスクを行なうのにふさわしいことは知られている。送信者と受信者が偏光された光子を評価するために光ファイバーケーブルによって接続されなければならないので、既知の方法にとっての欠点は、高い技術的な支出、およびメッセージ送信の能力に対する基本的な制限である。量子暗号手法中の特別のプロトコルは、送信者と受信者の間のイーベスドロッピングに耐えられるキー送信と量子機構のために開発されていた。量子暗号手法用のいわゆるＢＢ８４プロトコルが知られている。
【００２３】
量子暗号手法の基礎となる根本概念は、量子の特性、例えば光子の偏光方向およびそれらの重ね合せを巧みに利用することである。量子論は、例えば、垂直に偏光された陽子は、４５度傾けられた偏光格子を５０％の確率で通過し、すなわち光子の５０％は、垂直の格子の後に回転された偏光格子もさらに通過するだろうと主張する。量子のこの特性は以下のように単純化されて、既知のＢＢ８４プロトコルの中で利用される。
【００２４】
送信者で偏光スキーム１（垂直、水平）およびスキーム２（４５度、右、左）をランダムに選択し、通過した光子の偏光方向を測定し、偏光方向を０または１に割り当てる、例えば、スキーム１：垂直＝１、水平＝０および、スキーム２：右１、左＝０。これはゼロと１のランダムの数シークエンスを送信者で生成させる。受信者は、ランダムに変化する２つの検知器を使用して、受信光子用の偏光方向を決定しなければならない。この場合、検知器１はスキーム１に対応する。また、検知器２はスキーム２に対応する。これは、さらに測定された偏光方向に応じて、受信者に０と１のランダムシークエンスを生じさせる。
【００２５】
その後、送信者および受信者が、正常な公衆回線上で光子に対して使用されたスキームに関して互いに通知する。送信者および受信者が様々なスキームを使用したすべての光子、したがって結果は廃棄される。なぜなら、送信者と受信者の両方が互いに独立に、ランダムに選択を行なったからである。これは送信者と受信者で同一の、０と１の数値のシークエンスを残す。万一第三者が送信された光子を横取りすれば、送信者と受信者は、比較の目的のためにランダムにいくつかのものを選ぶ残りのl量子ビットが同一ではないという事実によってこれを認識するだろう。例えば、１４％を越える不完全なl量子ビットが、送信者および受信者（与えられた同一のスキーム）の間で存在する場合、第三者が立ち聞きしたと仮定される。その結果、イーベスドロッピング、すなわち立ち聞きは検知することができる。また、キーが廃棄されなければならない。量子暗号手法のためのデバイスおよび方法は、これらおよび他の同様のプロセスに基づいて開発されている。
【００２６】
ＢＢ８４プロトコルに加えて、外部ソースが転換された光子を送信者と受信者の両方に供給する他のプロトコルプロセスがある。しかしながら、重要な範囲制限はすべてのプロセスについて存続する。
【００２７】
当技術においては、ジェノバとローザンヌの間の６７キロメートル以上のファイバー光ケーブルによる量子暗号の送信が知られていた。他の既知のプロセスは、潜在的な用途を促進する無線中継セグメント、つまり大気を介する送信）の使用を含んでいる。
【００２８】
既知のプロセスに関する問題は、増幅が量子状態を変更するので、l量子ビットを強めることができないということである。したがって、タイ−l量子ビットは、光ファイバーケーブルを介して送信者と受信者の間で一般に送られる。しかしながら、これは送信者と受信者の間の距離を制限し、現在ではほぼ１００ｋｍである。
【００２９】
光ファイバーケーブルあるいは無線中継セグメントに対する非常に高い技術的な支出に加えて、すべての既知の量子暗号プロセスにとっての不都合は、受信者がキーのための情報を含んでいるので、l量子ビットが送信者と受信者の間で交換されなければならないという事実から生じる距離に対する基礎的な制限にある。しかしながら、既知の方法は、もっとも適当な技術的な手段を使用して、非常に大きな距離をわたってキーを送信するのにふさわしくなかった。
【００３０】
古典的量子暗号手法にとって別の不都合は、ランダムのキャラクタシーケンスを識別するために、送信者と受信者の間のスキームを確認すること、および第三者がキーを横取りしたかどうかについての認識の許容誤差割合の決定にある。したがって、量子暗号キー送信に基づいたワンタイムパッドプロセスの使用を通じて、メッセージの耐イーベスドロッピング性の送信の方向へのアプローチは、まだ適当には解決されていなかった。
【００３１】
さらに、量子コンピュータの来たるべき、パブリックキープロセスの非常に速いデコードのための使用は、さらに改良されたエンコーディングプロセスの開発への要求をもたらし、特に、対称なエンコーディングプロセスのための単純で、速く、耐イーベスドロッピング性のキーの交換が求められている。
【００３２】
本発明の目的は、メッセージの送信者とメッセージの受信者の間の、単純で、速く、耐イーベスドロッピング性のキーの交換を、所望の任意の時に行うことができ、たとえば、いわゆるワンタイムパッドプロセスを使用して送信のための最大のセキュリティを提供するためのエンコーディング方法を開発することである。発明の別の目的は、従って、受信者が第三者によるキーの無許可の受信を自動的に認識するということである。
【００３３】
目的は請求項１記載の態様で達成される。
別の目的は、特にＧＳ暗号手法（ＧＳ−グローバルスケーリング）により、メッセージまたはデータ）をエンコードするためのデバイスに関する。
この目的は請求項１３記載の態様で達成される。
【００３４】
ＧＳ同期に基づいて、望まれた任意の長さの秘密の一度だけのキーが、送信者と受信者の間で生成されるかまたは交換される。そこではカップルにされたローカルのランダムプロセスが、たとえばワンタイムパッドプロセスに基づいて、公知のメディアを介してコード化されたメッセージを交換するために適当なキーの生成のために使用される。
有利な実施態様はそれぞれのサブクレームに記述される。
【００３５】
キーｋを使用するための非常に単純な例は、フロー暗号と呼ばれる特別の対称なエンコーディングプロセスに基づいて記述される。
フロー暗号は、平文ｍと同じ長さを持っているキーフローｋの生成により、平文ｍを１字ずつコード化することを含んでいることが知られている。エンコーディングは、ｋからのキーキャラクターと、ｍからの平文の文字を１つずつリンクするような方法で実現される。既知のワンタイムパッドプロセスの、フロー暗号プロトタイプでは、メッセージｍおよびキーｋの両方は、等しい長さを持っているビットのシーケンスとして存在する。
【００３６】
プロセスを実現するために、メッセージｍはビットのシーケンスに変換される。また、キーのｋは秘密であり、送信者および受信者にのみ知られているビットのランダムシークエンスである。エンコーディングｆは、たとえば、平文とキーの対応するビットをともに加えることにより行うことができる。ｍｏｄｕｌｏ  ２  または  ＸＯＲ  （０＋０＝０；  １＋０＝１；  １＋１＝０）
【００３７】
デコーディングは、たとえば、受信者によって、コード化されたメッセージｃと送信者のそれと同一である彼のキーｋ、ｍｏｄｕｌｏ  ２  （ＸＯＲ）を加え、平文ｍに戻すことにより行うことかできる。
ｍ＝ｆ’（ｋ，ｃ）＝ｍｏｄ２  （ｍｏｄ２  （ｋ，ｍ））  
【００３８】
キーｋが単に単一のエンコーディングおよびデコーディングに使用される場合、既知の攻撃はすべてデコーディングを永続的に行うことができない。平文ｍおよび秘密テキストｃの横取りによりキーのｋを計算することができても、完全に新しいキーｋが使用されるので、それは次のメッセージ送信のためのデコーディングには適当でない。
【００３９】
キーの交換は、グローバルスケーリングに基づいて行われる。
グローバルスケーリング（ＧＳ）は、物理的変数、例えば質量、温度、重量、および周波数の周波数分布が、実システムについては対数スケールで不変であることを例証する、導入される物理的な概念である。グローバルスケーリングに関するＥｈｌｅｒｓ−Ｖｅｒｌａｇ出版社のＨａｒｔｍｕｔミュラーの出版物は、この特許出願のために開示内容として本明細書において参照される。
したがって、ＧＳは特に実際のプロセス、特にランダムプロセスに好ましく含まれている物理量を計算するために使用することができる。
【００４０】
式（１）により、任意の実数ｘをその連分数により表わすことができることを我々はオイラーから知っているので、好ましい値は、Ｌ．オイラーによる連分数のブレークダウンによって決定することができる：
【００４１】
【数１】
2008511195.tif 000003
【００４２】
ここの変数ｚはいわゆる部分分子を表わす。その値は、後の周波数分析用のＧＳによって２にセットされる。スケール不変性が対数スケールで生じるので、解析はすべて、ＧＳプロセスでｅに基づく対数変数について行なわれる。これは式（２）を与える。
【００４３】
【数２】
2008511195.tif 000004
【００４４】
それぞれの数値は基礎的な次元の単位に依存する。ＧＳでは、評価される変数は、物理定数ｙ、いわゆる標準ゲージに関して置かれる。しかしながら、これらの定数は規定された精度内において知られているだけである。その結果、これらの定数については上限と下限がある。
【００４５】
これはＧＳのための最も重要な基本式として式（３）を与える。それはφ＝３／２の位相シフトによって展開することができる。しかし、これは発明についての説明には関係がない：
【００４６】
【数３】
2008511195.tif 000005
【００４７】
ｆは連分数用の収束条件であるので、全体の部分分母のための絶対値［ｎ０，ｎ１，ｎ２．．．］は、分子より常に大きくなければならないし、常に３で割り切れる整数である。
【００４８】
式（３）の使用は、ＧＳ連分数方法により、前もって定義した物理的変数（例えば周波数）をブレークダウンすることを可能にし、いわゆる連分数コードへ変換することを可能にする。これはＧＳ連分数ブレークダウンを使用して、周波数ｆ０のための例を介して記述されるだろう。
ＧＳでは、値１．４２５４８６９ｅ２４Ｈｚは周波数の計算のために物理定数ｙとして使用される。
【００４９】
式（３）は、連分数のブレークダウンを得て、かつ部分分母ｎ０、ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４などを計算するために使用される。周波数値は、たとえばウォルフラーツハウゼンの、Ｉｎｓｔｉｔｕｔ  ｆｕｒ  Ｒａｕｍ−Ｅｎｅｒｇｉｅ−Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ有限会社からのＧＳＣ３０００の専門ツールを備えた式（３）に基づく連分数を使用して、計算され、周波数ｆ０＝２０３２Ｈｚの場合について図１に示される。２０３２Ｈｚの周波数はいわゆる連分数コード［−４８；９０８６］に相当する。周波数として使用された一定値ｙの制限値に依存して、部分分母ｎ０＝−４８、部分分母ｎ１＝９０８６あるいはｎ１＝９０３６である。
【００５０】
この場合（ｎ１＝９０８６）、部分分母ｎ１が大きく、したがってｎ１の全商が微小に小さいので、周波数２０３２Ｈｚは値ｎ０（ｎ０＝−４８）の近くに位置し、いわゆるＧＳノードポイント周波数として指定される。他のＧＳノードポイント周波数は、式（３）によって５Ｈｚ、１０１Ｈｚ、４０８０４Ｈｚおよび１６４６１ｋＨｚである。
【００５１】
情報（例えばデータ、信号）を処理するためのデバイスは、カップルにされたランダムプロセスを分析し操作するための送信機Ｓ、および受信機Ｅから成る。デバイスと方法は情報媒体として、カップルにされたランダムプロセス、特にはカップルにされた雑音プロセス、を利用する。
【００５２】
本発明の方法、デバイスおよびモジュールまたはユニットを形成するかさらに発展させる多くの方法がある。この目的のために、独立項および従属項が参照され、また図面に示された好ましい典型的な例示的な実施態様の記述が参照される。
【００５３】
Ｓ．Ｓｈｎｏｌｌによれば、後者が同期して等時性的に実行される場合、ランダムプロセスの連結される影響は多かれ少なかれ発生する。つまり、物理的に測定された値の周波数分布は、ランダムプロセスにおいて同時に行なわれた測定の間に同一の微細構造を示す。いくつかの同時にインプリメントされたランダムプロセスの測定値の、（平滑化されていない）ヒストグラムによって示されたパターンは、一致するかあるいは類似している。
平滑化されていないヒストグラムの表現も、グローバルスケーリング中のヒストグラムの微細構造として参照される。
【００５４】
高度の微細構造相関性は、さらに、根本的なランダムプロセス用のヒストグラムがより小さいスケールにおいて非常に類似しているという事実から明白である。これは平均、分散などの統計変数が一致するだけではなく、それぞれのヒストグラムにおける特定の測定値の周波数も非常にしばしば一致することを意味する。しかしながら、この相関性はＧＳによる平滑化されていないヒストグラムのためにのみ解析される。
【００５５】
ヒストグラムの微細構造に関しての類似性、時間進行に関しての類似性あるいは２つのランダムプロセスの時間進行中の変化率に関しての類似性は、今ランダムプロセス用の実際の同期性のゲージとして定義される。高度の相関性を備えたランダムプロセスは、カップルにされたランダムプロセスとして下に規定されるだろう。
【００５６】
その発明は、図面に基づいた２つの典型的なパッケージに、より非常に詳しく記述されるだろう。
この場合、
＊  例示的な実施態様Ｉは、量子物理学モデルによって先行技術によって説明することができる、送信機Ｓから受信機Ｅにキーｋを送信し受け取るためのＧＳ理論の知識に基づいたカップルにされたローカルのランダムプロセスの現象を使用する。
＊  例示的な実施態様ＩＩは、外部ソース、例えばグローバル白色雑音の、同時の読み出しのためのＧＳ理論の知識に基づいた、送信機および受信機でカップルにされたローカルのランダムプロセスを使用し、送信機と受信機におけるローカルのランダムプロセスは適切な条件の下で同期する。
【００５７】
典型的なパッケージＩ
送信機Ｓ（１）から受信機Ｅ（２）にキーを送信するために、両方の技術的なターミナルＴおよびＲがランダムプロセスを生成し、これらはＳｈｎｏｌｌおよび前述の定義によるカップルにされたランダムプロセスを規定し、それらは等時性に同期して作動するか走査するようにする。
【００５８】
このプロセスでは、送信機と受信機は、技術的な雑音源を含むか、技術的な雑音源の接続を一方では許し、そして、他方上でリアルタイムの処理ステップ１−８を続いて行なうことができる技術的なターミナルによって実現される。カップルにされたランダムプロセス用の伝送パス５は送信機と受信機の間に位置する。
【００５９】
図３は送信機および受信機ユニットのより詳細な態様を提供する。商業的に利用可能なコンピュータ（例えばラップトップ）は、送信機３、４、６、７および受信機８〜１１のために使用される。これは次のことを意味する。発生３、４、ＧＳ変調６、カップリング７、デカップリング８，およびＧＳ復調９、並びにサウンドカードの雑音プロセスに基づいたカップルにされたランダムプロセスのための送信パス５におけるカップルにされたランダムプロセスの出力信号１１の情報１０は、２台の商業的に利用可能なコンピュータ（送信機１および受信機２）によってさらに表わされるだろう。出願人のＤＥ  １０２００４００８４４４．０を参照。
【００６０】
カップルにされたランダムプロセスによるキーｋの送信は、次のステップ１〜８を有する本発明によって達成されるだろう。ターミナルはここで、商業的に利用可能なコンピュータである。しかしながら、本発明のプロセスは、他のターミナル、他の走査周波数Ｆ０および他のランダムプロセスのためにも使用することができる。
【００６１】
そのプロセスは、任意の技術的に生成され操作可能なランダムプロセスに特に使用することができる。例えば、外部雑音ジェネレータあるいは内部雑音ジェネレータ、半導体要素、プロセッサ、モデムなどに基づいたランダムプロセスに特に使用することができる。
【００６２】
手続き的なステップの部分的なヘッダーの後ろの数は、手続き的なステップが詳細に例証されている図３におけるそれぞれの参照番号を示す。
典型的な実施態様Ｉも、異なる技術的な変形において実現可能であり、２つのプロセス（例Ｉ．ａおよびＩ．ｂ）が詳細に記述される。
【００６３】
典型的な実施態様Ｉ．ａ
典型的な実施態様Ｉ．ａでは、商業的に利用可能なコンピュータ、例えばインテグレーテッドサウンドカードを備えたラップトップは、受信機［ｓｉｃ］１および受信機２として使用される。言いかえれば、カップルにされたランダムプロセス（５）の発生（３、４）および処理（６）は、２つの商業的に利用可能なコンピュータＳ（１）およびＥ（２）によって、サウンドカードの雑音プロセスに基づいて表わされる。
【００６４】
１．  雑音プロセスへのカップリング（３、４）
技術的な雑音プロセスの共有の周波数帯（例えば５Ｈｚから１６．４ＭＨｚまで）に送信機と受信機をチューニングすること。
【００６５】
雑音プロセスを生成するために、例えば、商業的に利用可能なコンピュータあるいはラップトップのサウンドカードを活用することができる。例えば、ここでの雑音周波数バンドは１００Ｈｚと１５ｋＨｚの間である。他の技術的な雑音源としては半導体要素またはコンピュータプロセッサを包含する。技術的な雑音源の典型的な雑音信号は、時間の進行に関して図４に示される。
サウンドカードの雑音信号はソフトウェア（例えばＷｉｎｄｏｗｓコマンド）によってアクセスされる。また、それぞれの雑音のレベルは下流の評価ソフトウェアに供給される。
【００６６】
２．  雑音プロセスを走査し乱数を生成すること（３、４）
さらに雑音プロセスを実行するために、雑音信号は走査され乱数を生成する。
雑音プロセスは、ＧＳノーダルポイント周波数ｆ０で本発明により送信機および受信機で走査され、それによって、乱数ＺのＧＳ時間シーケンスを発生させる。
【００６７】
例えば、１つの、サウンドカードの雑音信号の走査にふさわしいノーダルポイント周波数は、ｆ０＝２０３１．５５Ｈｚでありえる。他のノーダルポイント周波数は式（３）を使用して決定することができる。
【００６８】
これに続きＧＳ走査信号の、単位のない数値（Ｚ）の標準化されたシーケンスへの変換がされ、値Ｎの範囲において必要な場合に、Ｚ≡Ｚ  ｍｏｄｕｌｏ  Ｎ、ここでＮは整数である、により、R modulo N (モジュロ演算子)の残余の組を介して行われる。
【００６９】
これは、送信機Ｔでのランダムな数値シークエンスＺＳ、および受信機Ｒでのランダムな数値シークエンスＺＥに帰着する。走査は、以下の乱数の次のシーケンスを例えば生成する。それは、送信機と受信機のモニターに表示される：
ＺＳ＝｛．．．１０  ２３  ２５００  ２４９  ２８  ３７８  ４０４５６．．．｝  
ＺＥ＝｛．．．４５  ７８９  ４５８１  ４５  ３  ６７８２  ２３６０．．．｝  
【００７０】
しかしながら、送信機と受信機の２つのランダムな数値シークエンスＺＳおよびＺＥは、技術的な手段のインプリメンテーションなしでは一般に、クロノロジカルには同期しない。
【００７１】
両方のランダムプロセスの同期を達成するために、従ってカップリングのために、Ｓｈｎｏｌｌに記述されるように、正確なクロノロジカルな同期性が送信機の中のプロセスおよび受信機の中のプロセスの両方において確立されなければならない。この理由のため、クロノロジカルに同期する方法、つまり常に同時に、雑音プロセスは常に送信機および受信機内で走査されなければならない。
【００７２】
その結果、乱数はクロノロジカルに同期する態様で送信機と受信機で発生する。例えば、同期する走査は、両方のターミナルで外部ラジオ時計によって有効にコントロールをすることにより技術的に実現することができる。同期用刻時機構ジェネレータの精度は、少なくとも走査周波数の１ケタ以上の大きさであるべきである。
【００７３】
ΔｔＴ＝１／ｆ０＝ｔｉ＋１−Ｔｉの期間の同期用刻時機構の中で、これは、たとえば送信機と受信機で次の乱数を生成する。それはさらにソフトウェア技術によってコンピュータスクリーンに表示することができる：
【００７４】
【数４】
2008511195.tif 000006
【００７５】
本発明は、以下のステップ３−８においてさらに下に記述されるだろう、そこではこれらのステップはΔｔＴの走査期間内において、本発明によって実現されなければならない。
【００７６】
例えば、雑音からの最後の乱数が、同じ時ｔｎ−１で送信機および受信機で決定された場合、雑音ＺＥ（ｔｎ）からの現在の乱数が、時ｔｎにおいて受信機で決定される前であっても、処理ステップは送信機側上で行なわれなければならない。したがって、次の式が適用される：
ｔｎ  ＝ｔｎ−１  ＋  ΔｔＴ
【００７７】
２０３１．５５Ｈｚの前述の走査周波数ｆ０では、例はΔｔＴ＝１／ｆ０＝４．９２ｅ−４秒の走査期間に帰着し、処理ステップはそれの内に行なわれなければならない。これは従来のコンピュータで行うことができる。
【００７８】
典型的な実施態様１．ｂ
典型的な実施態様Ｉ．ｂは、コンピュータのタイマー機能を利用し、記述されたステップ１および２を実行するための代案として利用することができる。これは、コンピュータのタイマー機能の時間変動に基づいて、カップルにされたランダムプロセスを生成し処理することができることを意味する。
【００７９】
コンピュータの基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は、ハードウェアとオペレーティングシステム（Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＤＯＳ）の間のインタフェースを実現する。００４０：００００−００４０：００ＦＦの範囲のＢＩＯＳデータは、オペレーティングシステムのコマンドラインを介して直接読出すことができる。ＢＩＯＳは、セグメント００４０中のアドレス００６Ｃに、システムクロックカウンタの３２ビットの値を格納する。
【００８０】
この値は、各タイマーコールでＢＩＯＳの中で毎秒数回増加させられる。この蓄積プロセスの速度（蓄積速度）は、それは物理的な雑音プロセスを生成する、クロノロジカルな変動にさらされる。この雑音プロセスは、既に記述された本発明のステップ１および２によって処理される。
【００８１】
３．  乱数列を導き出すこと（３、４）
仕事が継続するとともに、
（ｆ’（ｘ）＝ｌｉｍ（（ｆ（ｘ＋ｄｘ）−ｆ（ｘ））／ｄｘ）  ｄｘ  −−＞  ０ 
の形式を有する乱数ＺＳおよびＺＥのＧＳ時間シークエンスが、送信機の中で導き出され、およびＬ．オイラーによるように、受信機の中で若干遅く導き出される。ランダムな数値シークエンスＺＳおよびＺＥによって表わされるような非分析的な関数について、オイラーによれば、ｄｘ＝１では、式（４）を与える。
ｆ’（ｘ）＝ｌｉｍ（（ｆ（ｘ＋ｄｘ）−ｆ（ｘ））／ｄｘ）  ｄｘ＝１  （４）
【００８２】
これは、新たなランダムシークエンスｆＴ｛｝とｆＲ｛｝を送信機と受信機において、ＺＳとＺＥからの乱数の変化速度に関して与える。乱数のこれらの変化速度も周波数ｆとして解釈することができる。そこで、ＺＳとＺＥを生成するための走査期間ΔｔＴはタイムスケールを決定する。
【００８３】
図５は、図４による雑音プロセスからの信号ＺＳの微分からの可能な結果ｆＴ｛｝を示す。
例えば、シーケンスＺＳのための式（４）の微分によって、規定された周波数範囲の［ｎ０、ｎ１−１］から［ｎ０、ｎ１＋１］の周波数範囲内において、以下の一連の変化速度あるいは周波数が送信機で得られた：
【００８４】
ｆＴ｛｝＝｛．．．１８８３．９３（ｔｋ＋０），１８８５．１５（ｔｋ＋１），１８８９．８７（ｔｋ＋２），１８８５．５１（ｔｋ＋３）．．．｝
【００８５】
周波数値ｆＲ｛｝の同様のシーケンスでは、同じく規定された周波数範囲内で受信機について計算される。
【００８６】
４．  ＧＳ周波数の探索（３、４）
周波数値ｆＴ｛｝およびｆＲ｛｝のシーケンスでは、構造［ｎ０、ｎ１、ｎ２］のＧＳ連分数コードによって表わすことができる、グローバルスケーリング周波数を見つける試みがなされる。
【００８７】
これは、式（３）により送信機でシーケンスｆＴ｛｝からのそれぞれ決定された周波数の連分数分析を行ない、付随する部分分母ｎ０、ｎ１、ｎ２などを決定することにより実現される。
【００８８】
例えば、周波数ｆＲ＝１８８９．８９ＨｚはシーケンスｆＴ｛｝の中で発見される。その構造［ｎ０、ｎ１、ｎ２］の連分数コードが、規定された［−４８，−２６］から［−４８，−２８］の周波数帯内に存在する。すなわち、１８８１．１３Ｈｚ（連分数コード：［−４８，−２６］から、１８９１．５０Ｈｚ（連分数コード：［−４８，−２８］）まで。  ｆＲ＝１８８９．８７Ｈｚの連分数コードは［−４８，−２７，−３］に等しい。
部分分母ｎ２はこの例において−３に等しい。
【００８９】
同じ周波数ｆＲは、周波数帯内の送信機および受信機でＧＳの後にここで発見される。つまり、オリジナルのランダム数値シークエンスＺＳおよびＺＥの両方は、規定された周波数帯で、それらの乱数について１つの共有されるＧＳ変化割合を持っている。
後のものは、乱数シークエンスＺＳおよびＺＥの両方のための共鳴周波数ｆＲとして、下記中で参照されるだろう。
【００９０】
５．  送信機側でのＧＳ変調（６）
ＧＳ変調が送信機で起こる方法のうちの１つは、例えば、ｎ２の符号を逆にすることによって、部分分母ｎ２を変更することである。これは送信機側での次の新しい連分数コード［ｎ０、ｎ１、−ｎ２］に帰着し、式（３）の逆算は新しい周波数ｆＲ’を生成する。例においては、ｆＲ＝１８８９．８７Ｈｚに属するＧＳ連分数［−４８，−２７，−３］は、［−４８，−２７，＋３］に変化される。つまり、部分分母ｎ２＝−３は符号を逆にすることによりｎ’２＝＋３にセットされる。式（３）の適用を逆にすることによって、これは新しい周波数ｆＲ’＝１８８２．９７Ｈｚを与える。
【００９１】
この周波数ｆＲ’はさらに乱数の変化速度を数学的に表わす。また、式（４）からのＬ．オイラーによる微分を逆にすることは、送信機中でそれに基づいた新しい乱数Ｚ’Ｓ（ｔｎ）の計算に帰着する。それは送信機で、時ｔｎで雑音プロセスへカップリングされるだろう。
【００９２】
走査期間ΔｔＳ内のすべての手続き的なステップが実行された。新しい乱数が雑音プロセスによって送信機か受信機で生成される前にさえ、操作された乱数Ｚ’Ｓ（ｔｎ）は、送信機側で計算される。
【００９３】
式（４）の微分が明白な確定的過程を表わすので、式（４）は逆にすることができる。
この理由で、式（３）も可逆的である。
例において、新しい乱数Ｚ’Ｓ（ｔｎ）が得られた。また、乱数の次のシリーズは時ｔｎで存在する：
【００９４】
【数５】
2008511195.tif 000007
【００９５】
６．  新しく計算された雑音値をカップリングするかあるいは物理的に生成すること（７）
新しく計算された乱数Ｚ’Ｓ（ｔｎ）は、次元を有する雑音のレベル値に変換され、走査期間内のランダムプロセスへカップリングされた。雑音のレベル値を乱数に変換するプロセスが前の手続き的なステップから可逆的であると分かったので、この転換は可能である。
【００９６】
サウンドカードの雑音を介して乱数を生成するための例において、新しい乱数Ｚ’Ｓ（ｔｎ）＝１９２）は、送信機側の雑音値およびサウンドカードを介する物理的出力に変換される。  Ｚ’Ｓ（ｔｎ）にこのように属する雑音のレベル値のカップリングの結果、雑音は送信機側で変調された。
【００９７】
７．  受信機側でデカップリングするか復調すること（８、９）
送信機と受信機のランダムプロセスがＧＳノーダルポイント周波数によって同期させられ、クロノロジカルな同期によってともにカップリングされ、まさに特定の同一の共鳴周波数あるいは変化速度を示すので、雑音プロセスは受信機側でも変化される。両方のランダムプロセスの共鳴周波数が周波数ｆＲの量子に対応するので、それらは特に転換された量子状態によって物理的に相互に連結する。
時ｔｎでは、受信機の中の雑音信号はｆ０で走査することによってデカップリングされ、送信機側と同じ手続きにより乱数へ変換した。
【００９８】
送信機内に供給された乱数（例では、Ｚ’Ｅ（ｔｎ）＝１９２）が、高い確率で走査時間ポイントｆ０で受信機側に生ずる。しかしＬ．オイラー（式（４））によるＺＥシーケンスのに引き続く微分の間、受信機で、定義された共鳴周波数ｆＲ’を引き起こす乱数Ｚ’Ｅ（ｔｎ）が少なくとも現われる。
どのように送信機側で操作されたこの共鳴周波数ｆＲ’が、受信機側で見つかりデコードされるかが、さらに以下に記述されるだろう。
【００９９】
本発明によれば、すでに送信機と調和した［ｎ０、ｎ１−１］から［ｎ０、ｎ１＋１］の周波数帯を、新しく決定された乱数Ｚ’Ｅ（ｔｎ）、ＧＳ分析での周波数帯内のすべての存在する周波数について受信機が分析し、また連分数コード［ｎ０、ｎ１、−ｎ２］が存在する明白な周波数ｆ’Ｒを決定する。
部分分母ｎ２はこの周波数ｆ’Ｒのために決定される。
【０１００】
例えば、周波数帯内で受け取られた最後の乱数は送信機の１８８１．１３Ｈｚ（連分数コード：［−４８，−２６］）から１８９１．５０Ｈｚ（連分数コード：［−４８，−２８］）に一致し、シーケンスｆＥ｛｝が、共有の周波数ｆ’Ｒ＝１８８２．９６９Ｈｚ、その構造連分数コード［ｎ０、ｎ１、ｎ２］が存在する、を見つけるための基礎として使用される。
ｆ’Ｒ＝１８８２．９６９Ｈｚの連分数コードは［−４８，−２６，＋３］に等しい。
したがって、部分分母ｎ２は＋３である。
【０１０１】
８．  伝達情報のデコーディング（１０）
決定した連分数コードをＧＳによって決定されたコードと比較することによって、受信機は今ｎ２値が送信機側で操作されたかどうかを認識することができる。
例えば、ｎ２のための予期されたサインは、ちょうど走査期間ΔｔＳ、ｎ０およびｎ１の組合せからＧＳの後に計算することができる。なぜなら、ランダムプロセスの予期されたグローバルスケーリング共鳴ｆＲが存在しなければならない周波数帯を、ｎ０とｎ１が明白にセットするからである。
【０１０２】
例では、ΔｔＳ＝４．９２ｅ−４秒、ｎ０＝−４８およびｎ１＝−２７、連分数コード［−４８，−２７，−ｎ２］を有する周波数ｆＲが受信機側で期待される。それは、さらに受信機側で送信機において変調されていない場合に比べて正確である。
【０１０３】
しかしながら、記述された変調の例では、送信機に一致する周波数帯内のすべての周波数の分析は、受信機の中で周波数ｆ’Ｒ＝１８８２．９６９Ｈｚのみを与え、それについては構造連分数コード［ｎ０，ｎ１，ｎ２］が存在する。そしてｆ’Ｒ＝１８８２．９６９Ｈｚの連分数コードは［−４８，−２６，＋３］と等しかった。
したがって、部分分母ｎ２は＋３であった。
【０１０４】
しかしながら、−３のｎ２値が、受信機側で期待されるので、受信機は共鳴周波数ｆＲに対するｎ２値が送信機側で変調されたことを認識した。その結果、受信機は操作が送信機側で行われた場合に認識する。
【０１０５】
本発明によれば、操作は、ビット値１で送信機側からエンコードされ、非操作はビット値０でエンコードされる。
従って、情報の１ビットは、共有の共鳴周波数ｆＲのＧＳ変調およびＧＳ復調によって、根本的なカップルされた雑音プロセス経由で、送信機と受信機の間で転送された。
したがって、キーｋの１ビットを転送する能力は、送信機Ｓから受信機Ｅまで望まれたいかなる長さのキーの伝達をも可能にする。
【０１０６】
ここで記述されたランダムプロセスによる技術的な転送速度は、手続き的なステップ１−８がどれくらい速く行えるか、また、走査周波数ｆ０によって決定され制限されている。転送速度は例えば他の走査周波数ｆ０の使用により増加させられる場合がある。より速いコンピュータは、連分数値ｎ２（あるいは連分数ｎ３、ｎ４などのより高次の要素）のＧＳ変調を改善し、あるいはいくつかの転送ーチャンネルの並列の使用によってもＧＳ変調を改善する。
【０１０７】
典型的な実施態様ＩＩ
送信機Ｓおよび受信機Ｅは、典型的な実施態様Ｉのステップ１−３により、ローカルのランダムプロセス、例えば半導体要素の熱雑音プロセスとカップルされる。これは再び、新しいランダムシークエンスｆＳ｛｝、およびｆＥ｛｝を与え、これは送信機と受信機のＺＳおよびＺＥからの乱数中の、乱数または変化速度である。乱数のこれらの変化速度も周波数ｆとして解釈することができる、そこでＺＳとＺＥを生成するための走査時間ΔｔＳはタイムスケールを決定する。
【０１０８】
図５は、図４による雑音プロセスから信号のＺＳを導き出すことからの別の可能な結果ｆＳ｛｝を描く。同じく規定された周波数帯内では、固有値ｆＥ｛｝の同様のシーケンスは、ローカルのランダムプロセスに基づいた受信機について計算される。
【０１０９】
例えば、これは、送信機および受信機でほぼ同期するランダムプロセスに帰着し、それは、その下位レベル雑音プロセスの同期変化速度に相当するし、数列として理解することができる。縦座標は周波数値であり、それは数として抽象することができる（図６）。
【０１１０】
適切なしきい値のセットによって、同一の数値シークエンスｆ’Ｓおよびｆ’Ｅは、同期する調和成分、および１０進数またはビットパターンとしての出力から計算することができる（図６を参照）。
【０１１１】
その結果、所望の任意の長さの同一の数値シークエンスも、送信機Ｓおよび受信機Ｅの両方で、この典型的な実施態様中で生成され、それはキーｋとして続いて使用することができる。
【０１１２】
２つの典型的な実施態様に記述された本発明の方法は、送信機および受信機のみが知っているキーを送信機Ｓおよび受信機Ｅの間で交換することが可能であり、その結果、それは対称なエンコーディングに使用することができる。
【０１１３】
キーｋは、受信機の中でｃ＝ｆ（ｋ，ｍ）によってメッセージｍをエンコードすること、および送信機の中のｍ＝ｆ’（ｋ，ｃ）によってデコードするために使用される。その結果、メッセージｍは従来のメディアによって送信機と受信機の間で交換することができるが、まだ判読することができない。それらは、単にキーｋ１が単一の送信に使用され、新しいキーｋ２がそれの後に使用される場合に特に判読不能である。
【０１１４】
例示的な実施態様中のｋのキーの交換は、量子状態の例えば光子の入れ替えの物理モデルとして理解され、それらは同じ物理効果を示すので、受信機は希望の受信機Ｅと同期せず、第三の受信機Ｅ’と同期し、後者とキーを交換するからである。
【０１１５】
例示的な実施態様Ｉ中で、同期は選択された連分数［ｎ０、ｎ１、ｎ２．．．］を特に操作することにより作成され、それは置きかえられた量子状態の操作に数学的に対応し、したがって、気付かれずに横取りすることができない。
【０１１６】
例示的な実施態様ＩＩでは、ローカルのランダムプロセスを読出す場合、同期性が高精度に作成される。読み出しが送信機と受信機で起こる時が正確に同じである場合のみ、ここで「正確性」はアプリケーションと帯域幅に依存して選択することができ、ステップ３の手順により同期をとることができる。
【０１１７】
したがって、正確な読み出しは量子物理測定プロセスを表す。例えば、３つ以上のデバイスが使用される場合、それらは各々正確に雑音プロセスでの同じ時を正確に走査し、それらのうちの２つは同期性を達成するだろう。その後、ユーザが終了を強要するまで、これらのプロセスはキーの生成については同期性を維持したままであろう。
【０１１８】
３番目あるいはさらなる測定プロセスはさらに他の２つと同期することができない。
従って、無許可の第三者が故意に、正確な走査時間を知っているため、送信機と同期するようにすれば、受信機はキーとして使用することができない非同期数値シークエンスを得る。下に記述されたＧＳＫＴ０４プロトコルは送信機と受信機を認識するために使用される。また、同期プロセスは新たに始められなければならない。
その結果、それは直ちに送信機に通知し、新しいキーの交換を始めることができる。
【０１１９】
ＳとＥが共有された、秘密の十分に長いキーのｋを交換する場合、多数のエンコーディングアルゴリズムが利用可能であり、そこでは最も単純な変形は、キーｋおよび平文ｍの間のｍｏｄｕｌｏ  ２  または  ＸＯＲオペレーションである。
【０１２０】
時間ｔ０で一致された点で、キーｋ＝｛１１００１０１１］が送信機と受信機で生成され、メッセージをエンコードするために使用される。例では、文字「Ｅ」、ｍ＝｛Ｅ｝＝｛１０１００１０１｝である。ｆ＝ＸＯＲ（ｋ，ｍ）は秘密メッセージｃ＝｛０１１０１１１０｝を与え、それは受信機で 関数ｆ’＝ＸＯＲ（ｋ，ｃ）でデコードされる。これはオリジナルのメッセージｍ’＝｛Ｅ｝をリストアする。図７参照。参照番号３０はここで暗号化キーである、そして４０は判読するキーである。文字「Ｅ」用の平文３１はＡＳＣＩＩ中で変換されることになっている。エンコードされたテキスト３２は判読され、ＡＳＣＩＩの中の文字の平文４１として再び解釈することができる。
【０１２１】
キーｋでエンコードする追加の可能性は、このキーのＸＯＲをメッセージに使用せずに、関数ｆのためにキーを使用すること、たとえば受信機で逆にすることができるメッセージあるいは他の変換物中のビットあるいはバイトのバイト置換あるいは環状シフトのために使用することを含む。
【０１２２】
送信機と受信機のための同期するキーｋは、両方のデバイスがランダムプロセスを等時性に同期して処理する場合にのみ得られ、両方のデバイスで走査時と走査周波数を知っていなければならない。しかしながら、時に関する最初の合意はある条件において横取りされるかもしれず、第三者がこの正確な時でキーを横取りするか、同時に読出すことを可能にする。
【０１２３】
本発明によれば、したがって、送信機と受信機は、一致されたｉビッドに基づくキー変換の最初において両者に知られており、ｋが同一の場合にｋでエンコードする間は送信機と受信機で同一でなければならない、メッセージｍｃｏｄｅを交換する。
【０１２４】
受信機がキー転送中に送信機で同期するかそうでなかったならば、それは別のランダム数値シークエンスｋ’を有し、それはｋ’として解釈する。しかしながら、ついで転送されことにより変換された秘密メッセージｍｃｏｄｅのデコードは、一致した平文ｍｃｏｄｅ（つまりｍｃｏｄｅ＜＞ｆ）（ｋ’およびＣｃｏｄｅ）を与えない。その結果、受信機が従来の通話チャンネルを介して、妨害された同期に関して送信機に通知する。受信機が一致した平文ｍｃｏｄｅを受け取るまで、送信機と受信機は同期してキーを生成するためにもう一度試みる。その結果、キーのｋは送信機と受信機の間で同期し、第三者によってもはや横取りすることができない。
【０１２５】
キーｋの発生は、ちょうどメッセージ転送の前に、あるいはそのメッセージ転送中に、あるいは両者に既知の他の時でも起こることができる。
【０１２６】
ｋでエンコードされたメッセージ転送の終わりに、同期するキー生成のための次の正確な時が転送される。その結果、送信機および受信機だけが、次のキー生成の正確な座標を知り、外部からの同期の可能性を低減することができる。そうでなければ、送信機と受信機が既知で同意された平文ｍｃｏｄｅを交換するまで、キーの交換は前述の手続き的なステップによって繰り返されなければならない。その結果、両方のためのキーｋは同一となる。
【０１２７】
第三者がキーｋを受け取る場合、それは送信機の同期するキーを得たと信じられる。もはや逆にすることができない量子物理学モデルによる測定プロセスを依然として表わすものを受信するからである。結果として、前述の方法は、さらに最初の、したがって重要な、キー生成プロセスの始めを実現するのにふさわしい。たとえ無認可の団体が同期のための正確な時を知ったとしても、それは正確に同じ時で、正確に同じ周波数［ｎ０、ｎ１、ｎ２、．．．］で起こり、それは起こりそうもない。そのような無認可の団体がキーを受け取れば、受信機は上記のコード伝達法によってそれを認識する。また、キーの交換は新たに始まる。キー生成のための次の正確な時は判読され転送される。その結果、傍受はもはや可能ではない。
【０１２８】
キー交換のセキュリティを改善するために、ＧＳＫＴ０４プロトコルは定義される。その中で送信機は、規定されたサイクル時間の後に、例えば送信機の名において、定義された平文ｍｃｏｄｅ１を周期的に発送する。これはそのキーでデコードした後に受信機で平文として発生しなければならず、正確なキーｋでデコードするセキュリティを受信機に与える。ＧＳ同期によって同じキーｋを得る単一の送信者／送信機ペアは唯一単独であることができるので、平文ｍｃｏｄｅ１＝ｆ’（ｋ，ｃ）は短いサイクル時間で適切に認識され、送信機および受信機が同じキーを使用し続けることができ、また、従って、第三者はこのキーを持つことができず、物理的な見地からのメッセージをデコードすることができないことが保証される。
【０１２９】
別のアプローチは送信機と受信機の間の選択されたｊビットを直接比較することである。誤り率が定義済みの値を超過する場合、全キーが廃棄される。
その結果、現在公知のプロセスを使用して、物理的に具体化された、完全に無線の、ケーブルを使用しない、デコード不可能なメッセージ送信を行なうことができる。
【０１３０】
送信機と受信機間の秘密の、使い捨てのキーの生成は、ＧＳコミュニケーションに基づいた効果を介して実現される。また、有益な情報は従来の手段によってメッセージとして次に送信されるが、秘密キーｋでエンコードされる。それは一度だけ使用され、デコードを不可能か、ほとんど不可能にする。
【０１３１】
例えば、２つの商業的に利用可能なラップトップだけのための典型的な実施態様に記述されたような、キー伝達、そして従ってエンコーディングに含まれる低い支出は、メッセージおよびしたがって広い範囲の用途、たとえば産業および銀行などでの効率的なコーディングを可能とする。
【０１３２】
長いキーの不都合を回避するために、キーが、ちょうどワンタイムパッドの中のメッセージと同じ長さでなければならないので、方法もたとえばブロック暗号のために拡張し利用することができる。
【０１３３】
したがって、方法は既知で最先端技術の量子暗号方法に対して利益を有し、さらにまた送信機と受信機の間にケーブルを設けることなく（つまり光ファイバー接続なしで）行うことができるという利点も提供する。キーの交換がカップルにされたランダムプロセス、例えばグローバルバックグラウンドノイズと、ローカルの熱雑音プロセスのカップリングによって起こるからである。
【０１３４】
カップルされたランダムプロセスによるバックグラウンドノイズによる転送も、量子物理モデル、特に量子の転位で説明することができ、これらの結果を利用するか、同じ現象を示すので、第三者によるどんなイーベスドロッピング、立ち聞きも検知することができる。これがキーを変更し、ＧＳＫＴ０４プロトコルによっていつでも確認することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１は周波数のＧＳ分析用のＧＳＣ  ３０００ツールを示す図である。
【図２】図２はデータ伝送スキームを示す図である。
【図３】図３は送信機および受信機ユニットを示す図である。
【図４】図４は半導体要素の背景雑音を示す図である。
【図５】図５は背景雑音の調和成分を示す図である。
【図６】図６は送信機（上部のセル）および受信機（上部のセル）の背景雑音の同期した調和成分を示す図である。
【図７】図７はエンコードされたメッセージ（例えば文字「Ｅ」）の送信を示す図である。
【図１】
2008511195.tif 000008
【図２】
2008511195.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月18日(2007.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秘密キーがカップルにされたランダムプロセスの共鳴周波数に基づいたグローバルスケーリング暗号手法を介して転送され、これらのキーが、メッセージのコード化のために使用される、データをコード化する方法。
【請求項２】
変調、データ転送および復調が技術的な雑音プロセスに基づいて起こる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
定置または可動性のディジタル送信機および受信機が変調、転送、および復調に使用される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
定置または可動性の、内部あるいは外部雑音ソースを備えた商業的に利用可能なコンピュータを変調、転送および復調に使用する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
転送が定置または可動性のアナログ送信機およびアナログ受信機およびそれらから導き出されるものを介して起こる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
転送が医療目的に使用される、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
パスワード、ＰＩＮコードあるいは他のセキュリティ関係用途のリレーのために、転送が使用される、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
情報を変調するための変調機を備えた送信機ユニット、ランダムプロセス中の情報をカップリングするためのカップラー、情報を復調するための復調機を備えた受信機ユニット、ランダムプロセスから情報をデカップリングするためのデカップラーを使用し、データ転送がカップルにされたランダムプロセスを介して起こる、請求項１記載のデータまたは信号をコード化する方法。
【請求項９】
変調および復調として、グローバルスケーリング変調機あるいはグローバルスケーリング復調機が使用される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
雑音あるいは雑音のランダム信号、またはランダム信号生成要素またはプロセスが、カップラーおよびデカップラー、および／または変調機／復調機、好ましくは技術的な雑音、またはランダム信号またはプロセス、たとえば熱雑音または白色雑音、または雑音またはノイズダイオードのようなランダム信号要素として使用される、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
共鳴周波数ｆＲの連分数コード［ｎ０、ｎ１、ｎ２、ｎ３．．．］の少なくとも１つの要素が、たとえば符号の反転によって変調される、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
以下の手続き的なステップを含む、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法：
−  送信機および受信機ユニット（Ｓ、Ｅ）において雑音信号、好ましくは電気的ノイズ信号を生成すること；
−  ＧＳノーダルポイント周波数ｆ０、好ましくはｎ０周波数で走査信号を生成するために雑音信号を走査すること；
−  ＧＳ走査信号を、標準化された、単位のない数値（Ｚ）の形態の走査信号に変換することであって、好ましくは 式 Ｚ≡Ｚ  ｍｏｄ  Ｇ、ここでＧは整数であり、Ｒ  ｍｏｄｕｌｏ  Ｎ  （モジュロ演算子）の残余の組を介して行われ、また測定された雑音のレベルを表わすことができる；
−  Ｌ．オイラーにしたがって、数値シークエンスＺＳおよびＺＥを導き出し、周波数ｆＳおよびｆＥのシーケンスをセットすること；
−  規定された周波数帯内で共鳴周波数ｆＲを決定すること；
−  例えば連分数コード［ｎ０，ｎ１，ｎ２］から要素ｎ２の符号を逆にすることによって、共鳴周波数ｆＲを変調すること；
−  送信機側でインプリメントされた受信機ユニットでの変化をデコーディングし、復調すること。
【請求項１３】
情報を変調するための変調機および搬送波中の情報をカップリングするためのカップラーを備えた送信機ユニット、情報を復調するための復調機およびランダムプロセスから情報をデカップリングするためのデカップラーを備えた受信機ユニットからなる、データあるいは信号をコード化するためのデバイスであって、特には請求項１から１２のいずれか１項記載の方法のためのものであり、カップルにされたランダムプロセスを介して伝達が行われる点に特徴を有するデバイス。
【請求項１４】
変調機と復調機がＧＳ変調機およびＧＳ復調機である、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
送信機ユニットおよび／または受信機ユニットは、雑音またはランダム信号生成ユニット、好ましくは電気的または電子的雑音生成素子、例えば、雑音ダイオードを有する、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１６】
雑音またはランダム信号生成ユニットまたはその信号が、変調機および／またはカップラーの一部である、
【請求項１７】
それがＧＳ走査ユニットを有し、その結果、雑音信号はＧＳ周波数で走査され、ＧＳ−クロックのランダムプロセスを得る、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１８】
走査周波数がＧＳノーダルポイント周波数であり、好ましくは純粋なｎ０周波数である、請求項１７記載のデバイス。
【請求項１９】
それが商業的に利用可能なデバイスを含み、好ましくは定置のコンピュータ、モバイルコンピュータ、例えばラップトップまたは自動車電話である、請求項１３記載のデバイス。
【請求項２０】
受信機ユニットが医療用、治療用、診断用のデバイス、好ましくはペースメーカーを包含する、請求項１３記載のデバイス。
【請求項２１】
情報を変調するための変調機およびランダムプロセスの情報をカップリングするためのカップラーを備えた送信機ユニット、情報を復調するための復調機およびランダムプロセスから情報をデカップリングするためのデカップラーを備えた受信機ユニットからなる、データあるいは信号をコード化するためのデバイスのための情報を変調または復調するための変調機または復調機であって、特には請求項１から１２のいずれか１項記載の方法のためのものであり、変調機または復調機がグローバルスケーリング変調機またはグローバルスケーリング復調機である、変調機または復調機。
【請求項２２】
雑音またはランダム信号をＧＳが変調し、好ましくは２つのカップルにされたランダムプロセスの少なくとも１つのグローバルスケーリング共鳴周波数で行う、コンポーネントまたはユニットである、請求項２１記載の変調機または復調機。
【請求項２３】
カップルにされたランダムプロセスを介した請求項１から１２のいずれか１項記載のデータをコード化する方法に基づいた、雑音またはランダムプロセス、雑音またはランダムプロセス信号、雑音またはランダム信号生成要素の、カップルにされたランダムプロセスを介した有用な信号の無線情報転送への使用であって、雑音またはランダムプロセス、雑音またはランダムプロセス信号、雑音またはランダム信号生成要素が、ランダムプロセスのカップリングまたはデカップリングに使用される、使用。
【請求項２４】
携帯電話、または定置またはモバイルコンピュータ、例えばラップトップの雑音またはランダム信号が使用される、請求項２３記載の使用。
【国際調査報告】
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