(57)【要約】【課題】盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させて秘匿性の高いデータ通信装置を提供する。【解決手段】変調部１１２ａにおいて、分岐部１１４は、光源１１３から出力された光波２０を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路１１７および第２の光路１１８に、それぞれの分岐光を出力する。光変調部１１６は、第１の光路１１７および第２の光路１１８の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波を、多値信号１３で変調する。干渉部１１９は、第１の光路１１７および第２の光路１１８から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を変調信号１４として出力する。【選択図】図６
2007243929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調部とを備え、
前記変調部は、
光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐部と、
前記第１の光路および前記第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波を、前記多値信号で変調する光変調部と、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を前記変調信号として出力する干渉部とを含むことを特徴とする、データ送信装置。
【請求項２】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調部とを備え、
前記変調部は、
光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐部と、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を合成波として出力する干渉部と、
前記干渉部から出力された合成波を、前記多値信号で変調する光変調部とを含むことを特徴とする、データ送信装置。
【請求項３】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調部とを備え、
前記変調部は、
光源から出力された光波を前記多値信号で変調する光変調部と、
前記光変調部の出力を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれ分岐光を出力する分岐部と、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させて、当該干渉させた光波を前記変調信号として出力する干渉部とを含むことを特徴とする、データ送信装置。
【請求項４】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調部とを備え、
前記変調部は、
光源から出力された光波の伝播経路中に配置された光透過部と、
前記光透過部から出力された光波を前記多値信号で変調する光変調部とを含み、
前記光透過部は、
光源から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第１の透過反射部と、
前記第１の透過反射部から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第２の透過反射部と、
前記第１の透過反射部および第２の透過反射部の間に配置された所定の光路長を有する光路とで構成されることを特徴とする、データ送信装置。
【請求項５】
前記第１の光路と第２の光路との光路長差は、前記変調部に入力される光波のコヒーレント長以上であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
前記第１の光路と第２の光路との光路長差は、少なくとも一方の光路中に配置された遅延部で生成されることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項７】
前記干渉部は、
前記第１の光路および第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波の振幅を減衰させる振幅調整部と、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を合成する合成部とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項８】
前記干渉部は、
前記第１の光路および第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波の偏光状態を調整する偏光調整部と、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を合成する合成部とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項９】
前記振幅調整部は、外部から入力される制御信号に基づいて、入力される光波の減衰量を可変することを特徴とする、請求項７に記載のデータ送信装置。
【請求項１０】
前記偏光調整部は、外部から入力される制御信号に基づいて、入力される光波の偏向状態を可変することを特徴とする、請求項８に記載のデータ送信装置。
【請求項１１】
前記所定の光路長を有する光路の光路長は、前記光源から出力された光波のコヒーレント長の少なくとも０．５倍以上であることを特徴とする、請求項４に記載のデータ送信装置。
【請求項１２】
前記変調部は、
前記干渉部あるいは前記光変調部の少なくとも一方から出力される光波に含まれる干渉雑音量に基いて、前記干渉部における合波比率を帰還制御する干渉制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載のデータ送信装置。
【請求項１３】
前記干渉制御部は、
入力される光波を光電気変換し、干渉雑音を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基いて、前記干渉部に制御信号を出力する制御部とで構成されることを特徴とする、請求項１２に記載のデータ送信装置。
【請求項１４】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信方法であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調ステップとを備え、
前記変調ステップは、
光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐ステップと、
前記第１の光路および前記第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波を、前記多値信号で変調する光変調ステップと、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を前記変調信号として出力する干渉ステップとを含むことを特徴とする、データ送信方法。
【請求項１５】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信方法であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調ステップとを備え、
前記変調ステップは、
光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐ステップと、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を合成波として出力する干渉ステップと、
前記合成波を、前記多値信号で変調する光変調ステップとを含むことを特徴とする、データ送信方法。
【請求項１６】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信方法であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調ステップとを備え、
前記変調ステップは、
光源から出力された光波を前記多値信号で変調する光変調ステップと、
前記多値信号で変調された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれ分岐光を出力する分岐ステップと、
前記第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させて、当該干渉させた光波を前記変調信号として出力する干渉ステップとを含むことを特徴とする、データ送信方法。
【請求項１７】
所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信方法であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
前記多値符号列と前記情報データとを合成し、前記多値符号列と前記情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、
前記多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調ステップとを備え、
前記変調ステップは、
光源から出力された光波を透過する光透過ステップと、
前記光透過ステップから出力された光波を前記多値信号で変調する光変調ステップとを含み、
前記光透過ステップは、
光源から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第１の透過反射ステップと、
前記第１の透過反射ステップから出力された光波が所定の光路長を有する光路を介して出力され、当該光路から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第２の透過反射ステップとを有することを特徴とする、データ送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ暗号通信を行う装置及び方法に関し、より特定的には、正規の送受信者間で、特定の符号化／復号化（変調／復調）方式を選択・設定してデータ通信を行うデータ送信装置及びデータ送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定者同志でのみ通信を行うためには、送信／受信間で符号化／復号化のための鍵情報を共有し、当該鍵情報に基づいて、伝送すべき情報データ（平文）を数学的に演算／逆演算することにより、秘密通信を実現する構成が採用されている。図１７は、このような構成に基づく、従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図１７において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置９００１とデータ受信装置９００２とが、伝送路９１３によって接続された構成である。データ送信装置９００１は、符号化部９１１と変調部９１２とを備える。データ受信装置９００２は、復調部９１４と復号化部９１５とを備える。
【０００４】
データ送信装置９００１において、符号化部９１１には、情報データ９０と第１の鍵情報９１とが入力される。符号化部９１１は、第１の鍵情報９１に基づいて、情報データ９０を符号化（暗号化）する。変調部９１２は、符号化部９１１で符号化された情報データ９０を所定の変調形式の変調信号９４に変換して、伝送路９１３に送出する。
【０００５】
データ受信装置９００２において、復調部９１４は、伝送路９１３を介して伝送されてきた変調信号９４を、所定の復調方式で復調する。復号化部９１５には、第１の鍵情報９１と同一の第２の鍵情報９６が入力される。復号化部９１５は、この第２の鍵情報９６に基づいて変調信号９４を復号化（暗号解読）して、情報データ９８を出力する。
【０００６】
ここで、盗聴者受信装置９００３を用いて、第三者による盗聴行為を説明する。図１７において、盗聴者受信装置９００３は、盗聴者復調部９１６と盗聴者復号化部９１７とを備える。盗聴者復調部９１６は、伝送路９１３を伝搬する変調信号９４を所定の復調方式で復調する。盗聴者復号化部９１７は、第３の鍵情報９９に基づいて、盗聴者復調部９１６が復調した信号の復号化を試みる。ここで、盗聴者復号化部９１７は、第１の鍵情報９１とは異なる第３の鍵情報９９に基づいて、盗聴者復調部９１６が復調した信号の復号化を試みるため、情報データ９８を正しく再生することができない。すなわち、盗聴者復号化部９１７は、データ送信装置９００１との間で正しい鍵情報を共有していないため、情報データ９８を正しく再生することができない。
【０００７】
このような数学的な演算に基づく数理暗号（又は、計算暗号やソフトウェア暗号とも呼ばれる）技術は、例えば、特許文献１にも記されているように、アクセスシステム等に適用できる。すなわち、１つの光送信器から送出された光信号を光カプラで分岐し、複数の光加入者宅の光受信器にそれぞれ配信するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムでは、各光受信器には、所望の光信号以外の他加入者に向けた信号が入力される。そこで、ＰＯＮシステムでは、加入者毎に異なる鍵情報を用いて、加入者毎に情報データを暗号化することによって、互いの情報の漏洩・盗聴を防ぎ、安全なデータ通信を実現する。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【非特許文献１】石橋啓一郎他訳、「暗号とネットワークセキュリティ：理論と実際」、ピアソン・エデュケーション、２００１年
【非特許文献２】安達真弓他訳、「暗号技術大全」、ソフトバンクパブリッシング、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、数理暗号技術に基づく従来のデータ通信装置では、盗聴者は、たとえ鍵情報を共有しなくとも、暗号文（変調信号又は暗号化された情報データ）に対して、考え得る全ての組み合わせの鍵情報を用いた演算（総当たり攻撃）や、特殊な解析アルゴリズムの適用を試みれば、原理的に暗号解読が可能である。特に、近年の計算機の処理速度向上は目覚ましく、将来的に量子コンピュータ等の新しい原理による計算機が実現されれば、有限の時間内で暗号文を盗聴できるという課題を有していた。
【０００９】
それ故に、本発明の目的は、盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させた秘匿性の高いデータ通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ送信装置は、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列と情報データとを合成し、多値符号列と情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調部とを備える。変調部は、光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐部と、第１の光路および第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波を、多値信号で変調する光変調部と、第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を変調信号として出力する干渉部とを含む。
【００１１】
また、本発明のデータ送信装置は、以下に示すような変調部を備える構成であっても構わない。変調部は、光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐部と、第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を合成波として出力する干渉部と、干渉部から出力された合成波を、多値信号で変調する光変調部とを含む。
【００１２】
また、本発明のデータ送信装置は、以下に示すような変調部を備える構成であっても構わない。変調部は、光源から出力された光波を多値信号で変調する光変調部と、光変調部の出力を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれ分岐光を出力する分岐部と、第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させて、当該干渉させた光波を変調信号として出力する干渉部とを有する。
【００１３】
また、本発明のデータ送信装置は、以下に示すような変調部を備える構成であっても構わない。変調部は、光源から出力された光波の伝播経路中に配置された光透過部と、光透過部から出力された光波を多値信号で変調する光変調部とを含む。光透過部は、光源から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第１の透過反射部と、第１の透過反射部から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第２の透過反射部と、第１の透過反射部および第２の透過反射部の間に配置された所定の光路長を有する光路とで構成される。
【００１４】
好ましくは、第１の光路と第２の光路との光路長差は、変調部に入力される光波のコヒーレント長以上である。あるいは、第１の光路と第２の光路との光路長差は、少なくとも一方の光路中に配置された遅延部で生成されてもよい。
【００１５】
好ましくは、干渉部は、第１の光路および第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波の振幅を減衰させる振幅調整部と、第１の光路および第２の光路から出力される光波を合成する合成部とで構成される。
【００１６】
また、干渉部は、第１の光路および第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波の偏光状態を調整する偏光調整部と、第１の光路および第２の光路から出力される光波を合成する合成部とで構成されてもよい。
【００１７】
好ましくは、振幅調整部は、外部から入力される制御信号に基づいて、入力される光波の減衰量を可変する。偏光調整部は、外部から入力される制御信号に基づいて、入力される光波の偏向状態を可変する。所定の光路長を有する光路の光路長は、光源から出力された光波のコヒーレント長の少なくとも０．５倍以上である。
【００１８】
好ましくは、変調部は、干渉部あるいは光変調部の少なくとも一方から出力される光波に含まれる干渉雑音量に基いて、干渉部における合波比率を帰還制御する干渉制御部をさらに備える。
【００１９】
干渉制御部は、入力される光波を光電気変換し、干渉雑音を検出する検出部と、検出部の検出結果に基いて、干渉部に制御信号を出力する制御部とで構成される。
【００２０】
また、本発明は、所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信方法にも向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ送信方法は、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、多値符号列と情報データとを合成し、多値符号列と情報データとの組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、多値信号に所定の変調処理を施し、変調信号として出力する変調ステップとを備える。ただし、変調ステップは、光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐ステップと、第１の光路および第２の光路の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波を、多値信号で変調する光変調ステップと、第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を変調信号として出力する干渉ステップとを含む。
【００２１】
また、本発明のデータ送信方法は、以下に示すような変調ステップを備えてもよい。変調ステップは、光源から出力された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれの分岐光を出力する分岐ステップと、第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を合成波として出力する干渉ステップと、合成波を、多値信号で変調する光変調ステップとを含む。
【００２２】
また、本発明のデータ送信方法は、以下に示すような変調ステップを備えてもよい。変調ステップは、光源から出力された光波を多値信号で変調する光変調ステップと、多値信号で変調された光波を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路および第２の光路に、それぞれ分岐光を出力する分岐ステップと、第１の光路および第２の光路から出力される光波を互いに干渉させて、当該干渉させた光波を変調信号として出力する干渉ステップとを含む。
【００２３】
また、本発明のデータ送信方法は、以下に示すような変調ステップを備えてもよい。変調ステップは、光源から出力された光波を透過する光透過ステップと、光透過ステップから出力された光波を多値信号で変調する光変調ステップとを含む。光透過ステップは、光源から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第１の透過反射ステップと、第１の透過反射ステップから出力された光波が所定の光路長を有する光路を介して出力され、当該光路から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する第２の透過反射ステップとを有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のデータ送信装置は、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・符号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化する。これにより、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させて、秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。また、長経路および短経路を経由した二つの光波の合成波である変調信号を送出することにより、検波前/検波後において回避する事が困難であり、且つ制御性に優れた雑音を発生させ、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、多値信号の解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成の一例を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１１０１とデータ受信装置１２０１とが、伝送路１１０によって接続された構成である。データ送信装置１１０１は、多値符号化部１１１と変調部１１２とを備える。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと多値処理部１１１ｂとを含む。データ受信装置１２０１は、復調部２１１と多値復号化部２１２とを備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと多値識別部２１２ｂとを含む。伝送路１１０には、ＬＡＮケーブルや同軸ケーブル等の金属路線や、光ファイバケーブル等の光導波路を用いることができる。また、伝送路１１０は、ＬＡＮケーブル等の有線ケーブルに限られず、無線信号を伝搬することが可能な自由空間であってもよい。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るデータ送信装置１１０１の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形を説明する模式図である。図４Ａは、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号波形の呼称を説明する模式図である。図４Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図である。以下に、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置について、図面を用いながらその動作を説明する。
【００２８】
図２を参照して、第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた第１の鍵情報１１に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２を発生する（ステップＳ１０１）。多値処理部１１１ｂには、多値符号列１２と情報データ１０とが入力される。多値処理部１１１ｂは、所定の手順に従って多値符号列１２と情報データ１０とを合成し、多値符号列１２と情報データ１０との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号１３を生成する（ステップＳ１０２）。例えば、多値処理部１１１ｂは、タイムスロットｔ１／ｔ２／ｔ３／ｔ４に対して、多値符号列１２のレベルがＣ１／Ｃ５／Ｃ３／Ｃ４と変化する場合（図３（ｂ）参照）、多値符号列１２のレベルをバイアスレベルとして、多値符号列１２に情報データ１０（図３（ａ）参照）を加算することで、Ｌ１／Ｌ８／Ｌ６／Ｌ４とレベルが変化する多値信号１３（図３（ｃ）参照）を生成する。変調部１１２は、この多値信号１３を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に出力する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
ここで、図４Ａに示すように、情報データ１０の振幅を“情報振幅”と、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”と、多値符号列１２のレベルＣ１／Ｃ２／Ｃ３／Ｃ４／Ｃ５に対応して多値信号１３が取り得るレベルの組（Ｌ１、Ｌ４）／（Ｌ２、Ｌ５）／（Ｌ３、Ｌ６）／（Ｌ４、Ｌ７）／（Ｌ５、Ｌ８）を第１〜第５の“基底”と、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”と、それぞれ呼称する。
【００３０】
復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を復調し、多値信号１５を再生する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第１の鍵情報１１と同一の第２の鍵情報１６を予め共有しており、第２の鍵情報１６に基づいて多値符号列１７を発生する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を閾値として、多値信号１５の識別（２値判定）を行い、情報データ１８を再生する。ここで、変調部１１２と復調部２１１とが、伝送路１１０を介して送受信する所定の変調形式の変調信号１４は、電磁波（電磁界）又は光波を多値信号１３で変調して得られたものである。
【００３１】
なお、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２と情報データ１０との加算処理によって多値信号１３を生成する方法以外にも、いかなる方法を用いて多値信号１３を生成してもよい。例えば、多値処理部１１１ｂは、情報データ１０に基づいて、多値符号列１２のレベルを振幅変調して多値信号１３を生成してもよい。あるいは、多値処理部１１１ｂは、多値信号１３のレベルを予め記憶させたメモリから、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応した多値信号１３のレベルを逐次読み出して、多値信号１３を生成してもよい。
【００３２】
また、図３及び図４Ａでは、多値信号１３のレベルを８段階で表記したが、多値信号１３のレベルはこの表記に限定されるものではない。また、情報振幅を多値信号１３のステップ幅の３倍又は整数倍として表記したが、情報振幅はこの表記に限定されるものではない。さらに、図３及び図４Ａでは、多値符号列１２の各レベルが、多値信号１３の各レベルの略中心になるように配置したが、多値符号列１２の各レベルはこの配置に限定されるものではない。例えば、多値符号列１２の各レベルは、多値信号１３の各レベルの略中心でなくてもよいし、多値信号１３の各レベルに一致するものであってもよい。また、上述した説明では、多値符号列１２と情報データ１０とは、変化レートが互いに等しく、かつ同期関係にあることを前提としたが、一方の変化レートが他方の変化レートよりも高速（又は低速）であってもよいし、また非同期であってもよい。
【００３３】
次に、第三者による変調信号１４の盗聴動作について説明する。盗聴者である第三者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置１２０１に準じた構成又はより高性能なデータ受信装置（以下、盗聴者データ受信装置と記す）を用いて、変調信号１４を解読することが想定される。盗聴者データ受信装置は、変調信号１４を復調することにより多値信号１５を再生する。しかし、盗聴者データ受信装置は、データ送信装置１１０１との間で鍵情報を共有しないため、データ受信装置１２０１のように、鍵情報から多値符号列１７を発生することができない。このため、盗聴者データ受信装置は、多値符号列１７を基準とした多値信号１５の２値判定を行うことができない。
【００３４】
このような場合に考えられる盗聴動作としては、多値信号１５の全レベルに対する識別を同時に行う方法（一般に「総当たり攻撃」と呼ばれる）がある。すなわち、盗聴者データ受信装置は、多値信号１５が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して多値信号１５の判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報又は情報データの抽出を試みる。例えば、盗聴者データ受信装置は、図３に示した、多値符号列１２の各レベルＣ０／Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３／Ｃ４／Ｃ５／Ｃ６を閾値として、多値信号１５に対する多値判定を行うことにより、正しい鍵情報又は情報データの抽出を試みる。
【００３５】
しかしながら、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、この雑音が変調信号１４に重畳されることによって、多値信号１５のレベルは、図４Ｂに示すように時間的・瞬時的に変動する。このような場合、正規受信者（データ受信装置１２０１）が判定する被判定信号（多値信号１５）のＳＮ比は、多値信号１５の情報振幅と雑音量との比によって決まる。これに対して、盗聴者データ受信装置が判定する被判定信号（多値信号１５）のＳＮ比は、多値信号１５のステップ幅と雑音量との比によって決まる。
【００３６】
このため、被判定信号が有する雑音レベルが同一条件下においては、盗聴者データ受信装置の方がデータ受信装置１２０１よりも、被判定信号のＳＮ比が相対的に小さくなり、伝送特性（誤り率）が劣化することになる。すなわち、本発明のデータ通信装置は、この特性を利用することで、第三者の全閾値を用いた総当たり攻撃に対して識別誤りを誘発させて、盗聴を困難にすることができる。特に、データ通信装置は、多値信号１５のステップ幅を、当該雑音振幅（すなわち、雑音強度分布の拡がり）に対して同オーダ、もしくはより小さく設定すれば、第三者による多値判定を事実上不可能にして、理想的な盗聴防止を実現できる。
【００３７】
なお、被判定信号（多値信号１５又は変調信号１４）に重畳される雑音としては、変調信号１４に無線信号等の電磁波を用いた場合は空間場や電子部品等が有する熱雑音（ガウス性雑音）を、光波を用いた場合は熱雑音に加えて光子が発生する際の光子数ゆらぎ（量子雑音）を利用できる。特に、量子雑音を利用した信号には、その記録や複製等の信号処理を行うことができないことから、データ通信装置は、雑音量を基準にして多値信号１５のステップ幅を設定することで、第三者による盗聴を不可能として、データ通信の絶対的な安全性を確保することができる。
【００３８】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化するとき、多値信号の信号点間距離を雑音量に対して、第三者による盗聴が不可能となるように設定する。これにより、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第三者による多値信号の解読・復号化を困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００３９】
なお、多値符号化部１１１は、図５に示すように、多値信号１３の各ステップ幅（Ｓ１〜Ｓ７）を、多値信号１３の各レベルの変動量、すなわち各レベルに重畳されている雑音強度分布に応じて変動させてもよい。具体的には、多値符号化部１１１は、多値識別部２１２ｂに入力する被判定信号の隣り合う２つの信号点間で決まるＳＮ比が略一致するように、多値信号１３の信号点間距離を配分する。また、多値符号化部１１１は、各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、多値信号１３の各ステップ幅を均等に設定する。
【００４０】
一般に、変調部１１２から出力される変調信号１４として、半導体レーザ（ＬＤ）を光源とした光強度変調信号を想定した場合、半導体レーザに入力される多値信号１３のレベルに依存して、変調信号１４の変動幅（雑音量）は変化する。これは、半導体レーザが自然放出光を「種光」とした誘導放出の原理に基づいて発光することに起因しており、半導体レーザが出力する変調信号に含まれる雑音量は、誘導放出光量と自然放出光量との相対比によって定義される。すなわち、半導体レーザの励起率（半導体レーザに注入されるバイアス電流）が高いほど、誘導放出光量の割合が大きくなるため雑音量は小さくなる。逆に、半導体レーザの励起率が低いほど、自然放出光量の割合が大きくなるため雑音量は大きくなる。そこで、図５に示すように、多値符号化部１１１は、多値信号１３のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、多値信号１３のレベルが大きい領域ではステップ幅を小さく非線形に設定することで、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を略均一にできる。
【００４１】
また、変調信号１４として光変調信号を利用した場合でも、上記の自然放出光による雑音や光受信器に用いる熱雑音が十分小さい条件下では、受信信号のＳＮ比は、主にショット雑音によって決定されることになる。このような条件下では、多値信号１３のレベルが大きいほど、多値信号１３に含まれる雑音量も大きくなる。このため、図５の場合とは逆に、多値符号化部１１１は、多値信号１３のレベルが小さい領域ではステップ幅を小さく、多値信号１３のレベルが大きい領域ではステップ幅を大きく設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を略均一に設定できる。これによって、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を均等に与えることができるので、第三者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にすることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成の一例を示すブロック図である。図６において、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１１０２とデータ受信装置１２０１とが、伝送路１１０によって接続された構成である。データ送信装置１１０２は、第１の多値符号発生部１１１ａと、多値処理部１１１ｂと、変調部１１２ａとを備える。データ受信装置１２０１は、復調部２１１と、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂとを備える。
【００４３】
図６に示すように、第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成は、上記第１の実施形態に係るデータ通信装置と比べて、変調部１１２ａの構成が異なる。図６において、変調部１１２ａは、光源１１３と、分岐部１１４と、遅延部１１５と、光変調部１１６と、干渉部１１９とを含む。干渉部１１９は、振幅調整部１２０と合成部１２１とを有する。以下、第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、異なる構成を中心に第２の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
【００４４】
光源１１３から出射された光波２０は、分岐部１１４に入射され、分岐部１１４において、互いに光路長差を有する第１の光路１１７と第２の光路１１８とに分岐される。本実施例においては、分岐部１１４から遅延部１１５を経由して干渉部１１９に至る第１の光路１１７を長経路とし、分岐部１１４から光変調部１１６を経由し干渉部１１９に至る第２の光路１１８を短経路とする。
【００４５】
図７Ａは、本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１１０２の光多重信号波形を説明する模式図である。図７Ａを参照して、分岐部１１４で分岐された光波の内、長経路を経由する光波ａ１は、遅延部１１５で所定の遅延時間Δｔを被った後、干渉部１１９に出射される。他方、分岐部１１４で分岐され短経路を経由する光波ａ２は、光変調部１１６で多値信号１３に基づいて変調された後、光波ｂ２として干渉部１１９に出射される。干渉部１１９に入射された光波の内、長経路を経由した光波ａ１は、振幅調整部１２０で所定の振幅に減衰された後、光波ｂ１として合成部１２１に出射される。合成部１２１において、長経路を経由した光波ｂ１と、短経路を経由した光波ｂ２とが合成され、変調信号１４として伝送路１１０に送出される。
【００４６】
データ受信装置１２０１において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して受信した変調信号１４を復調することにより多値信号１５を再生し、多値復号化部２１２において情報データ１８を再生する。
【００４７】
なお、合成部１２１に入射される２つの光波の位相関係は無相関である事が望ましい。この関係は、本実施例においては、遅延部１１５における光路長を、光源１１３のコヒーレント長（可干渉長）以上とすることで容易に実現できる。
【００４８】
また、短経路および長経路の構成については、上述したように、長経路に遅延部１１５を構成し、短経路に光変調部１１６を構成する方法以外に、長経路に遅延部１１５と光変調部１１６とを構成しても構わない。また、本実施例においては、分岐部１１４における分岐数を２としたが、２よりも大きな分岐数であっても構わない。
【００４９】
図７Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る変調部１１２ａの動作の一例を示すフローチャートである。図７Ｂを参照して、分岐部１１４は、光源１１３から出力された光波２０を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路１１７および第２の光路１１８に、それぞれの分岐光を出力する（ステップＳ１０３１）。光変調部１１６は、第１の光路１１７および第２の光路１１８の内、少なくとも一方の光路を伝播する光波を、多値信号１３で変調する（ステップＳ１０３２）。干渉部１１９は、第１の光路１１７および第２の光路１１８から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を変調信号１４として出力する（ステップＳ１０３３）。
【００５０】
次に、第三者における盗聴動作を説明する。第三者は、長経路および短経路を経由した二つの光波の合成波である変調信号１４の一部、あるいは全てを受光素子で自乗検波し、多値信号を復調する。この際、復調した多値信号には、量子雑音と、二つの光波の干渉雑音とが重畳される。図８は、本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１１０２による重畳雑音を説明する模式図である。
【００５１】
多値信号に重畳される雑音の内、量子雑音は、変調信号に光波を用いる場合に不可避に発生するゆらぎであり、検波後において、電子数のゆらぎ（すなわち、ショット雑音電流）として顕在化する（図８（ａ）参照）。この電子数の分布（すなわち、平均電子数Ｎ）は、式（１）に示すポアソン分布に従うことが知られている。
【数１】
2007243929.tif 000003
【００５２】
また、多値信号に重畳される雑音の内、同一方向に進む無相関の二つの光波（同一波長）の干渉は、検波後において、平均電子数Ｎを中心に２極化した分布を有する干渉雑音として顕在化する（図８（ｂ））。この干渉雑音を平均電子数Ｎで正規化した場合の確率密度関数は、両光波の電界振幅の比をＲとして、式（２）で表される。特に、干渉雑音の振幅分布における２極（換言すれば、平均電子数をＮとした場合に、最も高い頻度で発生する電子数）は、Ｎ（１−２Ｒ）、Ｎ（１＋２Ｒ）で与えられる。このため、２極間の差（Ｎ・４Ｒ）は、平均電子数Ｎおよび両光波の電界振幅比Ｒで定まる。
【数２】
2007243929.tif 000004
【００５３】
すなわち、盗聴者である第三者の検波後の電子数の分布は、干渉雑音により平均電子数Ｎを中心として２極化し、且つ、ショット雑音により各々の尖塔値を中心として裾拡りする分布として顕在化する（図８（ｃ））。この重畳雑音は、量子雑音の不可避性および干渉雑音の分離/除去の困難性により、検波前/検波後において、回避する事は困難である。また、式（２）に示した様に、検波後に顕在化する雑音の分布は、信号光強度に比例する平均電子数Ｎ、および２光波の電界振幅比Ｒに依存する。従って、電界振幅比Ｒを設定する事により、回避困難な雑音の重畳量を自由に設定することができる。なお、この電界振幅比Ｒの設定は、例えば、合成部１２１における２光波の結合比を設定することにより容易に実現できる。
【００５４】
次に、盗聴者である第三者は、「総当たり攻撃」により、復調した多値信号が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して多値信号の同時判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。例えば、盗聴者は、図９に示した、多値符号列のレベルＣ０／Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３／Ｃ４／Ｃ５／Ｃ６を閾値に用いて、多値信号に対する多値判定を行うことにより、多値信号のレベルを同定する。しかし、上述した検波前/検波後で回避する事が困難な雑音が重畳されることにより、図９に示すように、各多値レベルを中心として２極化した雑音が略均等に多値信号に重なる。例えば、多値符号列のレベルＣ３で識別した判定結果には、隣接するＬ４／Ｌ５の多値レベルの可能性に加え、Ｌ３／Ｌ６の多値レベルの可能性を与える事ができる為、盗聴者による多値判定動作における識別誤りの誘発、および判定結果の解析による多値のレベル特定をより一層困難化させて、盗聴を困難にする事ができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、長経路および短経路を経由した二つの光波の合成波である変調信号を送出することにより、検波前/検波後において回避する事が困難であり、且つ制御性に優れた雑音を発生させ、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置１１０３の構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、第３の実施形態に係るデータ送信装置１１０３の構成は、上記第１の実施形態に係るデータ送信装置１１０１と比べて、変調部１１２ｂの構成が異なる。以下、上記第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第３の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
【００５７】
図１０において、変調部１１２ｂは、光源１１３、分岐部１１４、遅延部１１５、光変調部１１６、及び干渉部１１９を含む。干渉部１１９は、振幅調整部１２０と合成部１２１とを有する。変調部１１２ｂにおいて、光源１１３から出射された光波２０は、分岐部１１４に入射され、分岐部１１４において、光路長差を有する第１の光路１１７と第２の光路１１８とに分岐して出射される。本実施例においては、分岐部１１４から遅延部１１５を経由し干渉部１１９に至る第１の光路１１７を長経路とし、分岐部１１４と干渉部１１９を直接接続する第２の光路１１８を短経路とする。
【００５８】
図１１Ａは、本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置１１０３の光多重信号の波長配置を説明する模式図である。図１１Ａを参照して、分岐部１１４で分岐された光波の内、長経路を経由する光波は、遅延部１１５で所定の遅延時間Δｔを被った後、干渉部１１９に出射される。他方、分岐部１１４で分岐され短経路を経由する光波ｂ２は、干渉部１１９に出射される。干渉部１１９に入射された光波の内、長経路を経由した光波は、振幅調整部１２０で所定の振幅に減衰された後、光波ｂ１として合成部１２１に出射される。長経路を経由した光波ｂ１と、短経路を経由した光波ｂ２とは合成部１２１で合成され、光変調部１１６で多値信号１３に基づいて一括して変調された後、変調信号１４（ｃ１＋ｃ２）として伝送路１１０に送出される。
【００５９】
図１１Ｂは、本発明の第３の実施形態に係る変調部１１２ｂの動作の一例を示すフローチャートである。図１１Ｂを参照して、分岐部１１４は、光源１１３から出力された光波２０を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路１１７および第２の光路１１８に、それぞれの分岐光を出力する（ステップＳ１１３１）。干渉部１１９は、第１の光路１１７および第２の光路１１８から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を合成波として出力する（ステップＳ１１３２）。光変調部１１６は、干渉部１１９から出力された合成波を多値信号１３で変調して、変調信号１４として出力する（ステップＳ１１３３）。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、長経路および短経路を経由した二つの光波の合成波を、多値信号で一括して変調することにより、変調信号に含まれる２光波の電界振幅比Ｒを、多値信号の信号ストリームによらず常に一定化する事ができる為、変調信号を復調する際に多値信号に重畳される雑音の管理が容易となる。また、この重畳雑音は、量子雑音の不可避性および干渉雑音の分離/除去の困難性により、検波前/検波後において、回避する事は困難であり、これにより、盗聴者による多値判定動作における識別誤りの誘発、および判定結果の解析による多値レベルの特定をより一層困難化させ、盗聴を困難にする事ができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係わるデータ送信装置１１０４の構成の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、本発明の第４の実施形態に係るデータ送信装置１１０４の構成は、上記第１の実施形態に係るデータ送信装置１１０１と比べて、変調部１１２ｃの構成が異なる。以下、上記第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第４の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
【００６２】
図１２において、変調部１１２ｃは、光源１１３、分岐部１１４、遅延部１１５、光変調部１１６、及び干渉部１１９を含む。干渉部１１９は、振幅調整部１２０と合成部１２１とを有する。変調部１１２ｃにおいて、光源１１３から出射された光波２０は、光変調部１１６に入射され、光変調部１１６で多値信号１３に基づいて変調された後、分岐部１１４において、光路長差を有する第１の光路１２２および第２の光路１２３とに分岐して出射される。本実施例においては、分岐部１１４から遅延部１１５を経由し干渉部１１９に至る第１の光路１２２を長経路とし、分岐部１１４と干渉部１１９とを直接接続する第２の光路１２３を短経路とする。
【００６３】
図１３Ａは、本発明の第４の実施形態に係るデータ送信装置１１０４の光多重信号の波長配置を説明する模式図である。図１３Ａを参照して、分岐部１１４で分岐された光波の内、長経路を経由する光波は、遅延部１１５で所定の遅延時間Δｔを被った後、干渉部１１９に出射される。他方、分岐部１１４で分岐され短経路を経由する光波ｂ２は、干渉部１１９に出射される。干渉部１１９に入射された光波の内、長経路を経由した光波は、振幅調整部１２０で所定の振幅に減衰された後、光波ｂ１として合成部１２１に出射される。合成部１２１において、長経路を経由した光波ｂ１と、短経路を経由した光波ｂ２とは合成され、変調信号１４として伝送路１１０に送出される。
【００６４】
図１３Ｂは、本発明の第４の実施形態に係る変調部１１２ｃの動作の一例を示すフローチャートである。図１３Ｂを参照して、光変調部１１６は、光源１１３から出力された光波２０を多値信号１３で変調する（ステップＳ１２３１）。分岐部１１４は、多値信号１３で変調された光波２０を分岐し、互いに光路長差を有する第１の光路１２２および第２の光路１２３に、それぞれの分岐光を出力する（ステップＳ１２３２）。干渉部１１９は、第１の光路１２２および第２の光路１２３から出力される光波を互いに干渉させ、当該干渉させた光波を変調信号１４として出力する（ステップＳ１２３３）。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、予め多値信号で光波を変調し、分岐した光波間に所定の光路長差を与えることにより、２光波の電界振幅比Ｒを略ランダム化する事ができるため、第三者により検波後に顕在化する雑音の量的な予測を困難化することができる。また、この重畳雑音は、量子雑音の不可避性および干渉雑音の分離/除去の困難性により、検波前/検波後において、回避する事は困難であり、これにより、盗聴者による多値判定動作における識別誤りの誘発、および判定結果の解析による多値のレベル特定をより一層困難化させ、盗聴を困難にする事ができる。
【００６６】
（第５の実施形態）
図１４は、本発明の第５の実施形態に係わるデータ送信装置１１０５の構成の一例を示すブロック図である。図１４に示すように、本発明の第５の実施形態に係るデータ送信装置１１０５の構成は、上記第１の実施形態に係るデータ送信装置と比べて、変調部１１２ｄの構成が異なる。以下、上記第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第５の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
【００６７】
図１４において、変調部１１２ｄは、光源１１３、光透過部１２４、及び光変調部１１６を含む。光透過部１２４は、第１の透過反射部１２５と、第２の透過反射部１２７と、所定の光路長を有する光路１２６とを有する。第１の透過反射部１２５、および第２の透過反射部１２７は、光源１１３から入力される光波２０を所定の透過率で透過すると共に、光波２０を所定の反射率で反射する。
【００６８】
図１５Ａは、光透過部１２４における光波の流れを示す模式図である。図１４および図１５Ａを参照して、光源１１３から出射された光波２０は、光透過部１２４に入射され、光透過部１２４内の第１の透過反射部１２５で透過され、光路１２６を介して、第２の透過反射部１２７に入射される。第２の透過反射部１２７に入射された光波の一部は、第２の透過反射部１２７が有する透過率に基づいて透過され、光変調部１１６に入射される。本実施形態においては、このように、第１の透過反射部１２５、光路１２６、および第２の透過反射部１２７を介して、直接出力される光波を直接光とする。
【００６９】
他方、第２の透過反射部１２７に入射された光波の一部は、第２の透過反射部１２７が有する反射率に基づいて、反射され、光路１２６中を逆方向に伝播された後、第１の透過反射部１２５が有する反射率に基づいて第１の透過反射部１２５で再度反射され、光路１２６および第２の透過反射部１２７を介して、光変調部１１６に入射される。本実施形態においては、このように、第１の透過反射部１２５、光路１２６、および第２の透過反射部１２７をそれぞれ２回通過して、出力される光波を多重反射光とする。
【００７０】
なお、これ以上の高次の反射動作は、説明を簡単にするため省略する。ここで、二つの光波（直接光と多重反射光）の光路長差は、丁度、光路１２６の一往復（光路１２６の光路長の２倍）となる。また、電界振幅比Ｒは、第１の透過反射部１２５が有する反射率をＲ125、第２の透過反射部１２７が有する反射率をＲ127とすると、Ｒ＝Ｒ125・Ｒ127で定まる。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、光透過部１２４を、二つの透過反射部と、二つの透過反射部の間に配置された光路とで構成し、電界振幅比Ｒを二つの透過反射部が有する反射率で与えるものとしたが、例えば、光透過部内の光路中において、直接光と多重反射光とに光損失を与える事により、直接光と多重反射光との間に所定の電界振幅比率を与えても構わない。
【００７２】
光変調部１１６に入射された直接光と多重反射光とは、光変調部１１６において、多値信号１３を用いて一括して変調され、変調信号１４として伝送路１１０に送出される。
【００７３】
図１５Ｂは、本発明の第５の実施形態に係る変調部１１２ｄの動作の一例を示すフローチャートである。図１５Ｂを参照して、光透過部１２４は、光源１１３から出力された光波２０を透過する。具体的には、光透過部１２４において、第１の反射透過部１２５は、光源１１３から出力された光波２０を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する（ステップＳ１３３１）。また、第２の反射透過部１２７は、光路１２６から出力された光波を所定の透過率で透過すると共に、所定の反射率で反射する（ステップＳ１３３２）。光変調部１１６は、光透過部１２４から出力された光波を多値信号１３で変調して、変調信号１４として出力する（ステップＳ１３３３）。
【００７４】
以上のように、本実施形態によれば、光路中に二つの透過反射部を備え、光路長の異なる光経路を経由した二つの光波（直接光と多重反射光）を多値信号を用いて一括して変調することにより、より簡単な構成で、変調信号に含まれる二つの光波の電界振幅比Ｒを、多値信号の信号ストリームによらず常に一定化する事ができる。また、この重畳雑音は、量子雑音の不可避性および干渉雑音の分離/除去の困難性により、検波前/検波後において、回避する事は困難であり、これにより、盗聴者受信部による多値判定動作における識別誤りの誘発、および判定結果の解析による多値のレベル特定をより一層困難化させ、惹いては、盗聴を困難にする事ができる。
【００７５】
（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態に係わるデータ送信装置１１０６の構成の一例を示すブロック図である。図１６に示すように、第６の実施形態に係るデータ送信装置１１０６の構成は、上記第１の実施形態に係るデータ装置装置と比べて、変調部１１２ｅの構成が異なる。以下、上記第１の実施形態と同一の構成については同一の参照符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に第６の実施形態に係るデータ通信装置を説明する。
【００７６】
図１６において、変調部１１２ｅは、光源１１３、分岐部１１４、遅延部１１５、光変調部１１６、干渉部１１９、及び干渉制御部１２８とを含む。干渉制御部１２８は、制御部１２９と検出部１３０とを有する。なお、干渉部１１９は、図１６に示す様に、振幅調整部１２０と合成部１２１とを有する構成としてもよい。
【００７７】
図１６を参照して、光源１１３から出射された光波２０は、分岐部１１４に入射され、分岐部１１４において、光路長差の異なる第１の光路１１７および第２の光路１１８に分岐して出射される。本実施例においては、分岐部１１４から遅延部１１５を経由し干渉部１１９に至る第１の光路１１７を長経路とし、分岐部１１４から光変調部１１６を経由し干渉部１１９に至る第２の光路１１８を短経路とする。
【００７８】
分岐部１１４で分岐された光波の内、長経路を経由する光波は、遅延部１１５で所定の遅延を被った後、干渉部１１９に出射される。他方、分岐部１１４で分岐され短経路を経由する光波は、光変調部１１６で、多値信号１３に基づいて変調された後、干渉部１１９に出射される。干渉部１１９に入射された光波の内、長経路を経由した光波は、振幅調整部１２０において、制御部１２９から出力される制御信号に応じて所定の振幅に減衰された後、合成部１２１に入射される。合成部１２１において、長経路を経由する光波と短経路を経由する光波とは合成され、検波部１３０に入射される。
【００７９】
検出部１３０は、当該入射信号に含まれる重畳雑音量を検出し、検出結果を制御部１２９に出力すると共に、変調信号１４を伝送路１１０に送出する。制御部１２９は、当該検出結果に基いて、変調信号１４に含まれる重畳雑音が一定となるよう、振幅調整部１２０の振幅の減衰量をフィードバック制御し、間接的に、合成部１２１における二つの光波の電界振幅比Ｒを可変とする。この動作により、動作環境の変化によらず、盗聴者が変調信号を復調する際に、安定して重畳雑音を発生させる事ができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、振幅調整部１２０の振幅減衰量を制御し、間接的に電界振幅比Ｒを制御したが、例えば、合成部１２１に入射される二つの光波の偏光を制御し、電界振幅比Ｒを制御しても構わない。
【００８１】
また、本実施の形態では、検出部１３０を合成部１２１の後段に配置したが、二つの光波が合成されている光路中であれば、いずれの位置に配置されていても構わない。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、長経路および短経路を経由した二つの光波の合成波である変調信号を送出することにより、検波前/検波後において回避する事が困難な雑音を発生させ、第三者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、その解読・復号化を困難にする、安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００８３】
なお、上述した第１〜６の実施形態に係るデータ通信装置は、各実施形態の特徴を互いに組み合わせた構成とすることができるものとする。また、上述した第１〜第１２の実施形態に係るデータ送信装置、データ受信装置、及びデータ通信装置が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与えるデータ送信方法、データ受信方法、及びデータ通信方法としても捉えることができる。
【００８４】
また、上述したデータ通信方法、データ受信方法、及びデータ通信方法は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実施可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記憶媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記憶媒体上から直接実行されてもよい。なお、記憶媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記憶媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。
【００８５】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデータ送信装置の動作の一例を示すフローチャート
【図３】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号の波形を説明する模式図
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号の波形を説明する模式図
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図
【図５】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の他の伝送信号品質を説明する模式図
【図６】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成の一例を示すブロック図
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１１０２の光多値信号波形を説明する模式図
【図７Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る変調部１１２ａの動作の一例を示すフローチャート
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１１０２による重畳雑音を説明する模式図
【図９】本発明の第２の実施形態に係るデータ送信装置１１０２の光多値信号の波長配置を説明する模式図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置１１０３の構成の一例を示すブロック図
【図１１Ａ】本発明の第３の実施形態に係るデータ送信装置１１０３の光多値信号の波長配置を説明する模式図
【図１１Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る変調部１１２ｂの動作の一例を示すフローチャート
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るデータ送信装置１１０４の構成の一例を示すブロック図
【図１３Ａ】本発明の第４の実施形態に係るデータ送信装置１１０４の光多値信号の波長配置を説明する模式図
【図１３Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る変調部１１２ｃの動作の一例を示すフローチャート
【図１４】本発明の第５の実施形態に係るデータ送信装置１１０５の構成の一例を示すブロック図
【図１５Ａ】光透過部１２４における光波の流れを示す模式図
【図１５Ｂ】本発明の第５の実施形態に係る変調部１１２ｄの動作の一例を示すフローチャート
【図１６】本発明の第６の実施形態に係るデータ送信装置１１０６の構成の一例を示すブロック図
【図１７】従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００８８】
１１０１〜１１０６  データ送信装置
１２０１  データ受信装置
１０、１８  情報データ
１１、１６、９１、９６、９９  鍵情報
１２、１７  多値符号列
１３、１５  多値信号
１４、９４  変調信号
１１０  伝送路
１１１  多値符号化部
１１１ａ  第１の多値符号発生部
１１１ｂ  多値処理部
１１２，１１２ａ〜１１２ｅ  変調部
１１３  光源
１１４  分岐部
１１５  遅延部
１１６  光変調部
１１７  第１の光路
１１８  第２の光路
１１９  干渉部
１２０  振幅調整部
１２１  合成部
１２４  光透過部
１２５，１２７  透過反射部
１２６  光路
１２８  干渉制御部
１２９  制御部
１３０  検出部
２１１  復調部
２１２  多値復号化部
２１２ａ  第２の多値符号発生部
２１２ｂ  多値識別部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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