(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のＯＮＵと１つのＯＬＴを有する、光通信量子暗号通信を適用したＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵから伝送されるバースト信号を的確に処理する。【解決手段】通信システムにおいて、光通信量子暗号通信を適用した複数の特定送信装置は、受信装置で管理されている暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、多値光生成部で制御される多値レベルの光信号を送出する。受信装置は、少なくとも複数の特定送信装置のアドレスと、特定送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理手段と、送信データに含まれる特定送信装置のアドレスに基づいて、管理手段を参照して特定送信装置が用いた暗号鍵を選択し、選択された暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得る復号処理部を有する。【選択図】図２
2012080229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信量子暗号通信を適用した複数の送信装置と光伝送路を介して接続され、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値レベルの光信号に制御された送信データを受信する受信装置であって、
複数の該送信装置のアドレスと、該送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理手段と、
該送信装置から送信され受信した光信号を受信して光電変換する光電変換器と、
該送信データに含まれる該送信装置のアドレスに基づいて、該管理手段を参照して該送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得る復号処理部と、
を有することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記復号処理部は；
該送信装置で用いられる、複数の共通の暗号鍵を用いてそれぞれＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
該送信データに含まれる該送信装置のアドレスに基づいて該管理手段を参照して該送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成させる復号制御部と、を有し、
該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、該光電変換器により変換された受信データに対する多値レベルの閾値を制御すると共に、該光電変換器で変換された受信データの極性に応じて復号化データを得ること、
を特徴とする請求項１の受信装置。
【請求項３】
前記管理手段は、接続される全ての送信装置についてそのアドレスと、光通信量子暗号通信を適用した複数の該送信装置のタイプ（第１タイプ）と、光通信量子暗号通信を適用しない送信装置のタイプ（第２タイプ）と、該第１タイプの送信装置については、それぞれの送信装置が用いる共通の暗号鍵ビット列に関する情報を対応付けて登録する管理テーブルを有すること、を特徴とする請求項１又は２の受信装置。
【請求項４】
前記復号処理部は更に、前記光電変換器で電気信号に変換された受信信号からＬＬＩＤの検出及びバーストデリミタ信号の検出を行なうフレーム検出部を有し、
前記復号制御部は、該バーストデリミタ信号の検出タイミング及びＬＬＩＤ検出タイミングからＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を生成して、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に与え、
該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成すること、
を特徴とする請求項２の受信装置。
【請求項５】
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始からＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止までの間、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、多値閾値生成部により多値識別用の閾値を生成し、極性復号部により光通信量子暗号の極性ランダマイゼーションの復号を行い、
２回目以降の通信を行う送信装置からの送信データの受信に際して、前記復号制御部は前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に、該ＬＬＩＤと該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を与え、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、前回のＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止位置から新たなＲｕｎｎｉｎｇ鍵の生成を行うこと、
を特徴とする請求項４の記載の受信装置。
【請求項６】
光通信量子暗号通信を適用した複数の送信装置と光伝送路を介して接続され、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値レベルの光信号に制御された送信データを受信する受信制御方法であって、
複数の該送信装置のアドレスと、該送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理ステップと、
該送信装置から送信され受信した光信号を受信して光電変換するステップと、
該送信データに含まれる該送信装置のアドレスに基づいて、該送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するステップと、
生成された該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得るステップと、
を有することを特徴とする受信制御方法。
【請求項７】
電気信号に光電変換された受信信号から、フレーム検出部でＬＬＩＤの検出及びバーストデリミタ信号の検出を行ない、
該バーストデリミタ信号の検出タイミング及びＬＬＩＤ検出タイミングからＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を生成して、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に与え、
該該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部において、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成すること、
を特徴とする請求項６の受信制御方法。
【請求項８】
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始からＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止までの間、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、多値閾値生成部により多値識別用の閾値を生成し、極性復号部により光通信量子暗号の極性ランダマイゼーションの復号を行い、
２回目以降の通信を行う送信装置からの送信データの受信に際して、前記復号制御部は前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に、該ＬＬＩＤと該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を与え、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、前回のＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止位置から新たなＲｕｎｎｉｎｇ鍵の生成を行うこと、
を特徴とする請求項７の受信制御方法。
【請求項９】
複数の送信装置と、該複数の送信装置に光伝送路を介して接続された受信装置を含む通信システムにおいて、
複数の該送信装置は、光通信量子暗号通信を適用した複数の特定送信装置を含み、該特定送信装置は、該受信装置で管理されている暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部で生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、送信データに対する多値レベルの光信号を制御する多値光生成部を有し、該多値光生成部で制御される多値レベルの光信号を送出し、
該受信装置は；
少なくとも、複数の該特定送信装置のアドレスと、該特定送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理手段と、
該特定送信装置から送信され受信した光信号を受信して光電変換する光電変換器と、
該送信データに含まれる該特定送信装置のアドレスに基づいて、該管理手段を参照して該特定送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得る復号処理部を有する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
前記復号処理部は；
該特定送信装置で用いられる共通の該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
該送信データに含まれる該特定送信装置のアドレスに基づいて該管理手段を参照して該特定送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成させる復号制御部と、を有し、
該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、該光電変換器により変換された受信データに対する多値レベルの閾値を制御すると共に、該光電変換器で変換された受信データの極性に応じて復号化データを得ること、
を特徴とする請求項９の通信システム。
【請求項１１】
複数の前記送信装置には、光通信量子暗号通信を適用した複数の特定送信装置と、光通信量子暗号通信を適用しない非特定送信装置が含まれ、
前記管理手段は、接続される全ての送信装置についてそのアドレスと、該特定送信装置のタイプ（第１タイプ）と、非特定送信装置のタイプ（第２タイプ）と、該特定送信装置については、それぞれの送信装置が用いる共通の暗号鍵ビット列に関する情報を対応付けて登録する管理テーブルを有すること、
を特徴とする請求項９又は１０の通信システム。
【請求項１２】
前記通信システムはＰＯＮシステムであり、
前記送信装置は、該光伝送路に光分配器を介して接続されるＯＮＵであり、
前記受信装置は、ＯＬＴであること、
を特徴とする請求項９乃至１１のいずれかの項記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信装置及び受信制御方法、通信システムに係り、特に、ＰＯＮ(Passive Optical Network)システムにおけるＯＮＵ（Optical Network Unit）から伝送される上り信号の、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）における受信制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＮ(Passive Optical Network) システム型のＦＴＴＨ（Fiber to the Home）網を用いて、ブロードバンドのＩＰ（Internet Protocol）通信を効率的に実現するイーサーネットＰＯＮシステムが実用化されている。ＥＰＯＮ(Ethernet（登録商標） Passive Optical Network) システムでは、局側に配置される１台のＯＬＴ（Optical Line Terminal）から出力されるＴＤＭ方式の光信号は光分配器で分配されて、複数のユーザそれぞれに配置されたＯＮＵ（Optical Network Unit）に提供される。
【０００３】
現状のＰＯＮシステムにおいて、ＯＬＴからＰＯＮシステムの下り方向のデータ伝送には、ＰＯＮダウンリンクにおける時分割多重化（ＴＤＭ）のブロードキャストモードが使用され、ＯＮＵからＯＬＴへの上り方向のデータ伝送には、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のアクセスモードが使用されている。ＰＯＮアップリンクでは、従来の１：１の連続通信モードではなく、ｎ：１（マルチポイントツーポイント）バースト通信モードが用いられる。
【０００４】
ＯＮＵから送信される上り方向信号は２値信号（光信号）に基づくバースト信号であり、ＯＬＴが受信する上りバースト信号の強度は、ＯＬＴとＯＮＵとの間の伝送距離や分岐数が各ＯＮＵの設置場所によって異なり、一定ではない。ＯＬＴには、種々の強度の光バースト信号が各ＯＮＵから時分割で間欠的に届くということになる。このような状況の下、ＯＬＴにおけるバースト信号の処理について種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、バースト信号に対する応答性を改善するバースト信号受信方法が開示されている。
【０００５】
ところで、本出願人は、Ｙｕｅｎ−２０００量子暗号による光通信量子暗号（Ｙ−００）通信を提唱している。この通信システムは、例えば特許文献２に開示されているように、光の量子ゆらぎ（量子ショット雑音）を変調によって拡散させ、盗聴者によって光信号を正確に受信できなくする通信技術であり、共通鍵量子暗号へ適用することが提唱されている。この共通鍵量子暗号は、２値の光信号を１つのセット（基底という）とし、この基底を複数Ｍ個用意し、何れの基底を使ってデータを送るかは暗号鍵に従う擬似乱数によって不規則に決める。現実的には光Ｍ値信号は量子ゆらぎによって識別ができないほど信号間距離が小さく設計されているので、盗聴者は受信信号からデータ情報を読みとることができず、盗聴を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−４２２８公報
【特許文献２】特開２００６−３０３９２７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＰＯＮシステムでは伝送データの秘匿性が課題となり、そのために種々の提案がなされている。本発明者らは、ＰＯＮシステムに光通信量子暗号通信を適用することにより秘匿性を飛躍的に向上させる技術手段を考えた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、複数の送信装置と１つの受信装置を有するシステムに、光通信量子暗号通信を適用することにより伝送データの秘匿性を大幅に向上させることができる受信装置及び受信制御方法、通信システムを実現することにある。
本発明のより具体的な目的は、光通信量子暗号通信を適用したＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵから伝送されるバースト信号を的確に処理することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る受信装置は、好ましくは、光通信量子暗号通信を適用した複数の送信装置と光伝送路を介して接続され、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値レベルの光信号に制御された送信データを受信する受信装置であって、
複数の該送信装置のアドレスと、該送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理手段と、該送信装置から送信され受信した光信号を受信して光電変換する光電変換器と、該送信データに含まれる該送信装置のアドレスに基づいて、該管理手段を参照して該送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得る復号処理部と、を有することを特徴とする受信装置として構成される。
【００１０】
好ましい例では、前記受信装置において、前記復号処理部は；該送信装置で用いられる、複数の共通の暗号鍵を用いてそれぞれＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
該送信データに含まれる該送信装置のアドレスに基づいて該管理手段を参照して該送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成させる復号制御部と、を有し、
該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、該光電変換器により変換された受信データに対する多値レベルの閾値を制御すると共に、該光電変換器で変換された受信データの極性に応じて復号化データを得る。
【００１１】
好ましい例では、前記受信装置において、前記管理手段は、接続される全ての送信装置についてそのアドレスと、光通信量子暗号通信を適用した複数の該送信装置のタイプ（第１タイプ）と、光通信量子暗号通信を適用しない送信装置のタイプ（第２タイプ）と、該第１タイプの送信装置については、それぞれの送信装置が用いる共通の暗号鍵ビット列に関する情報を対応付けて登録する管理テーブルを有する。
【００１２】
好ましい例では、前記受信装置において、前記復号処理部は更に、前記光電変換器で電気信号に変換された受信信号からＬＬＩＤの検出及びバーストデリミタ信号の検出を行なうフレーム検出部を有し、
前記復号制御部は、該バーストデリミタ信号の検出タイミング及びＬＬＩＤ検出タイミングからＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を生成して、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に与え、
該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。
【００１３】
好ましい例では、前記受信装置において、前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始からＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止までの間、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、多値閾値生成部により多値識別用の閾値を生成し、極性復号部により光通信量子暗号の極性ランダマイゼーションの復号を行い、
２回目以降の通信を行う送信装置からの送信データの受信に際して、前記復号制御部は前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に、該ＬＬＩＤと該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を与え、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、前回のＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止位置から新たなＲｕｎｎｉｎｇ鍵の生成を行う。
【００１４】
本発明に係る受信制御方法は、好ましくは、光通信量子暗号通信を適用した複数の送信装置と光伝送路を介して接続され、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値レベルの光信号に制御された送信データを受信する受信制御方法であって、
複数の該送信装置のアドレスと、該送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理ステップと、
該送信装置から送信され受信した光信号を受信して光電変換するステップと、
該送信データに含まれる該送信装置のアドレスに基づいて、該送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するステップと、
生成された該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得るステップと、を有することを特徴とする受信制御方法として構成される。
【００１５】
好ましい例では、前記受信制御方法において、電気信号に光電変換された受信信号から、フレーム検出部でＬＬＩＤの検出及びバーストデリミタ信号の検出を行ない、
該バーストデリミタ信号の検出タイミング及びＬＬＩＤ検出タイミングからＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を生成して、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に与え、
該該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部において、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。
【００１６】
好ましい例では、前記受信制御方法において、前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始からＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止までの間、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、多値閾値生成部により多値識別用の閾値を生成し、極性復号部により光通信量子暗号の極性ランダマイゼーションの復号を行い、
２回目以降の通信を行う送信装置からの送信データの受信に際して、前記復号制御部は前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部に、該ＬＬＩＤと該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を与え、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部は、前回のＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止位置から新たなＲｕｎｎｉｎｇ鍵の生成を行う。
【００１７】
本発明に係る通信システムは、好ましくは、複数の送信装置と、該複数の送信装置に光伝送路を介して接続された受信装置を含む通信システムにおいて、
複数の該送信装置は、光通信量子暗号通信を適用した複数の特定送信装置を含み、該特定送信装置は、該受信装置で管理されている暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部で生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、送信データに対する多値レベルの光信号を制御する多値光生成部を有し、該多値光生成部で制御される多値レベルの光信号を送出し、
該受信装置は；少なくとも、複数の該特定送信装置のアドレスと、該特定送信装置ごとに共通する暗号鍵を対応付けて管理する管理手段と、
該特定送信装置から送信され受信した光信号を受信して光電変換する光電変換器と、
該送信データに含まれる該特定送信装置のアドレスに基づいて、該管理手段を参照して該特定送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成し、該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、受信信号に対する多値レベルの閾値を制御して、受信信号の復号化データを得る復号処理部を有することを特徴とする通信システムとして構成される。
【００１８】
好ましい例では、前記通信システムにおいて、前記復号処理部は；該特定送信装置で用いられる共通の該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、該送信データに含まれる該特定送信装置のアドレスに基づいて該管理手段を参照して該特定送信装置が用いた該暗号鍵を選択し、選択された該暗号鍵を用いてＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成させる復号制御部と、を有し、
該Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、該光電変換器により変換された受信データに対する多値レベルの閾値を制御すると共に、該光電変換器で変換された受信データの極性に応じて復号化データを得る。
【００１９】
好ましい例では、前記通信システムにおいて、複数の前記送信装置には、光通信量子暗号通信を適用した複数の特定送信装置と、光通信量子暗号通信を適用しない非特定送信装置が含まれ、
前記管理手段は、接続される全ての送信装置についてそのアドレスと、該特定送信装置のタイプ（第１タイプ）と、非特定送信装置のタイプ（第２タイプ）と、該特定送信装置については、それぞれの送信装置が用いる共通の暗号鍵ビット列に関する情報を対応付けて登録する管理テーブルを有する。
【００２０】
好ましい例では、前記通信システムにおいて、前記通信システムはＰＯＮシステムであり、前記送信装置は、該光伝送路に光分配器を介して接続されるＯＮＵであり、前記受信装置は、ＯＬＴである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の送信装置と１つの受信装置を有するシステムに光通信量子暗号通信を適用することにより、伝送データの秘匿性を大幅に向上させた受信装置及び受信制御方法及び通信システムを実現することができる。
また、光通信量子暗号通信を適用した受信処理において、光通信量子暗号通信プロトコルにバースト機能を追加することが可能となり、複数の送信装置から伝送されるバースト信号を的確に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＰＯＮシステムの概要を示す図。
【図２】一実施例によるＹ−００量子暗号を用いたＰＯＮシステムの構成を示す図。
【図３】ＰＯＮシステムにおけるディスカバリハンドシェイク動作の概要を示す図。
【図４】一実施例におけるＯＬＴの構成を示すブロック図。
【図５】一実施例におけるＯＮＵ管理テーブルの構成例を示す図。
【図６】ＰＯＮシステムにおけるＹ−００バースト信号の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図1は、本発明が適用されるＰＯＮシステムの例を示す。
ＰＯＮシステムは、１台の局側光回線終端装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）１１と、複数の加入者側光回線終端装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）１３１〜１３ｍ（総じて１３と示す）とを、光伝送路及び光分配器（光スプリッタ或いはスターカプラともいう）１２を介して接続して構成される。
複数のＯＮＵ１３には、ＯＬＴ１１との間でＹ−００量子暗号（物理暗号ということがある）通信を適用したもの（ここではＹ−００ＯＮＵという）と、Ｙ−００量子暗号通信を適用していないもの（従来ＯＮＵという）が含まれる。図示では、ＯＮＵ１３３、１３ｍはＹ−００ＯＮＵであるが、ＯＮＵ１３１、１３２は従来ＯＵＮである。
ＰＯＮシステムには、Ｙ−００ＯＮＵと従来ＯＮＵが混在し、かつＯＬＴ１１とＹ−００ＯＮＵと間で伝送されるパケットの暗号化復号化のために固有の共通暗号鍵を管理する必要がある。そのため、本発明では、ＯＬＴ１１は管理テーブル（図５参照して後述する）を保持する。
【００２４】
Ｙ−００ＯＮＵ１３からＯＬＴ１１へ伝送される上りパケットＰは、ＯＬＴ１１と対応するＯＮＵ１３との間でそれぞれ共有された暗号鍵Ｋ（Ｋ１〜Ｋｎ）を用いて暗号化されて、光分配器１２を介して光伝送路へ送出される。図示の例では、パケットＰ３、Ｐｍは暗号鍵Ｋ１、Ｋｍで暗号化される。
一方、従来ＯＮＵはＹ−００量子暗号通信が適用されていないので、上りパケットは暗号鍵Ｋによる暗号化処理は行われずに、ＯＮＵから送出される。そのため、従来ＯＮＵから送出されるパケットのデータは、高度な情報の秘匿性が確保されない。因みに、従来ＯＮＵは、従来通りの例えば論理レベルでの特別なアルゴリズムを用いたセキュリティの確保が行われる程度である。
【００２５】
ＯＬＴ１１では、Ｙ−００ＯＮＵから送信され受信したパケットについては、対応するＯＮＵとの間で保持する共通の暗号鍵Ｋｉを用いて復号化する。なお、ＯＬＴ１１からＯＮＵ１３へ送信する下りパケットについても同様に、ＯＬＴ１１と対応するＯＮＵ１３との間で共有された共通暗号鍵を用いて暗号化して、光伝送路１９へ送出され、情報の秘匿性が確保される。
【００２６】
図３を参照して、ＰＯＮシステムにおけるディスカバリハンドシェイク（Discovery handshake）について説明する。
オフライン状態にあったＯＮＵ１３が新たに光伝送路１９のネットワークに接続されると、ディスカバリハンドシェイク動作が実行される。ＯＬＴ１１は、接続されたＯＮＵ１３の固有アドレス（ＭＡＣアドレス）の確認、ＬＬＩＤ(Logical Link ＩＤ)の付与、回線遅延測定などの処理を行う。
このディスカバリハンドシェイクの後は通常のデータ伝送（通常伝送）に移行して、ＯＮＵタイプによりＹ−００暗号伝送もしくは非物理暗号伝送が行われる。
【００２７】
図２は、Ｙ−００量子暗号を用いたＰＯＮシステムにおける、主としてＯＬＴとＯＮＵの多値暗号処理の構成を示す。図１に示したＯＮＵ１３1、１３２は従来ＯＮＵ、ＯＮＵ１３２、１３ｍはＹ−００ＯＮＵである。（なお、Ｙ−００ＯＮＵ１３３、１３ｍは同じ構成なので、以下、Ｙ−００ＯＮＵ１３３の符号を引用する）。
【００２８】
Ｙ−００ＯＮＵ１３３は、暗号鍵Ｋ１の入力によりＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１３３２と、１または０の送信データを発生する送信データ発生部１３３４と、送信データに対してＲｕｎｎｉｎｇ鍵の値に応じて多値レベルの光信号を生成する多値光生成部１３３３を有して構成される。
【００２９】
受信側のＯＬＴ１１は多値復号化処理部であり、光伝送路１９及び光分配器１２を通過した光信号を受信して光電変換する光電変換器１１３と、対応するＹ−００ＯＮＵ（例えば１３３）と共有された暗号鍵Ｋ１の入力により同期がとられた同一のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する受信側のＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２と、復号処理部１１４を有して構成される。復号処理部１１４は、光電変換器１１３で受信した光信号をＲｕｎｎｉｎｇ生成部１１２から生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値信号判定用の受信閾値を制御し、１と０との判定（弁別）を行って受信データを出力する。ＯＬＴ１１は、Ｙ−００ＯＮＵの数分に対応する共通暗号鍵Ｋ１〜Ｋｎを保持して管理する。（なお、図２は、Ｒｕｎｎｉｎｇ生成部１１２や復号処理部１１４を概略的に示すものであり、その詳細な構成は図４に示される。）
このような構成のＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵ１３３の送信データ発生部１３３４で発生した送信データは、多値光生成部１３３３でＲｕｎｎｉｎｇ鍵の値に従って多値光信号として生成され、光分配器１２及び光伝送路１９を通って、ＯＬＴ１１へ送信される。
ＯＬＴ１１において、受信した光多値信号は光電変換器１１３で光電変換される。更に、Ｙ−００ＯＮＵ１３３で暗号化されたときに使用された同じ暗号鍵Ｋ１を用いて、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２でＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。そのＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて復号処理部１１４で受信閾値を制御して受信データとして判別して、出力する。
【００３０】
図４はＯＬＴの構成ブロックを示す。
ＯＬＴ１１は、送信データに対する論理的な暗号処理を行う上位層１０１と、送信データの送信先アドレスや送信元アドレスの指定、フレーム化処理、アクセス管理などの処理を行うＭＡＣ（Media Access Control）１０２と、Ｙ−００暗号の復号化処理を行う復号処理部１１４から構成される。上位層１０１における論理的な暗号処理は本発明には直接関係しないが、従来の暗号復号アルゴリズムを用いた論理的な処理が行われる。
【００３１】
本発明の特徴の１つとして、各ＯＮＵ１３の暗号鍵の管理があげられる。そのために、ＭＡＣ１０２は、図５に示すような、ＯＮＵ管理テーブル５０を有する。このＯＮＵ管理テーブル５０は、ｍ台全てのＯＮＵ１３について、ＬＬＩＤ、ＯＮＵアドレス、ＯＮＵタイプ、ＯＮＵ暗号鍵のビット列を登録する。
ここで、ＯＮＵタイプは、ＯＮＵ１３がＹ−００量子暗号対応のＯＮＵ（Ｙ−００ＯＮＵ）か、又はそれ以外のＯＮＵ（従来ＯＮＵ）を表す。Ｙ−００ＯＮＵには、暗号鍵ビット列が登録される。各Ｙ−００ＯＮＵは、ＯＮＵ管理テーブル５０に登録された暗号鍵を有し、その暗号鍵で生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、送信データの暗号化処理を行う。従来ＯＮＵは、Ｙ−００量子暗号通信が適用されていないので、ＯＮＵ暗号鍵ビット列は登録されていない。
なお、ＯＮＵアドレス、ＯＮＵタイプ、ＯＮＵ暗号鍵ビット列は初期設定時に登録される。また、ＬＬＩＤ、ＯＮＵアドレスはディスカバリハンドシェイク時にＭＡＣ１０２によりＬＬＩＤとＯＮＵアドレスの対応を取り、付与される。
【００３２】
さて再び、図４を参照するに、ＯＬＴ１１において受信される信号は、光電変換器１１３で光信号が電気信号に変換され、復号処理部１１４の比較器１１４２を介して復号処理部１１４にある復号処理部に入力される。暗号化されていないシンクタイム時は、多値閾値生成部１１４１から固定電位が出力されているため、二値の信号は比較器１１４２をそのまま通過する。
復号処理部１１４は、ＯＮＵ管理テーブル５０と、ＯＮＵ管理テーブル５０に基づいて複数ｎのＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成器を有するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２と、受信したフレームを検出するフレーム検出部５２と、受信信号の復号化を制御する復号制御部５３、及びＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２で生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて受信データの極性に応じて復号化する極性復号部５４を有して構成される。より詳しく説明すれば、光電変換器１１３で電気信号に変換された受信信号は、フレーム検出部５２でＬＬＩＤの検出、バーストデリミタ信号の検出が行なわれ、復号制御部５３に送られる。復号制御部５３では、受け取ったＬＬＩＤから送信元ＯＮＵを判別して、ＯＮＵ管理テーブル５０を参照することで、ＯＮＵタイプを取得する。
【００３３】
新規に通信を行うＯＮＵの場合、復号制御部５３は、ＬＬＩＤと「暗号鍵取得指示」をＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２に出力する。それらを受信したＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２は、ＯＮＵ管理テーブル５０を参照し、ＬＬＩＤに対応したＯＮＵ暗号鍵Ｋｉ（i＝１〜ｎ）を取得して、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２内の対応するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成器Ｋｉにセットする。Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２は複数のＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成器を持つが、各ＬＬＩＤに対して一つのＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成器が関連付けられる。
また、復号制御部５３は、先のバーストデリミタ信号の検出タイミング及びＬＬＩＤ検出タイミングからＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始信号、停止信号を生成して、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２に与える。
【００３４】
図６に示す「Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始」から「Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵停止」までの間、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵が生成され、多値閾値生成部１１４１により多値識別用の閾値生成、復号処理部１１４ではＹ−００暗号の極性ランダマイゼーションの復号が行われる。
２回目以降の通信を行うＯＮＵの場合、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成器にはＬＬＩＤとＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成開始/停止信号が入力され、前回のＲｕｎｎｉｎｇ鍵停止位置からＲｕｎｎｉｎｇ鍵の生成が行われる。
Ｙ−００暗号の復号処理部では、一般的にＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１２にＬＦＳＲ（リニア・フィードバック・シフト・レジスタ）が使われており、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵停止時はシフトレジスタの動作を停止し、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵の値を保持する。
尚、ＯＮＵタイプがＹ−００量子暗号を用いていない（即ち従来ＯＮＵ）場合、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵の生成は行われない。
【００３５】
図６のＹ−００バースト信号の処理について説明する。
Ｙ−００ＯＮＵ（例えば１３３）からＯＬＴ１１の上り伝送は、通常伝送時に暗号伝送を行う。シンクタイム時は、ペイロードは無く暗号化を図る必要が無いので、従来ＰＯＮのシンクタイムと同様のパターンが使用可能である。Ｙ−００ＯＮＵの上り伝送はバースト受信となるが、受信時はあらかじめ暗号伝送が掛かるタイミングを知る必要があるため、バーストデリミタパターンを検出した後、予め決められた暗号移行時間後にＹ−００暗号処理が行われる。
Ｙ−００量子暗号を用いていないＯＮＵ（従来ＯＮＵ）からは非暗号伝送が行われる。
Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵はＹ−００暗号データ送信開始タイミングから生成を開始し、暗号データ送信終了と同時に停止する。次のＹ−００暗号データ送信開始タイミングで前回停止したＲｕｎｎｉｎｇ鍵の値から生成を再開する。
【００３６】
以上、光通信量子暗号を適用したＰＯＮシステムの例について説明したが、本発明はＰＯＮシステムに限らず、複数の送信装置と１つの受信装置が光通信路で接続される光通信量子暗号通信システムに適用可能である。
【００３７】
以上のように、本実施例によれば、Ｙ−００通信プロトコルにおいてバースト機能を追加することが可能となる。また、１台のＯＬＴに、複数のＯＮＵ、とりわけＹ−００量子暗号を適用したＹ−００ＯＮＵと、それを適用していない従来ＯＮＵが混在したＰＯＮシステムが実現可能となる。ＰＯＮネットワークの利用者は、従来のようなＹ−００量子暗号の掛かっていない光伝送と、Ｙ−００量子暗号の掛かった光伝送を選択することが可能となる。とりわけ、Ｙ−００ＯＮＵを用いたデータ伝送には強固な秘匿性を確保することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１１：ＯＬＴ  １２：光分配器  １３、１３１、１３２、１３３〜１３ｎ：ＯＮＵ  
１９：光伝送路  Ｋ１〜Ｋｎ：暗号鍵  Ｐ１〜Ｐｍ：パケット
１１２：Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部  １１３：光電変換器  １１４：復号処理部
１３３２、１３ｍ２：Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部  １３３３、１３ｍ３：多値光生成部  
１１３４、１３ｍ４：送信データ発生部  
１０１：上位層  １０２：ＭＡＣ  
５０：ＯＮＵ管理テーブル  ５２：フレーム検出部  ５３：復号制御部  
５４：極性復号部  １１４１：多値閾値生成部  １１４２：比較器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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