(57)【要約】【課題】光信号を電気信号に変換せずに、物理層での暗号化を可能にし、元の光通信のキャリアとなる光の性質を利用して、光信号をランダマイズする。【解決手段】強度変調された光信号を入力して、光通信量子暗号を用いて、入力された光信号の強度をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置であって、共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、多値信号生成部から入力される多値信号に従って、入力された光信号の強度を変化させる光強度変調部とを有する。光強度変調部には、入力された光信号のパワーを平均化して、それを増幅された信号を入力する。また、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵の値に従って信号極性を反転させる。【選択図】  図６
2016116121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相変調された光信号を入力して、前記入力された光信号の位相をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置であって、
共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、
前記多値信号生成部から入力される多値信号に従って、入力された光信号の位相を変化させる光位相変調部と、を有することを特徴とする光通信ランダマイズ装置。
【請求項２】
さらに、位相が一定なリファレンス光源を発生させるリファレンス光源発生部と、
入力される光信号と、前記リファレンス光源発生部からのリファレンス光源とを切り替えて、前記光位相変調部とに入力する光経路切替部と、
前記光経路切替部と前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部の同期を制御する同期制御部と、を有することを特徴とする請求項１記載の光通信ランダマイズ装置。
【請求項３】
位相変調された光信号を入力して、前記入力された光信号の位相をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置から送信されてくる光信号をデランダマイズする光通信ランダマイズ装置であって、
共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、
前記多値信号生成部から入力される多値信号に従って、ランダマイズ時に変化された光信号の位相分を、逆に変化させて、光信号を復調する光位相変調部と、を有することを特徴とする光通信ランダマイズ装置。
【請求項４】
さらに、同期検出信号の入力により、前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部の同期を制御する同期制御部と、
入力される光信号が、デランダマイズされた光信号であるか、位相一定な光信号であるかの別に従って、入力される光信号を、他の光通信装置に出力するか前記同期制御部に同期検出信号を出力するかを切り替える光経路切替部と、を有することを特徴とする請求項３記載の光通信ランダマイズ装置。
【請求項５】
強度変調された光信号を入力して、前記入力された光信号の強度をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置であって、
共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、
前記多値信号生成部から入力される多値信号に従って、入力された光信号の強度を変化させる光強度変調部と、を有することを特徴とする光通信ランダマイズ装置。
【請求項６】
さらに、前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、入力され光信号の極性を反転した光極性反転部を有し、
前記光強度変調部から出力される光信号と、前記光極性反転部から出力される光信号を合成して、出力することを特徴とする請求項５記載の光通信ランダマイズ装置。
【請求項７】
さらに、入力された光信号のパワーを平均化して、平均化パワーとして出力するパワー平均化部と、
前記パワー平均化部から入力される平均化パワーを増幅する光アンプ部と、を有し、
前記光強度変調部は、前記光アンプ部により増幅された光信号を入力することを特徴とする請求項５記載の光通信ランダマイズ装置。
【請求項８】
さらに、強度が一定なリファレンス光源を発生させるリファレンス光源発生部と、
入力される光信号と、前記リファレンス光源発生部からのリファレンス光源とを切り替えて、前記光位相変調部とに入力する光経路切替部と、
前記光経路切替部と前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部の同期を制御する同期制御部とを有することを特徴とする請求項５記載の光通信ランダマイズ装置。
【請求項９】
強度変調された光信号を入力して、前記入力された光信号の強度をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置から送信されてくる光信号をデランダマイズする光通信ランダマイズ装置であって、
共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、
前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、
前記多値信号生成部から入力される多値信号に従って、ランダマイズ時に変化された光信号の強度を読取るための閾値を求めて、入力される光信号の強度と比較することにより、光信号を復調する光強度変調部と、
を有することを特徴とする光通信ランダマイズ装置。
【請求項１０】
さらに、同期検出信号の入力により、前記Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部の同期を制御する同期制御部と、
入力される光信号が、デランダマイズされた光信号であるか、強度一定な光信号であるかの別に従って、入力される光信号を、他の光通信装置に出力するか前記同期制御部に同期検出信号を出力するかを切り替える光経路切替部と、を有することを特徴とする請求項９記載の光通信ランダマイズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ランダマイズ装置に係り、特に、光信号を暗号化することにより、通信路における情報秘匿性を高めるのに好適な光通信ランダマイズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の伝送路を物理層において暗号化して情報を伝送する技術として、ＢＢ８４やＹｕｅｎ量子暗号という光通信量子暗号技術が注目されている。Ｙｕｅｎ量子暗号通信は、Ｙ−００通信とも呼ばれ、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値の送信データを搬送する２値の光信号を一つのセット（基底という）とし、この基底を複数Ｍ個用意し、いず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ため、結局、盗聴者は全く受信信号からデータ情報を読みとることができない。
【０００３】
正規の送受信者の光変復調装置は、２値のＭ個の基底を共通の擬似乱数にしたがって切り換えて通信するため、正規の受信者は信号間距離の大きな２値の信号判定によってデータを読みとることができる。量子ゆらぎによるエラーは無視でき、正規の送受信者間では正確な通信が可能となる。この光変調方式による暗号は、Ｙｕｅｎ−２０００暗号通信プロトコル（Ｙ−００プロトコルと略称される）によるＹｕｅｎ量子暗号と呼ばれる。Ｙｕｅｎ量子暗号を用いた通信の原理、および送受信装置の構成については、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３９２７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１４６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９および図１０を用いて従来技術に係る光通信の概要と、その伝送路に流れる情報を暗号化（ランダマイズ）する技術について説明する。図９は、光通信システムとその伝送路を暗号化（ランダマイズ）する技術の概要図である。図１０は、従来技術に係るＹ−００プロトコルを利用した光通信ランダマイズ装置のブロック図である。
【０００６】
図９（ａ）に示すように、既存光通信装置６００間の伝送路上でデータが暗号化されていない（非ランダマイズ状態）のときには、データの秘匿性に問題がある。そのため、図９（ｂ）に示すように、既存光通信装置６００間に、光通信ランダマイズ装置７００を挟んで、伝送路上に流れるデータを暗号化（ランダマイズ）することを考える。
【０００７】
ここでは、図１０に示す、Ｙ−００プロトコルを利用した光通信ランダマイズ装置を使うことにする。光通信ランダマイズ装置７００は、送信ブロックＡ、受信ブロックＢの二つの機能ブロックに大別され、それぞれ既存光通信装置６００の送信側と受信側に接続され、光通信ランダマイズ装置７００の送信ブロックＡ、受信ブロックＢ間は、暗号化されて、データが送信される。
【０００８】
光通信ランダマイズ装置７００の送信ブロックＡは、図１０に示すように、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部７０４、多値信号生成部７０６、光源発生部７０８、光変調部１１０、Ｏ／Ｅ変換部７２０からなる。
【０００９】
共有鍵１０２は、光通信ランダマイズ装置１００と光受信装置２００（共有鍵２０２）の間で共有される暗号鍵であり、多値信号の遷移パターンを決めるための元になるデジタルデータである。Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部７０４は、共有鍵７０２を元データとして、擬似乱数（ランダムパターン）の性質を有するＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。これは、暗号強度を強化するために生成されるワンタイム鍵である。
【００１０】
Ｏ／Ｅ変換部７２０は、既存光通信装置から入力される光信号を、等価な情報を有する電気信号に変換する。この電気信号が送信データとなる。多値信号生成部７０６は、Ｏ／Ｅ変換部７２０から入力される送信データ（デジタルデータ）をＲｕｎｎｉｎｇ鍵に従って多値信号に変換する。
【００１１】
一方、光源発生部７０８は、例えば、フォトダイオードなどから構成され、一定レベルの強度を有する光を発生する。そして、光変調部７１０により、光源の出力光を多値信号に従って変調し、光多値信号を生成する。光多値信号は、例えば、強度変調の場合は、光の強度の違いより表現される。この暗号化された光多値信号は、伝送路を介して、他方の光通信ランダマイズ装置７００の受信ブロックＢに送られる。
【００１２】
次に、光通信ランダマイズ装置７００の受信ブロックＢは、図１０に示すように、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部８０４、閾値生成部８０６、Ｏ／Ｅ（Optical/Electrical）変換部８０８、識別部８１０、Ｅ／Ｏ（Electrical/Optical）変換部８１２からなる。光通信ランダマイズ装置７００の受信ブロックＢでは、伝送路を介して、送られてきた光多値信号をＯ／Ｅ変換部８０８により、電気多値信号に変換する。
【００１３】
ここで、詳細は省くが、送信ブロックＡと受信ブロックＢの間の同期プロセスにより、共通のＲｕｎｎｉｎｇ鍵が使われて、閾値生成部８０６より、識別部８１０に入力される閾値が生成される。
【００１４】
識別部８１０では、入力されてきた閾値を用いて、Ｏ／Ｅ変換部８０８から出力される電気多値信号を識別して、送信データを復元する。なお、光変調に強度変調を用いた場合のデータ識別については、特許文献２の図２とその説明が参考になる。識別部８１０から出力される送信データ（電気信号）は、Ｅ／Ｏ（Electrical/Optical）変換部８１２に入力され、等価な情報を有する光信号に変換され、既存光通信装置６００の受信側に入力される。
【００１５】
上記のように、既存の光通信システムに、光通信ランダマイズ装置を導入するにあたっては、光信号をいったん電気信号に変換して、再び、光信号にして送信している。そのため、元の光信号の情報が一部失われるという問題がある。例えば、光波長多重通信などのように、光の波長が意味を持つ場合に、キャリアとなる光の波長を記憶して、その波長を伝送路上で復元させてやらなければならず、そのために複雑な回路が必要になるという問題点がある。
【００１６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、光信号を電気信号に変換せずに、物理層での暗号化を可能にし、元の光通信のキャリアとなる光の性質を利用した光通信ランダマイズ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の光通信ランダマイズ装置は、好ましくは、位相変調された光信号を入力して、入力された光信号の位相をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置であって、共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、多値信号生成部から入力される多値信号に従って、入力された光信号の位相を変化させる光位相変調部と、を有する。
【００１８】
また、上記の光通信ランダマイズ装置において、さらに、位相が一定なリファレンス光源を発生させるリファレンス光源発生部と、入力される光信号と、リファレンス光源発生部からのリファレンス光源とを切り替えて、光位相変調部とに入力する光経路切替部と、光経路切替部とＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部の同期を制御する同期制御部とを有する。
【００１９】
また、本発明に係る光通信ランダマイズ装置は、好ましくは、強度変調された光信号を入力して、入力された光信号の強度をランダマイズして送信する光通信ランダマイズ装置であって、共通鍵を元にしてＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成するＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部と、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、送信データから多値信号を生成する多値信号生成部と、多値信号生成部から入力される多値信号に従って、入力された光信号の強度を変化させる光強度変調部と、を有する。
【００２０】
また、上記の光通信ランダマイズ装置において、さらに、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づき、入力され光信号の極性を反転した光極性反転部を有し、光強度変調部から出力される光信号と、光極性反転部から出力される光信号を合成して出力する。
【００２１】
また、上記の光通信ランダマイズ装置において、さらに、入力された光信号のパワーを平均化して、平均化パワーとして出力するパワー平均化部と、パワー平均化部から入力される平均化パワーを増幅する光アンプ部とを備え、光強度変調部は、光アンプ部により増幅された光信号を入力する。
【００２２】
また、上記の光通信ランダマイズ装置において、さらに、同期検出信号の入力により、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部の同期を制御する同期制御部と、
入力される光信号が、デランダマイズされた光信号であるか、強度一定な光信号であるかの別に従って、入力される光信号を、他の光通信装置に出力するか同期制御部に同期検出信号を出力するかを切り替える光経路切替部とを有する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、光信号を電気信号に変換せずに、物理層での暗号化を可能にし、元の光通信のキャリアとなる光の性質を利用した光通信ランダマイズ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第一の実施形態に係る光通信ランダマイズ装置を含む光通信システムの構成図である。
【図２】第一の実施形態に係る光通信ランダマイズ装置の構成図である。
【図３】第一の実施形態に係る位相変調信号におけるランダマイズの原理を説明する図である。
【図４】位相変調方式を用いたＹ−００プロトコルの原理を説明する図である。
【図５】第二の実施形態に係る光通信ランダマイズ装置を含む光通信システムの構成図である。
【図６】第二の実施形態に係る光通信ランダマイズ装置の構成図である。
【図７】パワー平均化部の実現原理を説明する図である。
【図８】第二の実施形態に係る強度変調信号におけるランダマイズの原理を説明する図である。
【図９】光通信システムとその伝送路を暗号化（ランダマイズ）する技術の概要図である。
【図１０】Ｙ−００プロトコルを利用した光通信ランダマイズ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図８を用いて説明する。
〔実施形態１〕
以下、図１ないし図４を用いて、第一の実施形態に係る光通信システムの光通信ランダマイズ装置について説明する。
【００２６】
図１は光通信ランダマイズ装置を含む光通信システムの構成図である。図２は光位相変調通信系に適用する光通信ランダマイズ装置の構成図である。図３は位相ランダマイズの原理を説明する図である。図４は位相変調によるＹ−００プロトコルの原理を説明する図である。
【００２７】
光通信ランダマイズ装置１００は、図１に示すように、相対する既存光通信装置６００ａ間の伝送路間に置かれて、既存光通信装置６００ａから送られてくる位相変調された光信号の位相を暗号化（ランダマイズ）する装置である。本実施形態に係る光通信ランダマイズ装置１００も、送信ブロックＡと受信ブロックＢを有している。
【００２８】
図２に示すように、光通信ランダマイズ装置１００の送信ブロックＡには、光経路切替部１０２、光位相変調部１０４、同期制御部１０６、多値信号生成部１０８、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１０、リファレンス光源発生部１１４がある。
【００２９】
光通信ランダマイズ装置１００の送信ブロックＡでは、既存光通信装置６００ａから入力されてくる光信号を暗号化（ランダマイズ）して、伝送路を介して相対する光通信ランダマイズ装置１００の受信ブロックＢに送信する。その暗号化された光信号を受信した光通信ランダマイズ装置１００の受信ブロックＢは、復号化（デランダマイズ）して元の光信号に戻して、相対する既存光通信装置６００ａに入力する。
【００３０】
既存光通信装置６００ａでは、デジタル情報を光の位相に変調して情報を伝達する位相変調を行っている。本実施形態において、光通信ランダマイズ装置１００の送信ブロックＡでは、その位相変調の情報をランダマイズすることにより、光信号の暗号化を行う。ここでは、図３（ａ）に示す、空間信号ダイアグラムで表される四位相偏移変調(ＱＰＳＫ:quadriphase phase-shift keying)を例にあげて説明する。このＱＰＳＫは、例えば、例えば、９０度ずつ離れた四段階の位相を用いて、１シンボルにつき、２ビットの情報を符号化する方式である。
【００３１】
Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１１０は、先ず、共有鍵１１２を入力して、擬似乱数（ランダムパターン）の性質を有するＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。そして、生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵は、多値信号生成部１０８に入力されて、アナログ信号化された多値信号に変換される。通常、多値信号生成部１０８は、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）で実装される。
【００３２】
次に、多値信号生成部１０８により出力される多値信号は、光位相変調部１０４に入力されて、位相のランダマイズのために用いられる。光位相変調部１０４は、入力値に従って、位相変調をおこなう装置であり、例えば、ＭＺ（マッハツェンダ）位相変調器を用いることができる。光位相変調部１０４では、入力された多値信号の値に従って、入力信号に対応する位相変調値をプラスする。例えば、図３（ｂ）に示すように、多値信号の値に従って、ビット”00”の情報を表す位相（４５度）が、プラス１３０度位相回転される。ここで、暗号強度を高めるためには、十分な数の多値信号を用意して、図３（ｃ）に示すように、信号ダイアグラム上、様々な所に分散させることが望ましい。実用上は、１０ビット〜１６ビットで、１０２４から、６５５３６程度の値を用意することが必要である。図３（ｃ）では、多数の点が信号ダイアグラム上で、ランダマイズされた点が円周上にほぼ等間隔で分散されている様子を表している。
【００３３】
位相がこのようにランダマイズされた光信号は、伝送路を介して、相対する光通信ランダマイズ装置１００の受信ブロックＢに送られ、デランダマイズされる。すなわち、受信ブロックＢでもＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部２１０は、先ず、共有鍵２１２（共有鍵１１２と同じ値のもの）を入力して、擬似乱数（ランダムパターン）の性質を有するＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。
【００３４】
そして、生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵は、多値信号生成部２０８に入力されて、アナログ信号化された多値信号に変換される。多値信号は、復号用に反転された信号が、光位相変調部２０４に入力されて、送られてくる光信号の位相を復号（デランダマイズ）する。これは、送信側で回転した位相を反転させて、ランダマイズされる前の位相に戻す処理である。図３（ｂ）で暗号化（ランダマイズ）された例の場合では、図３（ｃ）に示すように、デランダマイズされることは、マイナス１３０度の位相回転をさせることを意味する。
【００３５】
なお、ここで、対比のためＹ−００プロトコルによる位相変調のランダマイズ・デランダマイズの原理を簡単に説明する。
【００３６】
従来技術に係る光信号のランダマイズは、図４（ａ）に示す、基準光信号（位相は、一種類:例えば、０度）を、多値信号に従って、αだけ位相回転させることを意味する。すなわち、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵から決まるランダムな位相回転量αと伝送信号極性によって、αまたはα＋１８０度に光信号を配置して、信号を伝送する。図４（ｂ）の例では、位相角度αに１がマッピングされ、位相角度α＋１８０度に０がマッピングされる。このαの値により、図４（ｃ）に示すように、１，０のマッピング方向が異なり、位相角度３６０度全域に信号の１，０が分散する。このように、位相回転単位の順に１，０の極性が反転配置されるため、隣接した信号間の識別が、可能でない限り、位相角度情報を持たない盗聴者は、信号の判別、角度の判別ができない。
【００３７】
一方、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を保有する正規の受信者は、伝送信号の位相回転角および１，０の配置極性を知っているため、閾角度を基準とした１８０度単位の位相検波で復号することが可能というものである。この図４（ｄ）の例では、閾角度が、１３５度であり、４５度の所にある“１”か、２２５度の所にある“０”をその位相に従って読取ることになる。
【００３８】
このように、従来技術では、位相が一種類の基準光をランダマイズするものであったが、本実施形態は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、元々位相変調されて、デジタル情報を位相として表現されている光信号をランダマイズに回転させることが異なっている。
【００３９】
次に、光通信ランダマイズ装置間での同期制御処理について説明する。上記のように、相対する光通信ランダマイズ装置間で、暗号（ランダマイズ）、復号（デランダマイズ）が正常におこなわれるためには、共通のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いる必要がある。そのためにおこなわれるのが、同期制御処理である。
【００４０】
先ず、図２に示す、送信側の光通信ランダマイズ装置１００の送信ブロックＡのリファレンス光源発生部１１４で、リファレンス光源を発生させ、光経路切替部１０２に入力される。リファレンス光源とは、同期制御用の固定位相光源である。その後に、光経路切替部１０２は、入力光信号の経路に切り替える。
【００４１】
相対する受信側の光通信ランダマイズ装置１００の受信ブロックＢでは、光経路切替部２０２から、同期検出のための光信号を、同期制御部２０６へ出力するようにする。受信ブロックＢで、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵によるデランダマイズ動作を開始し、同期制御部２０６で監視している光信号の位相が固定状態になるまで、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵の出力ビットを１ビットずつずらしていく。送信ブロックＡのリファレンス光源発生部１１４で発生されるリファレンス光が、固定位相であることに鑑みてみれば、「監視している光信号位相が固定される」ことは、送信側の位相ランダマイズが、受信側の位相デランダマイズで吸収されていることを意味し、これにより、同期した（すなわち、受信側が、送信側で用いられたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を見出した）ことになる。
【００４２】
同期確立後は、送信側では、光経路切替部１０２を、既存光通信装置６００ａからの入力光信号（ユーザデータ）に切り替え、受信側では、光経路切替部２０２の出力光信号（復号したユーザデータ）を、既存光通信装置６００ａに出力するようにして、それ以降は、ユーザデータの疎通が開始されることになる。
【００４３】
以上、本実施形態では、位相変調による光通信装置の間に介在して、光信号をランダマイズする光通信ランダマイズ装置について説明した。光信号の位相は、ランダマイズされるが、元の光信号をキャリアとして使い、その他の光の性質は、保持されるので、例えば、波長多重系光通信にそのまま利用できるなどのメリットがある。
【００４４】
〔実施形態２〕
以下、図５ないし図８を用いて、第二の実施形態に係る光通信システムの光通信ランダマイズ装置について説明する。
図５は光通信ランダマイズ装置を含む光通信システムの構成図である。図６は光通信ランダマイズ装置の構成図である。図７はパワー平均化部の実現原理を説明する図である。図８は強度変調信号におけるランダマイズの原理を説明する図である。
【００４５】
実施形態１における光通信ランダマイズ装置は、既存光通信装置６００から送られてくる位相変調された光信号の位相を暗号化（ランダマイズ）する装置であった。これに対して、本実施形態の光通信ランダマイズ装置は、既存光通信装置６００ｂから送られてくる強度変調された光信号を暗号化するものである。
【００４６】
本実施形態の光通信ランダマイズ装置は、図５に示すように、相対する既存光通信装置６００ｂ間の伝送路間に置かれて、既存光通信装置６００ｂから送られてくる強度変調された光信号の強度を暗号化（ランダマイズ）する装置である。光通信ランダマイズ装置３００も、送信ブロックＡと受信ブロックＢを有している。
【００４７】
光通信ランダマイズ装置３００の送信ブロックＡには、図４に示すように、光経路切替部３０２、パワー平均化部３２０、光アンプ部３２２、光強度変調部３０４、光極性変調部３２６、多値信号生成部３０８、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部３１０、リファレンス光源発生部３１４がある。
【００４８】
光通信ランダマイズ装置３００の送信ブロックＡでは、既存光通信装置６００ｂから入力されてくる光信号を暗号化（ランダマイズ）して、伝送路を介して相対する光通信ランダマイズ装置３００の受信ブロックＢに送信する。その暗号化された光信号を受信した光通信ランダマイズ装置３００の受信ブロックＢは、復号化（デランダマイズ）して元の光信号に戻して、相対する既存光通信装置６００ｂに入力する。
【００４９】
本実施形態において、既存光通信装置６００ｂでは、デジタル情報を光の強度に変調して情報を伝達する強度変調をおこなっている例であり、光通信ランダマイズ装置３００の送信ブロックＡでは、その強度変調の情報をランダマイズすることにより、光信号の暗号化をおこなう例について説明する。
【００５０】
既存光通信装置６００ｂから、図８（ａ）の（１）に示すように、光信号が入力される。入力光信号は、強度変調されており、ある強度のレベル（第一の光強度レベル）が、デジタルデータの“１”を表しており、その第一の光強度レベルから一定のレベル離れた第二の光強度レベルが、デジタルデータの“０”を表しているものとする。
【００５１】
入力光信号は、分岐して、パワー平均化部３２０と、光極性変調部３２６に入力される。パワー平均化部３２０は、分岐された光信号の平均パワーを抜き出すためのブロックであり、図７に示すように、複数分岐を有する光信号の遅延回路で実現することができる。図７に示す回路は、入力光信号を複数分岐し、光路長の異なるファイバや導波路を複数経由した信号を合流し、足し合わせることで平均化するものである。
【００５２】
光アンプ部３２２は、エルビウムドープトファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）などにより実現され、信号を増幅するブロックである。パワー平均化部３２０により求められた平均化パワー（図８（ｂ）の（３）、図８（ｃ）の（４））は、次に、光アンプ部３２２に入力され、増幅された光パワーとなる（（図８（ｄ）の（５））。
【００５３】
また、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部３１０は、先ず、共有鍵３１２を入力して、擬似乱数（ランダムパターン）の性質を有するＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。生成されたＲｕｎｎｉｎｇ鍵は、多値信号生成部３０８に入力されて、アナログ信号化された多値信号に変換される。
【００５４】
次に、多値信号生成部３０８により出力される多値信号は、光強度変調部３２４に入力されて、光強度のランダマイズのために用いられる。すなわち、あるタイムスパンの光の強度を入力される多値信号に対応する基底の上にマッピングする（図８（ｅ）の（６））。例えば、１６レベルの基底遷移の場合、あるタイムスパンの光のレベルが、１６レベルのどれか一つのレベルとして選択される。
【００５５】
なお、このように元の光信号を平均化して暗号化のためのベースのパワーとするのは、元の入力された光の性質をできるだけ活かす意味である。例えば、光強度は、変更されるが、光の波長は、この平均化と増幅処理によっても保存されることに留意する。
【００５６】
一方、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部３１０から、出力されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵の値は、光極性変調部３２６に入力されて、多値信号の値に従って、光信号の０と１の極性を変換する（図８（ｆ）の（２）′）。ここでは、多値信号の偶奇に従って、極性が交互に反転するようにする。
【００５７】
そして、光強度変調部３２４のいずれか一つのレベルの光信号（図８（ｅ）の（６））と、光極性変調部３２６から出力される光信号（図８（ｆ）の（２）′）が、合成された光信号（図８（ｅ）の（７））が、光通信ランダマイズ装置３００から出力される。図８（ｅ）に示すように、各基底間の１／０が強度方向に狭ピッチで配置されるイメージである。なお、基底レベル数を増加すれば、全体のレベル間隔が狭まるため、ランダマイゼーション効果が高くなることはもとよりである。
【００５８】
そして、伝送路を介して、対向する光通信ランダマイズ装置の受信ブロックＢでは、暗号された光信号を受信する。受信ブロックＢでは、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部４１０により生成されるＲｕｎｎｉｎｇ鍵により、多値信号生成部４０８により、多値信号を生成し、光強度判別のための閾値と、信号の極性を求めて、送信されてくる光強度を識別して、元の光信号を復調（図８（ｈ））し、既存光信号装置６００ｂに出力する。
【００５９】
例えば、あるタイムスパンの光信号の基底が、６であり、基底が６のときには、信号の極性の上が１、下が０（これを（１，０）で表す。逆の極性は、（０，１））であるものとする。このとき、入力された光信号の表す情報が、“１”のときには、基底＝６の表す光信号強度から、所定分プラスした強度に変調される。逆に、入力された光信号の表す情報が、“０”のときには、基底＝６の表す光信号強度から、所定分マイナスした強度に変調される。タイムスパンの基底が、５のときには、信号の極性信号の極性が、逆の（０，１）となり、プラスとマイナスを逆にして変調する。
【００６０】
受信側では、基底が６のときに、基底＝６の表す光強度を閾値とし、あるタイムスパンの光信号の強度が、基底＝６の表す光強度より、上のときには、“１”を表す光信号とし、基底＝６の表す光強度より、下のときには、“０”を表す光信号として、既存光信号装置６００ｂに出力する。なお、実際には、光強度変調部４２０で、入力されてきた基底＝６の表す光強度を差し引いて、既存光信号装置６００ｂに出力すればよい。
【００６１】
逆に、基底が５のときに、基底＝５の表す光強度を閾値とし、あるタイムスパンの光信号の強度が、基底＝５の表す光強度より、上のときには、“０”を表す光信号とし、基底＝５の表す光強度より、下のときには、“１”を表す光信号として、既存光信号装置６００ｂに出力する。なお、実際には、光強度変調部４２０で、入力されてきた基底＝６の表す光強度を差し引いて、その上で極性を反転させて、既存光信号装置６００ｂに出力すればよい。
【００６２】
次に、光通信ランダマイズ装置間での同期制御処理について説明する。同期制御処理は、第一の実施形態と同様に、相対する光通信ランダマイズ装置間で、共通のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を用いるための処理である。ただし、第一の実施形態では、位相変調による光通信での同期処理であったが、本実施形態では、強度変調による光通信での同期処理であるため、リファレンス光源や同期処理のためのファクターが、光の強度になることに注意を要する。
【００６３】
先ず、図６に示す送信側の光通信ランダマイズ装置３００の送信ブロックＡのリファレンス光源発生部３１４で、リファレンス光源を発生させ、光経路切替部３０２に入力される。リファレンス光源とは、同期制御用の固定強度光源である。その後に、光経路切替部３０２は、入力光信号の経路に切り替える。
【００６４】
相対する受信側の光通信ランダマイズ装置３００の受信ブロックＢでは、光経路切替部２０２から、同期検出のための光信号を、同期制御部４０６へ出力するようにする。受信ブロックＢで、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵によるデランダマイズ動作を開始し、同期制御部２０６で監視している光信号の強度が固定状態になるまで、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵の出力ビットを１ビットずつずらしていく。送信ブロックＡのリファレンス光源発生部１１４で発生されるリファレンス光が、固定強度であることに鑑みてみれば、「監視している光信号の強度が固定」ことは、送信側の位相ランダマイズが、受信側の位相デランダマイズで吸収されていることを意味し、これにより、同期した（すなわち、受信側が、送信側で用いられたＲｕｎｎｉｎｇ鍵を見出した）ことになる。
【００６５】
同期確立後は、送信側では、光経路切替部４０２を、既存光通信装置６００ｂからの入力光信号（ユーザデータ）に切り替え、受信側では、光経路切替部４０２の出力光信号（復号したユーザデータ）を、既存光通信装置６００ｂに出力するようにして、それ以降は、ユーザデータの疎通が開始されることになる。
【００６６】
以上、本実施形態では、強度変調による光通信装置の間に介在して、光信号をランダマイズする光通信ランダマイズ装置について説明した。光信号の強度は、ランダマイズされるが、元の光信号をキャリアとして使い、その他の光の性質は、保持されるので、例えば、波長多重系光通信にそのまま利用できるなどのメリットがある。
【符号の説明】
【００６７】
１００…光通信ランダマイズ装置（位相変調）、１１２…共通鍵(送信ブロック側)、１０２…光経路切替部(送信ブロック側)、１０４…光位相変調部(送信ブロック側)、１０６…同期制御部(送信ブロック側)、１０８…多値信号生成部(送信ブロック側)、１１０…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(送信ブロック側)、１１４…リファレンス光源発生部、２１２…共通鍵(受信ブロック側)、２０２…光経路切替部(受信ブロック側)、２０４…光位相変調部(受信ブロック側)、２０６…同期制御部(受信ブロック側)、２０８…多値信号生成部(受信ブロック側)、２１０…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(受信ブロック側)、３００…光通信ランダマイズ装置（強度変調）、３１２…共通鍵(送信ブロック側)、３０２…光経路切替部(送信ブロック側)、３０６…同期制御部(送信ブロック側)、３０８…多値信号生成部(送信ブロック側)、３１０…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(送信ブロック側)、３１４…リファレンス光源発生部、３２０…パワー平均化部、３２２…光アンプ部、３２４…光強度変調部、３２６…光極性変調部、
４１２…共通鍵(受信ブロック側)、４０２…光経路切替部(受信ブロック側)、４０６…同期制御部(受信ブロック側)、４０８…多値信号生成部(受信ブロック側)、４１０…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(受信ブロック側)、４２０…光強度変調部(受信ブロック側)、
７０２…共通鍵(送信ブロック側)、８０２…共通鍵(受信ブロック側)、７０４…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(送信ブロック側)、８０４…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(受信ブロック側)、７０６…多値信号生成部、８０６…閾値生成部、７１０…光変調部、７２０…Ｏ／Ｅ（Optical/Electrical）変換部(送信ブロック側)、８０８…Ｏ／Ｅ（Optical/Electrical）変換部（受信ブロック側）、８１０…識別部、
６００，６００ａ，６００ｂ…既存光通信装置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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