(57)【要約】盗聴者の暗号文の解読に要する時間を著しく増大させることで、秘匿性の高いデータ通信装置を提供する。データ送信装置（１７１０５）において、多値符号化部（１１１）は、複数の鍵情報を切り替えて、信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生させ、発生させた多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する。光変調部（１２５）は、多値信号を所定の変調形式の変調信号に変換して送信する。データ受信装置（１７２０５）において、光復調部（２１９）は、受信した変調信号を多値信号に復調する。多値復号化部（２１２）は、複数の鍵情報を切り替えて、信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生させ、発生させた多値符号列に基づいて、多値信号を識別して、情報データを再生する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する多値符号化部と、
前記多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とを備え、
前記所定の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値符号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する鍵情報切替部と、
前記鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する多値処理部とを含む、データ送信装置。
【請求項２】
前記変調信号は、光波を前記多値信号で変調することで生成される、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号発生部に出力する、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号発生部に出力する、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
前記鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替える、請求項３または４に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
暗号通信を行うデータ受信装置であって、
所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号として出力する復調部と、
予め定められた所定の鍵情報と前記多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備え、
前記所定の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値復号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する鍵情報切替部と、
前記鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する多値符号列発生部と、
前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを含む、データ受信装置。
【請求項７】
前記変調信号は、光波を前記多値信号で変調されて生成される、請求項６９に記載のデータ受信装置。
【請求項８】
前記鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号列発生部に出力する、請求項６に記載のデータ受信装置。
【請求項９】
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項８に記載のデータ受信装置。
【請求項１０】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、前記再生鍵情報であると判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記多値符号列発生部に出力する、請求項９に記載のデータ受信装置。
【請求項１１】
前記鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号列発生部に出力する、請求項６に記載のデータ受信装置。
【請求項１２】
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記予め記憶する順序と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項８に記載のデータ受信装置。
【請求項１３】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、前記予め記憶する順序から前記選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を前記再生鍵情報として判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記多値符号列発生部に出力する、請求項１２に記載のデータ受信装置。
【請求項１４】
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、前記多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、前記多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備え、
前記多値符号列発生部は、前記制御信号を受信する時間に限って、前記多値符号列を発生する、請求項６に記載のデータ受信装置。
【請求項１５】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、前記制御信号を生成する制御信号生成部とを含む、請求項１４に記載のデータ受信装置。
【請求項１６】
データ送信装置とデータ受信装置とが暗号通信を行うデータ通信装置であって、
前記データ送信装置は、
予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、
前記第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とを備え、
前記所定の第１の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値符号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する第１の鍵情報切替部と、
前記第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第１の多値符号列を発生する第１の多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記第１の多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する前記第１の多値信号に変換する多値処理部とを含み、
前記データ受信装置は、
所定の変調形式の変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の第２の鍵情報と前記第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備え、
前記第２の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値復号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する第２の鍵情報切替部と、
前記第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記前記第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第２の多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、
前記第２の多値符号列に基づいて前記第２の多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを含む、データ通信装置。
【請求項１７】
前記変調信号は、光波を前記多値信号で変調することで生成される、請求項１６に記載のデータ通信装置。
【請求項１８】
前記第１の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第１の多値符号発生部に出力する、請求項１６に記載のデータ通信装置。
【請求項１９】
前記第１の鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第１の多値符号発生部に出力する、請求項１６に記載のデータ通信装置。
【請求項２０】
前記第１の鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替える、請求項１８または１９に記載のデータ通信装置。
【請求項２１】
前記第２の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第２の多値符号列発生部に出力する、請求項１６に記載のデータ通信装置。
【請求項２２】
前記データ受信装置は、
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項２１に記載のデータ通信装置。
【請求項２３】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、前記再生鍵情報であると判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記多値符号列発生部に出力する、請求項２２に記載のデータ通信装置。
【請求項２４】
前記第２の鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第２の多値符号列発生部に出力する、請求項１６に記載のデータ通信装置。
【請求項２５】
前記データ受信装置は、
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記予め記憶する順序と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項２１に記載のデータ通信装置。
【請求項２６】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、前記予め記憶する順序から前記選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を前記再生鍵情報として判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記第２の鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記第２の多値符号列発生部に出力する、請求項２５に記載のデータ通信装置。
【請求項２７】
前記データ受信装置は、
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、前記多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、  前記第２の多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備え、
前記第２の多値符号列発生部は、前記制御信号を受信する時間に限って、前記第２の多値符号列を発生する、請求項１６に記載のデータ通信装置。
【請求項２８】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、前記制御信号を生成する制御信号生成部とを含む、請求項２７に記載のデータ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、第３者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、特定者同志でのみ通信を行うには、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方法が採用されている。図３２は、当該方法に基づく、従来のデータ送信装置の構成を示すブロック図である。図３２において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２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９０００１は、符号化部９１１、及び変調部９１２を備える。データ受信装置９０００２は、復調部９１４、及び復号化部９１５を備える。従来のデータ通信装置は、符号化部９１１に情報データ９０と第１の鍵情報９１とを入力し、復号化部９１５に第２の鍵情報９６を入力すると、復号化部９１５から情報データ９８を出力する。以下、図３２を参照しながら、従来のデータ通信装置の動作について説明する。【０００３】  データ送信装置９０００１において、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を所定の変調形式で変調して、変調信号９４として伝送路９１３を介してデータ受信装置９０００２に送出する。データ受信装置９０００２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して出力する。復号化部９１５は、符号化部９１１との間で共有している第２の鍵情報９６に基づいて、復調部９１４によって復調された信号を復号化（暗号解読）して、元の情報データ９８を再生する。【０００４】  ここで、盗聴者データ受信装置９０００３を用いて、第３者による盗聴行為について説明する。図３２において、盗聴者データ受信装置９０００３は、盗聴者復調部９１６、及び盗聴者復号化部９１７を備える。盗聴者復調部９１６は、データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２との間で伝送される変調信号（情報データ）を盗聴して、盗聴した変調信号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、符号化部９１１との間で鍵情報を共有していないため、第１の鍵情報９１と異なる第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ことになる。このため、盗聴者復号化部９１７は、盗聴者復調部９１６が復調した信号を正しく復号化することができず、元の情報データを再生することができない。【０００５】  このような数学的な演算に基づく数理暗号（または、計算暗号、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の公報にも記されているように、アクセスシステム等に適用することができる。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）構成では、各光受信器に、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、互いに異なる鍵情報を用いて、加入者毎の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ことができる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  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、また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。【０００７】  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、天文学的な計算量に基づく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】
【０００８】  本発明は、暗号化通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と、変調部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。所定の鍵情報は、複数の鍵情報である。多値符号化部は、鍵情報切替部と、多値符号発生部と、多値処理部とを含む。鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。多値符号発生部は、鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成するとを含む。【０００９】  変調信号は、光波を多値信号で変調することで生成される。【００１０】  好ましくは、鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて多値符号発生部に出力する。【００１１】  鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて多値符号発生部に出力する。【００１２】  好ましくは、鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、複数の鍵情報を切り替える。【００１３】  また、本発明は、暗号通信を行うデータ受信装置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、本発明のデータ受信装置は、復調部と、多値復号化部とを備える。復調部は、所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号として出力する。多値復号化部は、予め定められた所定の鍵情報と多値信号とを入力し、情報データを出力する。所定の鍵情報は、複数の鍵情報である。具体的には、多値復号化部は、鍵情報切替部と、多値符号列発生部と、多値識別部とを含む。鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。多値符号列発生部は、鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する。多値識別部は、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する。【００１４】  好ましくは、変調信号は、光波を多値信号で変調されて生成される。【００１５】  好ましくは、鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて多値符号列発生部に出力する。【００１６】  また、データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。【００１７】  平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め���有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、再生鍵情報であると判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として多値符号列発生部に出力する。【００１８】  好ましくは、鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて多値符号列発生部に出力する。【００１９】  また、データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、予め記憶する順序と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。【００２０】  平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、予め記憶する順序から選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を再生鍵情報として判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として多値符号列発生部に出力する。【００２１】  また、データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備えてもよい。この場合、多値符号列発生部は、制御信号を受信する時間に限って、多値符号列を発生する。【００２２】  平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。【００２３】  また、本発明は、データ送信装置とデータ受信装置とが暗号通信を行うデータ通信装置にも向けられている。そして上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と、変調部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する。変調部は、第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。所定の第１の鍵情報は、複数の鍵情報である。具体的には、多値符号化部は、第１の鍵情報切替部と、第１の多値符号発生部と、多値処理部とを含む。第１の鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。第１の多値符号発生部は、第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第１の多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、���１の多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する第１の多値信号に変換する。【００２４】  また、本発明のデータ受信装置は、復調部と、多値復号化部とを備える。復調部は、所定の変調形式の変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する。多値復号化部は、予め定められた所定の第２の鍵情報と第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する。第２の鍵情報は、複数の鍵情報である。多値復号化部は、第２の鍵情報切替部と、第２の多値符号発生部と、多値識別部とを含む。第２の鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。第２の多値符号発生部は、第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第２の多値符号列を発生する。多値識別部は、第２の多値符号列に基づいて第２の多値信号を識別し、情報データを出力する。【００２５】  好ましくは、変調信号は、光波を多値信号で変調することで生成される。【００２６】  好ましくは、第１の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて第１の多値符号発生部に出力する。【００２７】  また、第１の鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて第１の多値符号発生部に出力してもよい。【００２８】  また、第１の鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えてもよい。【００２９】  好ましくは、第２の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて第２の多値符号列発生部に出力する。【００３０】  データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。【００３１】  好ましくは、平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、再生鍵情報であると判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として多値符号列発生部に出力する。【００３２】  第２の鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて第２の多値符号列発生部に出力する。【００３３】  データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、予め記憶する順序と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。【００３４】  平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、予め記憶する順序から選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を再生鍵情報として判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。第２の鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として第２の多値符号列発生部に出力する。【００３５】  データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、第２の多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、第２の多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備えてもよい。第２の多値符号列発生部は、制御信号を受信する時間に限って、第２の多値符号列を発生する。【００３６】  平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。
【発明の効果】
【００３７】  本発明のデータ通信装置によれば、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・復号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化する。これにより、データ通信装置は、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。【００３８】  また、本発明のデータ送信装置は、情報データを多値信号に符号化する際に、複数の鍵情報を切り替える。また、本発明のデータ受信装置は、多値信号をデータ送信装置で用いた鍵情報と同じ鍵情報を用いて復号化する。これにより、データ通信装置は、さらに秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。また、本発明のデータ送信装置は、所定の時間間隔で多値信号のレベルの平均値が変化する変調信号を送信する。この所定の時間間隔を、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度より短くすると、第３者が、傍受した変調信号をエルビウム添加ファイバ増幅器を用いて増幅した場合に、増幅された変調信号の波形を歪ませることができる。これにより、第３者による多値信号のレベル判定をより困難とすることができる。【００３９】  また、本発明のデータ受信装置は、多値信号のレベルの平均値を、所定の時間間隔で算出する。データ受信装置は、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出した多値信号のレベルの平均値と、予め保有する多値信号レベルの平均値とを比較することによって、多値信号の生成に用いた鍵情報を決定する。これによって、本発明のデータ通信装置は、データ送信装置とデータ受信装置とが鍵情報を切り替えるタイミングを合わせる必要がなくなる。【００４０】  また、データ送信装置は、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えることで、鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値信号を生成し、生成した多値信号を複数のデータ受信装置に対して送信する。データ受信装置は、入力される鍵情報によって生成される多値信号のレベルの平均値と、受信した多値信号のレベルの平均値とが一致する場合にだけ、入力される鍵情報に基づいて、多値信号の復号化を行う。これによって、データ送信装置は、複数のデータ受信装置に対して、暗号化されたデータを送信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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を示すブロック図である。
【図２】図２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の波形を説明する模式図である。
【図３】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の波形を説明する模式図である。
【図４】図４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。
【図５】図５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を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂによってそれぞれ生成される多値符号列のレベルと平均値を示す図である。
【図１０】図１０は、エルビウム添加ファイバ増幅器の平均入力光レベルと利得特性との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、盗聴者によって増幅された光変調信号４６の歪みを説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、平均値検出部２２２の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、平均値検出部２２２の動作について説明する図である。
【図１５】図１５は、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、Ｎ進符号化部１３１に入力される情報データ群の波形例を示す図である。
【図１８】図１８は、Ｎ進符号化部１３１から出力されるＮ進符号化信号５２の波形例を示す図である。
【図１９】図１９は、多値処理部１１１ｂから出力される多値信号１３の波形例を示す図である。
【図２０】図２０は、多値識別部２１２ｂにおける多値信号１５の識別動作の一例を説明する図である。
【図２１】図２１は、雑音が重畳された多値信号１５の波形を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２３】図２３は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置のその他の構成例を示すブロック図である。
【図２４】図２４は、本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】図２５は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。
【図２６】図２６は、本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２７】図２７は、本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号は系を説明する模式図である。
【図２８】図２８は、本発明の第１２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２９】図２９は、本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図３０Ｃ】図３０Ｃは、本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図３１Ａ】図３１Ａは、本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図３２】図３２は、従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】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
１１１ｃ  第１の鍵情報切替部
１１２、１２２、１２３、９１２  変調部
１１３  第１のデータ反転部
１１４  雑音制御部
１１４ａ  雑音発生部
１１４ｂ  合成部
１１８  ダミー信号重畳部
１１８ａ  ダミー生成符号発生部
１１８ｂ  ダミー信号発生部
１１８ｃ  重畳部
１２５  光変調部
１２０  振幅制御部
１２０ａ  第１の振幅信号発生部
１２０ｂ  振幅変調部
１２４  合波部
１２５  光変調部
１２６  光伝送路
１２７  光分岐部
１３１、１３２  Ｎ進符号化部
１３４  同期信号発生部
１３５  多値処理制御部
２１１、９１４、９１６  復調部
２１２、２１８  多値復号化部
２１２ａ  第２の多値符号発生部
２１２ｂ  多値識別部
２１２ｃ  第２の鍵情報切替部
２１３  第２のデータ反転部
２１９、２２５  光復調部
２２０、２２１  Ｎ進復号化部
２２２、２２６  平均値検出部
２２２１  積分回路
２２２２  平均値算出部
２２２３  制御信号生成部
２３３  同期信号再生部
２３４  多値識別制御部
２３６  副復調部
２３７  識別部
２４０  検出部
２４１  振幅制御部
２４２  同期抽出部
９１４  符号化部
９１５、９１７  復号化部
１０１０１〜１９１０８  データ送信装置
１０２０１〜１９２０７  データ受信装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】  （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の実施形態にデータ通信装置は、データ送信装置１０１０１とデータ受信装置１０２０１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１０１０１は、多値符号化部１１１、及び変調部１１２を備える。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａ、及び多値処理部１１１ｂを含む。データ受信装置１０２０１は、復調部２１１、及び多値復号化部２１２を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂ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。【００４４】  図２及び図３は、変調部１１２から出力される変調信号の波形を説明するための模式図である。以下に、第１の実施形態に係るデータ通信装置について、図１〜３を用いながら、その動作を説明する。【００４５】  第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた所定の第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（図２（ｂ））を発生する。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２（図２（ｂ））と情報データ１０（図２（ａ））とを入力し、所定の手順に従って両信号を合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号１３（図２（ｃ））を生成する。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に変化する場合、この多値符号列１２をバイアスレベルとして、情報データ１０を加算することで、Ｌ１／Ｌ８／Ｌ６／Ｌ４にレベルが変化する多値信号１３を生成する。【００４６】  ここで、図３に示すように、情報データ１０の振幅を“情報振幅”、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”、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）をそれぞれ第１〜第５の“基底”、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”と呼称する。【００４７】  変調部１１２は、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に送出する。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１２に相当する多値符号列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）または光波を多値信号１３で変調して得られたものである。【００４８】  なお、多値処理部１１１ｂは、上述したように、多値符号列１２��情報データ１０との加算処理によって多値信号１３を生成する以外に、いかなる方法を用いて多値信号１３を生成してもよいものとする。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することで多値信号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すことで多値信号１３を生成してもよい。【００４９】  また、図２及び図３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、もしく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。情報振幅は、多値信号１３のステップ幅のいかなる整数倍であってもよいし、また整数倍でなくてもよい。さらに、これに関連して、図２及び図３では、多値符号列１２の各レベルが、多値信号１３の各レベル間の略中心になるよう配置したが、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の各レベル間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（または低速）であってもよいし、また非同期であってもよいものとする。【００５０】  次に、第３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３者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置１０２０１に準じた構成、もしくはさらに高性能なデータ受信装置（例えば、盗聴者データ受信装置）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１０１０１との間で鍵情報を共有しないため、データ受信装置１０２０１のように、鍵情報から多値符号列１７を発生させることができない。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。【００５１】  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。即ち、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、盗聴者データ受信装置は、図２に示した、多値符号列１２のレベル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、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。【００５２】  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４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１０２０１）が判定する被判定信号（多値信号１５）のＳＮ比（信号対雑音強度比）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とになる。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ことになる。【００５３】  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、データ通信装置は、この特性を利用することで、第３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（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３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。【００５４】  なお、被判定信号（多値信号１５、または変調信号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３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。【００５５】  以上説明したように、本実施形態によれば、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３者による盗聴が不可能となるように適切に設定する。これにより、第３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３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。【００５６】  （第２の実施形態）
図５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を示すブロック図である。図５において、第２の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１０１０２が第１のデータ反転部１１３を、データ受信装置１０２０２が第２のデータ反転部２１３をさらに備える。以下に、第２の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に順ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【００５７】  第１のデータ反転部１１３は、図２（ａ）に示す情報データ１０が有する“０／１”と、“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”との対応関係を固定せず、所定の手順で当該対応関係を略ランダムに変更する。例えば、第１のデータ反転部１１３は、多値符号化部１１１と同様に、所定の初期値に基づいて発生させた乱数系列（疑似乱数列）と情報データ１０との排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ＯＲ）の演算を行い、その演算結果を多値符号化部１１１に出力する。第２のデータ反転部２１３は、多値復号化部２１２から出力されたデータについて、第１のデータ反転部１１３と逆の手順で、当該“０／１”と“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”の対応関係を変更する。例えば、第２のデータ反転部２１３は、第１のデータ反転部１１３が備える初期値と同一の初期値を共有し、これに基づいて発生させた乱数のビット反転系列と、多値復号化部２１２から出力されたデータとの排他的論理和の演算を行い、その演算結果を情報データ１８として再生する。【００５８】  以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データの反転を略ランダムに行うことで、暗号としての多値信号の複雑性を大きくする。これにより、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難とし、より安全なデータ通信装置を提供することができる。【００５９】  （第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図６において、第３の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ通信装置１０１０３が雑音制御部１１４をさらに備える。雑音制御部１１４は、雑音発生部１１４ａ、及び合成部１１４ｂを含む。以下、第３の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【００６０】  雑音発生部１１４ａは、所定の雑音を発生する。合成部１１４ｂは、多値信号１３と雑音とを合成して、変調部１１２に出力する。すなわち、雑音制御部１１４は、図４を用いて説明した多値信号１３のレベル変動を故意に生じさせて、多値信号１３のＳＮ比を任意の値に制御する。なお、上述したように、雑音発生部１１４ａが発生する雑音としては、熱雑音や量子雑音等が用いられる。また、雑音が合成（重畳）された多値信号を雑音重畳多値信号と呼ぶことにする。【００６１】  以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号のＳＮ比を任意に制御する。これにより、第３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３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。【００６２】  （第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図である。第４の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態（図１）、または第３の実施形態（図６）に準ずる構成である。以下、図７を用いて本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。【００６３】  図１または図６を参照して、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号１３の各ステップ幅（Ｓ１〜Ｓ７）を、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）に従って設定する。具体的には、多値符号化部１１１は、多値識別部２１２ｂに入力される被判定信号（すなわち、多値信号１５）の隣り合う２つの信号点間のＳＮ比が略均一になるように、当該信号点間距離を配分する。なお、多値符号化部１１１は、多値信号１５の各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、各ステップ幅を均等に設定することになる。【００６４】  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、ＬＤ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、ＬＤ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、その雑音量は、誘導放出光量に対する自然放出光量の相対比で定義されている。ここで、励起率（ＬＤに注入するバイアス電流に対応）が高い程、誘導放出光量の割合が大きくなるため、雑音量は小さくなり、逆に、励起率が低い程、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、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、多値信号のレベルが大きい領域ではステップ幅を小さく（すなわち、非線形に）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比を略均一に設定する。【００６５】  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充分小さい条件下では、受信信号のＳＮ比は、主にショット雑音で決定されることになる。このような条件下では、多値信号のレベルが大きい程、多値信号に含まれる雑音量が大きくなる。このため、多値符号化部１１１は、図７の場合とは逆に、多値信号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比を略均一に設定する。【００６６】  以上説明したように、本実施形態によれば、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、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比が略均一になるように、多値信号の信号点間距離を設定する。これにより、第３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３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。【００６７】  （第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図８において、第５の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５とデータ受信装置１７２０５とが光伝送路１２６によって接続された構成である。データ送信装置１７１０５は、多値符号化部１１１と、光変調部１２５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、第１の鍵情報切替部１１１ｃとを含む。データ受信装置１７２０５は、光復調部２１９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、第２の鍵情報切替部２１２ｃとを含む。【００６８】  また、図８には、第３者による盗聴動作を説明するために、盗聴者データ受信装置１７３０５を示している。ただし、盗聴者データ受信装置１７３０５は、本発明のデータ通信装置にとって必要な構成ではない。盗聴者データ受信装置１７３０５は、光増幅部４０３と、光復調部４０４と、第２の多値復号化部４０２とを備える。【００６９】  データ送信装置１７１０５において、第１の鍵情報切替部１１１ｃには、第１の鍵情報Ａ１１ａと第１の鍵情報Ｂ１１ｂとが入力される。第１の鍵情報切替部１１１ｃは、所定の時間間隔で、第１の鍵情報Ａ１１ａと第１の鍵情報Ｂ１１ｂとを切り替えて、切り替えた鍵情報を選択鍵情報５３として出力する。第１の多値符号発生部１１１ａは、入力された選択鍵情報５３から多値符号列１２を生成し、生成した多値符号列１２を多値符号化部１１１ｂへ出力する。多値処理部１１１ｂは、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、多値信号１３を生成する。光変調部１２５は、多値信号１３を光変調信号４６に変換して、光伝送路１２６に送出する。【００７０】  データ受信装置１７２０５において、光復調部２１９には、光伝送路１２６を介して、光変調信号４６が入力される。光復調部２１９は、入力された光変調信号４６を多値信号１５に変換する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂに入力される。第２の鍵情報切替部２１２ｃには、第２の鍵情報Ａ１６ａと第２の鍵情報Ｂ１６ｂとが入力される。第１の鍵情報Ａ１１ａと第２の鍵情報Ａ１６ａとは、同一の鍵情報である。また、第１の鍵情報Ｂ１１ｂと第２の鍵情報Ｂ１６ｂとは、同一の鍵情報である。【００７１】  第２の鍵情報切替部２１２ｃは、所定の時間間隔で、第２の鍵情報Ａ１６ａと第２の鍵情報Ｂ１６ｂとを切り替え、切り替えた鍵情報を選択鍵情報５４として出力する。選択鍵情報５４は、第２の多値符号発生部２１２ａに入力される。第２の多値符号発生部２１２ａは、選択鍵情報５４に基づいて多値符号列１７を生成する。多値符号列１７は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を用いて、多値信号１５を２値判定して、多値信号１５から情報データ１８を復号する。【００７２】  以下、第５の実施形態で使用される鍵情報について図９を用いて説明する。図９は、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂによってそれぞれ生成される多値符号列のレベルと平均値を示す図である。図９（ａ）は、第１の鍵情報Ａ１１ａ及び第２の鍵情報Ａ１６ａ（以下、「鍵情報Ａ」と記す）によっ��、生成される多値符号列１２（以下、「多値符号列Ａ」と記す）のレベル変化の一例を示す図である。図９（ｂ）は、第１の鍵情報Ｂ１１ｂ及び第２の鍵情報Ｂ１６ｂ（以下、「鍵情報Ｂ」と記す）によって生成される多値符号列１２（以下、「多値符号列Ｂ」と記す）のレベル変化の一例を示す図である。図９（ａ）に示すように、多値符号列Ａは、大きいレベルの出現確率が大きい。一方、図９（ｂ）に示すように、多値符号列Ｂは、小さいレベルの出現確率が大きい。このため、多値符号列Ａのレベルの平均値Ａ１は、多値符号列Ｂのレベルの平均値Ａ２よりも大きくなる。【００７３】  多値符号列１２は、所定の時間間隔で、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂのいずれかによって生成される。多値符号列１２は、レベルの平均値が所定の時間間隔で変化する。従って、情報データ１０のレベルの平均値が一定である場合、多値信号１３のレベルの平均値は、多値符号列１２のレベルの平均値の変化に応じて、所定の時間間隔で変動する。そのため、光変調信号４６のレベルの平均値も、多値信号１３と同様に所定の時間間隔で変化することになる。【００７４】  このように、データ送信装置１７１０５は、複数の鍵情報を用いて多値信号を生成するため、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より秘匿性の高いデータ通信を行うことが可能となる。【００７５】  次に、想定される第３者による盗聴動作について説明する。ただし、盗聴者である第３者は、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂを持っていないものとする。【００７６】  盗聴者である第３者は、光変調信号４６を復調して多値信号１５を出力できた場合も、多値判定に必要な鍵情報を持っていないため、多値信号１５を復号して情報データ１８を再生することができない。しかし、第３者は、多値信号のレベルを正確に知ることができれば、総当り攻撃によって多値信号１５から鍵情報を解読することが可能となる。正規受信者（すなわち、データ受信装置１７２０５）が行う多値信号の２値判定においては、多値信号のＳＮ比は、多値信号に含まれる情報振幅と雑音との比で決定する。一方、第３者（すなわち、盗聴者データ受信装置１７３０５）が行う多値信号の２値判定においては、多値信号のＳＮ比は、多値信号に含まれる信号点間距離と雑音との比で決定する。このため、第３者は、正規受信者と比較して、盗聴した多値信号に含まれる雑音の影響を小さくする必要があり、光増幅部４０３を第２の復調部４０２の前段に設置し、多値信号のレベルを増幅する可能性がある。【００７７】  図１０は、光増幅部として一般的に用いられるエルビウム添加ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）の平均入力光レベルと利得特性との関係を示す図である。図１０に示すように、ＥＤＦＡの利得は、入力光の平均レベルに依存する。ＥＤＦＡの利得変化の応答速度は、数ｋＨｚ程度である。また、ＥＤＦＡの利得変化の応答速度は、入力される光信号の変調速度と比較して、十分低速である。このため、ＥＤＦＡへの入力光の平均レベルが変化しない場合、ＥＤＦＡの出力波形に歪みは発生しない。しかし、ＥＤＦＡへの入力光の平均レベルが、ＥＤＦＡの応答速度と同程度の速度で変化する場合、出力波形に歪���生じることになる。このため、ＥＤＦＡへの入力光の平均レベルを人為的に変化させることによって、ＥＤＦＡを用いた光増幅部４０３の出力波形に歪を生じさせることができる。【００７８】  以下の説明において、盗聴者データ受信装置１７３０５が備える光増幅部４０３（図８参照）は、ＥＤＦＡであるものとする。データ送信装置１７１０５は、上述したように、鍵情報Ａと鍵情報Ｂとを切り替えて多値信号１３を生成することで、平均値のレベルが時間的に変化する光変調信号４６を出力する。図１１は、盗聴者によって増幅された光変調信号４６の歪みを説明する図である。図１１（ａ）は、光変調信号４６の波形の一例を示す図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す光変調信号４６のレベルの平均値の時間変化を示す図である。図１１（ｂ）に示す光変調信号４６のレベルの平均値の時間変化は、データ送信装置１７１０５における鍵情報の切替速度に対応する。図１１（ｃ）は、データ送信装置１７１０５における鍵情報の切替速度が、光増幅部４０３の利得の応答速度に近い場合における、光増幅部４０３の利得の変動を示す図である。光増幅部４０３の利得が変動する結果、光増幅部４０３が出力する信号は、図１１（ｄ）に示すように、歪んだ波形で出力される。【００７９】  盗聴者データ受信装置１７３０５において、光復調部４０４は、図１１（ｄ）に示すような波形が歪んだ光変調信号を復調して多値信号を再生する。このため、光復調部４０４が出力する多値信号は、歪んだ波形となる。第２の多値復号化部４０２は、光復調部４０４が出力する多値信号から多値レベルの識別を試みるが、多値信号の波形が歪んでいるため、多値信号の多値レベルを正しく識別することができない。このため、盗聴者は、多値信号から情報データを再生することができない。また、盗聴者は、鍵情報を解読することも不可能となる。【００８０】  以上のように、本実施形態に係るデータ通信装置によれば、データ送信装置１７１０５が、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えて、切り替えた鍵情報に基づいて多値信号を生成する。データ受信装置１７２０５は、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えて、切り替えた鍵情報に基づいて多値信号を識別する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、複数の鍵情報を用いて、暗号化された信号を送受信することができる。【００８１】  また、データ送信装置１７１０５は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で複数の鍵情報を切り替える。これによって、第３者が傍受した変調信号をエルビウム添加ファイバ増幅器を用いて増幅した場合に、増幅された変調信号の波形を歪ませることができる。このため、第３者は、多値信号の多値レベルを判定すること、及び総当り攻撃によって鍵情報を解読することが不可能となる。故に、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。【００８２】  なお、本実施形態では、データ通信装置が使用する鍵情報を２種類として説明を行ったが、使用する鍵情報は２種類に限定されない。本実施形態に係るデータ通信装置が使用する鍵情報は３種類以上であってもよい。また、データ通信装置は、使用する鍵情報の順番を予め定めておいてもよい。この場合、第１の鍵情報切替部１１１ｃ及び第２の鍵情報切替部２１２ｃは、複数の鍵情報を連続的に発生させる回路、あるいは複数の鍵情報を記憶しておく記憶装置を有してもよい。【００８３】  （第６の実施形態）
第５の実施形態で説明したように、多値信号のレベルの平均値は、鍵情報によって生成される多値符号列のレベルの平均値に依存する。そのため、本実施形態に係るデータ受信装置は、復調した多値信号のレベルの平均値を、複数の鍵情報の切り替えに関する制御情報として用いる。これにより、データ受信装置は、この制御情報に基づいて、多値信号の２値判定に用いる鍵情報を選択する。【００８４】  図１２は、本発明の第６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１２において、第６の実施形態に係るデータ受信装置１７２０６は、第５の実施形態に係るデータ受信装置１７２０５（図８）の構成に加えて、平均値検出部２２２をさらに備える。また、多値復号化部２１２は、第２の鍵情報切替部２１２ｃをさらに含む。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態のデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第５の実施形態（図８）に準ずるため、第５の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【００８５】  データ受信装置１７２０６において、光復調部２１９には、光伝送路１２６を介して、光変調信号４６が入力される。光復調部２１９は、入力された光変調信号４６を多値信号１５に変換する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂ及び平均値検出部２２２に入力される。平均値検出部２２２は、所定時間内における多値信号１５の平均値を計算し、その平均値に応じた制御信号５５を第２の鍵情報切替部２１２ｃに出力する。第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号５５に基づいて、多値信号１５を２値判定するときに必要な鍵情報を選択する。選択された鍵情報は、第２の多値符号発生部２１２ｂに入力される。第２の多値符号発生部２１２ｂは、入力された鍵情報に基づいて、多値符号列１７を生成する。多値符号列１７は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を用いて、多値信号１５を２値判定して、情報データ１８を再生する。【００８６】  図１３及び図１４を用いて、平均値検出部２２２の詳細について説明する。図１３は、平均値検出部２２２の構成の一例を示すブロック図である。図１３において、平均値検出部２２２は、積分回路２２２１と、平均値算出部２２２２と、制御信号生成部２２２３とを有する。図１４（ａ）は、多値信号１５の生成に使用される鍵情報の時間変化を示す図である。図１４（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２においては、多値信号１５の生成に鍵情報Ｂが使用される。また、時間ｔ２〜ｔ３においては、多値信号１５の生成に鍵情報Ａが使用される。また、時間ｔ３以降においては、多値信号１５の生成に鍵情報Ｂ及び鍵情報Ａが交互に使用される。【００８７】  図１４（ｂ）は、積分回路２２２１にリセット信号が入力されるタイミングの一例を示す図である。図１４（ｂ）に示すように、リセット信号は、所定の時間間隔で積分回路２２２１に入力される。積分回路２２２１は、リセット信号が入力されるまでの間、多値信号１５のレベルを積分する。積分回路２２２１は、リセット信号が入力されると、積分値を平均値算出部２２２２に出力し、再び多値信号１５のレベルの積分を０���ら開始する。図１４（ｃ）に積分回路２２２１の積分波形を示す。【００８８】  平均値算出部２２２２は、積分回路２２２１から入力された積分値から、多値信号１５のレベルの平均値を算出し、算出した平均値を制御信号生成部２２２３に出力する。図１４（ｄ）に、多値信号１５のレベルの平均値の時間変化を示す。図１４（ｄ）に示すように、平均値算出部２２２２は、時間ｔ２で鍵情報Ｂによって生成された多値信号の平均値Ｍｂを出力する。【００８９】  制御信号生成部２２２３は、多値信号１５の平均値が変化した際に、多値信号１５の生成に用いられた鍵情報の判定を行う。制御信号生成部２２２３は、多値信号１５のレベルの平均値が所定の値の範囲内であれば、鍵情報Ａによって多値信号１５が生成されたと判定し、所定の値の範囲外であれば、鍵情報Ｂによって多値信号１５が生成されたと判定する。【００９０】  図１４を用いて、制御信号生成部２２２３の動作の具体例について説明する。例えば、時間ｔ２において、制御信号生成部２２２３には、平均値算出部２２２２から平均値Ｍｂが入力される（図１４（ｄ）参照）。制御信号生成部２２２３は、入力された平均値Ｍｂに基づいて、時間ｔ１〜ｔ２での情報データ１８を再生するための鍵情報（以下、「再生鍵情報」と記す）が、鍵情報Ｂであると判定する。そして、制御信号生成部２２２３は、第２の鍵情報切替部２１２ｃに制御信号５５をｏｆｆの状態で出力する（図１４（ｅ）参照）。第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号５５がｏｆｆであるときに、第２の鍵情報Ｂ１６ｂを第２の多値符号発生部２１２ｂに出力する。【００９１】  また、時間ｔ３において、制御信号生成部２２２３には、平均値算出部２２２２から平均値Ｍａが入力される（図１４（ｄ）参照）。制御信号生成部２２２３は、入力された平均値Ｍａに基づいて、時間ｔ２〜ｔ３での再生鍵情報が鍵情報Ａであると判定する。そして、制御信号生成部２２２３は、制御信号５５をｏｎの状態で鍵情報切替部２１２ｃに出力する（図１４（ｅ）参照）。第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号５５がｏｎであるときに、第２の鍵情報Ａ１６ａを第２の多値符号発生部２１２ｂに出力する。【００９２】  なお、制御信号生成部２２２３は、上述した判定方法の代わりに、例えば、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、予め保有する平均値と、平均値算出部２２２２が算出した平均値とを用いて、複数の鍵情報から再生鍵情報を判定してもよい。この場合の制御信号生成部２２２３の動作の具体例について説明する。まず、制御信号生成部２２２３は、多値信号１５のレベルの平均値と、予め保有する平均値との差分を計算し、計算した差分の絶対値が最小となる場合に対応する鍵情報を、再生鍵情報であると判定する。制御信号生成部２２２３は、判定結果に応じて、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号５５を生成し、第２の鍵情報切替部２１２ｃに出力する。なお、制御信号５５は、３つ以上の鍵情報を示す必要がある場合には、上述したようにｏｎ／ｏｆｆするだけの信号ではなく、鍵情報の数に対応したレベルを取り得る信号となる。また、制御信号生成部２２２３は、多値信号のレベルの平均値の代わりに、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値符号列の平均バイアスレベルを予め保持しておいてもよい。【００９３】  第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号生成部２２２３から出力される制御信号５５に基づいて、多値符号発生部２１２ｂに出力する鍵情報を切り替える。これにより、データ受信装置１６１０６は、受信した多値信号のレベルの平均値を用いて、多値信号の符号化に用いられた鍵情報を判定して、受信した多値信号の２値判定を行う。【００９４】  以上のように、本実施形態に係るデータ通信装置によれば、データ送信装置１７１０５が、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えることで、鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値信号を生成する。データ受信装置１７２０６は、受信した多値信号のレベルの平均値に基づいて、複数の鍵情報から多値信号を識別するために用いる鍵情報を判定する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５とデータ受信装置１７２０６とが鍵情報を切り替えるタイミングを合わせなくても、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。【００９５】  なお、図１４を用いた説明では、リセット信号の送出タイミングと、鍵情報の切替タイミングとが一致していたが、リセット信号の送出タイミングは、鍵情報を切り替える間隔よりも短くてもよい。図１４を用いた方法では、平均値検出部２２２が、鍵情報が切り替わるタイミングで多値信号１５の平均値の算出を行い、多値信号１５の生成に用いた鍵情報の判定を行う。時間ｔ１〜ｔ２において、平均値検出部２２２は、時間ｔ２より後の時間に鍵情報の判定を行う。このため、多値識別部２１２ｂは、時間ｔ２より後で多値信号１５の２値判定を行う。このため、情報データ１８の再生は、ｔ２−ｔ１の時間の遅延が生じることになる。リセット信号の送出タイミングを、鍵情報の切替間隔よりも短くすることによって、多値信号の２値判定の遅延を短くすることができる。【００９６】  また、使用する鍵情報の順番は、予め定めておいてもよい。この場合、平均値検出部２２２は、判定した鍵情報の次に用いる鍵情報に関する情報を、制御信号５５として第２の鍵情報切替部２１２ｃに送出しても良い。これにより、判定された鍵情報に関する制御情報を第２の鍵情報切替部２１２ｃに出力する場合と比較して、多値信号の２値判定の遅延を短くすることができる。また、平均値検出に要する時間が長い場合にも対応できる。さらに、第２の多値符号発生部２１２ｂは、鍵情報の切り替えを行う順番と、鍵情報とを記憶しておくことによって、第２の鍵情報切替部２１２ｃを省略してもよい。【００９７】  さらに、図１３に示す平均値検出部２２２の構成は、一例を示すものである。このため、図１３及び１４を用いて説明した平均値検出部２２２の機能を実現するものであれば、平均値検出部２２２は、他の構成であってもよい。【００９８】  （第７の実施形態）
図１５は、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１５において、第７の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５と、第１のデータ受信装置１７２０７ａと、第２のデータ受信装置１７２０７ｂとが、光伝送路１２６と光分岐部１２７とによって接続された構成である。第１のデータ受信装置１７２０７ａは、光復調部２１９と、多値識別部２１２と、平均値検出部２２２とを備える。多値識別部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと多値識別部２１２ｂとを含む。第２のデータ受信装置１７２０７ｂは、光復調部２２５と、平均値検出部２２６と、多値識別部２２７とを備える。多値識別部２２７は、第２の多値符号発生部２２７ａと多値識別部２２７ｂとを含む。【００９９】  図１５から分かるように、第１のデータ受信装置１７２０７ａと第２のデータ受信装置１７２０７ｂとは、同じ構成である。また、第１のデータ受信装置１７２０７ａと第２のデータ受信装置１７２０７ｂとにおいて、多値復号化部２１２は、第２の鍵情報切替部を含まない点が、第６の実施形態の多値復号化部２１２（図１２）と異なる。以下、この異なる部分を中心に、第７の実施形態に係るデータ通信装置ついて説明する。なお、本実施形態の構成は、第６の実施形態（図１２）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【０１００】  多値符号化部１１１は、第１の鍵情報Ａ１１ａ及び第１の鍵情報Ｂ１１ｂとを所定の時間間隔で切り替え、切り替えた鍵情報と情報データ１０とを用いて多値信号１３を生成する。光変調部１２５は、多値信号１３を光変調信号４６に変調し、光伝送路１２６に伝送する。光分岐部１２７は、光変調信号４６を２つに分岐する。光分岐部１２７によって分岐された光変調信号４６は、第１のデータ受信装置１７２０７ａと、第２のデータ受信装置１７２０７ｂとに入力される。【０１０１】  また、第１のデータ受信装置１７２０７ａには、第２の鍵情報Ａ１６ａが入力される。このため、第１のデータ受信装置１７２０７ａは、第２の鍵情報Ａ１６ａに対応した多値信号のみの２値判定が可能となる。第２のデータ受信装置１７２０７ｂには、第２の鍵情報Ｂ１６ｂが入力される。このため、第２のデータ受信装置１７２０７ｂは、第２の鍵情報Ｂ１６ｂによって生成された多値信号のみの２値判定が可能となる。以下に各データ受信装置の動作の詳細を説明する。【０１０２】  第１のデータ受信装置１７２０７ａは、光変調信号４６を多値信号１３に復調する。平均値検出部２２２は、多値信号１５のレベルの平均値を検出する。平均値検出部２２２は、第２の鍵情報Ａに対応する多値信号のレベルの平均値を検出すると、第２の多値符号発生部２１２ｂに制御信号を出力する。第２の多値符号発生部２１２ａは、平均値検出部２２２が制御信号を出力する間のみ多値符号列１７を多値識別部２１２ｂに出力する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７が入力されると、多値信号１５の２値判定を行う。このように、第１のデータ受信装置１７２０７ａは、対応する鍵情報によって多値処理された多値信号の２値判定を行うことができる。【０１０３】  第２のデータ受信��置１７２０７ｂも、第１のデータ受信装置１７２０７ａと同様の動作を行う。ただし、第２のデータ受信装置１７２０７ｂには、第２の鍵情報Ｂ１６ｂが入力される。このため、第２のデータ受信装置１７２０７ｂが備える平均値検出部２２６は、第２の鍵情報Ｂ１６ｂに対応する多値信号１５のレベルの平均値を検出することになる。【０１０４】  以上のように、本実施形態に係るデータ通信装置によれば、データ送信装置１７１０５が、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えることで、鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値信号を生成し、生成した多値信号を複数のデータ受信装置１７２０７ａ〜ｂに対して送信する。データ受信装置１７２０７ａ〜ｂは、入力される鍵情報によって生成される多値信号のレベルの平均値と、受信した多値信号のレベルの平均値とが一致する場合だけ、入力される鍵情報に基づいて多値信号の復号化を行う。これによって、本発明のデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５が、複数のデータ受信装置１７２０７ａ〜ｂに対して、暗号化されたデータを送信することが可能となる。【０１０５】  なお、本実施形態では、データ通信装置が使用する鍵情報を２種類として説明を行ったが、使用する鍵情報は２種類に限定されない。データ通信装置が使用する鍵情報は３種類以上であってもよい。また、データ通信装置は、切り替える鍵情報の順番を予め定めておき、平均値検出部２２２が再生鍵情報の前の順番の鍵情報に対応した平均値を検出したときに、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号５５を出力してもよい。これによって、データ通信装置は、多値信号の平均値を検出するための処理時間が長い場合にも、多値信号を復号化することができる。【０１０６】  （第８の実施形態）
図１６は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１６において、第８の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１６１０５がＮ進符号化部１３１を、データ受信装置１６２０５がＮ進復号化部２２０をさらに備える点が異なっている。【０１０７】  以下、Ｎ進符号化部１３１と、Ｎ進復号化部２２０とを中心に、第１０の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【０１０８】  データ送信装置１６１０５において、Ｎ進符号化部１３１には、複数の情報データから構成される情報データ群が入力される。ここでは、情報データ群として、第１の情報データ５０と、第２の情報データ５１とが入力されるものとする。図１７は、Ｎ進符号化部１３１に入力される情報データ群の波形例を示す図である。図１７（ａ）は、Ｎ進符号化部１３１に入力される第１の情報データ５０を示している。図１７（ｂ）は、Ｎ進符号化部１３１に入力される第２の情報データ５１を示している。【０１０９】  Ｎ進符号化部１３１は、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１をＮ（この例では、Ｎ＝４）進数に符号化することで、所定の多値レベルを有するＮ進符号化信号５２として出力する。なお、Ｎは任意の自然数である。これによって、Ｎ進符号化部１３１は、１タイムスロットあたりに伝送できる情報量をｌｏｇ２Ｎ倍に増加させることができる。図１８は、Ｎ進符号化部１３１から出力されるＮ進符号化信号５２の波形例を示す図である。図１８を参照して、例えば、Ｎ進符号化部１３１は、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１における論理の組み合わせが、｛Ｌ、Ｌ｝の場合に多値レベル００を、｛Ｌ、Ｈ｝の場合に多値レベル０１を、｛Ｈ、Ｌ｝の場合に多値レベル１０を、｛Ｈ、Ｈ｝の場合に多値レベル１１を割り当てることで、４段階の多値レベルを有するＮ進符号化信号５２を出力することができる。Ｎ進符号化部１３１から出力されたＮ進符号化信号５２、及び第１の多値符号発生部１１１ａから出力された多値符号列１２（図２（ｂ）参照）は、多値処理部１１１ｂに入力される。【０１１０】  多値処理部１１１ｂは、Ｎ進符号化信号５２と多値符号列１２とを所定の手順に従って合成し、合成した信号を多値信号１３として出力する。例えば、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２のレベルをバイアスレベルとして、Ｎ進符号化信号５２を加算することで多値信号１３を生成する。あるいは、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２をＮ進符号化信号５２で振幅変調することで多値信号１３を生成してもよい。図１９は、多値処理部１１１ｂから出力された多値信号１３の波形例を示す図である。図１９において、多値信号１３の多値レベルは、所定のレベル間隔（この例では３レベル間隔）で４段階に変動している。なお、点線は、バイアスレベル（多値符号列１２）を基準として、多値信号１３の多値レベルが変動する範囲を示している。【０１１１】  多値処理部１１１ｂから出力された多値信号１３は、変��部１１２に入力される。変調部１１２は、多値信号１３を伝送路１１０に適した信号形態に変調し、変調した信号を変調信号１４として伝送路１１０に送信する。例えば、変調部１２は、伝送路１１０が光伝送路の場合、多値信号１３を光信号に変調する。【０１１２】  データ受信装置１６２０５において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して変調信号１４を受信する。復調部２１１は、変調信号１４を復調して多値信号１５を出力する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、第２の多値符号発生部２１２ａから出力された多値符号列１７を用いて多値信号１５を識別することで、Ｎ進符号化信号５３を出力する。図２０は、多値識別部２１２ｂにおける多値信号１５の識別動作の一例を説明する図である。図２０において、太実線が多値信号１５の波形を、細実線及び点線が多値信号１５を識別するための判定波形を示している。なお、細実線（判定波形２）は、多値符号列１７の波形である。【０１１３】  図２０を参照して、多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７（判定波形２）を中心として、多値符号列１７を所定のレベル間隔だけ上にずらした波形（判定波形１）と、所定のレベル間隔だけ下にずらした波形（判定波形３）とを生成する。なお、この所定のレベル間隔は、データ送信装置１６１０５における多値処理部１１１ｂとの間で予め定まっているものであり、この例では、３レベル間隔である。そして、多値識別部２１２ｂは、判定波形１〜３を用いて多値信号１５を識別する。【０１１４】  多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ１において、判定波形１と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形１よりもＬｏｗレベルであると判定する。また、判定波形２と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形２よりもＬｏｗレベルであると判定する。また、判定波形３と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形３よりもＨｉｇｈレベルであると判定する。すなわち、多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ１において、多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ｝と判定する。同様に、多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ２で多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝と、タイムスロットｔ３で多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｌｏｗ｝と判定する。タイムスロットｔ４以降の動作は省略するが同様である。【０１１５】  そして、多値識別部２１２ｂは、判定したＬｏｗ及びＨｉｇｈの数と、Ｎ進符号化信号５２の多値レベルとを対応させることで、Ｎ進符号化信号５２を再生する。例えば、多値識別部２１２ｂは、｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｌｏｗ｝を多値レベル００に、｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル０１に、｛Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル１０に、｛Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル１１に対応させることで、Ｎ進符号化信号５３を再生することができる。多値識別部２１２ｂで再生されたＮ進符号化信号５３は、Ｎ進復号化部２２０に入力される。【０１１６】  Ｎ進復号化部２２０は、Ｎ進符号化信号５２を復号化して、情報データ群として出力する。具体的には、Ｎ進復号化部２２０は、Ｎ進符号化部１３１と逆の動作を行うことで、Ｎ進符号化信号５２から���１の情報データ５４及び第２の情報データ５５を出力する。【０１１７】  次に、第３者による変調信号１４の盗聴動作について説明する。第３者は、第１の実施形態で説明した場合と同様に、データ送信装置１６１０５との間で第１の鍵情報１１を共有していないため、盗聴した変調信号１４から第１の情報データ５４及び第２の情報データ５５を再生することができない。また、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なる。すなわち、変調信号１４を復調した多値信号１５にも雑音が重畳されることになる。図２１は、雑音が重畳された多値信号１５の波形を示す図である。図２１を参照して、第８の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態で説明した場合と同様に、多値信号１５に重畳された雑音のために、第３者の全しきい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、盗聴をより困難にすることができる。【０１１８】  以上説明したように、本実施形態によれば、Ｎ進符号化部１３１で情報データ群を一括してＮ進符号化信号５２に変換し、Ｎ進復号化部２２０でＮ進符号化信号５３から情報データ群を一括して再生する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、１タイムスロットあたりに伝送できる情報量を増やすことができる。また、情報データ群をＮ進符号化信号５２に変換することで、より秘匿性の高いデータ伝送を実現することができる。【０１１９】  （第９の実施形態）
図２２は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。図２２において、第９の実施形態に係るデータ通信装置は、第８の実施形態（図１６）と比較して、Ｎ進符号化部１３２及びＮ進復号化部２２１の動作が異なる。第９の実施形態において、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成する。また、Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を生成する。以下、Ｎ進符号化部１３２及びＮ進復号化部２２１を中心に、第９の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第８の実施形態（図１６）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。【０１２０】  データ送信装置１６１０６において、Ｎ進符号化部１３２には、第１の鍵情報１１が入力される。Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成する。例えば、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１によって、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１における論理の組み合わせと、Ｎ進符号化信号５２の多値レベルとの対応関係を変更する。Ｎ進符号化部１３２から出力されたＮ進符号化信号５２は、多値処理部１１１ｂに入力される。【０１２１】  データ受信装置１６２０６において、多値識別部２１２ｂから出力されたＮ進符号化信号５３は、Ｎ進復号化部２２１に入力される。また、Ｎ進復号化部２２１には、第２の鍵情報１６が入力される。Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を出力する。具体的には、Ｎ進復号化部２２１は、Ｎ進符号化部１３２と逆の動作を行うことで、Ｎ進符号化信号５３から第１の情報データ５４と第２の情報データ５５とを出力する。【０１２２】  以上説明したように、本実施形態によれば、Ｎ進符号化部１３２が第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成し、Ｎ進復号化部２２１が第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化部１３２と逆の動作でＮ進符号化信号５３から情報データ群を再生する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、第８５の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より盗聴が困難なデータ通信を実現することができる。【０１２３】  なお、第９の実施形態に係るデータ通信装置において、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１と異なる第３の鍵情報５６を用いて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成してもよいものとする。また同様に、Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６と異なる第４の鍵情報５７を用いて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を再生してもよいものとする（図２３参照）。ただし、第３の鍵情報５６と第４の鍵情報５７とは、同じ鍵情報である。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、多値処理部１１１ｂで用いる鍵情報とＮ進符号化部１３２で用いる鍵情報とを分けることができ、より盗聴が困難なデータ通信を実現することができる。【０１２４】  （第１０の実施形態）
図２４は、本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２４において、第１０の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態（図１）と比較して、データ送信装置１９１０５が同期信号発生部１３４と多値処理制御部１３５とを、データ受信装置１９２０５が同期信号再生部２３３と多値識別制御部２３４とをさらに備える点が異なっている。【０１２５】  図２５は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。以下、第１０の実施形態に係るデータ通信装置について、図２４および図２５を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【０１２６】  図２４において、同期信号発生部１３４は、所定周期の同期信号６４を発生して、多値処理制御部１３５に出力する。多値処理制御部１３５は、同期信号６４に基づいて、多値処理制御信号６５を発生し、多値処理部１１１ｂに出力する。多値処理制御信号６５は、多値処理部１１１ｂが出力する多値信号１３のレベル数（以下、多値数という）を指定する信号である。多値処理部１１１ｂは、多値処理制御信号６５と多値符号列１２とに基づいて、情報データ１０から多値信号を生成するとともに、生成した多値信号の多値数を切り替えた信号を多値信号１３として出力する。例えば、図２５に示すように、多値処理部１１１ｂは、期間ＡおよびＣにおいて多値数“８”値の多値信号を出力し、期間Ｂにおいて多値数“２”値の信号を出力する。より、具体的には、多値処理部１１１ｂは、期間ＡおよびＣでは、情報データ１０と多値符号列１２とを合成して出力し、期間Ｂでは、情報データ１０をそのまま出力しても良い。【０１２７】  同期信号再生部２３３は、前記同期信号６４に対応する同期信号６６を再生して、多値識別制御部２３４に出力する。多値識別制御部２３４は、同期信号６６に基づいて、多値識別制御信号６７を発生し、多値識別部２１２ｂに出力する。多値識別部２１２ｂは、多値識別制御信号６７に基づいて、復調部２１１から出力される多値信号１５に対する閾値（多値符号列１７）を切り替えて識別を行い、情報データ１８を再生する。例えば、図５８に示すように、多値識別部２１２ｂは、期間ＡおよびＣにおいて多値数“８”値の多値信号に対して、当該レベルが逐次変化する多値符号列１７を閾値として識別し、期間Ｂにおいて２値信号に対して所定の一定閾値に基づく識別を行う。【０１２８】  なお、図２５では、期間Ｂの２値信号に対する閾値（平均レベル）を、期間ＡおよびＣの多値信号の平均レベル（Ｃ３）に一致させているが、この限りではなく、いかなるレベルに設定しても良い。また、図２５では、期間Ｂにおける２値信号の振幅を、情報データ１０の振幅（情報振幅）に一致させているが、この限りではなく、多値識別部２１２ｂにおいて一定閾値で識別できる大きさであれば、いかなる振幅に設定しても良い。さらに、図２５では、期間ＡおよびＣと、期間Ｂとにおける多値信号の転送レートを同一としているが、この限りではなく、異なる転送レートとしても良い。特に、多値数が少ない程、転送レートを大���くすることが、伝送効率の点で好ましい。【０１２９】  また、図２５において、多値処理部１１１ｂは、多値数が８の多値信号と２値信号とを切り替えた多値信号１３を出力している。しかし、多値信号１３の多値数の組み合わせは、これに限られず、いかなる多値数の組み合わせでもよい。例えば、多値処理部１１１ｂは、多値数“８”の多値信号と多値数“４”の多値信号とを切り替えて出力してもよい。さらに、図２４に示すデータ通信装置は、多値数の値に応じて、情報データ１０および１８と、多値符号列１２および１７と、多値信号１３および１５との転送レートを変更してもよい。【０１３０】  以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、安全性を必要としない通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一般通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。【０１３１】  （第１１の実施形態）
図２６は、本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２６において、第１１の実施形態に係るデータ通信装置は、第１０の実施形態（図２４）と比較して、データ受信装置１０２０１が、同期信号再生部２３３と多値識別制御部２３４とを備えない点が異なっている。【０１３２】  図２７は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。以下、第１１の実施形態に係るデータ通信装置について、図２６及び図２７を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１０の実施形態（図２４）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【０１３３】  図２６において、多値処理部１１１ｂは、多値処理制御信号６５に基づいて、当該出力信号である多値信号１３の多値数を切り替えて出力すると共に、多値信号１３の多値数を小さくする場合には、当該多値信号振幅を大きく設定する。例えば、図２７に示すように、期間ＡおよびＣにおける多値数“８”に対して、期間Ｂには、多値数“２”とする一方で、当該振幅を充分大きくする。より、具体的には、期間Ｂの２値信号振幅を、期間ＡおよびＣにおける多値信号振幅と同等もしくはそれ以上に設定して出力する。【０１３４】  多値識別部２１２ｂは、復調部２１１から出力される多値信号１５を、当該多値数に関わらず、多値符号列１７を閾値として識別（２値判定）し、情報データ１８を再生する。例えば、図２７に示すように、期間ＡおよびＣでは、総レベル数“８”の多値信号に対して、当該レベルが逐次変化する多値符号列１７を閾値として識別を行い、期間Ｂにおいても、多値符号列１７に基づいて、２値信号を識別する。【０１３５】  以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させると同時に、当該振幅を増大することにより、多値信号受信時の閾値制御を容易にして、より簡便な構成で、安全性を必要としない通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一般通信サービスを混在して提供し、効率的かつ経済的な通信装置を提供することができる。【０１３６】  （第１２の実施形態）
図２８は、本発明の第１２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２８において、第１２の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１９１０５とデータ受信装置１０２０１と副データ受信装置１９２０７とが、伝送路１１０と分岐部２３５とによって接続された構成である。第１２の実施形態に係るデータ通信装置は、第１１の実施形態（図２６）と比較して、分岐部２３５と副データ受信装置１９２０７とをさらに備えている点が異なっている。なお、図２８においては省略されているが、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とを含んでいる。以下、第１２の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１１の実施形態（図２６）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【０１３７】  図２８において、データ送信装置１９１０５は、図２７に示す多値信号を変調した変調信号１４を送信する。分岐部２３５は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４をｍ個の信号（ｍは、２以上の整数である。なお、図２８の例では、ｍ＝２である）に分岐する。データ受信装置１０２０１は、分岐部５２０から出力されるｍ個の変調信号の内、ｎ個（ｎは、ｍ以下の整数である。図２８の例では、ｎ＝１である）の変調信号に対応して設けられる。データ受信装置１０２０１は、期間ＡおよびＣにおいて、第１の鍵情報１１と同一鍵として共有する第２の鍵情報１６に基づいて、変調信号を復調および復号化して、情報データ１８を再生する。なお、データ受信装置１０２０１は、期間Ｂにおいて、２値信号の識別を行ってもよい。【０１３８】  副データ受信装置１９２０７は、分岐部２３５から出力されるｍ個の変調信号の内、ｍ−ｎ個（図２８の例では、ｍ−ｎ＝２−１＝１）の変調信号に対応して設けられる。副復調部２３６は、入力される変調信号を復調し、多値信号１５を再生する。識別部２３７は、復調部２３６から出力される多値信号１５を、所定の一定閾値に基づいて識別し、図２７に示す期間Ｂのみにおける情報データ（部分情報データ６８）を再生する。【０１３９】  なお、図２８において、データ通信装置は、分岐部２３５における分岐数を２（すなわち、ｍ＝２）とし、分岐部２３５で分岐された１つ（すなわち、ｎ＝１）の変調信号に対応してデータ受信装置１０２０１を設け、残りの１つ（すなわち、ｍ−ｎ＝１）の変調信号に対応して副データ受信装置１９２０７を設ける構成とした。しかし、データ通信装置の構成は、この限りではなく、ｍ≧ｎであれば、ｍとｎとをいかなる数に設定してもよいものとする。【０１４０】  以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、不特定多数の受信者に対する一斉通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一斉同報通信や放送等の通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供す���ことができる。【０１４１】  （第１３の実施形態）
図２９は、本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２９において、第１３の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１９１０８と、複数のデータ受信装置１０２０１ａ〜ｂと、副データ受信装置１９２０７とが、伝送路１１０と分岐部２３５とによって接続された構成である。データ送信装置１９１０８は、第１２の実施形態（図２８）と比較して、鍵情報選択部１３６をさらに備えている。なお、図２９においては省略されているが、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とを含んでいる。以下、第１３の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１２の実施形態（図２８）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。【０１４２】  図２９において、鍵情報選択部１３６は、予め定められたｎ個の鍵情報（図２９の例では、ｎ＝２であり、ｎ個の鍵情報は、第１の鍵情報１１ａおよび第３の鍵情報１１ｂである）からいずれかを選択する。多値符号化部１１１は、選択された鍵情報に基づいて、図２７に示すような多値信号１３を生成する。データ受信装置１０２０１ａおよび１０２０１ｂは、分岐部２３５によって分岐されたｍ個の変調信号の内、ｎ個の変調信号に対応してｎ個設けらる（図２９の例では、ｍ＝３であり、ｎ＝２である）。データ受信装置１０２０１ａは、第１の鍵情報１１ａと同一鍵として共有する第２の鍵情報１６ａに基づいて、変調信号を復調および復号化して、情報データ１８ａを再生する。また同様に、データ受信装置１０２０１ｂは、第１の鍵情報１１ａと同一鍵として共有する第４の鍵情報１６ｂに基づいて、変調信号を復調および復号化して、情報データ１８ｂを再生する。【０１４３】  具体的には、図２７において、データ送信装置１９１０８が、期間Ａにおいて第１の鍵情報１１ａを用いて多値信号１３を生成した場合、データ受信装置１０２０１ａは、期間Ａに入力された変調信号を復調して、第２の鍵情報１６ａを用いて情報データ１８ａを再生する。また、データ送信装置１９１０８が、期間Ｃにおいて第３の鍵情報１１ｂを用いて多値信号１３を生成した場合、データ受信装置１０２０１ｂは、期間Ｃに入力された変調信号を復調して、第４の鍵情報１６ｂを用いて情報データ１８ｂを再生する。なお、データ受信装置１０２０１ａ及び１０２０１ｂは、期間Ｂにおいて入力される変調信号を復調して、部分情報データ５８の再生を行ってもよい。【０１４４】  副データ受信装置１９２０７は、分岐部２３５から出力されるｍ個の変調信号の内、ｍ−ｎ個（図２９の例では、ｍ−ｎ＝３−２＝１）の変調信号に対応して設けらる。副復調部２３６は、入力される変調信号を復調し、多値信号１５を再生する。識別部２３７は、復調部２３６から出力される多値信号１５を、所定の一定閾値に基づいて識別し、図２７に示す期間Ｂのみにおける情報データ（部分情報データ５８）を再生する。【０１４５】  なお、図２９において、データ通信装置は、分岐部２３５における分岐数を３（すなわち、ｍ＝３）とし、分岐部２３５で分岐された２つ（すなわち、ｎ＝２）の変調信号に対応���て２つのデータ受信装置１０２０１ａ、ｂを設け、残りの１つ（すなわち、ｍ−ｎ＝１）の変調信号に対応して副データ受信装置１９２０７を設ける構成とした。しかし、データ受信装置の構成は、この限りでなく、ｍ≧ｎであれば、ｍとｎとをいかなる数に設定してもよいものとする。【０１４６】  以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、さらに鍵情報を複数用意して切換使用することにより、特定の複数受信者のみに対する安全な通信路をそれぞれ確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、不特定多数の受信者に対する一斉通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一斉同報通信や放送等の通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。【０１４７】  なお、上述した第２〜１２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。例えば、第５〜７の実施形態に係るデータ通信装置は、第２の実施形態の特徴を備えてもよい（例えば、図３０Ａ〜図３０Ｃ参照）。例えば、第５〜６の実施形態に係るデータ通信装置は、第８の実施形態の特徴を備えてもよい（例えば、図３１Ａ〜図３１Ｂ参照）。【０１４８】  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。【０１４９】  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。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】  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として有用である。
【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】
2006051741.tif 000010
【図１０】
2006051741.tif 000011
【図１１】
2006051741.tif 000012
【図１２】
2006051741.tif 000013
【図１３】
2006051741.tif 000014
【図１４】
2006051741.tif 000015
【図１５】
2006051741.tif 000016
【図１６】
2006051741.tif 000017
【図１７】
2006051741.tif 000018
【図１８】
2006051741.tif 000019
【図１９】
2006051741.tif 000020
【図２０】
2006051741.tif 000021
【図２１】
2006051741.tif 000022
【図２２】
2006051741.tif 000023
【図２３】
2006051741.tif 000024
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2006051741.tif 000028
【図２８】
2006051741.tif 000029
【図２９】
2006051741.tif 000030
【図３０Ａ】
2006051741.tif 000031
【図３０Ｂ】
2006051741.tif 000032
【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月13日(2007.4.13)
【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】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する多値符号化部と、
前記多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とを備え、
前記所定の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値符号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する鍵情報切替部と、
前記鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する多値処理部とを含む、データ送信装置。
【請求項２】
前記鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号発生部に出力する、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号発生部に出力する、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替える、請求項２または３に記載のデータ送信装置。
【請求項５】
暗号通信を行うデータ受信装置であって、
所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号として出力する復調部と、
予め定められた所定の鍵情報と前記多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備え、
前記所定の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値復号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する鍵情報切替部と、
前記鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する多値符号列発生部と、
前記多値符号列に基づいて前記多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを含む、データ受信装置。
【請求項６】
前記鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号列発生部に出力する、請求項５に記載のデータ受信装置。
【請求項７】
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項６に記載のデータ受信装置。
【請求項８】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、前記再生鍵情報であると判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記多値符号列発生部に出力する、請求項７に記載のデータ受信装置。
【請求項９】
前記鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記多値符号列発生部に出力する、請求項５に記載のデータ受信装置。
【請求項１０】
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記予め記憶する順序と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項６に記載のデータ受信装置。
【請求項１１】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、前記予め記憶する順序から前記選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を前記再生鍵情報として判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記多値符号列発生部に出力する、請求項１０に記載のデータ受信装置。
【請求項１２】
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、前記多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、前記多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備え、
前記多値符号列発生部は、前記制御信号を受信する時間に限って、前記多値符号列を発生する、請求項５に記載のデータ受信装置。
【請求項１３】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、前記制御信号を生成する制御信号生成部とを含む、請求項１２に記載のデータ受信装置。
【請求項１４】
データ送信装置とデータ受信装置とが暗号通信を行うデータ通信装置であって、
前記データ送信装置は、
予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、
前記第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部とを備え、
前記所定の第１の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値符号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する第１の鍵情報切替部と、
前記第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第１の多値符号列を発生する第１の多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記第１の多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する前記第１の多値信号に変換する多値処理部とを含み、
前記データ受信装置は、
所定の変調形式の変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の第２の鍵情報と前記第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備え、
前記第２の鍵情報は、複数の鍵情報であり、
前記多値復号化部は、
所定のタイミングで、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する第２の鍵情報切替部と、
前記第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ前記前記第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第２の多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、
前記第２の多値符号列に基づいて前記第２の多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを含む、データ通信装置。
【請求項１５】
前記第１の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第１の多値符号発生部に出力する、請求項１４に記載のデータ通信装置。
【請求項１６】
前記第１の鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第１の多値符号発生部に出力する、請求項１４に記載のデータ通信装置。
【請求項１７】
前記第１の鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替える、請求項１５または１６に記載のデータ通信装置。
【請求項１８】
前記第２の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第２の多値符号列発生部に出力する、請求項１４に記載のデータ通信装置。
【請求項１９】
前記データ受信装置は、
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項１８に記載のデータ通信装置。
【請求項２０】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、前記再生鍵情報であると判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記多値符号列発生部に出力する、請求項１９に記載のデータ通信装置。
【請求項２１】
前記第２の鍵情報切替部は、前記複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、当該記憶した順序に従って、前記複数の鍵情報を切り替えて前記第２の多値符号列発生部に出力する、請求項１４に記載のデータ通信装置。
【請求項２２】
前記データ受信装置は、
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値と、前記予め記憶する順序と、前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、前記情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備える、請求項１８に記載のデータ通信装置。
【請求項２３】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、前記算出された平均値と、前記予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、前記予め記憶する順序から前記選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を前記再生鍵情報として判定し、前記再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含み、
前記第２の鍵情報切替部は、前記制御信号によって特定される鍵情報を、前記再生鍵情報として前記第２の多値符号列発生部に出力する、請求項２２に記載のデータ通信装置。
【請求項２４】
前記データ受信装置は、
所定の時間毎に前記多値信号レベルの平均値を算出し、当該算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、前記多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、前記第２の多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備え、
前記第２の多値符号列発生部は、前記制御信号を受信する時間に限って、前記第２の多値符号列を発生する、請求項１４に記載のデータ通信装置。
【請求項２５】
前記平均値検出部は、
所定の時間毎に前記多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、
前記積分値から前記多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、
前記算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、前記制御信号を生成する制御信号生成部とを含む、請求項２４に記載のデータ通信装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第３者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定者同志でのみ通信を行うには、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方法が採用されている。図３２は、当該方法に基づく、従来のデータ送信装置の構成を示すブロック図である。図３２において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２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９０００１は、符号化部９１１、及び変調部９１２を備える。データ受信装置９０００２は、復調部９１４、及び復号化部９１５を備える。従来のデータ通信装置は、符号化部９１１に情報データ９０と第１の鍵情報９１とを入力し、復号化部９１５に第２の鍵情報９６を入力すると、復号化部９１５から情報データ９８を出力する。以下、図３２を参照しながら、従来のデータ通信装置の動作について説明する。
【０００３】
データ送信装置９０００１において、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を所定の変調形式で変調して、変調信号９４として伝送路９１３を介してデータ受信装置９０００２に送出する。データ受信装置９０００２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して出力する。復号化部９１５は、符号化部９１１との間で共有している第２の鍵情報９６に基づいて、復調部９１４によって復調された信号を復号化（暗号解読）して、元の情報データ９８を再生する。
【０００４】
ここで、盗聴者データ受信装置９０００３を用いて、第３者による盗聴行為について説明する。図３２において、盗聴者データ受信装置９０００３は、盗聴者復調部９１６、及び盗聴者復号化部９１７を備える。盗聴者復調部９１６は、データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２との間で伝送される変調信号（情報データ）を盗聴して、盗聴した変調信号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、符号化部９１１との間で鍵情報を共有していないため、第１の鍵情報９１と異なる第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ことになる。このため、盗聴者復号化部９１７は、盗聴者復調部９１６が復調した信号を正しく復号化することができず、元の情報データを再生することができない。
【０００５】
このような数学的な演算に基づく数理暗号（または、計算暗号、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の公報にも記されているように、アクセスシステム等に適用することができる。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）構成では、各光受信器に、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、互いに異なる鍵情報を用いて、加入者毎の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ことができる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、また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。
【０００７】
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、天文学的な計算量に基づく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】
【０００８】
本発明は、暗号化通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と、変調部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。所定の鍵情報は、複数の鍵情報である。多値符号化部は、鍵情報切替部と、多値符号発生部と、多値処理部とを含む。鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。多値符号発生部は、鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成するとを含む。
【０００９】
変調信号は、光波を多値信号で変調することで生成される。
【００１０】
好ましくは、鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて多値符号発生部に出力する。
【００１１】
鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて多値符号発生部に出力する。
【００１２】
好ましくは、鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、複数の鍵情報を切り替える。
【００１３】
また、本発明は、暗号通信を行うデータ受信装置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、本発明のデータ受信装置は、復調部と、多値復号化部とを備える。復調部は、所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号として出力する。多値復号化部は、予め定められた所定の鍵情報と多値信号とを入力し、情報データを出力する。所定の鍵情報は、複数の鍵情報である。具体的には、多値復号化部は、鍵情報切替部と、多値符号列発生部と、多値識別部とを含む。鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。多値符号列発生部は、鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる多値符号列を発生する。多値識別部は、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００１４】
好ましくは、変調信号は、光波を多値信号で変調されて生成される。
【００１５】
好ましくは、鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて多値符号列発生部に出力する。
【００１６】
また、データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。
【００１７】
平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、再生鍵情報であると判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として多値符号列発生部に出力する。
【００１８】
好ましくは、鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて多値符号列発生部に出力する。
【００１９】
また、データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、予め記憶する順序と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。
【００２０】
平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、予め記憶する順序から選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を再生鍵情報として判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として多値符号列発生部に出力する。
【００２１】
また、データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備えてもよい。この場合、多値符号列発生部は、制御信号を受信する時間に限って、多値符号列を発生する。
【００２２】
平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。
【００２３】
また、本発明は、データ送信装置とデータ受信装置とが暗号通信を行うデータ通信装置にも向けられている。そして上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と、変調部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する。変調部は、第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。所定の第１の鍵情報は、複数の鍵情報である。具体的には、多値符号化部は、第１の鍵情報切替部と、第１の多値符号発生部と、多値処理部とを含む。第１の鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。第１の多値符号発生部は、第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ第１の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第１の多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、第１の多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する第１の多値信号に変換する。
【００２４】
また、本発明のデータ受信装置は、復調部と、多値復号化部とを備える。復調部は、所定の変調形式の変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する。多値復号化部は、予め定められた所定の第２の鍵情報と第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する。第２の鍵情報は、複数の鍵情報である。多値復号化部は、第２の鍵情報切替部と、第２の多値符号発生部と、多値識別部とを含む。第２の鍵情報切替部は、所定のタイミングで、複数の鍵情報を切り替えて出力する。第２の多値符号発生部は、第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化し、かつ第２の鍵情報切替部が出力した鍵情報毎に、信号レベルの平均値が異なる第２の多値符号列を発生する。多値識別部は、第２の多値符号列に基づいて第２の多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００２５】
好ましくは、変調信号は、光波を多値信号で変調することで生成される。
【００２６】
好ましくは、第１の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて第１の多値符号発生部に出力する。
【００２７】
また、第１の鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替える順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて第１の多値符号発生部に出力してもよい。
【００２８】
また、第１の鍵情報切替部は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えてもよい。
【００２９】
好ましくは、第２の鍵情報切替部は、所定の時間間隔で、複数の鍵情報を切り替えて第２の多値符号列発生部に出力する。
【００３０】
データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。
【００３１】
好ましくは、平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を、再生鍵情報であると判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として多値符号列発生部に出力する。
【００３２】
第２の鍵情報切替部は、複数の鍵情報を切り替えて出力する順序を予め記憶し、記憶した順序に従って、複数の鍵情報を切り替えて第２の多値符号列発生部に出力する。
【００３３】
データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値と、予め記憶する順序と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値とを用いて、情報データを再生するための鍵情報を再生鍵情報として判定する平均値検出部をさらに備えてもよい。
【００３４】
平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号レベルの平均値を算出する平均値算出部と、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出された平均値と、予め保有する平均値との差分の絶対値が最小となる場合の鍵情報を選択し、予め記憶する順序から選択した鍵情報の次に用いる鍵情報を再生鍵情報として判定し、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。第２の鍵情報切替部は、制御信号によって特定される鍵情報を、再生鍵情報として第２の多値符号列発生部に出力する。
【００３５】
データ受信装置は、所定の時間毎に多値信号レベルの平均値を算出し、算出した平均値が、所定の範囲内の値である場合、第２の多値符号列を出力することを指示する制御信号を生成して、第２の多値符号列発生部に出力する平均値検出部をさらに備えてもよい。第２の多値符号列発生部は、制御信号を受信する時間に限って、第２の多値符号列を発生する。
【００３６】
平均値検出部は、所定の時間毎に多値信号のレベルを積分した積分値を出力する積分回路と、積分値から多値信号のレベルの平均値を算出する平均値算出部と、算出された平均値のレベルが、所定の範囲内である場合に、制御信号を生成する制御信号生成部とを含む。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のデータ通信装置によれば、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・復号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化する。これにより、データ通信装置は、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。
【００３８】
また、本発明のデータ送信装置は、情報データを多値信号に符号化する際に、複数の鍵情報を切り替える。また、本発明のデータ受信装置は、多値信号をデータ送信装置で用いた鍵情報と同じ鍵情報を用いて復号化する。これにより、データ通信装置は、さらに秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。また、本発明のデータ送信装置は、所定の時間間隔で多値信号のレベルの平均値が変化する変調信号を送信する。この所定の時間間隔を、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度より短くすると、第３者が、傍受した変調信号をエルビウム添加ファイバ増幅器を用いて増幅した場合に、増幅された変調信号の波形を歪ませることができる。これにより、第３者による多値信号のレベル判定をより困難とすることができる。
【００３９】
また、本発明のデータ受信装置は、多値信号のレベルの平均値を、所定の時間間隔で算出する。データ受信装置は、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、算出した多値信号のレベルの平均値と、予め保有する多値信号レベルの平均値とを比較することによって、多値信号の生成に用いた鍵情報を決定する。これによって、本発明のデータ通信装置は、データ送信装置とデータ受信装置とが鍵情報を切り替えるタイミングを合わせる必要がなくなる。
【００４０】
また、データ送信装置は、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えることで、鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値信号を生成し、生成した多値信号を複数のデータ受信装置に対して送信する。データ受信装置は、入力される鍵情報によって生成される多値信号のレベルの平均値と、受信した多値信号のレベルの平均値とが一致する場合にだけ、入力される鍵情報に基づいて、多値信号の復号化を行う。これによって、データ送信装置は、複数のデータ受信装置に対して、暗号化されたデータを送信することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（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の実施形態にデータ通信装置は、データ送信装置１０１０１とデータ受信装置１０２０１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１０１０１は、多値符号化部１１１、及び変調部１１２を備える。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａ、及び多値処理部１１１ｂを含む。データ受信装置１０２０１は、復調部２１１、及び多値復号化部２１２を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂ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。
【００４２】
図２及び図３は、変調部１１２から出力される変調信号の波形を説明するための模式図である。以下に、第１の実施形態に係るデータ通信装置について、図１〜３を用いながら、その動作を説明する。
【００４３】
第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた所定の第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（図２（ｂ））を発生する。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２（図２（ｂ））と情報データ１０（図２（ａ））とを入力し、所定の手順に従って両信号を合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号１３（図２（ｃ））を生成する。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に変化する場合、この多値符号列１２をバイアスレベルとして、情報データ１０を加算することで、Ｌ１／Ｌ８／Ｌ６／Ｌ４にレベルが変化する多値信号１３を生成する。
【００４４】
ここで、図３に示すように、情報データ１０の振幅を“情報振幅”、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”、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）をそれぞれ第１〜第５の“基底”、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”と呼称する。
【００４５】
変調部１１２は、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に送出する。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１２に相当する多値符号列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）または光波を多値信号１３で変調して得られたものである。
【００４６】
なお、多値処理部１１１ｂは、上述したように、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を生成する以外に、いかなる方法を用いて多値信号１３を生成してもよいものとする。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することで多値信号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すことで多値信号１３を生成してもよい。
【００４７】
また、図２及び図３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、もしく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。情報振幅は、多値信号１３のステップ幅のいかなる整数倍であってもよいし、また整数倍でなくてもよい。さらに、これに関連して、図２及び図３では、多値符号列１２の各レベルが、多値信号１３の各レベル間の略中心になるよう配置したが、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の各レベル間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（または低速）であってもよいし、また非同期であってもよいものとする。
【００４８】
次に、第３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３者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置１０２０１に準じた構成、もしくはさらに高性能なデータ受信装置（例えば、盗聴者データ受信装置）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１０１０１との間で鍵情報を共有しないため、データ受信装置１０２０１のように、鍵情報から多値符号列１７を発生させることができない。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。
【００４９】
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。即ち、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、盗聴者データ受信装置は、図２に示した、多値符号列１２のレベル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、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。
【００５０】
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４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１０２０１）が判定する被判定信号（多値信号１５）のＳＮ比（信号対雑音強度比）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とになる。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ことになる。
【００５１】
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、データ通信装置は、この特性を利用することで、第３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（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３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。
【００５２】
なお、被判定信号（多値信号１５、または変調信号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３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。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、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３者による盗聴が不可能となるように適切に設定する。これにより、第３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３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。
【００５４】
（第２の実施形態）
図５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を示すブロック図である。図５において、第２の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１０１０２が第１のデータ反転部１１３を、データ受信装置１０２０２が第２のデータ反転部２１３をさらに備える。以下に、第２の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に順ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
第１のデータ反転部１１３は、図２（ａ）に示す情報データ１０が有する“０／１”と、“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”との対応関係を固定せず、所定の手順で当該対応関係を略ランダムに変更する。例えば、第１のデータ反転部１１３は、多値符号化部１１１と同様に、所定の初期値に基づいて発生させた乱数系列（疑似乱数列）と情報データ１０との排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ＯＲ）の演算を行い、その演算結果を多値符号化部１１１に出力する。第２のデータ反転部２１３は、多値復号化部２１２から出力されたデータについて、第１のデータ反転部１１３と逆の手順で、当該“０／１”と“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”の対応関係を変更する。例えば、第２のデータ反転部２１３は、第１のデータ反転部１１３が備える初期値と同一の初期値を共有し、これに基づいて発生させた乱数のビット反転系列と、多値復号化部２１２から出力されたデータとの排他的論理和の演算を行い、その演算結果を情報データ１８として再生する。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データの反転を略ランダムに行うことで、暗号としての多値信号の複雑性を大きくする。これにより、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難とし、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図６において、第３の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ通信装置１０１０３が雑音制御部１１４をさらに備える。雑音制御部１１４は、雑音発生部１１４ａ、及び合成部１１４ｂを含む。以下、第３の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
雑音発生部１１４ａは、所定の雑音を発生する。合成部１１４ｂは、多値信号１３と雑音とを合成して、変調部１１２に出力する。すなわち、雑音制御部１１４は、図４を用いて説明した多値信号１３のレベル変動を故意に生じさせて、多値信号１３のＳＮ比を任意の値に制御する。なお、上述したように、雑音発生部１１４ａが発生する雑音としては、熱雑音や量子雑音等が用いられる。また、雑音が合成（重畳）された多値信号を雑音重畳多値信号と呼ぶことにする。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号のＳＮ比を任意に制御する。これにより、第３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３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図である。第４の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態（図１）、または第３の実施形態（図６）に準ずる構成である。以下、図７を用いて本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。
【００６１】
図１または図６を参照して、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号１３の各ステップ幅（Ｓ１〜Ｓ７）を、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）に従って設定する。具体的には、多値符号化部１１１は、多値識別部２１２ｂに入力される被判定信号（すなわち、多値信号１５）の隣り合う２つの信号点間のＳＮ比が略均一になるように、当該信号点間距離を配分する。なお、多値符号化部１１１は、多値信号１５の各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、各ステップ幅を均等に設定することになる。
【００６２】
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、ＬＤ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、ＬＤ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、その雑音量は、誘導放出光量に対する自然放出光量の相対比で定義されている。ここで、励起率（ＬＤに注入するバイアス電流に対応）が高い程、誘導放出光量の割合が大きくなるため、雑音量は小さくなり、逆に、励起率が低い程、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、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、多値信号のレベルが大きい領域ではステップ幅を小さく（すなわち、非線形に）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比を略均一に設定する。
【００６３】
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充分小さい条件下では、受信信号のＳＮ比は、主にショット雑音で決定されることになる。このような条件下では、多値信号のレベルが大きい程、多値信号に含まれる雑音量が大きくなる。このため、多値符号化部１１１は、図７の場合とは逆に、多値信号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比を略均一に設定する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、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、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比が略均一になるように、多値信号の信号点間距離を設定する。これにより、第３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３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【００６５】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図８において、第５の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５とデータ受信装置１７２０５とが光伝送路１２６によって接続された構成である。データ送信装置１７１０５は、多値符号化部１１１と、光変調部１２５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、第１の鍵情報切替部１１１ｃとを含む。データ受信装置１７２０５は、光復調部２１９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、第２の鍵情報切替部２１２ｃとを含む。
【００６６】
また、図８には、第３者による盗聴動作を説明するために、盗聴者データ受信装置１７３０５を示している。ただし、盗聴者データ受信装置１７３０５は、本発明のデータ通信装置にとって必要な構成ではない。盗聴者データ受信装置１７３０５は、光増幅部４０３と、光復調部４０４と、第２の多値復号化部４０２とを備える。
【００６７】
データ送信装置１７１０５において、第１の鍵情報切替部１１１ｃには、第１の鍵情報Ａ１１ａと第１の鍵情報Ｂ１１ｂとが入力される。第１の鍵情報切替部１１１ｃは、所定の時間間隔で、第１の鍵情報Ａ１１ａと第１の鍵情報Ｂ１１ｂとを切り替えて、切り替えた鍵情報を選択鍵情報５３として出力する。第１の多値符号発生部１１１ａは、入力された選択鍵情報５３から多値符号列１２を生成し、生成した多値符号列１２を多値符号化部１１１ｂへ出力する。多値処理部１１１ｂは、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、多値信号１３を生成する。光変調部１２５は、多値信号１３を光変調信号４６に変換して、光伝送路１２６に送出する。
【００６８】
データ受信装置１７２０５において、光復調部２１９には、光伝送路１２６を介して、光変調信号４６が入力される。光復調部２１９は、入力された光変調信号４６を多値信号１５に変換する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂに入力される。第２の鍵情報切替部２１２ｃには、第２の鍵情報Ａ１６ａと第２の鍵情報Ｂ１６ｂとが入力される。第１の鍵情報Ａ１１ａと第２の鍵情報Ａ１６ａとは、同一の鍵情報である。また、第１の鍵情報Ｂ１１ｂと第２の鍵情報Ｂ１６ｂとは、同一の鍵情報である。
【００６９】
第２の鍵情報切替部２１２ｃは、所定の時間間隔で、第２の鍵情報Ａ１６ａと第２の鍵情報Ｂ１６ｂとを切り替え、切り替えた鍵情報を選択鍵情報５４として出力する。選択鍵情報５４は、第２の多値符号発生部２１２ａに入力される。第２の多値符号発生部２１２ａは、選択鍵情報５４に基づいて多値符号列１７を生成する。多値符号列１７は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を用いて、多値信号１５を２値判定して、多値信号１５から情報データ１８を復号する。
【００７０】
以下、第５の実施形態で使用される鍵情報について図９を用いて説明する。図９は、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂによってそれぞれ生成される多値符号列のレベルと平均値を示す図である。図９（ａ）は、第１の鍵情報Ａ１１ａ及び第２の鍵情報Ａ１６ａ（以下、「鍵情報Ａ」と記す）によって、生成される多値符号列１２（以下、「多値符号列Ａ」と記す）のレベル変化の一例を示す図である。図９（ｂ）は、第１の鍵情報Ｂ１１ｂ及び第２の鍵情報Ｂ１６ｂ（以下、「鍵情報Ｂ」と記す）によって生成される多値符号列１２（以下、「多値符号列Ｂ」と記す）のレベル変化の一例を示す図である。図９（ａ）に示すように、多値符号列Ａは、大きいレベルの出現確率が大きい。一方、図９（ｂ）に示すように、多値符号列Ｂは、小さいレベルの出現確率が大きい。このため、多値符号列Ａのレベルの平均値Ａ１は、多値符号列Ｂのレベルの平均値Ａ２よりも大きくなる。
【００７１】
多値符号列１２は、所定の時間間隔で、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂのいずれかによって生成される。多値符号列１２は、レベルの平均値が所定の時間間隔で変化する。従って、情報データ１０のレベルの平均値が一定である場合、多値信号１３のレベルの平均値は、多値符号列１２のレベルの平均値の変化に応じて、所定の時間間隔で変動する。そのため、光変調信号４６のレベルの平均値も、多値信号１３と同様に所定の時間間隔で変化することになる。
【００７２】
このように、データ送信装置１７１０５は、複数の鍵情報を用いて多値信号を生成するため、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より秘匿性の高いデータ通信を行うことが可能となる。
【００７３】
次に、想定される第３者による盗聴動作について説明する。ただし、盗聴者である第３者は、鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂを持っていないものとする。
【００７４】
盗聴者である第３者は、光変調信号４６を復調して多値信号１５を出力できた場合も、多値判定に必要な鍵情報を持っていないため、多値信号１５を復号して情報データ１８を再生することができない。しかし、第３者は、多値信号のレベルを正確に知ることができれば、総当り攻撃によって多値信号１５から鍵情報を解読することが可能となる。正規受信者（すなわち、データ受信装置１７２０５）が行う多値信号の２値判定においては、多値信号のＳＮ比は、多値信号に含まれる情報振幅と雑音との比で決定する。一方、第３者（すなわち、盗聴者データ受信装置１７３０５）が行う多値信号の２値判定においては、多値信号のＳＮ比は、多値信号に含まれる信号点間距離と雑音との比で決定する。このため、第３者は、正規受信者と比較して、盗聴した多値信号に含まれる雑音の影響を小さくする必要があり、光増幅部４０３を第２の復調部４０２の前段に設置し、多値信号のレベルを増幅する可能性がある。
【００７５】
図１０は、光増幅部として一般的に用いられるエルビウム添加ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）の平均入力光レベルと利得特性との関係を示す図である。図１０に示すように、ＥＤＦＡの利得は、入力光の平均レベルに依存する。ＥＤＦＡの利得変化の応答速度は、数ｋＨｚ程度である。また、ＥＤＦＡの利得変化の応答速度は、入力される光信号の変調速度と比較して、十分低速である。このため、ＥＤＦＡへの入力光の平均レベルが変化しない場合、ＥＤＦＡの出力波形に歪みは発生しない。しかし、ＥＤＦＡへの入力光の平均レベルが、ＥＤＦＡの応答速度と同程度の速度で変化する場合、出力波形に歪が生じることになる。このため、ＥＤＦＡへの入力光の平均レベルを人為的に変化させることによって、ＥＤＦＡを用いた光増幅部４０３の出力波形に歪を生じさせることができる。
【００７６】
以下の説明において、盗聴者データ受信装置１７３０５が備える光増幅部４０３（図８参照）は、ＥＤＦＡであるものとする。データ送信装置１７１０５は、上述したように、鍵情報Ａと鍵情報Ｂとを切り替えて多値信号１３を生成することで、平均値のレベルが時間的に変化する光変調信号４６を出力する。図１１は、盗聴者によって増幅された光変調信号４６の歪みを説明する図である。図１１（ａ）は、光変調信号４６の波形の一例を示す図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す光変調信号４６のレベルの平均値の時間変化を示す図である。図１１（ｂ）に示す光変調信号４６のレベルの平均値の時間変化は、データ送信装置１７１０５における鍵情報の切替速度に対応する。図１１（ｃ）は、データ送信装置１７１０５における鍵情報の切替速度が、光増幅部４０３の利得の応答速度に近い場合における、光増幅部４０３の利得の変動を示す図である。光増幅部４０３の利得が変動する結果、光増幅部４０３が出力する信号は、図１１（ｄ）に示すように、歪んだ波形で出力される。
【００７７】
盗聴者データ受信装置１７３０５において、光復調部４０４は、図１１（ｄ）に示すような波形が歪んだ光変調信号を復調して多値信号を再生する。このため、光復調部４０４が出力する多値信号は、歪んだ波形となる。第２の多値復号化部４０２は、光復調部４０４が出力する多値信号から多値レベルの識別を試みるが、多値信号の波形が歪んでいるため、多値信号の多値レベルを正しく識別することができない。このため、盗聴者は、多値信号から情報データを再生することができない。また、盗聴者は、鍵情報を解読することも不可能となる。
【００７８】
以上のように、本実施形態に係るデータ通信装置によれば、データ送信装置１７１０５が、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えて、切り替えた鍵情報に基づいて多値信号を生成する。データ受信装置１７２０５は、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えて、切り替えた鍵情報に基づいて多値信号を識別する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、複数の鍵情報を用いて、暗号化された信号を送受信することができる。
【００７９】
また、データ送信装置１７１０５は、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得変化の応答速度よりも短い時間間隔で複数の鍵情報を切り替える。これによって、第３者が傍受した変調信号をエルビウム添加ファイバ増幅器を用いて増幅した場合に、増幅された変調信号の波形を歪ませることができる。このため、第３者は、多値信号の多値レベルを判定すること、及び総当り攻撃によって鍵情報を解読することが不可能となる。故に、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、データ通信装置が使用する鍵情報を２種類として説明を行ったが、使用する鍵情報は２種類に限定されない。本実施形態に係るデータ通信装置が使用する鍵情報は３種類以上であってもよい。また、データ通信装置は、使用する鍵情報の順番を予め定めておいてもよい。この場合、第１の鍵情報切替部１１１ｃ及び第２の鍵情報切替部２１２ｃは、複数の鍵情報を連続的に発生させる回路、あるいは複数の鍵情報を記憶しておく記憶装置を有してもよい。
【００８１】
（第６の実施形態）
第５の実施形態で説明したように、多値信号のレベルの平均値は、鍵情報によって生成される多値符号列のレベルの平均値に依存する。そのため、本実施形態に係るデータ受信装置は、復調した多値信号のレベルの平均値を、複数の鍵情報の切り替えに関する制御情報として用いる。これにより、データ受信装置は、この制御情報に基づいて、多値信号の２値判定に用いる鍵情報を選択する。
【００８２】
図１２は、本発明の第６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１２において、第６の実施形態に係るデータ受信装置１７２０６は、第５の実施形態に係るデータ受信装置１７２０５（図８）の構成に加えて、平均値検出部２２２をさらに備える。また、多値復号化部２１２は、第２の鍵情報切替部２１２ｃをさらに含む。以下、第５の実施形態と異なる部分を中心に、本実施形態のデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第５の実施形態（図８）に準ずるため、第５の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
データ受信装置１７２０６において、光復調部２１９には、光伝送路１２６を介して、光変調信号４６が入力される。光復調部２１９は、入力された光変調信号４６を多値信号１５に変換する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂ及び平均値検出部２２２に入力される。平均値検出部２２２は、所定時間内における多値信号１５の平均値を計算し、その平均値に応じた制御信号５５を第２の鍵情報切替部２１２ｃに出力する。第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号５５に基づいて、多値信号１５を２値判定するときに必要な鍵情報を選択する。選択された鍵情報は、第２の多値符号発生部２１２ｂに入力される。第２の多値符号発生部２１２ｂは、入力された鍵情報に基づいて、多値符号列１７を生成する。多値符号列１７は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を用いて、多値信号１５を２値判定して、情報データ１８を再生する。
【００８４】
図１３及び図１４を用いて、平均値検出部２２２の詳細について説明する。図１３は、平均値検出部２２２の構成の一例を示すブロック図である。図１３において、平均値検出部２２２は、積分回路２２２１と、平均値算出部２２２２と、制御信号生成部２２２３とを有する。図１４（ａ）は、多値信号１５の生成に使用される鍵情報の時間変化を示す図である。図１４（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２においては、多値信号１５の生成に鍵情報Ｂが使用される。また、時間ｔ２〜ｔ３においては、多値信号１５の生成に鍵情報Ａが使用される。また、時間ｔ３以降においては、多値信号１５の生成に鍵情報Ｂ及び鍵情報Ａが交互に使用される。
【００８５】
図１４（ｂ）は、積分回路２２２１にリセット信号が入力されるタイミングの一例を示す図である。図１４（ｂ）に示すように、リセット信号は、所定の時間間隔で積分回路２２２１に入力される。積分回路２２２１は、リセット信号が入力されるまでの間、多値信号１５のレベルを積分する。積分回路２２２１は、リセット信号が入力されると、積分値を平均値算出部２２２２に出力し、再び多値信号１５のレベルの積分を０から開始する。図１４（ｃ）に積分回路２２２１の積分波形を示す。
【００８６】
平均値算出部２２２２は、積分回路２２２１から入力された積分値から、多値信号１５のレベルの平均値を算出し、算出した平均値を制御信号生成部２２２３に出力する。図１４（ｄ）に、多値信号１５のレベルの平均値の時間変化を示す。図１４（ｄ）に示すように、平均値算出部２２２２は、時間ｔ２で鍵情報Ｂによって生成された多値信号の平均値Ｍｂを出力する。
【００８７】
制御信号生成部２２２３は、多値信号１５の平均値が変化した際に、多値信号１５の生成に用いられた鍵情報の判定を行う。制御信号生成部２２２３は、多値信号１５のレベルの平均値が所定の値の範囲内であれば、鍵情報Ａによって多値信号１５が生成されたと判定し、所定の値の範囲外であれば、鍵情報Ｂによって多値信号１５が生成されたと判定する。
【００８８】
図１４を用いて、制御信号生成部２２２３の動作の具体例について説明する。例えば、時間ｔ２において、制御信号生成部２２２３には、平均値算出部２２２２から平均値Ｍｂが入力される（図１４（ｄ）参照）。制御信号生成部２２２３は、入力された平均値Ｍｂに基づいて、時間ｔ１〜ｔ２での情報データ１８を再生するための鍵情報（以下、「再生鍵情報」と記す）が、鍵情報Ｂであると判定する。そして、制御信号生成部２２２３は、第２の鍵情報切替部２１２ｃに制御信号５５をｏｆｆの状態で出力する（図１４（ｅ）参照）。第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号５５がｏｆｆであるときに、第２の鍵情報Ｂ１６ｂを第２の多値符号発生部２１２ｂに出力する。
【００８９】
また、時間ｔ３において、制御信号生成部２２２３には、平均値算出部２２２２から平均値Ｍａが入力される（図１４（ｄ）参照）。制御信号生成部２２２３は、入力された平均値Ｍａに基づいて、時間ｔ２〜ｔ３での再生鍵情報が鍵情報Ａであると判定する。そして、制御信号生成部２２２３は、制御信号５５をｏｎの状態で鍵情報切替部２１２ｃに出力する（図１４（ｅ）参照）。第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号５５がｏｎであるときに、第２の鍵情報Ａ１６ａを第２の多値符号発生部２１２ｂに出力する。
【００９０】
なお、制御信号生成部２２２３は、上述した判定方法の代わりに、例えば、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値信号のレベルの平均値を予め保有し、予め保有する平均値と、平均値算出部２２２２が算出した平均値とを用いて、複数の鍵情報から再生鍵情報を判定してもよい。この場合の制御信号生成部２２２３の動作の具体例について説明する。まず、制御信号生成部２２２３は、多値信号１５のレベルの平均値と、予め保有する平均値との差分を計算し、計算した差分の絶対値が最小となる場合に対応する鍵情報を、再生鍵情報であると判定する。制御信号生成部２２２３は、判定結果に応じて、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号５５を生成し、第２の鍵情報切替部２１２ｃに出力する。なお、制御信号５５は、３つ以上の鍵情報を示す必要がある場合には、上述したようにｏｎ／ｏｆｆするだけの信号ではなく、鍵情報の数に対応したレベルを取り得る信号となる。また、制御信号生成部２２２３は、多値信号のレベルの平均値の代わりに、複数の鍵情報のそれぞれに対応して出現する多値符号列の平均バイアスレベルを予め保持しておいてもよい。
【００９１】
第２の鍵情報切替部２１２ｃは、制御信号生成部２２２３から出力される制御信号５５に基づいて、多値符号発生部２１２ｂに出力する鍵情報を切り替える。これにより、データ受信装置１６１０６は、受信した多値信号のレベルの平均値を用いて、多値信号の符号化に用いられた鍵情報を判定して、受信した多値信号の２値判定を行う。
【００９２】
以上のように、本実施形態に係るデータ通信装置によれば、データ送信装置１７１０５が、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えることで、鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値信号を生成する。データ受信装置１７２０６は、受信した多値信号のレベルの平均値に基づいて、複数の鍵情報から多値信号を識別するために用いる鍵情報を判定する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５とデータ受信装置１７２０６とが鍵情報を切り替えるタイミングを合わせなくても、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。
【００９３】
なお、図１４を用いた説明では、リセット信号の送出タイミングと、鍵情報の切替タイミングとが一致していたが、リセット信号の送出タイミングは、鍵情報を切り替える間隔よりも短くてもよい。図１４を用いた方法では、平均値検出部２２２が、鍵情報が切り替わるタイミングで多値信号１５の平均値の算出を行い、多値信号１５の生成に用いた鍵情報の判定を行う。時間ｔ１〜ｔ２において、平均値検出部２２２は、時間ｔ２より後の時間に鍵情報の判定を行う。このため、多値識別部２１２ｂは、時間ｔ２より後で多値信号１５の２値判定を行う。このため、情報データ１８の再生は、ｔ２−ｔ１の時間の遅延が生じることになる。リセット信号の送出タイミングを、鍵情報の切替間隔よりも短くすることによって、多値信号の２値判定の遅延を短くすることができる。
【００９４】
また、使用する鍵情報の順番は、予め定めておいてもよい。この場合、平均値検出部２２２は、判定した鍵情報の次に用いる鍵情報に関する情報を、制御信号５５として第２の鍵情報切替部２１２ｃに送出しても良い。これにより、判定された鍵情報に関する制御情報を第２の鍵情報切替部２１２ｃに出力する場合と比較して、多値信号の２値判定の遅延を短くすることができる。また、平均値検出に要する時間が長い場合にも対応できる。さらに、第２の多値符号発生部２１２ｂは、鍵情報の切り替えを行う順番と、鍵情報とを記憶しておくことによって、第２の鍵情報切替部２１２ｃを省略してもよい。
【００９５】
さらに、図１３に示す平均値検出部２２２の構成は、一例を示すものである。このため、図１３及び１４を用いて説明した平均値検出部２２２の機能を実現するものであれば、平均値検出部２２２は、他の構成であってもよい。
【００９６】
（第７の実施形態）
図１５は、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１５において、第７の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５と、第１のデータ受信装置１７２０７ａと、第２のデータ受信装置１７２０７ｂとが、光伝送路１２６と光分岐部１２７とによって接続された構成である。第１のデータ受信装置１７２０７ａは、光復調部２１９と、多値識別部２１２と、平均値検出部２２２とを備える。多値識別部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと多値識別部２１２ｂとを含む。第２のデータ受信装置１７２０７ｂは、光復調部２２５と、平均値検出部２２６と、多値識別部２２７とを備える。多値識別部２２７は、第２の多値符号発生部２２７ａと多値識別部２２７ｂとを含む。
【００９７】
図１５から分かるように、第１のデータ受信装置１７２０７ａと第２のデータ受信装置１７２０７ｂとは、同じ構成である。また、第１のデータ受信装置１７２０７ａと第２のデータ受信装置１７２０７ｂとにおいて、多値復号化部２１２は、第２の鍵情報切替部を含まない点が、第６の実施形態の多値復号化部２１２（図１２）と異なる。以下、この異なる部分を中心に、第７の実施形態に係るデータ通信装置ついて説明する。なお、本実施形態の構成は、第６の実施形態（図１２）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００９８】
多値符号化部１１１は、第１の鍵情報Ａ１１ａ及び第１の鍵情報Ｂ１１ｂとを所定の時間間隔で切り替え、切り替えた鍵情報と情報データ１０とを用いて多値信号１３を生成する。光変調部１２５は、多値信号１３を光変調信号４６に変調し、光伝送路１２６に伝送する。光分岐部１２７は、光変調信号４６を２つに分岐する。光分岐部１２７によって分岐された光変調信号４６は、第１のデータ受信装置１７２０７ａと、第２のデータ受信装置１７２０７ｂとに入力される。
【００９９】
また、第１のデータ受信装置１７２０７ａには、第２の鍵情報Ａ１６ａが入力される。このため、第１のデータ受信装置１７２０７ａは、第２の鍵情報Ａ１６ａに対応した多値信号のみの２値判定が可能となる。第２のデータ受信装置１７２０７ｂには、第２の鍵情報Ｂ１６ｂが入力される。このため、第２のデータ受信装置１７２０７ｂは、第２の鍵情報Ｂ１６ｂによって生成された多値信号のみの２値判定が可能となる。以下に各データ受信装置の動作の詳細を説明する。
【０１００】
第１のデータ受信装置１７２０７ａは、光変調信号４６を多値信号１３に復調する。平均値検出部２２２は、多値信号１５のレベルの平均値を検出する。平均値検出部２２２は、第２の鍵情報Ａに対応する多値信号のレベルの平均値を検出すると、第２の多値符号発生部２１２ｂに制御信号を出力する。第２の多値符号発生部２１２ａは、平均値検出部２２２が制御信号を出力する間のみ多値符号列１７を多値識別部２１２ｂに出力する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７が入力されると、多値信号１５の２値判定を行う。このように、第１のデータ受信装置１７２０７ａは、対応する鍵情報によって多値処理された多値信号の２値判定を行うことができる。
【０１０１】
第２のデータ受信装置１７２０７ｂも、第１のデータ受信装置１７２０７ａと同様の動作を行う。ただし、第２のデータ受信装置１７２０７ｂには、第２の鍵情報Ｂ１６ｂが入力される。このため、第２のデータ受信装置１７２０７ｂが備える平均値検出部２２６は、第２の鍵情報Ｂ１６ｂに対応する多値信号１５のレベルの平均値を検出することになる。
【０１０２】
以上のように、本実施形態に係るデータ通信装置によれば、データ送信装置１７１０５が、所定の時間間隔で複数の鍵情報を切り替えることで、鍵情報毎に信号レベルの平均値が異なる多値信号を生成し、生成した多値信号を複数のデータ受信装置１７２０７ａ〜ｂに対して送信する。データ受信装置１７２０７ａ〜ｂは、入力される鍵情報によって生成される多値信号のレベルの平均値と、受信した多値信号のレベルの平均値とが一致する場合だけ、入力される鍵情報に基づいて多値信号の復号化を行う。これによって、本発明のデータ通信装置は、データ送信装置１７１０５が、複数のデータ受信装置１７２０７ａ〜ｂに対して、暗号化されたデータを送信することが可能となる。
【０１０３】
なお、本実施形態では、データ通信装置が使用する鍵情報を２種類として説明を行ったが、使用する鍵情報は２種類に限定されない。データ通信装置が使用する鍵情報は３種類以上であってもよい。また、データ通信装置は、切り替える鍵情報の順番を予め定めておき、平均値検出部２２２が再生鍵情報の前の順番の鍵情報に対応した平均値を検出したときに、再生鍵情報を一意に特定するための制御信号５５を出力してもよい。これによって、データ通信装置は、多値信号の平均値を検出するための処理時間が長い場合にも、多値信号を復号化することができる。
【０１０４】
（第８の実施形態）
図１６は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１６において、第８の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１６１０５がＮ進符号化部１３１を、データ受信装置１６２０５がＮ進復号化部２２０をさらに備える点が異なっている。
【０１０５】
以下、Ｎ進符号化部１３１と、Ｎ進復号化部２２０とを中心に、第１０の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１０６】
データ送信装置１６１０５において、Ｎ進符号化部１３１には、複数の情報データから構成される情報データ群が入力される。ここでは、情報データ群として、第１の情報データ５０と、第２の情報データ５１とが入力されるものとする。図１７は、Ｎ進符号化部１３１に入力される情報データ群の波形例を示す図である。図１７（ａ）は、Ｎ進符号化部１３１に入力される第１の情報データ５０を示している。図１７（ｂ）は、Ｎ進符号化部１３１に入力される第２の情報データ５１を示している。
【０１０７】
Ｎ進符号化部１３１は、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１をＮ（この例では、Ｎ＝４）進数に符号化することで、所定の多値レベルを有するＮ進符号化信号５２として出力する。なお、Ｎは任意の自然数である。これによって、Ｎ進符号化部１３１は、１タイムスロットあたりに伝送できる情報量をｌｏｇ2Ｎ倍に増加させることができる。図１８は、Ｎ進符号化部１３１から出力されるＮ進符号化信号５２の波形例を示す図である。図１８を参照して、例えば、Ｎ進符号化部１３１は、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１における論理の組み合わせが、｛Ｌ、Ｌ｝の場合に多値レベル００を、｛Ｌ、Ｈ｝の場合に多値レベル０１を、｛Ｈ、Ｌ｝の場合に多値レベル１０を、｛Ｈ、Ｈ｝の場合に多値レベル１１を割り当てることで、４段階の多値レベルを有するＮ進符号化信号５２を出力することができる。Ｎ進符号化部１３１から出力されたＮ進符号化信号５２、及び第１の多値符号発生部１１１ａから出力された多値符号列１２（図２（ｂ）参照）は、多値処理部１１１ｂに入力される。
【０１０８】
多値処理部１１１ｂは、Ｎ進符号化信号５２と多値符号列１２とを所定の手順に従って合成し、合成した信号を多値信号１３として出力する。例えば、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２のレベルをバイアスレベルとして、Ｎ進符号化信号５２を加算することで多値信号１３を生成する。あるいは、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２をＮ進符号化信号５２で振幅変調することで多値信号１３を生成してもよい。図１９は、多値処理部１１１ｂから出力された多値信号１３の波形例を示す図である。図１９において、多値信号１３の多値レベルは、所定のレベル間隔（この例では３レベル間隔）で４段階に変動している。なお、点線は、バイアスレベル（多値符号列１２）を基準として、多値信号１３の多値レベルが変動する範囲を示している。
【０１０９】
多値処理部１１１ｂから出力された多値信号１３は、変調部１１２に入力される。変調部１１２は、多値信号１３を伝送路１１０に適した信号形態に変調し、変調した信号を変調信号１４として伝送路１１０に送信する。例えば、変調部１２は、伝送路１１０が光伝送路の場合、多値信号１３を光信号に変調する。
【０１１０】
データ受信装置１６２０５において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して変調信号１４を受信する。復調部２１１は、変調信号１４を復調して多値信号１５を出力する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、第２の多値符号発生部２１２ａから出力された多値符号列１７を用いて多値信号１５を識別することで、Ｎ進符号化信号５３を出力する。図２０は、多値識別部２１２ｂにおける多値信号１５の識別動作の一例を説明する図である。図２０において、太実線が多値信号１５の波形を、細実線及び点線が多値信号１５を識別するための判定波形を示している。なお、細実線（判定波形２）は、多値符号列１７の波形である。
【０１１１】
図２０を参照して、多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７（判定波形２）を中心として、多値符号列１７を所定のレベル間隔だけ上にずらした波形（判定波形１）と、所定のレベル間隔だけ下にずらした波形（判定波形３）とを生成する。なお、この所定のレベル間隔は、データ送信装置１６１０５における多値処理部１１１ｂとの間で予め定まっているものであり、この例では、３レベル間隔である。そして、多値識別部２１２ｂは、判定波形１〜３を用いて多値信号１５を識別する。
【０１１２】
多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ１において、判定波形１と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形１よりもＬｏｗレベルであると判定する。また、判定波形２と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形２よりもＬｏｗレベルであると判定する。また、判定波形３と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形３よりもＨｉｇｈレベルであると判定する。すなわち、多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ１において、多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ｝と判定する。同様に、多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ２で多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝と、タイムスロットｔ３で多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｌｏｗ｝と判定する。タイムスロットｔ４以降の動作は省略するが同様である。
【０１１３】
そして、多値識別部２１２ｂは、判定したＬｏｗ及びＨｉｇｈの数と、Ｎ進符号化信号５２の多値レベルとを対応させることで、Ｎ進符号化信号５２を再生する。例えば、多値識別部２１２ｂは、｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｌｏｗ｝を多値レベル００に、｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル０１に、｛Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル１０に、｛Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル１１に対応させることで、Ｎ進符号化信号５３を再生することができる。多値識別部２１２ｂで再生されたＮ進符号化信号５３は、Ｎ進復号化部２２０に入力される。
【０１１４】
Ｎ進復号化部２２０は、Ｎ進符号化信号５２を復号化して、情報データ群として出力する。具体的には、Ｎ進復号化部２２０は、Ｎ進符号化部１３１と逆の動作を行うことで、Ｎ進符号化信号５２から第１の情報データ５４及び第２の情報データ５５を出力する。
【０１１５】
次に、第３者による変調信号１４の盗聴動作について説明する。第３者は、第１の実施形態で説明した場合と同様に、データ送信装置１６１０５との間で第１の鍵情報１１を共有していないため、盗聴した変調信号１４から第１の情報データ５４及び第２の情報データ５５を再生することができない。また、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なる。すなわち、変調信号１４を復調した多値信号１５にも雑音が重畳されることになる。図２１は、雑音が重畳された多値信号１５の波形を示す図である。図２１を参照して、第８の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態で説明した場合と同様に、多値信号１５に重畳された雑音のために、第３者の全しきい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、盗聴をより困難にすることができる。
【０１１６】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ｎ進符号化部１３１で情報データ群を一括してＮ進符号化信号５２に変換し、Ｎ進復号化部２２０でＮ進符号化信号５３から情報データ群を一括して再生する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、１タイムスロットあたりに伝送できる情報量を増やすことができる。また、情報データ群をＮ進符号化信号５２に変換することで、より秘匿性の高いデータ伝送を実現することができる。
【０１１７】
（第９の実施形態）
図２２は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。図２２において、第９の実施形態に係るデータ通信装置は、第８の実施形態（図１６）と比較して、Ｎ進符号化部１３２及びＮ進復号化部２２１の動作が異なる。第９の実施形態において、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成する。また、Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を生成する。以下、Ｎ進符号化部１３２及びＮ進復号化部２２１を中心に、第９の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第８の実施形態（図１６）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１１８】
データ送信装置１６１０６において、Ｎ進符号化部１３２には、第１の鍵情報１１が入力される。Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成する。例えば、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１によって、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１における論理の組み合わせと、Ｎ進符号化信号５２の多値レベルとの対応関係を変更する。Ｎ進符号化部１３２から出力されたＮ進符号化信号５２は、多値処理部１１１ｂに入力される。
【０１１９】
データ受信装置１６２０６において、多値識別部２１２ｂから出力されたＮ進符号化信号５３は、Ｎ進復号化部２２１に入力される。また、Ｎ進復号化部２２１には、第２の鍵情報１６が入力される。Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を出力する。具体的には、Ｎ進復号化部２２１は、Ｎ進符号化部１３２と逆の動作を行うことで、Ｎ進符号化信号５３から第１の情報データ５４と第２の情報データ５５とを出力する。
【０１２０】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ｎ進符号化部１３２が第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成し、Ｎ進復号化部２２１が第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化部１３２と逆の動作でＮ進符号化信号５３から情報データ群を再生する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、第８５の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より盗聴が困難なデータ通信を実現することができる。
【０１２１】
なお、第９の実施形態に係るデータ通信装置において、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１と異なる第３の鍵情報５６を用いて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成してもよいものとする。また同様に、Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６と異なる第４の鍵情報５７を用いて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を再生してもよいものとする（図２３参照）。ただし、第３の鍵情報５６と第４の鍵情報５７とは、同じ鍵情報である。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、多値処理部１１１ｂで用いる鍵情報とＮ進符号化部１３２で用いる鍵情報とを分けることができ、より盗聴が困難なデータ通信を実現することができる。
【０１２２】
（第１０の実施形態）
図２４は、本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２４において、第１０の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態（図１）と比較して、データ送信装置１９１０５が同期信号発生部１３４と多値処理制御部１３５とを、データ受信装置１９２０５が同期信号再生部２３３と多値識別制御部２３４とをさらに備える点が異なっている。
【０１２３】
図２５は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。以下、第１０の実施形態に係るデータ通信装置について、図２４および図２５を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１２４】
図２４において、同期信号発生部１３４は、所定周期の同期信号６４を発生して、多値処理制御部１３５に出力する。多値処理制御部１３５は、同期信号６４に基づいて、多値処理制御信号６５を発生し、多値処理部１１１ｂに出力する。多値処理制御信号６５は、多値処理部１１１ｂが出力する多値信号１３のレベル数（以下、多値数という）を指定する信号である。多値処理部１１１ｂは、多値処理制御信号６５と多値符号列１２とに基づいて、情報データ１０から多値信号を生成するとともに、生成した多値信号の多値数を切り替えた信号を多値信号１３として出力する。例えば、図２５に示すように、多値処理部１１１ｂは、期間ＡおよびＣにおいて多値数“８”値の多値信号を出力し、期間Ｂにおいて多値数“２”値の信号を出力する。より、具体的には、多値処理部１１１ｂは、期間ＡおよびＣでは、情報データ１０と多値符号列１２とを合成して出力し、期間Ｂでは、情報データ１０をそのまま出力しても良い。
【０１２５】
同期信号再生部２３３は、前記同期信号６４に対応する同期信号６６を再生して、多値識別制御部２３４に出力する。多値識別制御部２３４は、同期信号６６に基づいて、多値識別制御信号６７を発生し、多値識別部２１２ｂに出力する。多値識別部２１２ｂは、多値識別制御信号６７に基づいて、復調部２１１から出力される多値信号１５に対する閾値（多値符号列１７）を切り替えて識別を行い、情報データ１８を再生する。例えば、図５８に示すように、多値識別部２１２ｂは、期間ＡおよびＣにおいて多値数“８”値の多値信号に対して、当該レベルが逐次変化する多値符号列１７を閾値として識別し、期間Ｂにおいて２値信号に対して所定の一定閾値に基づく識別を行う。
【０１２６】
なお、図２５では、期間Ｂの２値信号に対する閾値（平均レベル）を、期間ＡおよびＣの多値信号の平均レベル（Ｃ３）に一致させているが、この限りではなく、いかなるレベルに設定しても良い。また、図２５では、期間Ｂにおける２値信号の振幅を、情報データ１０の振幅（情報振幅）に一致させているが、この限りではなく、多値識別部２１２ｂにおいて一定閾値で識別できる大きさであれば、いかなる振幅に設定しても良い。さらに、図２５では、期間ＡおよびＣと、期間Ｂとにおける多値信号の転送レートを同一としているが、この限りではなく、異なる転送レートとしても良い。特に、多値数が少ない程、転送レートを大きくすることが、伝送効率の点で好ましい。
【０１２７】
また、図２５において、多値処理部１１１ｂは、多値数が８の多値信号と２値信号とを切り替えた多値信号１３を出力している。しかし、多値信号１３の多値数の組み合わせは、これに限られず、いかなる多値数の組み合わせでもよい。例えば、多値処理部１１１ｂは、多値数“８”の多値信号と多値数“４”の多値信号とを切り替えて出力してもよい。さらに、図２４に示すデータ通信装置は、多値数の値に応じて、情報データ１０および１８と、多値符号列１２および１７と、多値信号１３および１５との転送レートを変更してもよい。
【０１２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、安全性を必要としない通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一般通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。
【０１２９】
（第１１の実施形態）
図２６は、本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２６において、第１１の実施形態に係るデータ通信装置は、第１０の実施形態（図２４）と比較して、データ受信装置１０２０１が、同期信号再生部２３３と多値識別制御部２３４とを備えない点が異なっている。
【０１３０】
図２７は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。以下、第１１の実施形態に係るデータ通信装置について、図２６及び図２７を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１０の実施形態（図２４）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３１】
図２６において、多値処理部１１１ｂは、多値処理制御信号６５に基づいて、当該出力信号である多値信号１３の多値数を切り替えて出力すると共に、多値信号１３の多値数を小さくする場合には、当該多値信号振幅を大きく設定する。例えば、図２７に示すように、期間ＡおよびＣにおける多値数“８”に対して、期間Ｂには、多値数“２”とする一方で、当該振幅を充分大きくする。より、具体的には、期間Ｂの２値信号振幅を、期間ＡおよびＣにおける多値信号振幅と同等もしくはそれ以上に設定して出力する。
【０１３２】
多値識別部２１２ｂは、復調部２１１から出力される多値信号１５を、当該多値数に関わらず、多値符号列１７を閾値として識別（２値判定）し、情報データ１８を再生する。例えば、図２７に示すように、期間ＡおよびＣでは、総レベル数“８”の多値信号に対して、当該レベルが逐次変化する多値符号列１７を閾値として識別を行い、期間Ｂにおいても、多値符号列１７に基づいて、２値信号を識別する。
【０１３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させると同時に、当該振幅を増大することにより、多値信号受信時の閾値制御を容易にして、より簡便な構成で、安全性を必要としない通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一般通信サービスを混在して提供し、効率的かつ経済的な通信装置を提供することができる。
【０１３４】
（第１２の実施形態）
図２８は、本発明の第１２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２８において、第１２の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１９１０５とデータ受信装置１０２０１と副データ受信装置１９２０７とが、伝送路１１０と分岐部２３５とによって接続された構成である。第１２の実施形態に係るデータ通信装置は、第１１の実施形態（図２６）と比較して、分岐部２３５と副データ受信装置１９２０７とをさらに備えている点が異なっている。なお、図２８においては省略されているが、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とを含んでいる。以下、第１２の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１１の実施形態（図２６）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３５】
図２８において、データ送信装置１９１０５は、図２７に示す多値信号を変調した変調信号１４を送信する。分岐部２３５は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４をｍ個の信号（ｍは、２以上の整数である。なお、図２８の例では、ｍ＝２である）に分岐する。データ受信装置１０２０１は、分岐部５２０から出力されるｍ個の変調信号の内、ｎ個（ｎは、ｍ以下の整数である。図２８の例では、ｎ＝１である）の変調信号に対応して設けられる。データ受信装置１０２０１は、期間ＡおよびＣにおいて、第１の鍵情報１１と同一鍵として共有する第２の鍵情報１６に基づいて、変調信号を復調および復号化して、情報データ１８を再生する。なお、データ受信装置１０２０１は、期間Ｂにおいて、２値信号の識別を行ってもよい。
【０１３６】
副データ受信装置１９２０７は、分岐部２３５から出力されるｍ個の変調信号の内、ｍ−ｎ個（図２８の例では、ｍ−ｎ＝２−１＝１）の変調信号に対応して設けられる。副復調部２３６は、入力される変調信号を復調し、多値信号１５を再生する。識別部２３７は、復調部２３６から出力される多値信号１５を、所定の一定閾値に基づいて識別し、図２７に示す期間Ｂのみにおける情報データ（部分情報データ６８）を再生する。
【０１３７】
なお、図２８において、データ通信装置は、分岐部２３５における分岐数を２（すなわち、ｍ＝２）とし、分岐部２３５で分岐された１つ（すなわち、ｎ＝１）の変調信号に対応してデータ受信装置１０２０１を設け、残りの１つ（すなわち、ｍ−ｎ＝１）の変調信号に対応して副データ受信装置１９２０７を設ける構成とした。しかし、データ通信装置の構成は、この限りではなく、ｍ≧ｎであれば、ｍとｎとをいかなる数に設定してもよいものとする。
【０１３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、不特定多数の受信者に対する一斉通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一斉同報通信や放送等の通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。
【０１３９】
（第１３の実施形態）
図２９は、本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２９において、第１３の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１９１０８と、複数のデータ受信装置１０２０１ａ〜ｂと、副データ受信装置１９２０７とが、伝送路１１０と分岐部２３５とによって接続された構成である。データ送信装置１９１０８は、第１２の実施形態（図２８）と比較して、鍵情報選択部１３６をさらに備えている。なお、図２９においては省略されているが、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とを含んでいる。以下、第１３の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１２の実施形態（図２８）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１４０】
図２９において、鍵情報選択部１３６は、予め定められたｎ個の鍵情報（図２９の例では、ｎ＝２であり、ｎ個の鍵情報は、第１の鍵情報１１ａおよび第３の鍵情報１１ｂである）からいずれかを選択する。多値符号化部１１１は、選択された鍵情報に基づいて、図２７に示すような多値信号１３を生成する。データ受信装置１０２０１ａおよび１０２０１ｂは、分岐部２３５によって分岐されたｍ個の変調信号の内、ｎ個の変調信号に対応してｎ個設けらる（図２９の例では、ｍ＝３であり、ｎ＝２である）。データ受信装置１０２０１ａは、第１の鍵情報１１ａと同一鍵として共有する第２の鍵情報１６ａに基づいて、変調信号を復調および復号化して、情報データ１８ａを再生する。また同様に、データ受信装置１０２０１ｂは、第１の鍵情報１１ａと同一鍵として共有する第４の鍵情報１６ｂに基づいて、変調信号を復調および復号化して、情報データ１８ｂを再生する。
【０１４１】
具体的には、図２７において、データ送信装置１９１０８が、期間Ａにおいて第１の鍵情報１１ａを用いて多値信号１３を生成した場合、データ受信装置１０２０１ａは、期間Ａに入力された変調信号を復調して、第２の鍵情報１６ａを用いて情報データ１８ａを再生する。また、データ送信装置１９１０８が、期間Ｃにおいて第３の鍵情報１１ｂを用いて多値信号１３を生成した場合、データ受信装置１０２０１ｂは、期間Ｃに入力された変調信号を復調して、第４の鍵情報１６ｂを用いて情報データ１８ｂを再生する。なお、データ受信装置１０２０１ａ及び１０２０１ｂは、期間Ｂにおいて入力される変調信号を復調して、部分情報データ５８の再生を行ってもよい。
【０１４２】
副データ受信装置１９２０７は、分岐部２３５から出力されるｍ個の変調信号の内、ｍ−ｎ個（図２９の例では、ｍ−ｎ＝３−２＝１）の変調信号に対応して設けらる。副復調部２３６は、入力される変調信号を復調し、多値信号１５を再生する。識別部２３７は、復調部２３６から出力される多値信号１５を、所定の一定閾値に基づいて識別し、図２７に示す期間Ｂのみにおける情報データ（部分情報データ５８）を再生する。
【０１４３】
なお、図２９において、データ通信装置は、分岐部２３５における分岐数を３（すなわち、ｍ＝３）とし、分岐部２３５で分岐された２つ（すなわち、ｎ＝２）の変調信号に対応して２つのデータ受信装置１０２０１ａ、ｂを設け、残りの１つ（すなわち、ｍ−ｎ＝１）の変調信号に対応して副データ受信装置１９２０７を設ける構成とした。しかし、データ受信装置の構成は、この限りでなく、ｍ≧ｎであれば、ｍとｎとをいかなる数に設定してもよいものとする。
【０１４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３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、さらに鍵情報を複数用意して切換使用することにより、特定の複数受信者のみに対する安全な通信路をそれぞれ確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、不特定多数の受信者に対する一斉通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一斉同報通信や放送等の通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。
【０１４５】
なお、上述した第２〜１２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。例えば、第５〜７の実施形態に係るデータ通信装置は、第２の実施形態の特徴を備えてもよい（例えば、図３０Ａ〜図３０Ｃ参照）。例えば、第５〜６の実施形態に係るデータ通信装置は、第８の実施形態の特徴を備えてもよい（例えば、図３１Ａ〜図３１Ｂ参照）。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
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として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【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通信装置の伝送信号の波形を説明する模式図
【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４】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２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図
【図８】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図９】鍵情報Ａ及び鍵情報Ｂによってそれぞれ生成される多値符号列のレベルと平均値を示す図
【図１０】エルビウム添加ファイバ増幅器の平均入力光レベルと利得特性との関係を示す図
【図１１】盗聴者によって増幅された光変調信号４６の歪みを説明する図
【図１２】本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１３】平均値検出部２２２の構成の一例を示すブロック図
【図１４】平均値検出部２２２の動作について説明する図
【図１５】本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１７】Ｎ進符号化部１３１に入力される情報データ群の波形例を示す図
【図１８】Ｎ進符号化部１３１から出力されるＮ進符号化信号５２の波形例を示す図
【図１９】多値処理部１１１ｂから出力される多値信号１３の波形例を示す図
【図２０】多値識別部２１２ｂにおける多値信号１５の識別動作の一例を説明する図
【図２１】雑音が重畳された多値信号１５の波形を示す図
【図２２】本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図２３】本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置のその他の構成例を示すブロック図
【図２４】本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２５】多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図
【図２６】本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２７】本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号は系を説明する模式図
【図２８】本発明の第１２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２９】本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図３０Ａ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図３０Ｂ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図３０Ｃ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図３１Ａ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図３１Ｂ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図３２】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】
【０１５０】
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
１１１ｃ  第１の鍵情報切替部
１１２、１２２、１２３、９１２  変調部
１１３  第１のデータ反転部
１１４  雑音制御部
１１４ａ  雑音発生部
１１４ｂ  合成部
１１８  ダミー信号重畳部
１１８ａ  ダミー生成符号発生部
１１８ｂ  ダミー信号発生部
１１８ｃ  重畳部
１２５  光変調部
１２０  振幅制御部
１２０ａ  第１の振幅信号発生部
１２０ｂ  振幅変調部
１２４  合波部
１２５  光変調部
１２６  光伝送路
１２７  光分岐部
１３１、１３２  Ｎ進符号化部
１３４  同期信号発生部
１３５  多値処理制御部
２１１、９１４、９１６  復調部
２１２、２１８  多値復号化部
２１２ａ  第２の多値符号発生部
２１２ｂ  多値識別部
２１２ｃ  第２の鍵情報切替部
２１３  第２のデータ反転部
２１９、２２５  光復調部
２２０、２２１  Ｎ進復号化部
２２２、２２６  平均値検出部
２２２１  積分回路
２２２２  平均値算出部
２２２３  制御信号生成部
２３３  同期信号再生部
２３４  多値識別制御部
２３６  副復調部
２３７  識別部
２４０  検出部
２４１  振幅制御部
２４２  同期抽出部
９１４  符号化部
９１５、９１７  復号化部
１０１０１〜１９１０８  データ送信装置
１０２０１〜１９２０７  データ受信装置
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006051741.tif 000037
【図２】
2006051741.tif 000038
【図３】
2006051741.tif 000039
【図４】
2006051741.tif 000040
【図５】
2006051741.tif 000041
【図６】
2006051741.tif 000042
【図７】
2006051741.tif 000043
【図８】
2006051741.tif 000044
【図９】
2006051741.tif 000045
【図１０】
2006051741.tif 000046
【図１１】
2006051741.tif 000047
【図１２】
2006051741.tif 000048
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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