特許 6367639 光送信装置、光中継装置、光受信装置、光通信システムおよび光通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367639

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】光送信装置、光中継装置、光受信装置、光通信システムおよび光通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04K 1/02 20060101AFI20180723BHJP

   H04B 10/85 20130101ALI20180723BHJP

   H04B 10/70 20130101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   H04K1/02

   H04B10/85

   H04B10/70

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-154827(P2014-154827)

(22)【出願日】2014年7月30日

(65)【公開番号】特開2016-32256(P2016-32256A)

(43)【公開日】2016年3月7日

【審査請求日】2017年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000233295

【氏名又は名称】株式会社日立情報通信エンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】武井 政比斗

(72)【発明者】

【氏名】原澤 克嘉

(72)【発明者】

【氏名】本田 真

(72)【発明者】

【氏名】土井 吉文

(72)【発明者】

【氏名】圷 重人

【審査官】 青木 重徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１９４３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８５０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０３４６４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００６／０３８６６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０２１４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３０１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２８８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７４３００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｋ １／０２

Ｈ０４Ｂ １０／７０

Ｈ０４Ｂ １０／８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、データを光信号に変調して送信する光送信装置であって、
第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第２の擬似乱数発生部と、
タイミング情報に基づいて、前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する鍵選択部と、
送信データ発生部により発生された宛先情報を含むヘッダ情報管理部とデータ部とを有した２値データを入力とし、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を暗号化するランダム化部と、
選択された前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、搬送波発生部により発生された搬送波の光強度を多値変調し、暗号化された前記データを送信する強度変調部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。

【請求項2】

第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第１の擬似乱数発生部を備え、
前記鍵選択部は、タイミング情報に基づいて、前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵または前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択し、
前記ランダム化部は、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記宛先情報を含むヘッダ情報管理部を暗号化し、
前記強度変調部は、選択された前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵および前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、前記光強度を多値変調し、暗号化された前記データを送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。

【請求項3】

多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、光送信装置から光信号に変調して送信されたデータを中継する光中継装置であって、
光送信装置から受信した第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを所定の閾値に基づいて２値化する信号判定部と、
２値化された多値変調データに含まれるヘッダ情報管理部に保持されている宛先情報を検出する検出部と、
検出された前記宛先情報にしたがって前記データを他の光中継装置または光受信装置に送信する光スイッチ部と、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第１の擬似乱数発生部と、を備え、
前記信号判定部は、光送信装置から受信した、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵により宛先情報を含むヘッダ情報管理部が暗号化され、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを入力とし、前記ヘッダ情報管理部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化し、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、前記２値化されたデータに保持されている宛先情報を含むヘッダ情報管理部を復号化する再構築部と、
復号化された前記ヘッダ情報管理部に保持されている宛先情報を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする光中継装置。

【請求項4】

多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、光送信装置から光信号に変調して送信されたデータを受信する光受信装置であって、
第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第２の擬似乱数発生部と、
タイミング情報に基づいて前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する鍵選択部と、
光送信装置または中継装置から受信した、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データに含まれる前記データ部を第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する信号判定部と、
第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を復号化する再構築部と、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第１の擬似乱数発生部と、を備え、
前記鍵選択部は、タイミング情報に基づいて、前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵または前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する鍵選択部と、
光送信装置または中継装置から受信した、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵により宛先情報を含むヘッダ情報管理部が暗号化され、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを入力とし、前記ヘッダ情報管理部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化し、前記データ部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する信号判定部と、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記ヘッダ情報管理部を復号化し、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を復号化する再構築部と、
を備えることを特徴とする光受信装置。

【請求項5】

多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、データを光信号に変調して送受信する光送信システムであって、
光送信装置は、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する送信側第１の擬似乱数発生部と、
第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する送信側第２の擬似乱数発生部と、
タイミング情報に基づいて、前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵または前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する送信側鍵選択部と、
送信データ発生部により発生された宛先情報を含むヘッダ情報管理部とデータ部とを有した２値データを入力とし、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記宛先情報を含むヘッダ情報管理部を暗号化し、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を暗号化するランダム化部と、
選択された前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵および前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、搬送波発生部により発生された搬送波の光強度を多値変調し、暗号化された前記データを送信する強度変調部と、を備え、
前記光信号を中継する光中継装置は、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する中継側第１の擬似乱数発生部と、
光送信装置から受信した、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵により宛先情報を含むヘッダ情報管理部が暗号化され、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを入力とし、前記ヘッダ情報管理部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する中継側信号判定部と、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、前記２値化されたデータに保持されている宛先情報を含むヘッダ情報管理部を復号化する中継側再構築部と、
復号化された前記ヘッダ情報管理部に保持されている宛先情報を検出する中継側検出部と、
検出された前記宛先情報にしたがって前記データを他の光中継装置または光受信装置に送信する中継側光スイッチ部と、を備え、
光受信装置は、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する受信側第１の擬似乱数発生部と、
第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する受信側第２の擬似乱数発生部と、
タイミング情報に基づいて、前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵または前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する受信側鍵選択部と、
光送信装置または中継装置から受信した、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵により宛先情報を含むヘッダ情報管理部が暗号化され、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを入力とし、前記ヘッダ情報管理部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化し、前記データ部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する受信側信号判定部と、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記ヘッダ情報管理部を復号化し、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を復号化する受信側再構築部と、
を備えることを特徴とする光通信システム。

【請求項6】

多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、データを光信号に変調して送受信する光送信方法であって、
タイミング情報に基づいて、送信側第１の擬似乱数発生部により生成された第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵または送信側第２の擬似乱数発生部により生成された第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する送信側鍵選択ステップと、
送信データ発生部により発生された宛先情報を含むヘッダ情報管理部とデータ部とを有した２値データを入力とし、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記宛先情報を含むヘッダ情報管理部を暗号化し、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を暗号化するランダム化ステップと、
選択された前記第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵および前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、搬送波発生部により発生された搬送波の光強度を多値変調し、暗号化された前記データを送信する強度変調ステップと、
光送信装置から受信した、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵により宛先情報を含むヘッダ情報管理部が暗号化され、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを入力とし、前記ヘッダ情報管理部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する中継側信号判定ステップと、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、前記２値化されたデータに保持されている宛先情報を含むヘッダ情報管理部を復号化する中継側再構築ステップと、
復号化された前記ヘッダ情報管理部に保持されている宛先情報を検出する中継側検出ステップと、
検出された前記宛先情報にしたがって前記データを他の光中継装置または光受信装置に送信する中継側光スイッチステップと、
タイミング情報に基づいて、受信側第１の擬似乱数発生部により生成された第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵または受信側第２の擬似乱数発生部により生成された第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する受信側鍵選択ステップと、
光送信装置または中継装置から受信した、第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵により宛先情報を含むヘッダ情報管理部が暗号化され、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを入力とし、前記ヘッダ情報管理部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化し、前記データ部を第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する受信側信号判定ステップと、
第１のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記ヘッダ情報管理部を復号化し、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を復号化する受信側再構築ステップと、
を含むことを特徴とする光通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光送信装置、光中継装置、光受信装置、光通信システムおよび光通信方法に係り、特に多値強度変調を用いた光通信量子暗号における、ルーティング制御に関する。

【背景技術】

【0002】

光通信量子暗号化では、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、盗聴者において光信号を正確に識別できないレベルの受信信号とすることにより、無限の計算能力において識別、データ解読が不能となる共通鍵量子暗号が知られている。この共通鍵量子暗号は、基底と呼ぶ、送信データを搬送する２値の光信号を１つのセットとしてＭ個用意し、何れの基底を使ってデータ送信するかを、暗号鍵に従った擬似乱数によって不規則に決める方式である。実際には、光の複数個あるＭ値を量子ゆらぎによって、Ｍ値の信号間距離を位相と周波数の時間方向に対して小さくすることにより、盗聴者において受信される暗号信号から当該データを識別、データ解読（正しく復号化を成立）させないようにしている。

【0003】

上記原理に基づく暗号化は、Ｙｕｅｎ−２０００暗号通信プロトコル（Ｙ−００プロトコルと略称）によるＹｕｅｎ量子暗号と呼ばれ、例えば、特許文献１では、光通信量子暗号のデータ解読に対する安全性を一層強化し、多値強度変調による暗号の盗聴を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】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】

しかしながら、上記特許文献１に記載された光送信装置を含め、現状のＹ−００プロトコルを用いた暗号通信システムでは、１対１の専用線での接続が前提であり、ルーティング制御に必要な情報も暗号化されている。このため、全光ネットワークでＹ−００プロトコルによる光信号を送受信した場合、ルーティング制御が出来ないという問題があった。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｙ−００プロトコルを用いた暗号通信を全光ネットワークに適用すること可能な光送信装置、光中継装置、光受信装置、光通信システムおよび光通信方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光送信装置は、多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、データを光信号に変調して送信する光送信装置であって、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第２の擬似乱数発生部と、タイミング情報に基づいて、前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する鍵選択部と、送信データ発生部により発生された宛先情報を含むヘッダ情報管理部とデータ部とを有した２値データを入力とし、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を暗号化するランダム化部と、選択された前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて、搬送波発生部により発生された搬送波の光強度を多値変調し、暗号化された前記データを送信する強度変調部と、を備えることを特徴とする光送信装置として構成される。

【0008】

また、本発明にかかる光中継装置は、多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、光送信装置から光信号に変調して送信されたデータを中継する光中継装置であって、光送信装置から受信した第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データを所定の閾値に基づいて２値化する信号判定部と、２値化された多値変調データに含まれるヘッダ情報管理部に保持されている宛先情報を検出する検出部と、検出された前記宛先情報にしたがって前記データを他の光中継装置または光受信装置に送信する光スイッチ部と、を備えることを特徴とする光中継装置として構成される。

【0009】

また、本発明にかかる光受信装置は、多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、光送信装置から光信号に変調して送信されたデータを受信する光受信装置であって、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する第２の擬似乱数発生部と、タイミング情報に基づいて前記第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵を選択する鍵選択部と、光送信装置または中継装置から受信した、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵によりデータ部が暗号化された多値変調データに含まれる前記データ部を第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて２値化する信号判定部と、第２のＲｕｎｎｉｎｇ鍵に基づいて前記データ部を復号化する再構築部と、を備えることを特徴とする光受信装置として構成される。

【0010】

また、本発明は上記光送信装置、光中継装置、光受信装置を有した光通信システムとしても把握される。さらに、本発明は、上記光通信システムにおいて行われる光通信方法としても把握される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、Ｙ−００プロトコルを用いた暗号通信を全光ネットワークに適用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】光通信システムの構成例を示す図である（実施例１）。

【図2】送受信されるフレームの構成例を示す図である（実施例１）。

【図3】図１に示したＹ−００送信装置の機能的な構成を示すブロック図である（実施例１）。

【図4】Ｙ−００中継装置２００の機能的な構成を示すブロック図である（実施例１）。

【図5】Ｙ−００受信装置３００の機能的な構成を示すブロック図である（実施例１）。

【図6】光通信システムの構成例を示す図である（実施例２）。

【図7】送受信されるフレームの構成例を示す図である（実施例２）。

【図8】図６に示したＹ−００送信装置の機能的な構成を示すブロック図である（実施例２）。

【図9】Ｙ−００中継装置７００の機能的な構成を示すブロック図である（実施例２）。

【図10】Ｙ−００受信装置８００の機能的な構成を示すブロック図である（実施例２）。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光送信装置、光中継装置、光受信装置、光通信システムおよび光通信方法の実施の形態を詳細に説明する。

【0014】

（実施例１）
図１は、本実施の形態における光通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施例１における光通信システムは、光通信装置の送信側であるＹ−００送信装置１００と、光通信装置の受信側であるＹ−００受信装置３００とＹ−００送信装置１００との通信を中継する１または複数のＹ−００中継装置２００と、上述したＹ−００受信装置３００とが光ネットワークＮによって接続されている。以下では、Ｙ−００送信装置１００とＹ−００受信装置３００とは、送信側と受信側の機能とを分けた異なる構成として説明しているが、これらの機能を備えた１つの装置として構成してもよい。

【0015】

本システムでは、Ｙ−００送信装置１００とＹ−００受信装置３００との間で送受信されるデータ（フレーム）を２種類の共通鍵によって暗号化する。具体的には、図１に示すように、送受信するフレームにおいて、１つめの共通鍵である第１初期鍵から生成された第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、フレームの中で光ネットワーク内のルーティングで必要な情報が記憶されている領域であるヘッダ管理情報部を暗号化および復号化する。さらに、２つめの共通鍵である第２初期鍵から生成された第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、フレームの中で本来送信したいデータが記憶されているペイロード部を暗号化および復号化する。このように、光通信経路の途中では、送信装置で第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵により暗号化されたヘッダ管理情報部に含まれる宛先情報を、中継装置が同じ第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵によって復号化して読み取り、そのフレームを中継する。そして、送信装置で第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵により暗号化されたペイロード部に含まれるデータを、受信装置が同じ第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵によって復号化して読み取ることにより、Ｙ−００暗号通信を全光ネットワークに適用可能としている。

【0016】

図２は、本システムで送受信されるフレームの構成例を示す図である。図２に示すように、本システムで送受信されるフレームは、宛先情報を含むヘッダ管理情報部と、データを含むペイロード部とを含んでいる。フレームのヘッダ管理情報部には、ヘッダ管理情報部の開始位置を示すヘッダ信号と、フレームの送信先を示す宛先情報とが記憶されている。また、フレームのペイロード部には、送信先に送信するデータが記憶されている。

【0017】

図３は、図１に示したＹ−００送信装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。図３に示すように、Ｙ−００送信装置１００は、擬似乱数発生部１０１、擬似乱数発生部１０２と、鍵選択部１０３と、基底選択制御部１０４と、搬送波発生部１０５と、Ｍ−ａｒｙ強度変調部１０６と、データ系列ランダム化部１０７と、送信データ発生部１０８とを有して構成されている。

【0018】

擬似乱数発生部１０１は、共通鍵である第１初期鍵から、乱数を順次発生させる。発生された乱数が暗号化のための第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵となる。擬似乱数発生部１０２は、第１初期鍵とは異なる共通鍵である第２初期鍵から第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵と同様、発生された乱数が暗号化のための第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵となる。

【0019】

鍵選択部１０３は、平文データ送信装置から受信したタイミング情報にしたがってフレームのヘッダ情報管理部またはペイロード部の暗号化に用いる暗号鍵を選択する。タイミング情報はフレーム中に記憶されているヘッダ情報管理部またはペイロード部を読み取るタイミングを表す情報であり、ヘッダ信号からの位置や時間が記憶されている。なお、第１初期鍵および第２初期鍵は、１００ビット程度のビット列のデータであり、例えば、メモリ（図示せず）に記憶されている。

【0020】

基底選択制御部１０４は、あらかじめ複数（Ｍ個）記憶された、送信データを搬送する２値の光信号を１つのセットとした基底の中から、何れの基底を使ってデータ送信するかを、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵または第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて選択する。

【0021】

搬送波発生部１０５は、例えば半導体ＬＤから構成され、搬送波を発生させる。Ｍ−ａｒｙ強度変調部１０６は、搬送波発生部１０５が発生させた搬送波の光強度を、基底選択制御部１０４がＭ通りの中から選択した基底を用いて多値強度変調する。

【0022】

データ系列ランダム化部１０７は、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵または第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて、送信データ発生部１０８が発生させた送信データを暗号化する。送信データ発生部１０８は、送信対象となるフレームから１または０の２値の送信データを発生させ、データ系列ランダム化部１０７によってランダム化された送信データをＭ−ａｒｙ強度変調部１０６に出力する。発生された送信データは、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵または第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて選択された基底に従い、Ｍ−ａｒｙ強度変調部１０６により強度変調された多値光信号として生成され、Ｙ−００中継装置２００に送信される。続いて、Ｙ−００中継装置２００について説明する。

【0023】

図４は、Ｙ−００中継装置２００の機能的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、Ｙ−００中継装置２００は、擬似乱数発生部２０１と、基底選択制御部２０２と、光スイッチ部２０３と、フォトダイオード２０４と、強度判定部２０５と、信号判定部２０６と、データ系列再構築部２０７と、フレーム検出部２０８と、光スイッチ制御部２０９とを有して構成されている。

【0024】

擬似乱数発生部２０１は、Ｙ−００送信装置１００の擬似乱数発生部１０１と同様、第１初期鍵から第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。基底選択制御部２０２は、Ｙ−００送信装置１００の基底選択制御部１０４と同様、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて複数の基底の中からデータ送信する基底を選択する。正規の中継装置は送信装置と同じ第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を有しているので、中継側は送信信号に適用されている基底を理解することができる。

【0025】

光スイッチ部２０３は、Ｙ−００送信装置１００から受信した多値光信号を出力するとともに、復号化されたフレームのヘッダ管理情報部に記憶されている宛先情報に示された宛先に、受信した多値光信号を送信する。フォトダイオード２０４は、光スイッチ部２０３から出力された多値光信号を光電変換する。

【0026】

強度判定部２０５は、光電変換された多値光信号の光強度を判定する。信号判定部２０６は、基底選択制御部２０２が基底を選択した第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値信号判定用の受信閾値を選択し、この受信閾値を用いて、光強度が判定された多値光信号を２値化する。

【0027】

データ系列再構築部２０７は、２値化された多値光信号を第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて復号化し、送信データであるフレームを出力する。フレーム検出部２０８は、タイミング情報を参照して復号化されたフレームからヘッダ情報管理部またはペイロード部を検出する。タイミング情報には、Ｙ−００送信装置１００が平文データ送信装置から受信したタイミング情報と同じ内容が記憶され、あらかじめＹ−００中継信装置２００が記憶してもよいし、フレームと共にＹ−００送信装置１００から受信してもよい。

【0028】

光スイッチ制御部２０９は、検出されたヘッダ管理情報に含まれる宛先情報に示された宛先を読み取り、その宛先を光スイッチ部２０３に出力する。なお、図１に示した例では、１つのＹ−００中継装置２００を示しているが、実際には、１または複数のＹ−００中継装置２００が光ネットワークに接続され、各中継装置が同様の処理を行って第１鍵によって暗号化されたヘッダ管理情報部に記憶されている宛先情報を読み取って、他のＹ−００中継装置２００に順次フレームを送信している。続いて、Ｙ−００受信装置３００について説明する。

【0029】

図５は、Ｙ−００受信装置３００の機能的な構成を示すブロック図である。図５に示すように、Ｙ−００受信装置３００は、擬似乱数発生部３０１と、擬似乱数発生部３０２と、鍵選択部３０３と、基底選択制御部３０４と、フォトダイオード３０５と、強度判定部３０６と、信号判定部３０７と、データ系列再構築部３０８と、フレーム検出部３０９とを有して構成されている。

【0030】

擬似乱数発生部３０１、擬似乱数発生部３０２、鍵選択部３０３、基底選択制御部３０４は、Ｙ−００送信装置１００と同様の機能を有し、フォトダイオード３０５、強度判定部３０６、信号判定部３０７、データ系列再構築部３０８、フレーム検出部３０９は、Ｙ−００中継装置２００と同様の機能を有している。これらの各部についてはすでに述べているため具体的な説明は省略するが、Ｙ−００受信装置３００では、Ｙ−００送信装置１００およびＹ−００中継装置２００と同じ第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵、第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値信号判定用の受信閾値を選択し、この受信閾値を用いて、光強度が判定された多値光信号を２値化し、２値化された多値光信号を第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵および第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて復号化し、送信データであるフレームが出力される。フレーム検出部３０９は、Ｙ−００中継装置２００と同様、タイミング情報を参照して復号化されたフレームからヘッダ情報管理部またはペイロード部を検出する。

【0031】

このように、Ｙ−００送信装置１００およびＹ−００受信装置３００では、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵および第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて送信対象となるフレームを暗号化および復号化するとともに、Ｙ−００中継装置２００では第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いてフレームに含まれる宛先情報を記憶したヘッダ管理情報のみを復号化するので、送信元および送信先以外の光ネットワークの中継地点では、フレームに含まれるデータを暗号化したままの状態でルーティングに必要となる宛先を判別し、データを送信先に送信することができる。従来では、１対１の専用線によりＹ−００プロトコルを用いた暗号通信を行っていたが、全光ネットワークに接続可能となり、光ネットワーク内での物理暗号伝送が可能となる。

【0032】

（実施例２）
実施例１では、宛先情報が記憶されているフレームのヘッダ管理情報部を暗号化する前提で説明したが、宛先情報を暗号化する必要がない場合には、ペイロード部のみを暗号化して送信することも可能である。そこで、実施例２では、ヘッダ管理情報部を平文のまま送信する場合について説明する。

【0033】

図６は、本実施の形態における光通信システムの構成例を示す図である。図６に示すように、実施例２における光通信システムでは、実施例１とは異なり、Ｙ−００送信装置１００、Ｙ−００中継装置２００、Ｙ−００受信装置３００の間で第１初期鍵を用いた第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵による暗号化が行われず、各Ｙ−００中継装置２００が平文の宛先情報を読み取り、Ｙ−００受信装置３００までフレームを送信している。

【0034】

図７は、本システムで送受信されるフレームの構成例を示す図である。図７に示すように、実施例２における光通信システムで送受信されるフレームは、ヘッダ情報管理部は平文である一方、ペイロード部は第２の初期鍵を用いた第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵によって暗号化されている。

【0035】

図８は、図６に示したＹ−００送信装置６００の機能的な構成を示すブロック図である。図８に示すように、Ｙ−００送信装置６００は、実施例１と同様の擬似乱数発生部６０２と、搬送波発生部６０５と、Ｍ−ａｒｙ強度変調部６０６と、データ系列ランダム化部６０７と、送信データ発生部６０８とを有して構成されている。鍵選択部６０３、基底選択制御部６０４は、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を選択しない（すなわち第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を選択するか否か）点で、実施例１とは異なっている。基本的な処理については実施例１と同様であるため、ここでは各部の説明については省略するが、発生された送信データは、第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて選択された基底に従い、Ｍ−ａｒｙ強度変調部１０６により強度変調された多値光信号として生成され、Ｙ−００中継装置７００に送信される。続いて、Ｙ−００中継装置７００について説明する。

【0036】

図９は、Ｙ−００中継装置７００の機能的な構成を示すブロック図である。図９に示すように、Ｙ−００中継装置７００は、実施例１と同様の光スイッチ部７０３と、フォトダイオード７０４と、強度判定部７０５と、フレーム検出部７０８と、光スイッチ制御部７０９とを有して構成されている。実施例２では、Ｙ−００中継装置７００は、ヘッダ管理情報部の宛先情報を復号化する必要がないため、第１Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する擬似乱数発生部２０１や基底選択制御部２０２、データ系列再構築部２０７に相当する各部については備えていない。また、信号判定部７０６は、あらかじめ定められた受信閾値を用いて、光強度が判定された多値光信号を２値化する点で、実施例１とは異なっている。基本的な処理については実施入例１と同様であるため、ここでは各部の説明については省略するが、Ｙ−００中継装置７００で平文のヘッダ情報管理部に記憶されている宛先情報が読み取られ、他のＹ−００中継装置７００またはＹ−００受信装置８００に送信される。続いて、Ｙ−００受信装置８００について説明する。

【0037】

図１０は、Ｙ−００受信装置８００の機能的な構成を示すブロック図である。図１０に示すように、Ｙ−００受信装置８００は、擬似乱数発生部８０２と、鍵選択部８０３と、基底選択制御部８０４と、フォトダイオード８０５と、強度判定部８０６と、信号判定部８０７と、データ系列再構築部８０８と、フレーム検出部８０９とを有して構成されている。

【0038】

擬似乱数発生部８０２、鍵選択部８０３、基底選択制御部８０４については、Ｙ−００送信装置６００と同様の機能を有し、フォトダイオード８０５、強度判定部８０６、フレーム検出部８０９については、Ｙ−００中継装置７００と同様の機能を有している。信号判定部８０７は、基底選択制御部８０４が基底を選択した第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値信号判定用の受信閾値を選択し、この受信閾値を用いて、光強度が判定された多値光信号を２値化する点で実施例１とは異なり、データ系列再構築部８０８は、２値化された多値光信号を第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて復号化し、送信データであるフレームを出力する点で、実施例１とは異なっている。

【0039】

実施例２におけるＹ−００受信装置８００では、Ｙ−００送信装置６００と同じ第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて多値信号判定用の受信閾値を選択し、この受信閾値を用いて、光強度が判定された多値光信号を２値化し、２値化された多値光信号を第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて復号化し、送信データであるフレームが出力される。フレーム検出部８０９は、実施例１の場合と同様、タイミング情報を参照して復号化されたフレームからヘッダ情報管理部またはペイロード部を検出する。

【0040】

このように、実施例２におけるＹ−００送信装置６００およびＹ−００受信装置８００では、第２Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵を用いて送信対象となるフレームを暗号化および復号化するとともに、Ｙ−００中継装置２００では平文で記憶されている宛先情報を読み取り、フレームに含まれるデータを暗号化したままの状態でルーティングに必要となる宛先を判別し、送信先に送信する。したがって、実施例１の場合と比べ、送信側および受信側の各装置および中継装置の構成を簡素化することができる。また、２種類の暗号鍵を用いて暗号化する必要がないため、処理負荷を軽減することができる。

【符号の説明】

【0041】

１００ Ｙ−００送信装置
１０１、１０２ 擬似乱数発生部（送信装置）
１０３ 鍵選択部（送信装置）
１０４ 基底選択制御部（送信装置）
１０５ 搬送波発生部（送信装置）
１０６ Ｍ−ａｒｙ強度変調部（送信装置）
１０７ データ系列ランダム化部（送信装置）
１０８ 送信データ発生部（送信装置）
２００ Ｙ−００中継装置
２０１ 擬似乱数発生部（中継装置）
２０２ 基底選択制御部（中継装置）
２０３ 光スイッチ部（中継装置）
２０４ フォトダイオード（中継装置）
２０５ 強度判定部（中継装置）
２０６ 信号判定部（中継装置）
２０７ データ系列再構築部（中継装置）
２０８ フレーム検出部（中継装置）
２０９ 光スイッチ制御部（中継装置）
３００ Ｙ−００受信装置
３０１、３０２ 擬似乱数発生部(受信装置)
３０３ 鍵選択部(受信装置)
３０４ 基底選択制御部(受信装置)
３０５ フォトダイオード(受信装置)
３０６ 強度判定部(受信装置)
３０７ 信号判定部(受信装置)
３０８ データ系列再構築部(受信装置)
３０９ フレーム検出部(受信装置)
Ｎ 光ネットワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】