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(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】
(24)【登録日】2024-02-05
(45)【発行日】2024-02-14
(54)【発明の名称】信号処理システム
(51)【国際特許分類】
H04K 1/02 20060101AFI20240206BHJP
【ＦＩ】
H04K1/02
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022555209
(86)(22)【出願日】2020-10-08
(86)【国際出願番号】 JP2020038188
(87)【国際公開番号】W WO2022074801
(87)【国際公開日】2022-04-14
【審査請求日】2023-04-27
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】593171592
【氏名又は名称】学校法人玉川学園
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100154748
【弁理士】
【氏名又は名称】菅沼 和弘
(72)【発明者】
【氏名】二見 史生
(72)【発明者】
【氏名】加藤 研太郎
(72)【発明者】
【氏名】谷澤 健
【審査官】松平 英
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１９－５１７１８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／２１６０２５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－１８７６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０２１４２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０２５４２６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００６／０３８６６０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０８４２９６１６（ＣＮ，Ａ）
【文献】加藤 研太郎 Kentaro KATO，光通信量子暗号Ｙ－００の相関攻撃に対する耐性の実証，電子情報通信学会技術研究報告，日本，社団法人電子情報通信学会，2011年01月20日，Ｖｏｌ．１１０ Ｎｏ．３９２，pp.43-48，［ISSN］0913-5685
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ１２／１４
２１／００－２１／８８
Ｇ０９Ｃ １／００－５／００
Ｈ０４Ｂ１０／００－１０／９０
Ｈ０４Ｊ１４／００－１４／０８
Ｈ０４Ｋ １／００－３／００
Ｈ０４Ｌ ９／００－９／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信対象の平文のデータに対して所定加工が施された結果得られる、多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置と、当該送信装置から送信された光信号を受信して前記平文のデータを復元する受信装置と、
を少なくとも含む信号処理システムにおいて、
前記送信装置は、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
前記受信装置からの、復元された前記平文のデータの通信品質のフィードバックに基づいて、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段と、
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信手段と、
前記光信号受信手段において受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別手段と、
前記識別手段により識別された前記１以上の単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータについて、前記通信品質を評価する評価手段と、
前記評価手段による評価の結果としての前記通信品質を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、
を備える
信号処理システム。
【請求項2】
前記所定加工は、所定鍵を用いる前記平文のデータの暗号化である、請求項１に記載の情報処理システム。
【請求項3】
送信対象の平文のデータに対して所定加工が施された結果得られる、多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置と、当該送信装置から送信された光信号を受信して前記平文のデータを復元する受信装置と、
を少なくとも含む信号処理システムが実行する信号処理方法において、
前記送信装置が実行するステップとして、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
前記受信装置からの通信品質のフィードバックに基づいて、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整ステップと、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成ステップと、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信ステップと、
を含み、
前記受信装置が実行するステップとして、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信ステップと、
前記光信号受信ステップにおいて受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別ステップと、
前記識別ステップにおいて識別された前記１以上の単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータについて、前記通信品質を評価する評価ステップと、
前記評価ステップにおける評価の結果としての前記通信品質を前記送信装置にフィードバックするフィードバックステップと、
を含む、
信号処理方法。
【請求項4】
送信対象の平文のデータに対して所定加工が施された結果得られる、多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置と、当該送信装置から送信された光信号を受信して前記平文のデータを復元する受信装置と、
を少なくとも含む信号処理システムにおける、前記送信装置として機能する信号処理装置は、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
前記受信装置からの、復元された前記平文のデータの通信品質のフィードバックに基づいて、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段と、
を備える信号処理装置。
【請求項5】
送信対象の平文のデータに対して所定加工が施された結果得られる、多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置と、当該送信装置から送信された光信号を受信して前記平文のデータを復元する受信装置と、
を少なくとも含む信号処理システムにおける、前記送信装置が実行する信号処理方法において、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択ステップと、
前記受信装置からの、復元された前記平文のデータの通信品質のフィードバックに基づいて、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整ステップと、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成ステップと、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信ステップと、
を含む信号処理方法。
【請求項6】
送信対象の平文のデータに対して所定加工が施された結果得られる、多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置であって、前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
当該送信装置から送信された光信号を受信して前記平文のデータを復元する受信装置からの、復元された前記平文のデータの通信品質のフィードバックに基づいて、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段と、
を備える送信装置から送信された光信号を受信する前記受信装置として機能する信号処理装置であって、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信手段と、
前記光信号受信手段において受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別手段と、
前記識別手段により識別された前記１以上の単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータについて、前記通信品質を評価する評価手段と、
前記評価手段による評価の結果としての前記通信品質を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、
を備える信号処理装置。
【請求項7】
送信対象の平文のデータに対して所定加工が施された結果得られる、多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置であって、前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
当該送信装置から送信された光信号を受信して前記平文のデータを復元する受信装置からの、復元された前記平文のデータの通信品質のフィードバックに基づいて、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段と、
を備える送信装置から送信された光信号を受信する前記受信装置が実行する信号処理方法であって、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信ステップと、
前記光信号受信ステップにおいて受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別ステップと、
前記識別ステップにおいて識別された前記１以上の単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータについて、前記通信品質を評価する評価ステップと、
前記評価ステップにおける評価の結果としての前記通信品質を前記送信装置にフィードバックするフィードバックステップと、
を含む信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、信号処理システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、情報通信においてセキュリティ対策の重要性が高まっている。インターネットを構成するネットワークシステムは、国際標準化機構に依り策定されたＯＳＩ参照モデルで記述される。ＯＳＩ参照モデルでは、レイヤ１の物理層からレイヤ７のアプリケーション層までに分離され、夫々のレイヤを結ぶインターフェースが標準化、又は、デファクトにより規格化されている。このうち最下層となるのが、有線・無線で実際に信号の送受信を行う役割を担う物理層である。
現状、セキュリティ（多くの場合数理暗号に依る）は、レイヤ２以上で実装されており、物理層ではセキュリティ対策が施されていない。しかしながら、物理層でも盗聴の危険性がある。
例えば、有線通信の代表である光ファイバ通信では、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで大量の情報を一度に盗み出すことが原理的に可能である。そこで、本出願人は、物理層における暗号化技術として、例えば特許文献１に挙げる所定のプロトコルの開発を行っている。
現状、セキュリティ（多くの場合数理暗号に依る）は、レイヤ２以上で実装されており、物理層ではセキュリティ対策が施されていない。しかしながら、物理層でも盗聴の危険性がある。
例えば、有線通信の代表である光ファイバ通信では、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで大量の情報を一度に盗み出すことが原理的に可能である。そこで、本出願人は、物理層における暗号化技術として、例えば特許文献１に挙げる所定のプロトコルの開発を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許５１７０５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
詳しくは後述するが、上述の特許文献１に挙げる所定のプロトコルでは、光信号のショット雑音（ノイズ）の性質等を用いて、多値をとる単位情報（例えば、所定の長さのビット列）を、単位情報の夫々を示す信号を相互に識別不可能なように送信することができる。
ここで、光信号の雑音は大きいほど、光信号を盗聴する第三者による単位情報の識別（解読）を困難にすることができる。そこで、正規の受信者により単位情報の識別が可能な範囲内で、送信装置により大きな変動（雑音）を付加したいという要望がある。
しかしながら、光信号の雑音を大きくしすぎると、正規の受信者であっても単位情報の識別を行うことができなくなってしまう。更に言えば、光信号の雑音は、光信号の伝送路の特性やその周囲の環境等により変動してしまう。
ここで、光信号の雑音は大きいほど、光信号を盗聴する第三者による単位情報の識別（解読）を困難にすることができる。そこで、正規の受信者により単位情報の識別が可能な範囲内で、送信装置により大きな変動（雑音）を付加したいという要望がある。
しかしながら、光信号の雑音を大きくしすぎると、正規の受信者であっても単位情報の識別を行うことができなくなってしまう。更に言えば、光信号の雑音は、光信号の伝送路の特性やその周囲の環境等により変動してしまう。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、データの送受信における安全性の向上や、その利便性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の信号処理システムは、
多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置と、
当該送信装置から送信された光信号を受信する受信装置と、
を少なくとも含む信号処理システムにおいて、
前記送信装置は、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段と、
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信手段と、
前記光信号受信手段において受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別手段と、
前記識別手段による前記１以上の単位情報の識別の結果を評価する評価手段と、
前記評価手段による評価の結果を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、
を備える。
多値をとる単位情報が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置と、
当該送信装置から送信された光信号を受信する受信装置と、
を少なくとも含む信号処理システムにおいて、
前記送信装置は、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段と、
前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段と、
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信手段と、
前記光信号受信手段において受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別手段と、
前記識別手段による前記１以上の単位情報の識別の結果を評価する評価手段と、
前記評価手段による評価の結果を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段と、
を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、データの送受信における安全性の向上や、その利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態に係る信号処理システムの構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【0010】
図１は、本発明の一実施形態に係る信号処理システムの構成の一例を示すブロック図である。
図１の例の信号処理システムは、光送信装置１と、光受信装置２と、それらを接続する光通信ケーブル３とを含むように構成されている。
図１の例の信号処理システムは、光送信装置１と、光受信装置２と、それらを接続する光通信ケーブル３とを含むように構成されている。
【0011】
光送信装置１は、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
【0012】
送信データ提供部１１は、送信対象の平文のデータを生成し又は図示せぬ生成元から取得し、送信データとして暗号信号生成部１３に提供する。
暗号鍵提供部１２は、暗号信号生成部１３における暗号化に用いる暗号鍵を、暗号信号生成部１３に提供する。なお、暗号鍵は、光送信装置１と光受信装置２とで、暗号化及び復号で用いることが可能な鍵であれば足り、その提供元（生成場所や保存場所）や提供方法、及び暗号化・復号方式は特に限定されない。
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。なお、暗号信号生成部１３から生成される光信号、即ち、暗号化された送信データが重畳された光信号を、以下、「暗号信号」と呼ぶ。なお、詳しくは後述するが、暗号信号生成部１３は、光受信装置２からフィードバックされた評価に基づいて、暗号信号を生成する。
暗号信号送信部１４は、暗号信号生成部１３から生成された暗号信号を、必要に応じて増幅等したうえで、光通信ケーブル３を介して光受信装置２に送信する。
暗号鍵提供部１２は、暗号信号生成部１３における暗号化に用いる暗号鍵を、暗号信号生成部１３に提供する。なお、暗号鍵は、光送信装置１と光受信装置２とで、暗号化及び復号で用いることが可能な鍵であれば足り、その提供元（生成場所や保存場所）や提供方法、及び暗号化・復号方式は特に限定されない。
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。なお、暗号信号生成部１３から生成される光信号、即ち、暗号化された送信データが重畳された光信号を、以下、「暗号信号」と呼ぶ。なお、詳しくは後述するが、暗号信号生成部１３は、光受信装置２からフィードバックされた評価に基づいて、暗号信号を生成する。
暗号信号送信部１４は、暗号信号生成部１３から生成された暗号信号を、必要に応じて増幅等したうえで、光通信ケーブル３を介して光受信装置２に送信する。
【0013】
上述のように、暗号信号（光信号）は、光送信装置１から出力されて、光通信ケーブル３で伝送されて、光受信装置２に受信される。
光受信装置２は、受信した暗号信号を復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。このため、光受信装置２は、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３と、通信品質モニタ部２４と、フィードバック部２５とを含むように構成されている。
光受信装置２は、受信した暗号信号を復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。このため、光受信装置２は、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３と、通信品質モニタ部２４と、フィードバック部２５とを含むように構成されている。
【0014】
暗号信号受信部２１は、暗号信号（光信号）を受信し、必要に応じて増幅や補償等したうえで、暗号信号復号部２３に提供する。
暗号鍵提供部２２は、暗号信号を復号する際に用いる暗号鍵を、暗号信号復号部２３に提供する。
暗号信号復号部２３は、暗号信号受信部２１から提供された暗号信号を、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵を用いて復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。
通信品質モニタ部２４は、暗号信号復号部２３により復元された平文のデータ（送信データ）の通信品質のモニタ（確認や監視）に係る評価の生成や出力をする。
フィードバック部２５は、通信品質モニタ部２４により生成や出力された通信品質のモニタに係る評価を、光送信装置１にフィードバックする。
暗号鍵提供部２２は、暗号信号を復号する際に用いる暗号鍵を、暗号信号復号部２３に提供する。
暗号信号復号部２３は、暗号信号受信部２１から提供された暗号信号を、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵を用いて復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。
通信品質モニタ部２４は、暗号信号復号部２３により復元された平文のデータ（送信データ）の通信品質のモニタ（確認や監視）に係る評価の生成や出力をする。
フィードバック部２５は、通信品質モニタ部２４により生成や出力された通信品質のモニタに係る評価を、光送信装置１にフィードバックする。
【0015】
このように、本実施形態では暗号信号は、光通信ケーブル３により伝送される光信号を例として採用されている。このため、図１の例では、暗号信号の通信方式として、有線通信の代表である光ファイバ通信が採用されている。
光ファイバ通信では、第三者が、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで、大量の情報（ここでは暗号信号）を一度に盗み出すことが原理的に可能である。
このため、暗号信号がたとえ盗み出されたとしても、その暗号信号の意味内容、即ち平文（送信データ）の内容を第三者に認識させないようにする手法が必要である。
本出願人は、このような手法として、Ｙ－００光通信量子暗号を用いた手法を開発している。
光ファイバ通信では、第三者が、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで、大量の情報（ここでは暗号信号）を一度に盗み出すことが原理的に可能である。
このため、暗号信号がたとえ盗み出されたとしても、その暗号信号の意味内容、即ち平文（送信データ）の内容を第三者に認識させないようにする手法が必要である。
本出願人は、このような手法として、Ｙ－００光通信量子暗号を用いた手法を開発している。
【0016】
Ｙ－００光通信量子暗号は、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」を特徴としており、本出願人により開発されたものである。
Ｙ－００光通信量子暗号において、送信データ（平文）は、「０」又は「１」のビットデータの１以上の集合体で表される。この送信データを構成する各ビットデータは、所定のアルゴリズムにより、Ｍ個（Ｍは２以上の整数値）の値のうち所定値に変調される。そこで、以下、この数値Ｍを「変調数Ｍ」と呼ぶ。
Ｙ－００光通信量子暗号では、暗号側と復号側で暗号鍵により、光信号（搬送波）の位相と振幅のうち少なくとも一方が変調数Ｍの値のうち何れかに変調されることによって、送信データ（平文）に対する暗号化が行われる。ここで、変調数Ｍを極めて多値とすることで、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」という特徴が実現される。
Ｙ－００光通信量子暗号で採用される「所定のプロトコル」については、例えば特許５１７０５８６号公報を参照するとよい。そこで、ここでは簡単に、Ｙ－００光通信量子暗号の原理の概要について、位相変調を例として図２及び図３を参照しつつ説明する。
Ｙ－００光通信量子暗号において、送信データ（平文）は、「０」又は「１」のビットデータの１以上の集合体で表される。この送信データを構成する各ビットデータは、所定のアルゴリズムにより、Ｍ個（Ｍは２以上の整数値）の値のうち所定値に変調される。そこで、以下、この数値Ｍを「変調数Ｍ」と呼ぶ。
Ｙ－００光通信量子暗号では、暗号側と復号側で暗号鍵により、光信号（搬送波）の位相と振幅のうち少なくとも一方が変調数Ｍの値のうち何れかに変調されることによって、送信データ（平文）に対する暗号化が行われる。ここで、変調数Ｍを極めて多値とすることで、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」という特徴が実現される。
Ｙ－００光通信量子暗号で採用される「所定のプロトコル」については、例えば特許５１７０５８６号公報を参照するとよい。そこで、ここでは簡単に、Ｙ－００光通信量子暗号の原理の概要について、位相変調を例として図２及び図３を参照しつつ説明する。
【0017】
図２は、図１の信号処理システムに適用されたＹ－００光通信量子暗号の原理の概要を説明する図である。
図３は、図２の位相変調におけるＭ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２を拡大した図である。
図２に示すＡ変調乃至Ｃ変調には、縦軸と横軸の交点を原点とした、光信号の位相と振幅（強度）を表すＩＱ平面が描画されている。
ＩＱ平面上の一点を決めると、光信号の位相と振幅が一意に決まる。位相は、ＩＱ平面の原点を始点とし、その光信号を表す点を終点とする線分と、位相０を表す線分との成す角度となる。一方、振幅は、その信光号を表す点と、ＩＱ平面の原点との間の距離となる。
図３は、図２の位相変調におけるＭ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２を拡大した図である。
図２に示すＡ変調乃至Ｃ変調には、縦軸と横軸の交点を原点とした、光信号の位相と振幅（強度）を表すＩＱ平面が描画されている。
ＩＱ平面上の一点を決めると、光信号の位相と振幅が一意に決まる。位相は、ＩＱ平面の原点を始点とし、その光信号を表す点を終点とする線分と、位相０を表す線分との成す角度となる。一方、振幅は、その信光号を表す点と、ＩＱ平面の原点との間の距離となる。
【0018】
図２に示すＡ変調は、Ｙ－００光通信量子暗号の理解を容易なものとすべく、通常の２値変調の原理を説明する図である。
例えば、平文（送信データ）がそのまま光信号（搬送波）に重畳されて送信される場合、平文を構成する各ビットデータ（１又は０）の夫々に対して、図２に示すＡ変調に示す２値変調が行われるものとする。
この場合、図２に示すＡ変調において、ビットデータが「０」の場合、位相変調後の光信号を示す点（以下、「シンボル点」と呼ぶ）の配置は、横軸上右側の０（０）としたシンボル点Ｓ１１の配置、即ち位相が０の配置となる。一方、ビットデータが１の場合、位相変調後のシンボル点の配置は、横軸上左側のπ（１）としたシンボル点Ｓ１２の配置、即ち位相がπの配置となる。
ここで、シンボル点Ｓ１１を囲む実線の円は、シンボル点Ｓ１１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲の例を示したものである。
なお、シンボル点Ｓ１２についても、同様に量子雑音の揺らぎの範囲の例がシンボル点Ｓ１２を囲む実線の円として示されている。
例えば、平文（送信データ）がそのまま光信号（搬送波）に重畳されて送信される場合、平文を構成する各ビットデータ（１又は０）の夫々に対して、図２に示すＡ変調に示す２値変調が行われるものとする。
この場合、図２に示すＡ変調において、ビットデータが「０」の場合、位相変調後の光信号を示す点（以下、「シンボル点」と呼ぶ）の配置は、横軸上右側の０（０）としたシンボル点Ｓ１１の配置、即ち位相が０の配置となる。一方、ビットデータが１の場合、位相変調後のシンボル点の配置は、横軸上左側のπ（１）としたシンボル点Ｓ１２の配置、即ち位相がπの配置となる。
ここで、シンボル点Ｓ１１を囲む実線の円は、シンボル点Ｓ１１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲の例を示したものである。
なお、シンボル点Ｓ１２についても、同様に量子雑音の揺らぎの範囲の例がシンボル点Ｓ１２を囲む実線の円として示されている。
【0019】
図２に示すＢ変調は、Ｙ－００光通信量子暗号を採用した場合における、変調数Ｍ＝１６の位相変調の原理を説明する図である。
図２に示すＢ変調の例の場合、平文を構成する各ビットデータの夫々について、暗号鍵を用いて８値のうちランダムな何れかの値が生成される。そして、図２に示すＡ変調に示す通常の２値変調のシンボル点（０に対応する位相０の点、又は１に対応する位相πの点）の位相が、８値のうちランダムに生成された値に従ってＩＱ平面においてビット毎に回転されることで、位相変調が行われる。
ビットデータの取り得る値は「０」又は「１」の２値であるので、結果として、図２に示すＢ変調の例の位相変調が行われると、シンボル点の配置は、（π／８）ずつ位相が異なる１６個（変調数Ｍ＝１６）の配置となる。
図２に示すＢ変調の例の場合、平文を構成する各ビットデータの夫々について、暗号鍵を用いて８値のうちランダムな何れかの値が生成される。そして、図２に示すＡ変調に示す通常の２値変調のシンボル点（０に対応する位相０の点、又は１に対応する位相πの点）の位相が、８値のうちランダムに生成された値に従ってＩＱ平面においてビット毎に回転されることで、位相変調が行われる。
ビットデータの取り得る値は「０」又は「１」の２値であるので、結果として、図２に示すＢ変調の例の位相変調が行われると、シンボル点の配置は、（π／８）ずつ位相が異なる１６個（変調数Ｍ＝１６）の配置となる。
【0020】
ただし、図２に示すＢ変調の例の場合、ビットデータがとり得る「０」又は「１」の値が、変調数Ｍ＝１６の値のうち何れかの値に変調されただけである。このため、１６個のシンボル点の配置を取る光信号（暗号信号）が盗み出されてしまうと、その意味内容、即ち平文（送信データ）の内容が第三者に認識（解読）される恐れがある。即ち、Ｙ－００光通信量子暗号の安全性は、変調数Ｍ＝１６程度だと十分ではない。
そこで、実際には、図２に示すＣ変調に示すように、変調数Ｍとして極めて多値、例えば４０９６が採用され、Ｙ－００光通信量子暗号の安全性が高められている。
そこで、実際には、図２に示すＣ変調に示すように、変調数Ｍとして極めて多値、例えば４０９６が採用され、Ｙ－００光通信量子暗号の安全性が高められている。
【0021】
図２に示すＣ変調は、Ｙ－００光通信量子暗号を採用した場合における、変調数Ｍ＝４０９６の位相変調の原理を説明する図である。
図３は、図２に示すＣ変調の位相変調におけるＭ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２に示すＣ変調を拡大した図である。
図３に示すように、シンボル点Ｓ２１乃至Ｓ２３の夫々において、範囲ＳＮだけショット雑音（量子雑音）による揺らぎがある。具体的には例えば、図３に示すシンボル点Ｓ２１を囲む実線の円Ｃは、シンボル点Ｓ２１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲ＳＮの例を示したものである。
ショット雑音は、光が量子性をもつことに起因する雑音であり、真にランダムであり、物理法則として取り除けないという特徴を有する。
変調数Ｍとして４０９６等の極めて多値の位相変調がなされると、図３に示すように、隣接するシンボル点がショット雑音に隠れて判別できない状況になる。
具体的には、隣接する２つのシンボル点Ｓ２１及びＳ２２の距離Ｄが、ショット雑音の範囲ＳＮよりも十分小さいとき（そのように小さくなるように、変調数Ｍとして極めて多値の位相変調がなされたとき）、受信側で測定された位相情報から、元のシンボル点の位置は断定困難となる。
つまり、例えばある時刻に受信側で測定された位相が、図３に示すシンボル点Ｓ２２の位置に対応していたものとする。この場合、シンボル点Ｓ２２の光信号として送信されたものであるのか、それとも、実際にはシンボル点Ｓ２１やシンボル点Ｓ２３の光信号として送信されたものが、ショット雑音の影響でシンボル点Ｓ２２として測定されたのかは、区別ができない。
以上のように、Ｙ－００光通信量子暗号では、変調数Ｍが極めて多値の変調が採用されている。
図３は、図２に示すＣ変調の位相変調におけるＭ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２に示すＣ変調を拡大した図である。
図３に示すように、シンボル点Ｓ２１乃至Ｓ２３の夫々において、範囲ＳＮだけショット雑音（量子雑音）による揺らぎがある。具体的には例えば、図３に示すシンボル点Ｓ２１を囲む実線の円Ｃは、シンボル点Ｓ２１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲ＳＮの例を示したものである。
ショット雑音は、光が量子性をもつことに起因する雑音であり、真にランダムであり、物理法則として取り除けないという特徴を有する。
変調数Ｍとして４０９６等の極めて多値の位相変調がなされると、図３に示すように、隣接するシンボル点がショット雑音に隠れて判別できない状況になる。
具体的には、隣接する２つのシンボル点Ｓ２１及びＳ２２の距離Ｄが、ショット雑音の範囲ＳＮよりも十分小さいとき（そのように小さくなるように、変調数Ｍとして極めて多値の位相変調がなされたとき）、受信側で測定された位相情報から、元のシンボル点の位置は断定困難となる。
つまり、例えばある時刻に受信側で測定された位相が、図３に示すシンボル点Ｓ２２の位置に対応していたものとする。この場合、シンボル点Ｓ２２の光信号として送信されたものであるのか、それとも、実際にはシンボル点Ｓ２１やシンボル点Ｓ２３の光信号として送信されたものが、ショット雑音の影響でシンボル点Ｓ２２として測定されたのかは、区別ができない。
以上のように、Ｙ－００光通信量子暗号では、変調数Ｍが極めて多値の変調が採用されている。
【0022】
なお、図２及び図３の例では位相変調であるが、これに代えて又はこれと共に振幅（強度）変調が採用されてもよい。即ち、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調には、強度変調、振幅変調、位相変調、周波数変調、直交振幅変調等のあらゆる変調方式が採用されてもよい。
【0023】
また、上述のように、Ｙ－００光通信量子暗号により、あらゆる変調方式において、２つのシンボル点の距離Ｄを、ショット雑音の範囲ＳＮより十分に小さくすることが可能であり、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できない」という特徴を持つことができる。また、量子雑音は安全性を担保することになるが、実際的には、量子雑音に加えて熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」の効果によって盗聴者が正しい暗号文を取得することを防止することになる。
【0024】
そこで、暗号信号の「雑音」を更に付加するため、本実施形態の光送信装置１には、強制光信号ランダム化（Ｄｅｌｉｂｅｒａｔｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒａｎｄｏｍｉｚａｔｉｏｎ、以下「ＤＳＲ」と呼ぶ）の技術が採用されている。詳しくは図８乃至図１２を用いて説明するが、光送信装置１の暗号信号生成部１３は、ＤＳＲに係る処理を実行することができる。ＤＳＲに係る処理を実行された暗号信号では、図３におけるシンボル点Ｓ２１を囲む実線の円Ｃの大きさが、量子雑音の揺らぎの範囲ＳＮとＤＳＲに係る処理により増強されたランダム性の分だけ大きくなる。つまり、暗号信号のランダム性が増強、即ち、雑音マスキング量が大きくなる。その結果、仮に第三者に暗号信号を盗聴された場合であっても、その第三者により暗号信号を解読されるリスクが低減される。
また、適切になされたＤＳＲに係る処理によるランダム性は、暗号信号の正規の受信者にとっては、暗号信号の識別の難度に寄与しない単なるノイズとして処理が可能である。つまり、正規の受信者側で別途ＤＳＲに係る処理の逆処理といったものは不要である。
即ち、ＤＳＲの技術により、正規の受信者に用いられる光受信装置２のコストを増加させずに、データの送受信における安全性が向上させる。
また、適切になされたＤＳＲに係る処理によるランダム性は、暗号信号の正規の受信者にとっては、暗号信号の識別の難度に寄与しない単なるノイズとして処理が可能である。つまり、正規の受信者側で別途ＤＳＲに係る処理の逆処理といったものは不要である。
即ち、ＤＳＲの技術により、正規の受信者に用いられる光受信装置２のコストを増加させずに、データの送受信における安全性が向上させる。
【0025】
以下、Ｙ－００光通信量子暗号における安全性について、雑音マスキング量Γを用いて説明する。
Ｙ－００光量子暗号における、安全性の指標として、「ショット雑音が隣接するシンボルをいくつマスクするか」に対応する、雑音マスキング量Γを用いることができる。
具体的には、本明細書では「雑音の分布をガウス分布として近似したときの標準偏差の範囲に入るシンボル点の数」を雑音マスキング量Γとして定義して説明する。
なお、雑音マスキング量Γの概念は、ショット雑音の分布以外にも適用可能な概念であるが、以下、ショット雑音に係る雑音マスキング量Γについて説明する。
Ｙ－００光量子暗号における、安全性の指標として、「ショット雑音が隣接するシンボルをいくつマスクするか」に対応する、雑音マスキング量Γを用いることができる。
具体的には、本明細書では「雑音の分布をガウス分布として近似したときの標準偏差の範囲に入るシンボル点の数」を雑音マスキング量Γとして定義して説明する。
なお、雑音マスキング量Γの概念は、ショット雑音の分布以外にも適用可能な概念であるが、以下、ショット雑音に係る雑音マスキング量Γについて説明する。
【0026】
図３で上述したように、隣接する２つのシンボル点の距離Ｄが、ショット雑音の範囲ＳＮよりも十分小さいとき、受信側で測定された位相情報から、元のシンボル点の位置は断定困難となる。
光通信において、高速で通信できる程度の強度の光信号を採用した場合、ショット雑音の量の分布（揺らぎの範囲）は、ガウス分布として近似することができる。即ち、この例の雑音マスキング量Γは、図３で上述したショット雑音の範囲ＳＮに対応する距離（半径）を、ショット雑音のガウス分布の標準偏差を採用する。
光通信において、高速で通信できる程度の強度の光信号を採用した場合、ショット雑音の量の分布（揺らぎの範囲）は、ガウス分布として近似することができる。即ち、この例の雑音マスキング量Γは、図３で上述したショット雑音の範囲ＳＮに対応する距離（半径）を、ショット雑音のガウス分布の標準偏差を採用する。
【0027】
換言すれば、雑音マスキング量Γは、ショット雑音の範囲ＳＮに含まれる他のシンボル点の数である。つまり、雑音マスキング量Γは、あるシンボル点に対して距離Ｄがショット雑音の範囲ＳＮより小さい他のシンボル点の数を示す。即ち、雑音マスキング量Γは、暗号信号の暗号の強度に比例する量となる。
【0028】
例えば、Ｙ－００光量子暗号において、位相変調方式を採用した場合、雑音マスキング量Γは、以下の式（１）で示される。
・・・（１）
【数1】
・・・（１）
【0029】
ここで、変調数Ｍは、暗号化のために変調される位相の候補数である。また、シンボルレートＲは、単位時間当たりにシンボル点をいくつ送るかを示す数である。また、プランク定数ｈは、物理定数であって、光子の持つエネルギーと振動数に係る比例定数である。また、周波数ν０は、信号の周波数である。また、パワーＰ０は、信号のパワーを表す数である。
【0030】
雑音マスキング量Γが十分大きい値である場合、ショット雑音によるマスキングが働く。即ち、Ｙ－００光量子暗号が暗号として有効に働く。具体的には例えば、この値が１以上でショット雑音によるマスキングの効果が発揮され、十分に大きい値である場合、更に高い安全性が達成される。
【0031】
上述の通り、光信号の雑音は、光信号の伝送路の特性やその周囲の環境等により変動する。そこで、雑音マスキング量Γにおける雑音は、光信号の伝送路の特性やその周囲の環境等により変動する光信号の雑音や熱雑音等の古典雑音を含むあらゆる雑音を、含むことができる。
【0032】
即ち、雑音マスキング量Γは、上述の数式（１）に記載されたショット雑音に係る雑音マスキング量Γに限定されない。つまり、雑音マスキング量Γにおける範囲は、雑音の分布はガウス分布として近似したときの標準偏差の範囲に限定されない。
具体的には例えば、上述のショット雑音による雑音の他、光信号の伝送路（各種光信号処理デバイスを含む）の特性やその周囲の環境等を含んだ雑音の範囲に含まれるシンボル点の数であれば足りる。そこで、雑音を実際に計測した分布を取得し、取得された分布の分散を、範囲としてよい。
具体的には例えば、上述のショット雑音による雑音の他、光信号の伝送路（各種光信号処理デバイスを含む）の特性やその周囲の環境等を含んだ雑音の範囲に含まれるシンボル点の数であれば足りる。そこで、雑音を実際に計測した分布を取得し、取得された分布の分散を、範囲としてよい。
【0033】
上記をまとめると、隣接する２つのシンボル点の距離が、熱雑音等の古典雑音を含むあらゆる雑音の範囲よりも十分小さければ足りる。即ち、光送信装置１から送信された光信号を受信した際に、熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」による雑音マスキング量が１以上であれば足りる。
本実施形態におけるＤＳＲに係る処理によるランダム化は、上述の熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」に含まれる雑音の１つとして機能するものである。
本実施形態におけるＤＳＲに係る処理によるランダム化は、上述の熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」に含まれる雑音の１つとして機能するものである。
【0034】
【0035】
理解を容易なものとすべく、まず、図４及び図５を用いて、図２に示すＡ変調、即ち、通常の２値変調におけるランダム化の例を説明する。
図４は、図２に示すＡ変調のシンボル点の夫々がランダム化される場合におけるランダム化の流れの例を示す図である。
つまり、多値をとる単位情報として０（ゼロ）又は１の２値をとる１ビットの単位情報が用いられ、この１ビットの単位情報をＹ－００光量子暗号として送信するための基底として、通常の２値変調の基底が用いられている。
図４は、図２に示すＡ変調のシンボル点の夫々がランダム化される場合におけるランダム化の流れの例を示す図である。
つまり、多値をとる単位情報として０（ゼロ）又は１の２値をとる１ビットの単位情報が用いられ、この１ビットの単位情報をＹ－００光量子暗号として送信するための基底として、通常の２値変調の基底が用いられている。
【0036】
まず、Ｙ－００光量子暗号として送信するための基底として、基底の候補が選択される。
図４に示すＡ段階において、基底の候補として選択された基底Ｂ１に従って、０（ゼロ）及び１の夫々の２値の単位情報を示すシンボル点Ｓ３１及びＳ３２の夫々がＩＱ平面に配置されている。
図４に示すＡ段階の基底Ｂ１は、基底の候補として選択されたものであって、ＩＱ平面を構成する軸Ｉと平行な、通常の位相変調において２値の単位情報を送信する際に用いられる基底である。即ち、図４のＡ段階において、０（ゼロ）及び１の夫々に対応するシンボル点Ｓ３１及びＳ３２の夫々は、軸Ｉ上に配置されている。
図４に示すＡ段階において、基底の候補として選択された基底Ｂ１に従って、０（ゼロ）及び１の夫々の２値の単位情報を示すシンボル点Ｓ３１及びＳ３２の夫々がＩＱ平面に配置されている。
図４に示すＡ段階の基底Ｂ１は、基底の候補として選択されたものであって、ＩＱ平面を構成する軸Ｉと平行な、通常の位相変調において２値の単位情報を送信する際に用いられる基底である。即ち、図４のＡ段階において、０（ゼロ）及び１の夫々に対応するシンボル点Ｓ３１及びＳ３２の夫々は、軸Ｉ上に配置されている。
【0037】
次に、基底の候補は、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転されることにより、ランダム化される。
図４に示すＢ段階において、基底の第１候補である基底Ｂ１は、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転され、図４に示す基底Ｂ２となる。その結果、図４のＡ段階において基底Ｂ１の両端に配置されていたシンボル点Ｓ３１及びＳ３２の夫々は、ランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した基底Ｂ２の両端に配置されているシンボル点Ｓ３３及びＳ３４の夫々に示す位置に図示されている。
図４に示すＢ段階において、基底の第１候補である基底Ｂ１は、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転され、図４に示す基底Ｂ２となる。その結果、図４のＡ段階において基底Ｂ１の両端に配置されていたシンボル点Ｓ３１及びＳ３２の夫々は、ランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した基底Ｂ２の両端に配置されているシンボル点Ｓ３３及びＳ３４の夫々に示す位置に図示されている。
【0038】
ここで、図４に示すＢ段階のシンボル点Ｓ３３及びＳ３４は、最初から基底Ｂ２に従って配置されたのと等価にＩＱ平面上に配置されている。即ち、基底の候補として基底Ｂ１が選択され、ＤＳＲに係る処理によりθｒａｎｄだけ位相が回転された結果のシンボル点Ｓ３３及びＳ３４を送信するということは、最初から基底Ｂ２を選択して信号を送信するのと等価である。
つまり、上述のようなＤＳＲに係る処理の結果を送信する際には、上述の図４に示すＢ段階のシンボル点Ｓ３３及びＳ３４を送信できれば足りる。即ち、上述の図４に示すＡ段階及びＢ段階の２つの段階を順に行ってもよいし、Ｂ段階の結果として得られる基底Ｂ２に従って搬送波を直接変調してもよい。
更に言えば、Ａ段階とＢ段階は逆の順番で行ってもよい。即ち、ランダム化された搬送波に対してＹ－００光量子暗号として送信するための単位情報に相当する位相変調をおこなってもよい。
つまり、上述のようなＤＳＲに係る処理の結果を送信する際には、上述の図４に示すＢ段階のシンボル点Ｓ３３及びＳ３４を送信できれば足りる。即ち、上述の図４に示すＡ段階及びＢ段階の２つの段階を順に行ってもよいし、Ｂ段階の結果として得られる基底Ｂ２に従って搬送波を直接変調してもよい。
更に言えば、Ａ段階とＢ段階は逆の順番で行ってもよい。即ち、ランダム化された搬送波に対してＹ－００光量子暗号として送信するための単位情報に相当する位相変調をおこなってもよい。
【0039】
図５は、図４に示すＢ段階のθｒａｎｄがとり得るランダム化量の範囲を示す模式図である。
図４に示したランダムな位相θｒａｎｄは、図５のランダム化量Ｒの範囲内において、ランダムに決定される。
図５の模式図には、図４に示すＡ段階のシンボル点Ｓ３１及びＳ３２を、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した例が複数重畳されて図示されている。
図５の模式図には、図４に示すＢ段階の０（ゼロ）を示すシンボル点Ｓ３３に対応する複数のシンボル点が、軸Ｉが負の領域のランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。同様に、図５の模式図には、図４に示すＢ段階の１を示すシンボル点Ｓ３４に対応する複数のシンボル点が、軸Ｉが正の領域のランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。
図４に示したランダムな位相θｒａｎｄは、図５のランダム化量Ｒの範囲内において、ランダムに決定される。
図５の模式図には、図４に示すＡ段階のシンボル点Ｓ３１及びＳ３２を、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した例が複数重畳されて図示されている。
図５の模式図には、図４に示すＢ段階の０（ゼロ）を示すシンボル点Ｓ３３に対応する複数のシンボル点が、軸Ｉが負の領域のランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。同様に、図５の模式図には、図４に示すＢ段階の１を示すシンボル点Ｓ３４に対応する複数のシンボル点が、軸Ｉが正の領域のランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。
【0040】
即ち、図４に示すＡ段階のシンボル点Ｓ３１は、ＤＳＲに係る処理によりランダム化され、図５の複数のシンボル点の何れかにランダム化されて配置される。つまり、図４のＢ段階において、ＤＳＲに係る処理の結果、ランダム化量Ｒの範囲内にシンボル点Ｓ３１を配置するためのランダムな位相θｒａｎｄが、決定される。
【0041】
なお、図５の模式図において、０（ゼロ）及び１の夫々を示すシンボル点は、夫々１０個だけ図示されているが、ランダム化される際の位相θｒａｎｄはランダム化量Ｒの範囲内に無数に存在し得る。
【0042】
次に、図５の模式図を用いて、ＤＳＲに係る処理によりランダム化された暗号信号が光受信装置２においてどのように識別されるかについて説明する。
前提として、光受信装置２には、送信データをＹ－００光量子暗号として送信するため基底Ｂ１に従った暗号信号が送信されていることが、共有されている。
そこで、光受信装置２は、図４のＡ段階に示す基底Ｂ１と直行する境界、即ち、図５の例では軸Ｑを境界として、受信した暗号信号を識別する。即ち、軸Ｑを境界として二分した領域（図５のＩＱ平面における第１象限及び第４象限からなる領域と、第２象限及び第３象限からなる領域）の何れの領域に暗号信号が存在するかにより、当該暗号信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別することができる。
このように、光受信装置２は、ＤＳＲに係る処理によるランダムな位相θｒａｎｄが事前に共有されていなくとも、識別することが可能である。
前提として、光受信装置２には、送信データをＹ－００光量子暗号として送信するため基底Ｂ１に従った暗号信号が送信されていることが、共有されている。
そこで、光受信装置２は、図４のＡ段階に示す基底Ｂ１と直行する境界、即ち、図５の例では軸Ｑを境界として、受信した暗号信号を識別する。即ち、軸Ｑを境界として二分した領域（図５のＩＱ平面における第１象限及び第４象限からなる領域と、第２象限及び第３象限からなる領域）の何れの領域に暗号信号が存在するかにより、当該暗号信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別することができる。
このように、光受信装置２は、ＤＳＲに係る処理によるランダムな位相θｒａｎｄが事前に共有されていなくとも、識別することが可能である。
【0043】
しかしながら、図示はしないが、ランダム化量Ｒが適切に調節されておらず大きすぎた場合、光受信装置２は、信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別できないことがある。即ち、図示はしないが、図５において、０（ゼロ）及び１の夫々に対応するシンボル点の夫々が軸Ｑを境界として二分した領域のうち反対の領域にまで配置されてしまい、暗号信号を識別することができなくなって（誤って識別して）しまう。
【0044】
ここで、光送信装置１及び光受信装置２の間における各種ノイズは、ランダムに発生する。つまり、光送信装置１及び光受信装置２の間における各種ノイズは、光受信装置２にとって、ＤＳＲに係る処理によるランダムな位相θｒａｎｄによるものと区分不可能なものである。その結果、光送信装置１にとっては適切なランダム化量Ｒだったにもかかわらず、光受信装置２では識別することができなくなって（誤って識別）しまうことが発生し得る。
そこで、本実施形態の光送信装置１は、図５におけるランダム化量Ｒを適切に調節することができる。即ち、詳しくは後述するが、本実施形態の光送信装置１は、光受信装置２において信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別することが可能となるように、ランダム化量Ｒを調整することができる。
そこで、本実施形態の光送信装置１は、図５におけるランダム化量Ｒを適切に調節することができる。即ち、詳しくは後述するが、本実施形態の光送信装置１は、光受信装置２において信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別することが可能となるように、ランダム化量Ｒを調整することができる。
【0045】
具体的には例えば、ランダム化量Ｒは、正規の受信者である光受信装置２における熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」の範囲ＳＮが、境界（図５の例では軸Ｑ）に接しないように調整される。また例えば、ランダム化量Ｒは、熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」の範囲が、境界（図５の例では軸Ｑ）から十分に離れるように調整される。
ここで、以下のような場合、「雑音」の範囲が境界から十分に離れていると言える。即ち例えば、光受信装置２において正常に単位情報の識別が可能である場合、「雑音」の範囲が境界から十分に離れていると言える。具体的には例えば、ビット誤り率が十分に低い場合（例えば、ビット誤り率が１０の－９乗未満）、「雑音」の範囲が境界から十分に離れていると言える。
なお、光受信装置２において正常に単位情報の識別が可能である範囲において、ランダム化量Ｒを大きくすることが好適である。その結果、光信号を盗聴する第三者にとって、暗号信号の解読が困難となる。
ここで、以下のような場合、「雑音」の範囲が境界から十分に離れていると言える。即ち例えば、光受信装置２において正常に単位情報の識別が可能である場合、「雑音」の範囲が境界から十分に離れていると言える。具体的には例えば、ビット誤り率が十分に低い場合（例えば、ビット誤り率が１０の－９乗未満）、「雑音」の範囲が境界から十分に離れていると言える。
なお、光受信装置２において正常に単位情報の識別が可能である範囲において、ランダム化量Ｒを大きくすることが好適である。その結果、光信号を盗聴する第三者にとって、暗号信号の解読が困難となる。
【0046】
次に、図６及び図７を用いて、図２に示すＡ変調とは異なる、即ち、Ｙ－００光量子暗号として送信するための基底として、通常の２値変調で用いられるのとは異なる基底が採用された場合におけるランダム化の例を説明する。
図６は、図２に示すＡ変調と異なる基底に従うシンボル点の夫々がランダム化される場合におけるランダム化の流れの例を示す図である。
つまり、多値をとる単位情報として０（ゼロ）又は１の２値をとる１ビットの単位情報が用いられ、この１ビットの単位情報をＹ－００光量子暗号として送信するための基底として、図４に示すＡ段階の基底Ｂ１とは異なる基底が用いられている。
図６は、図２に示すＡ変調と異なる基底に従うシンボル点の夫々がランダム化される場合におけるランダム化の流れの例を示す図である。
つまり、多値をとる単位情報として０（ゼロ）又は１の２値をとる１ビットの単位情報が用いられ、この１ビットの単位情報をＹ－００光量子暗号として送信するための基底として、図４に示すＡ段階の基底Ｂ１とは異なる基底が用いられている。
【0047】
まず、Ｙ－００光量子暗号として送信するための基底として、基底の候補が選択される。
図６に示すＡ段階において、基底の候補として選択された基底Ｂ３に従って、０（ゼロ）及び１の２値の単位情報を示すシンボル点ＳがＩＱ平面に配置されている。
図６に示すＡ段階において、基底の候補として選択された基底Ｂ３に従って、０（ゼロ）及び１の２値の単位情報を示すシンボル点ＳがＩＱ平面に配置されている。
【0048】
次に、基底の候補は、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転されることでランダム化される。
図６に示すＢ段階において、基底の第１候補である基底Ｂ３は、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転され、図６に示す基底Ｂ４となる。その結果、図６のＡ段階において基底Ｂ３の両端に配置されていたシンボル点Ｓ４１及びＳ４２の夫々は、ランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した基底Ｂ３の両端に配置されているシンボル点Ｓ４３及びＳ４４の夫々に示す位置に図示されている。
図６に示すＢ段階において、基底の第１候補である基底Ｂ３は、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転され、図６に示す基底Ｂ４となる。その結果、図６のＡ段階において基底Ｂ３の両端に配置されていたシンボル点Ｓ４１及びＳ４２の夫々は、ランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した基底Ｂ３の両端に配置されているシンボル点Ｓ４３及びＳ４４の夫々に示す位置に図示されている。
【0049】
ここで、図６に示すＢ段階のシンボル点Ｓ４３及びＳ４４は、最初から基底Ｂ４に従って配置されたのと等価にＩＱ平面上に配置されている。即ち、基底の候補として基底Ｂ３が選択され、ＤＳＲに係る処理によりθｒａｎｄだけ位相が回転された結果のシンボル点Ｓ４３及びＳ４４を送信するということは、最初から基底Ｂ４を選択して信号を送信するのと等価である。
【0050】
図７は、図６に示すＢ段階のθｒａｎｄがとり得るランダム化量の範囲を示す模式図である。
図６に示したランダムな位相θｒａｎｄは、図７のランダム化量Ｒの範囲内において、ランダムに決定される。
図７の模式図には、図６に示すＡ段階のシンボル点Ｓ４１及びＳ４２を、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した例が複数重畳されて図示されている。
図７の模式図には、図６に示すＢ段階の０（ゼロ）を示すシンボル点Ｓ４３に対応する複数のシンボル点が、ランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。同様に、図７の模式図には、図６に示すＢ段階の１を示すシンボル点Ｓ４４に対応する複数のシンボル点が、ランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。
図６に示したランダムな位相θｒａｎｄは、図７のランダム化量Ｒの範囲内において、ランダムに決定される。
図７の模式図には、図６に示すＡ段階のシンボル点Ｓ４１及びＳ４２を、ＤＳＲに係る処理によりランダムな位相θｒａｎｄだけ回転した例が複数重畳されて図示されている。
図７の模式図には、図６に示すＢ段階の０（ゼロ）を示すシンボル点Ｓ４３に対応する複数のシンボル点が、ランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。同様に、図７の模式図には、図６に示すＢ段階の１を示すシンボル点Ｓ４４に対応する複数のシンボル点が、ランダム化量Ｒの範囲内に配置されている。
【0051】
即ち、図６に示すＡ段階のシンボル点Ｓ４１は、ＤＳＲに係る処理によりランダム化され、図７の複数のシンボル点の何れかにランダム化されて配置される。つまり、図６のＢ段階において、ＤＳＲに係る処理の結果、ランダム化量Ｒの範囲内にシンボル点Ｓ４１を配置するためのランダムな位相θｒａｎｄが、決定される。
【0052】
なお、図７の模式図において、０（ゼロ）及び１の夫々を示すシンボル点は、夫々１０個だけ図示されているが、ランダム化される際の位相θｒａｎｄはランダム化量Ｒの範囲内に無数に存在し得る。
【0053】
次に、図７の模式図を用いて、ＤＳＲに係る処理によりランダム化された暗号信号が光受信装置２においてどのように識別されるかについて説明する。
前提として、光受信装置２には、送信データをＹ－００光量子暗号として送信するため基底Ｂ１に従った暗号信号が送信されていることが、共有されている。
そこで、光受信装置２は、図６のＡ段階に示す基底Ｂ３と直行する境界ＢＤにより、受信した暗号信号を識別する。即ち、境界ＢＤにより二分された領域（図６のＩＱ平面における境界ＢＤよりも軸Ｑが正の側の領域と、境界ＢＤよりも軸Ｑが負の側の領域）の何れの領域に暗号信号が存在するかにより、当該暗号信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別することができる。
このように、光受信装置２は、ＤＳＲに係る処理によるランダムな位相θｒａｎｄが事前に共有されていなくとも、識別することが可能である。
前提として、光受信装置２には、送信データをＹ－００光量子暗号として送信するため基底Ｂ１に従った暗号信号が送信されていることが、共有されている。
そこで、光受信装置２は、図６のＡ段階に示す基底Ｂ３と直行する境界ＢＤにより、受信した暗号信号を識別する。即ち、境界ＢＤにより二分された領域（図６のＩＱ平面における境界ＢＤよりも軸Ｑが正の側の領域と、境界ＢＤよりも軸Ｑが負の側の領域）の何れの領域に暗号信号が存在するかにより、当該暗号信号が０（ゼロ）又は１の２値の単位情報に対応するものであるかを識別することができる。
このように、光受信装置２は、ＤＳＲに係る処理によるランダムな位相θｒａｎｄが事前に共有されていなくとも、識別することが可能である。
【0054】
詳しくは後述するが、図４及び図６におけるＡ段階において、基底Ｂ１や基底Ｂ３が選択されることは、処理対象の単位情報毎に基底が切り替えられるというＹ－００プロトコルにおける基本的な暗号化に相当する。
即ち、正規の受信者（例えば、光受信装置２）には、送信データをＹ－００光量子暗号として送信するため基底Ｂ１や基底Ｂ３等の内いずれの基底に従った暗号信号が送信されていることが、共有されている。しかしながら、光信号を盗聴する第三者には、いずれの基底に従った暗号信号が送信されているかは、共有されていない。
その結果、例えば、軸Ｉ上であって軸Ｉが負の方向のシンボル点が受信された場合、正規の受信者であれば、基底Ｂ１が選択されているとき、図５に示すように０（ゼロ）の単位情報に対応するものであることを識別することができる。また、基底Ｂ３が選択されているとき、図７に示すように１の単位情報に対応するものであることを識別することができる。
しかしながら、光信号を盗聴する第三者は、軸Ｉ上であって軸Ｉが負の方向のシンボル点がいずれの単位情報に対応する者であるかを識別することはできない。また、ＤＳＲに係る処理によりランダム化されているため、光信号を盗聴する第三者にとって、暗号信号の周期性等に基づいて解読することが困難となる。
即ち、正規の受信者（例えば、光受信装置２）には、送信データをＹ－００光量子暗号として送信するため基底Ｂ１や基底Ｂ３等の内いずれの基底に従った暗号信号が送信されていることが、共有されている。しかしながら、光信号を盗聴する第三者には、いずれの基底に従った暗号信号が送信されているかは、共有されていない。
その結果、例えば、軸Ｉ上であって軸Ｉが負の方向のシンボル点が受信された場合、正規の受信者であれば、基底Ｂ１が選択されているとき、図５に示すように０（ゼロ）の単位情報に対応するものであることを識別することができる。また、基底Ｂ３が選択されているとき、図７に示すように１の単位情報に対応するものであることを識別することができる。
しかしながら、光信号を盗聴する第三者は、軸Ｉ上であって軸Ｉが負の方向のシンボル点がいずれの単位情報に対応する者であるかを識別することはできない。また、ＤＳＲに係る処理によりランダム化されているため、光信号を盗聴する第三者にとって、暗号信号の周期性等に基づいて解読することが困難となる。
【0055】
なお、図４乃至図７の例では位相変調であるが、これに代えて又はこれと共に振幅（強度）変調が採用されてもよい。即ち、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調と共にＤＳＲに係る処理を実行する際には、強度変調、振幅変調、位相変調、周波数変調、直交振幅変調等のあらゆる変調方式が採用されてもよい。
【0056】
また、変調数Ｍ＝２として説明したが、変調数Ｍ＝２に限定されず、任意の変調数ＭにおいてもＤＳＲに係る処理によるランダム化を採用することができる。
即ち、図４乃至図７の例では多値をとる単位情報として０（ゼロ）又は１の２値をとる１ビットの単位情報が用いられたが、それ以上のビットに対応するシンボル点が採用されてもよい。この場合、ランダム化量Ｒは、複数のシンボル点（例えば、２ビットの単位情報の場合、４つのシンボル点）の夫々のシンボル点間距離に対応したランダム化量Ｒが採用される。
即ち、図４乃至図７の例では多値をとる単位情報として０（ゼロ）又は１の２値をとる１ビットの単位情報が用いられたが、それ以上のビットに対応するシンボル点が採用されてもよい。この場合、ランダム化量Ｒは、複数のシンボル点（例えば、２ビットの単位情報の場合、４つのシンボル点）の夫々のシンボル点間距離に対応したランダム化量Ｒが採用される。
【0057】
【0058】
図８は、図１の信号処理システムの詳細な構成例を示すブロック図である。
図８は、図１の光送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
図８の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図８は、図１の光送信装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
図８の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
【0059】
光送信装置１は、０（ゼロ）又は１といった２値をとる単位情報（例えばある１ビット）が１以上配置されて構成される多値情報（例えばビット列）を光信号として送信する。
【0060】
送信データ提供部１１は、送信対象の平文のデータを生成し又は図示せぬ生成元から取得し、送信データとして暗号信号生成部１３に提供する。
【0061】
暗号鍵提供部１２は、暗号信号生成部１３における暗号化に用いる暗号鍵を、暗号信号生成部１３に提供する。図８の暗号鍵提供部１２は、鍵提供部１１１と、鍵拡張部１１２とを含んで構成されている。
【0062】
鍵提供部１１１は、光送信装置１と光受信装置２との間で事前に管理（共有）された暗号鍵（例えば、共有鍵）を、鍵拡張部１１２に提供する。
【0063】
鍵拡張部１１２は、鍵提供部１１１から提供された暗号鍵を、所定のアルゴリズムにより拡張し、拡張後の暗号鍵を暗号信号生成部１３に提供する。
具体的には例えば、鍵拡張部１１２の所定のアルゴリズムの一例として、擬似乱数発生器（ＰＲＮＧ：Ｐｓｅｕｄｏ－Ｒａｎｄｏｍ Ｎｕｍｂｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を用いたアルゴリズムが採用され得る。この場合、鍵拡張部１１２は、鍵提供部１１１から提供された暗号鍵（共通鍵）を初期鍵として、擬似乱数発生器を用いて２値ランニング鍵を生成することで、暗号鍵（共通鍵）を拡張することができる。
また例えば、鍵拡張部１１２の所定のアルゴリズムの別の例として、線形回帰シフトレジスタ（ＬＦＳＲ：Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）を用いたアルゴリズムが採用され得る。
即ち、鍵拡張部１１２は、鍵提供部１１１により提供された暗号鍵を、当該暗号鍵と比較して長くすることができる。その結果、暗号信号生成部１３は、事前に共有された暗号鍵よりも長い周期の暗号鍵を用いて暗号信号を生成することができるため、第三者に暗号信号を盗聴された場合においても、暗号信号を解読されてしまうリスクを低減することができる。
具体的には例えば、鍵拡張部１１２の所定のアルゴリズムの一例として、擬似乱数発生器（ＰＲＮＧ：Ｐｓｅｕｄｏ－Ｒａｎｄｏｍ Ｎｕｍｂｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を用いたアルゴリズムが採用され得る。この場合、鍵拡張部１１２は、鍵提供部１１１から提供された暗号鍵（共通鍵）を初期鍵として、擬似乱数発生器を用いて２値ランニング鍵を生成することで、暗号鍵（共通鍵）を拡張することができる。
また例えば、鍵拡張部１１２の所定のアルゴリズムの別の例として、線形回帰シフトレジスタ（ＬＦＳＲ：Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）を用いたアルゴリズムが採用され得る。
即ち、鍵拡張部１１２は、鍵提供部１１１により提供された暗号鍵を、当該暗号鍵と比較して長くすることができる。その結果、暗号信号生成部１３は、事前に共有された暗号鍵よりも長い周期の暗号鍵を用いて暗号信号を生成することができるため、第三者に暗号信号を盗聴された場合においても、暗号信号を解読されてしまうリスクを低減することができる。
【0064】
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。
図８の暗号信号生成部１３は、光源部１２１と、光変調部１２２と、基底選択部１２３と、ＤＳＲ部１２４と、ランダム化量調整部１２５と、ランダム化量指示部１２６とを含んで構成されている。
図８の暗号信号生成部１３は、光源部１２１と、光変調部１２２と、基底選択部１２３と、ＤＳＲ部１２４と、ランダム化量調整部１２５と、ランダム化量指示部１２６とを含んで構成されている。
【0065】
光源部１２１は、所定の波長の光信号を搬送波として発生させ、後述の光変調部１２２に出力する。
【0066】
光変調部１２２は、基底選択部１２３により選択された基底に基づいて、光源部１２１から発生された搬送波である光信号を変調して、後述の暗号信号送信部１４に出力する。
具体的には例えば、Ｙ－００光量子暗号を用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１２２は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１２２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
具体的には例えば、Ｙ－００光量子暗号を用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１２２は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１２２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
【0067】
基底選択部１２３は、送信データを構成する１以上の単位情報（１以上の多値）の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を単位情報毎に選択し、選択された基底に基づいて光変調部１２２に光信号を変調させる。
例えば、基底選択部１２３は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵と、後述のランダム化量調整部１２５により調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づいて、処理対象の単位情報に適用する基底を選択する。
例えば、基底選択部１２３は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵と、後述のランダム化量調整部１２５により調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づいて、処理対象の単位情報に適用する基底を選択する。
【0068】
具体的には例えば、まず、基底選択部１２３は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵に基づいて、図４及び図６の夫々に示すＡ段階に対応する基底の第１候補（例えば図４の候補Ｂ１や図６の候補Ｂ３等）を選択する。この基底選択部１２３による基底の候補の選択は、処理対象の単位情報毎に行われる。この基底選択部１２３による基底の候補の選択は、処理対象の単位情報毎に基底が切り替えられるというＹ－００プロトコルにおける基本的な暗号化に相当する。
つぎに、基底選択部１２３は、後述のランダム化量調整部１２５により調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づいて、基底の候補の位相を回転させることにより、図４及び図６の夫々に示すＢ段階に対応する基底（例えば図４の基底Ｂ２や図６の基底Ｂ３）を選択する。これは、処理対象の単位情報毎に、ランダム化を行うというＤＳＲに係る処理に相当する。
従来、ランダムな位相θｒａｎｄは、後述のＤＳＲ部１２４からそのまま基底選択部１２３に提供されていたが、本実施形態では、後述のＤＳＲ部１２４から直接ではなくランダム化量調整部１２５により調整されたものが提供される。
つぎに、基底選択部１２３は、後述のランダム化量調整部１２５により調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づいて、基底の候補の位相を回転させることにより、図４及び図６の夫々に示すＢ段階に対応する基底（例えば図４の基底Ｂ２や図６の基底Ｂ３）を選択する。これは、処理対象の単位情報毎に、ランダム化を行うというＤＳＲに係る処理に相当する。
従来、ランダムな位相θｒａｎｄは、後述のＤＳＲ部１２４からそのまま基底選択部１２３に提供されていたが、本実施形態では、後述のＤＳＲ部１２４から直接ではなくランダム化量調整部１２５により調整されたものが提供される。
【0069】
以上をまとめると、基底選択部１２３は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵と、後述のランダム化量調整部１２５により調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づいて、各単位情報毎に基底を選択する。そして、基底選択部１２３は、選択された各単位情報毎に、基底に基づいて光変調部１２２に光信号を変調させる制御を実行する。
その結果、基底選択部１２３送信データ提供部１１から提供された送信データを構成する各単位情報の夫々は、基底選択部１２３により選択された各基底の夫々に基づいてＩＱ平面上に配置される。つまり、送信データを構成する各単位情報の夫々は、基底選択部１２３により選択された各基底の夫々に基づいてＩＱ平面上にシンボル点として配置され、光変調部１２２により当該シンボル点に対応する光信号として出力される。
その結果、基底選択部１２３送信データ提供部１１から提供された送信データを構成する各単位情報の夫々は、基底選択部１２３により選択された各基底の夫々に基づいてＩＱ平面上に配置される。つまり、送信データを構成する各単位情報の夫々は、基底選択部１２３により選択された各基底の夫々に基づいてＩＱ平面上にシンボル点として配置され、光変調部１２２により当該シンボル点に対応する光信号として出力される。
【0070】
ＤＳＲ部１２４は、乱数に基づいて、ＤＳＲに係るランダム化に用いられるランダムな位相θｒａｎｄを生成する。
即ち、ＤＳＲ部１２４は、所定の乱数等に基づいて、基底選択部１２３により用いられるＤＳＲに係るランダム化に用いられる位相θｒａｎｄを生成し、ランダム化量調整部１２５に提供する。
このように、上述したように、従来のＤＳＲに係る処理では、ＤＳＲ部１２４により生成されたランダム化に用いられる位相θｒａｎｄが直接、基底選択部１２３に提供されていたが、本実施形態では、ランダム化量調整部１２５に提供され、ランダム化量調整部１２５により調整された位相θｒａｎｄが、基底選択部１２３に提供される。
即ち、ＤＳＲ部１２４は、所定の乱数等に基づいて、基底選択部１２３により用いられるＤＳＲに係るランダム化に用いられる位相θｒａｎｄを生成し、ランダム化量調整部１２５に提供する。
このように、上述したように、従来のＤＳＲに係る処理では、ＤＳＲ部１２４により生成されたランダム化に用いられる位相θｒａｎｄが直接、基底選択部１２３に提供されていたが、本実施形態では、ランダム化量調整部１２５に提供され、ランダム化量調整部１２５により調整された位相θｒａｎｄが、基底選択部１２３に提供される。
【0071】
ランダム化量調整部１２５は、送信データを構成する１以上の単位情報（１以上の多値）の夫々を前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整する。そして、ランダム化量調整部１２５は、調整されたランダム化量に基づいて位相θｒａｎｄを調整し、調整された位相θｒａｎｄを基底選択部１２３に提供する。
即ち、ランダム化量調整部１２５は、ランダム化量を、後述のランダム化量指示部１２６により決定された量Ｒとなるように調整する。
ランダム化量調整部１２５は、ＤＳＲ部１２４により生成されたランダム化に用いられる位相θｒａｎｄを、調整されたランダム化量Ｒに基づいて調整する。具体的には例えば、ランダム化量調整部１２５は、ランダムな位相θｒａｎｄがランダム化量指示部１２６により決定されたランダム化量Ｒの範囲内となるように調整する。
これにより、ランダム化量Ｒの範囲内となるように調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づくように、基底選択部１２３により基底が選択される。その結果、光変調部１２２により、ランダム化量Ｒの範囲内となるランダムな位相θｒａｎｄに対応する暗号信号となるように変調がされる。
即ち、ランダム化量調整部１２５は、ランダム化量を、後述のランダム化量指示部１２６により決定された量Ｒとなるように調整する。
ランダム化量調整部１２５は、ＤＳＲ部１２４により生成されたランダム化に用いられる位相θｒａｎｄを、調整されたランダム化量Ｒに基づいて調整する。具体的には例えば、ランダム化量調整部１２５は、ランダムな位相θｒａｎｄがランダム化量指示部１２６により決定されたランダム化量Ｒの範囲内となるように調整する。
これにより、ランダム化量Ｒの範囲内となるように調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づくように、基底選択部１２３により基底が選択される。その結果、光変調部１２２により、ランダム化量Ｒの範囲内となるランダムな位相θｒａｎｄに対応する暗号信号となるように変調がされる。
【0072】
ランダム化量指示部１２６は、光受信装置２からフィードバックされてきた評価の情報に基づいて、ランダム化量Ｒを決定して、そのランダム化量Ｒで調整するようにランダム化量調整部１２５に指示を出す。
具体的には例えば、第１のランダム化量Ｒ１によりランダム化がなされた光信号についての評価として、当該評価によればランダム化量Ｒ１が大きすぎるという評価がフィードバックされたものとする。この場合、ランダム化量指示部１２６は、第１のランダム化量Ｒ１よりも小さな第２のランダム化量Ｒ２を決定する。
具体的には例えば、第１のランダム化量Ｒ１によりランダム化がなされた光信号についての評価として、当該評価によればランダム化量Ｒ１が大きすぎるという評価がフィードバックされたものとする。この場合、ランダム化量指示部１２６は、第１のランダム化量Ｒ１よりも小さな第２のランダム化量Ｒ２を決定する。
【0073】
暗号信号送信部１４は、図１を用いて説明したように、暗号信号（光信号）を光受信装置２に送信する。具体的には例えば、暗号信号送信部１４は、暗号信号（光信号）を受信し、必要に応じて増幅や補償等したうえで、光通信ケーブル３を介して光受信装置２に送信する。
【0074】
上述のように、図８の暗号信号生成部１３は、上述の光源部１２１乃至ランダム化量指示部１２６により、Ｙ－００光量子暗号として送信するための基底の候補に従って、ランダム化量Ｒの範囲内で、１以上の多値の夫々のＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する。これにより、ランダム化量Ｒの範囲内で暗号信号のランダム性が増強されることにより、暗号信号の送受信に係る安全性が向上される。
また、上述のように、ランダム化量Ｒは、フィードバックされた評価に基づいて調整される。これにより、光受信装置２の識別回路部２２２における単位情報の識別に誤り（エラー）を抑制することができる。以下、このような評価が行われる光受信装置２における暗号信号の復号の流れ及び評価の生成やフィードバックに係る構成を説明する。
また、上述のように、ランダム化量Ｒは、フィードバックされた評価に基づいて調整される。これにより、光受信装置２の識別回路部２２２における単位情報の識別に誤り（エラー）を抑制することができる。以下、このような評価が行われる光受信装置２における暗号信号の復号の流れ及び評価の生成やフィードバックに係る構成を説明する。
【0075】
光受信装置２は、図１に示した通り、受信した暗号信号を復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。
このため、光受信装置２は、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３と、通信品質モニタ部２４と、フィードバック部２５とを含むように構成されている。
このため、光受信装置２は、暗号信号受信部２１と、暗号鍵提供部２２と、暗号信号復号部２３と、通信品質モニタ部２４と、フィードバック部２５とを含むように構成されている。
【0076】
暗号信号受信部２１は、暗号信号（光信号）を受信し、必要に応じて増幅や補償等したうえで、暗号信号復号部２３に提供する。
【0077】
暗号鍵提供部２２は、暗号信号を復号する際に用いる暗号鍵を、暗号信号復号部２３に提供する。図８の暗号鍵提供部２２は、鍵提供部２１１と、鍵拡張部２１２とを含んで構成されている。
なお、暗号鍵提供部２２が光送信装置１と光受信装置２とで事前に共有された暗号鍵として共有鍵を管理して提供する場合、暗号鍵提供部２２は、暗号鍵提供部１２と基本的に同様の機能を発揮する。即ち、この場合、暗号鍵提供部２２の鍵提供部２１１及び鍵拡張部２１２の夫々は、暗号鍵提供部１２の鍵提供部１１１及び鍵拡張部１１２の夫々と基本的に同様の機能を発揮する。
なお、暗号鍵提供部２２が光送信装置１と光受信装置２とで事前に共有された暗号鍵として共有鍵を管理して提供する場合、暗号鍵提供部２２は、暗号鍵提供部１２と基本的に同様の機能を発揮する。即ち、この場合、暗号鍵提供部２２の鍵提供部２１１及び鍵拡張部２１２の夫々は、暗号鍵提供部１２の鍵提供部１１１及び鍵拡張部１１２の夫々と基本的に同様の機能を発揮する。
【0078】
暗号信号復号部２３は、図１に示した通り、暗号信号受信部２１から提供された暗号信号を、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵を用いて復号することで、平文のデータ（送信データ）を復元させる。図８の暗号信号復号部２３は、基底選択部２２１と、識別回路部２２２と、データ管理部２２３とを含んで構成されている。
【0079】
基底選択部２２１は、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵に基づいて、基底を選択する。
【0080】
識別回路部２２２は、暗号信号受信部２１において受信された暗号信号に基づいて、多値情報を構成する１以上の単位情報（例えば、０（ゼロ）又は１の１ビットの単位情報）の夫々を識別する。即ち、識別回路部２２２は、暗号信号受信部２１により受信された暗号信号と、基底選択部２２１により選択された基底とに基づいて、単位情報を識別する。
【0081】
以下、識別回路部２２２による識別の流れを、図６の例を用いて説明する。
まず、基底選択部２２１は、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵に基づいて、基底Ｂ３を選択する。この基底Ｂ３は、送信時に光送信装置１の基底選択部１２３が、基底に従って、ランダムな位相θｒａｎｄを考慮せずに選択したものと同様の基底である。
次に、暗号信号受信部２１において受信された暗号信号は、ランダムな位相θｒａｎｄだけランダム化されているため、ＩＱ平面上において図６に示すシンボル点Ｓ４３の位置に配置されている。
識別回路部２２２は、基底選択部２２１により選択された基底Ｂ３と直交する境界ＢＤを基準として、実際にされた信号（シンボル点Ｓ４３の位置の配置された信号）が基底Ｂ３に従うシンボル点Ｓ４１に近いと判断することにより、当該信号を０（ゼロ）に対応する単位情報である旨を識別する。
まず、基底選択部２２１は、暗号鍵提供部２２から提供された暗号鍵に基づいて、基底Ｂ３を選択する。この基底Ｂ３は、送信時に光送信装置１の基底選択部１２３が、基底に従って、ランダムな位相θｒａｎｄを考慮せずに選択したものと同様の基底である。
次に、暗号信号受信部２１において受信された暗号信号は、ランダムな位相θｒａｎｄだけランダム化されているため、ＩＱ平面上において図６に示すシンボル点Ｓ４３の位置に配置されている。
識別回路部２２２は、基底選択部２２１により選択された基底Ｂ３と直交する境界ＢＤを基準として、実際にされた信号（シンボル点Ｓ４３の位置の配置された信号）が基底Ｂ３に従うシンボル点Ｓ４１に近いと判断することにより、当該信号を０（ゼロ）に対応する単位情報である旨を識別する。
【0082】
なお、暗号信号受信部２１において受信された暗号信号は、光通信ケーブル３若しくは図示せぬ光ルータ、光スイッチ及び光増幅器等により更に雑音を付加されている可能性がある。しかしながら、上述したように、光送信装置１のランダム化量調整部１２５により、適切にランダム化量Ｒが調整されていることにより、図７の例の境界ＢＤを超えてシンボル点が混在しない。即ち、これにより、図７のように、０（ゼロ）に対応するシンボル点が１に対応するシンボル点と混同されないため、ＤＳＲに係る処理によりランダム化する際の位相θｒａｎｄが事前に共有されていなくとも、暗号信号復号部２３は、単位情報を識別することが可能となる。
【0083】
データ管理部２２３は、識別回路部２２２により識別された単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータを管理する。
【0084】
通信品質モニタ部２４は、識別回路部２２２による１以上の単位情報の識別の結果を評価する。即ち、通信品質モニタ部２４は、暗号信号復号部２３により復元された平文のデータ（送信データ）の通信品質のモニタ（確認や監視）に係る評価の生成や出力をする。
具体的には例えば、光送信装置１は、誤り検出に係るビットを含んだものを送信データとして、暗号信号として送信する。これにより、識別回路部２２２により識別された単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータが、誤り（エラー）を含んでいるかが検出可能となる。通信品質モニタ部２４は、誤り（エラー）を含んでいる平文のデータの割合等を評価することができる。
具体的には例えば、光送信装置１は、誤り検出に係るビットを含んだものを送信データとして、暗号信号として送信する。これにより、識別回路部２２２により識別された単位情報が１以上配置されて構成される平文のデータが、誤り（エラー）を含んでいるかが検出可能となる。通信品質モニタ部２４は、誤り（エラー）を含んでいる平文のデータの割合等を評価することができる。
【0085】
フィードバック部２５は、通信品質モニタ部２４による評価の結果を光送信装置１にフィードバックする。フィードバック部２５によりフィードバックされた評価は、上述のランダム化量指示部１２６によるランダム化量の調整に用いられる。
【0086】
上述をまとめると、光送信装置１の暗号信号生成部１３は、ＤＳＲに係る処理を実行することにより、光送信装置１から送信される暗号信号のランダム性が増強されることにより、雑音マスキング量を大きくされ、暗号信号の送受信に係る安全性が向上される。
しかしながら、光送信装置１及び光受信装置２の間に存在する、光通信ケーブル３若しくは図示せぬ光ルータ、光スイッチ及び光増幅器等により更に雑音が付加される。その結果、ＤＳＲに係る処理におけるランダム化量が大きすぎた場合、光受信装置２の識別回路部２２２における単位情報の識別に誤り（エラー）が発生してしまう可能性がある。
そこで、本実施形態の光受信装置２は、通信品質モニタ部２４及びフィードバック部２５を有することにより、単位情報の識別の結果に係る評価を、光送信装置１にフィードバックすることができる。
光送信装置１のランダム化量調整部１２５は、フィードバックされた単位情報の識別の結果に係る評価に基づいて、ランダム化量Ｒを調整することができる。その結果、光受信装置２の識別回路部２２２における単位情報の識別に誤り（エラー）を抑制することができる。
これにより、光送信装置１及び光受信装置２の間における通信品質の悪化を抑制しつつ、安全性を向上させることが可能となり、暗号信号の送受信に係る利便性を向上することが可能となる。
しかしながら、光送信装置１及び光受信装置２の間に存在する、光通信ケーブル３若しくは図示せぬ光ルータ、光スイッチ及び光増幅器等により更に雑音が付加される。その結果、ＤＳＲに係る処理におけるランダム化量が大きすぎた場合、光受信装置２の識別回路部２２２における単位情報の識別に誤り（エラー）が発生してしまう可能性がある。
そこで、本実施形態の光受信装置２は、通信品質モニタ部２４及びフィードバック部２５を有することにより、単位情報の識別の結果に係る評価を、光送信装置１にフィードバックすることができる。
光送信装置１のランダム化量調整部１２５は、フィードバックされた単位情報の識別の結果に係る評価に基づいて、ランダム化量Ｒを調整することができる。その結果、光受信装置２の識別回路部２２２における単位情報の識別に誤り（エラー）を抑制することができる。
これにより、光送信装置１及び光受信装置２の間における通信品質の悪化を抑制しつつ、安全性を向上させることが可能となり、暗号信号の送受信に係る利便性を向上することが可能となる。
【0087】
【0088】
図９は、図１の光送信装置の詳細な構成例の内、図８と異なる例を示すブロック図である。
図９の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図９の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図９の例の光受信装置２は、基本的に図９の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図９の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
図９の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図９の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図９の例の光受信装置２は、基本的に図９の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図９の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
【0089】
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。図９の暗号信号生成部１３は、光源部１３１と、光変調部１３２と、基底選択部１３３と、ＤＳＲ部１３４と、ランダム化量調整部１３５と、ランダム化量指示部１３６と、擬似乱数発生部１３７とを含んで構成されている。
【0090】
【0091】
ＤＳＲ部１３４は、擬似乱数発生部１３７により発生された擬似乱数に基づいて、ＤＳＲに係るランダムな位相θｒａｎｄを生成する。即ち、ＤＳＲ部１３４は、擬似乱数発生部１３７により発生された擬似乱数に基づいて、基底選択部１３３により用いられるＤＳＲに係るランダムな位相θｒａｎｄを生成する。
【0092】
擬似乱数発生部１３７は、所定のアルゴリズムにより、擬似乱数を発生する。具体的には例えば、擬似乱数発生部１３７には、上述の鍵拡張部１１２の説明における擬似乱数発生器が採用されてもよい。ただし、上述の鍵拡張部１１２の例と異なり、擬似乱数発生部１３７における擬似乱数発生器の初期鍵は、事前に光受信装置２と共有される必要はなく適宜設定されたものが用いられてよい。
【0093】
図９の光源部１３１乃至ランダム化量指示部１３６の夫々は、図８の光源部１２１乃至ランダム化量指示部１２６の夫々と基本的に同様の機能を発揮する。
その結果、図９の機能的構成を有する信号処理システムは、図８の説明に説明したのと基本的に同様の効果を奏することができる。しかしながら、その効果は、図９の擬似乱数発生部１３７により、以下の点において異なる。
即ち、擬似乱数の生成は、数値演算により行うことが可能であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いて演算させることが可能である。従って、後述の真性乱数の生成と比較して安価に実装することが可能となる。
また、擬似乱数発生部１３７により発生される擬似乱数は、擬似乱数を発生する際の所定のアルゴリズムに応じた周期性を有する。しかしながら、Ｙ－００プロトコルでは、真性乱数の性質をもつ光信号のショット雑音（ノイズ）が用いられる。つまり、ＤＳＲに係る処理において擬似乱数を用いたとしても、そもそもＹ－００プロトコルによるショット雑音（ノイズ）により、真性乱数としての性質が実現されている。従って、擬似乱数発生部１３７により発生された擬似乱数を用いたとしても、擬似乱数が周期性を有することによるデメリットは特別存在せず、通信の安全性を向上させることができる。
その結果、図９の機能的構成を有する信号処理システムは、図８の説明に説明したのと基本的に同様の効果を奏することができる。しかしながら、その効果は、図９の擬似乱数発生部１３７により、以下の点において異なる。
即ち、擬似乱数の生成は、数値演算により行うことが可能であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いて演算させることが可能である。従って、後述の真性乱数の生成と比較して安価に実装することが可能となる。
また、擬似乱数発生部１３７により発生される擬似乱数は、擬似乱数を発生する際の所定のアルゴリズムに応じた周期性を有する。しかしながら、Ｙ－００プロトコルでは、真性乱数の性質をもつ光信号のショット雑音（ノイズ）が用いられる。つまり、ＤＳＲに係る処理において擬似乱数を用いたとしても、そもそもＹ－００プロトコルによるショット雑音（ノイズ）により、真性乱数としての性質が実現されている。従って、擬似乱数発生部１３７により発生された擬似乱数を用いたとしても、擬似乱数が周期性を有することによるデメリットは特別存在せず、通信の安全性を向上させることができる。
【0094】
図１０は、図１の光送信装置の詳細な構成例の内、図８及び図９と異なる例を示すブロック図である。
図１０の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図１０の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図１０の例の光受信装置２は、基本的に図８の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図１０の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
図１０の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図１０の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図１０の例の光受信装置２は、基本的に図８の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図１０の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
【0095】
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。図１０の暗号信号生成部１３は、光源部１４１と、光変調部１４２と、基底選択部１４３と、ＤＳＲ部１４４と、ランダム化量調整部１４５と、ランダム化量指示部１４６と、真性乱数発生部１４７とを含んで構成されている。
【0096】
【0097】
ＤＳＲ部１４４は、真性乱数発生部１４７により発生された真性乱数に基づいて、ＤＳＲに係るランダムな位相θｒａｎｄを生成する。即ち、ＤＳＲ部１４４は、真性乱数発生部１４７により発生された真性乱数に基づいて、基底選択部１４３により用いられるＤＳＲに係るランダムな位相θｒａｎｄを生成する。
【0098】
真性乱数発生部１４７は、所定の構成により真性乱数を発生する。具体的には例えば、真性乱数発生部１４７には、レーザ光源と位相検出器の組が採用されてもよい。
即ち例えば、真性乱数発生部１４７は、Ｙ－００プロトコルにおける真性乱数の性質をもつ光信号のショット雑音（ノイズ）を用いることにより、真性乱数を発生することができる。
即ち例えば、真性乱数発生部１４７は、Ｙ－００プロトコルにおける真性乱数の性質をもつ光信号のショット雑音（ノイズ）を用いることにより、真性乱数を発生することができる。
【0099】
その結果、図１０の機能的構成を有する信号処理システムは、図８の説明において説明したのと基本的に同様の効果を奏することができる。しかしながら、図１０の真性乱数発生部１４７により、以下の点において異なる。
即ち、真性乱数発生部１４７により発生された真性乱数は、図９の擬似乱数発生部１３７により発生される擬似乱数が有する周期性を有さず、これまで乱数に基づいて次の乱数を予測することが不可能であるという性質を有する。その結果、Ｙ－００プロトコルによる通信の安全性にプラスして、ＤＳＲに係る処理により更に暗号信号の通信の安全性を向上させることができる。
即ち、真性乱数発生部１４７により発生された真性乱数は、図９の擬似乱数発生部１３７により発生される擬似乱数が有する周期性を有さず、これまで乱数に基づいて次の乱数を予測することが不可能であるという性質を有する。その結果、Ｙ－００プロトコルによる通信の安全性にプラスして、ＤＳＲに係る処理により更に暗号信号の通信の安全性を向上させることができる。
【0100】
図１１は、図１の光送信装置の詳細な構成例の内、図８乃至図１０と異なる例を示すブロック図である。
図１１の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図１１の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図１１の例の光受信装置２は、基本的に図８の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図１１の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
図１１の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図１１の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図１１の例の光受信装置２は、基本的に図８の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図１１の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
【0101】
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。図１１の暗号信号生成部１３は、光源部１５１と、光変調部１５２と、光変調部１５３と、基底選択部１５４と、ＤＳＲ部１５５と、ランダム化量調整部１５６と、ランダム化量指示部１５７と、真性乱数発生部１５８とを含んで構成されている。
【0102】
光源部１５１は、所定の波長の光信号を搬送波として発生させる。
【0103】
光変調部１５２は、基底選択部１５４により選択された基底に基づいて、光源部１２１から発生された搬送波である光信号を変調する。
具体的には例えば、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１５２は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１５２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
これにより、例えば、図６のシンボル点Ｓ４１の光信号が光変調部１５２から出力される。
具体的には例えば、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１５２は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１５２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
これにより、例えば、図６のシンボル点Ｓ４１の光信号が光変調部１５２から出力される。
【0104】
光変調部１５３は、ランダム化量調整部１５６により調整されたランダムな位相θｒａｎｄに基づいて、光変調部１５２により変調された光信号を更に変調する。
具体的には例えば、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１５３は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１５２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
これにより、例えば、図６のシンボル点Ｓ４１の光信号が、更に変調され、図６のシンボル点Ｓ４３の光信号として光変調部１５３から出力される。
具体的には例えば、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１５３は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１５２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
これにより、例えば、図６のシンボル点Ｓ４１の光信号が、更に変調され、図６のシンボル点Ｓ４３の光信号として光変調部１５３から出力される。
【0105】
図１１の基底選択部１５４は、１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する。即ち、基底選択部１５４は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵と、送信データ提供部１１から提供された送信データとに基づいて、基底を選択する。
具体的には例えば、基底選択部１５４は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵に基づいて、図４及び図６の夫々に示すＡ段階に対応する基底として、基底Ｂ１及び基底Ｂ３の夫々の基底を選択する。
また例えば、基底選択部１５４は、送信データ提供部１１から提供された送信データに基づいて、基底を選択する。即ち、基底選択部１５４は、送信データ提供部１１から提供された送信データが０（ゼロ）なのか１なのかに基づいて、図４のＡ段階に示すシンボル点Ｓ３１に対応する基底やシンボル点Ｓ３２に対応する基底を選択する。
上述をまとめると、基底選択部１５４は、送信データ提供部１１から提供された送信データに基づいて、最終的に出力する光信号に対応する基底を選択する。
そして、光変調部１５２により、基底選択部１５４により選択された基底に基づいて光信号が変調され、１以上の多値の夫々はＩＱ平面上に配置される。
具体的には例えば、基底選択部１５４は、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵に基づいて、図４及び図６の夫々に示すＡ段階に対応する基底として、基底Ｂ１及び基底Ｂ３の夫々の基底を選択する。
また例えば、基底選択部１５４は、送信データ提供部１１から提供された送信データに基づいて、基底を選択する。即ち、基底選択部１５４は、送信データ提供部１１から提供された送信データが０（ゼロ）なのか１なのかに基づいて、図４のＡ段階に示すシンボル点Ｓ３１に対応する基底やシンボル点Ｓ３２に対応する基底を選択する。
上述をまとめると、基底選択部１５４は、送信データ提供部１１から提供された送信データに基づいて、最終的に出力する光信号に対応する基底を選択する。
そして、光変調部１５２により、基底選択部１５４により選択された基底に基づいて光信号が変調され、１以上の多値の夫々はＩＱ平面上に配置される。
【0106】
【0107】
その結果、図１１の機能的構成を有する信号処理システムは、図８の説明において説明したのと基本的に同様の効果を奏することができる。しかしながら、図１１の光変調部１５２及び光変調部１５３により、以下の点において異なる。
即ち、図１１の光送信装置１において、光変調部１５２は、送信データに対応する変調を行い、光変調部１５３は、ＤＳＲに係る処理のための変調を行うことができる。
その結果、ランダム化量調整部１５６により調整されたランダム化量Ｒを反映した暗号信号（光信号）を送信することが容易になる。つまり、フィードバック部２５によるフィードバックに応じたランダム化量Ｒの調整が容易となるという効果を奏する。
即ち、図１１の光送信装置１において、光変調部１５２は、送信データに対応する変調を行い、光変調部１５３は、ＤＳＲに係る処理のための変調を行うことができる。
その結果、ランダム化量調整部１５６により調整されたランダム化量Ｒを反映した暗号信号（光信号）を送信することが容易になる。つまり、フィードバック部２５によるフィードバックに応じたランダム化量Ｒの調整が容易となるという効果を奏する。
【0108】
図１２は、図１の光送信装置の詳細な構成例の内、図８乃至図１１と異なる例を示すブロック図である。
図１２の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図１２の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図１２の例の光受信装置２は、基本的に図８の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図１２の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
図１２の例の光送信装置１は、図１に示した通り、送信データ提供部１１と、暗号鍵提供部１２と、暗号信号生成部１３と、暗号信号送信部１４とを含むように構成されている。
図１２の例の光送信装置１は、暗号信号生成部１３の具体的な構成を除いて、基本的に図８の光送信装置１と同様の構成を有している。また、図１２の例の光受信装置２は、基本的に図８の光受信装置２と基本的に同様の構成を有している。
そこで、以下、図１２の例の光送信装置１の暗号信号生成部１３について説明する。
【0109】
暗号信号生成部１３は、送信データ提供部１１から提供された送信データを、暗号鍵提供部１２から提供された暗号鍵を用いて暗号化して、後述の暗号信号送信部１４に提供する。図１１の暗号信号生成部１３は、光源部１６１と、光変調部１６２と、基底選択部１６３と、ランダム化量調整部１６４と、ランダム化量指示部１６５とを含んで構成されている。
光源部１６１は、ランダム化量調整部１６４により調整されたランダム化量Ｒに対応した安定性の所定の波長の光信号を搬送波として発生させる。
換言すれば、光源部１６１は、ランダム化量調整部１６４により調整されたランダム化量Ｒに対応するだけ、不安定なランダム性を持った搬送波を発生させることができる。
光源部１６１は、ランダム化量調整部１６４により調整されたランダム化量Ｒに対応した安定性の所定の波長の光信号を搬送波として発生させる。
換言すれば、光源部１６１は、ランダム化量調整部１６４により調整されたランダム化量Ｒに対応するだけ、不安定なランダム性を持った搬送波を発生させることができる。
【0110】
光変調部１６２は、基底選択部１６３により選択された基底に基づいて、光源部１６１から発生された搬送波である光信号を変調する。
具体的には例えば、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１６２は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１６２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
これにより、例えば、図６のシンボル点Ｓ４３の光信号が光変調部１６２から出力される。
具体的には例えば、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調が採用される場合、光変調部１６２は、位相変調素子により構成される。なお、図示はしないが、光変調部１６２は、干渉計の構成や各種変調素子の組合せにより構成されていてもよく、例えば、１以上のマッハツェンダ変調器やＩＱ変調器を含んで構成されていてもよい。
これにより、例えば、図６のシンボル点Ｓ４３の光信号が光変調部１６２から出力される。
【0111】
基底選択部１６３は、図１１の基底選択部１５４と基本的に同様の機能を発揮する。
ランダム化量調整部１６４及びランダム化量指示部１６５の夫々は、図８のランダム化量調整部１２５及びランダム化量指示部１２６の夫々と基本的に同様の機能を発揮する。
ランダム化量調整部１６４及びランダム化量指示部１６５の夫々は、図８のランダム化量調整部１２５及びランダム化量指示部１２６の夫々と基本的に同様の機能を発揮する。
【0112】
以上、本発明が適用される光送信装置１及び光受信装置２の各種各様な実施形態を説明してきた。しかしながら、本発明が適用される光送信装置１又は光受信装置２は、物理層における暗号化をした上で、送信データの送受信における設備や時間あたりの伝送効率を向上することができるものであれば足り、その構成は上述の各種実施形態に限定されず、例えば次のようなものであってもよい。
【0113】
例えば上述の実施形態では、説明の便宜上、光送信装置１から送信されて光受信装置２で受信される光信号の伝送路は、光通信ケーブル３が採用されたが、特にこれに限定されない。
例えば、光通信ケーブル３と光送信装置１又は光受信装置２の間に、光増幅器や光スイッチ、波長スイッチ等の光通信に係る機器が挿入されてもよい。また、光の伝送路は、光ファイバを用いたものには限らず、所謂光無線等の空間を伝搬するような通信経路を含む。具体的には例えば、光の伝送路として、大気中や水中、宇宙を含む真空の空間を採用してもよい。即ち、光通信ケーブル３と光送信装置１又は光受信装置２の間にいかなる通信チャネルを用いてもよい。
例えば、光通信ケーブル３と光送信装置１又は光受信装置２の間に、光増幅器や光スイッチ、波長スイッチ等の光通信に係る機器が挿入されてもよい。また、光の伝送路は、光ファイバを用いたものには限らず、所謂光無線等の空間を伝搬するような通信経路を含む。具体的には例えば、光の伝送路として、大気中や水中、宇宙を含む真空の空間を採用してもよい。即ち、光通信ケーブル３と光送信装置１又は光受信装置２の間にいかなる通信チャネルを用いてもよい。
【0114】
また例えば、送信データ提供部１１は、光送信装置１に内蔵されているが、図示せぬ送信データ受信部を備え、有線又は無線等の所定の受信手段により、光送信装置の外部から受信してもよい。更には、図示せぬ記憶装置やリムーバブルなメディアを用いて送信データを提供するものであってもよい。即ち、送信データ提供部はどのような送信データ取得手段を有していてもよい。
【0115】
また例えば、暗号鍵提供部１２は、暗号信号生成部１３が暗号に係る多値のデータを生成するに足る鍵を提供すればよい。即ち、暗号鍵は、共有鍵であってもよく、秘密鍵と公開鍵等他のアルゴリズムを用いる鍵であってもよい。
【0116】
また例えば、光源部１２１は光送信装置１に内蔵する必要はない。即ち、光送信装置１は、光信号多重化暗号化装置として、搬送波を入力し暗号信号を送信するものとしてよい。
更に言えば、光信号多重化暗号化装置は、送信データを既に搬送波に載せたｎ個の光信号を入力し、クロック信号を提供され、多重化を行い、暗号化に係る多値の変調を行うものであってもよい。
更に言えば、光信号多重化暗号化装置は、送信データを既に搬送波に載せたｎ個の光信号を入力し、クロック信号を提供され、多重化を行い、暗号化に係る多値の変調を行うものであってもよい。
【0117】
暗号信号送信部１４は、必要に応じて暗号信号の強度を増幅する等の処理を行うが、光送信装置１に内蔵せず、暗号データを増幅せずに出力し、図示せぬ外部の光信号増幅装置を用いてもよい。
【0118】
例えば上述の図４乃至図１１を用いて説明した実施形態では、説明の便宜上、送信データに係る変調を行った光信号に対し、ＤＳＲに係る処理のための変調を行ったが、特にこれに限定されない。即ち、送信データに係る変調と、ＤＳＲに係る処理のための変調とはどのような順番で行われてもよい。更に言えば、送信データに係る変調と、ＤＳＲに係る処理のための変調との夫々は、任意の数の経路に分岐する干渉計構成の、任意の経路で行われてもよく、変調された信号は、任意の箇所で任意の回数の干渉を行うものであってよい。
更に言えば、干渉計構成の後に他の干渉計構造を有するものであってもよい。即ち例えば、複数段にカスケードされたマッハツェンダ変調器や、複数段にカスケードされたＩＱ変調器が用いられてもよい。
更に言えば、干渉計構成の後に他の干渉計構造を有するものであってもよい。即ち例えば、複数段にカスケードされたマッハツェンダ変調器や、複数段にカスケードされたＩＱ変調器が用いられてもよい。
【0119】
なお、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調として位相変調を採用する場合における光送信装置１や光受信装置２の構成は、上述に限定されない。
即ち、暗号信号生成部１３は、レーザの直接変調やレーザと各種変調素子の組み合わせにより構成されていてよい。具体的には例えば、図６の例においては、暗号信号生成部１３は、光源部１２１（所定の波長のレーザ光源）と、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成されてもよい。また例えば、光源部１２１は、変調レーザ発生部を備え、変調された光信号を直接出力する構成をとってもよい。
また、暗号化部１１３は、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成されていてよい。具体的には例えば、暗号信号生成部１３は、送信データに係る変調として１段階の変調器に限定されず、ｋ段階（ｋは１以上の整数）の変調器が採用されていてよい。
即ち、暗号信号生成部１３は、レーザの直接変調やレーザと各種変調素子の組み合わせにより構成されていてよい。具体的には例えば、図６の例においては、暗号信号生成部１３は、光源部１２１（所定の波長のレーザ光源）と、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成されてもよい。また例えば、光源部１２１は、変調レーザ発生部を備え、変調された光信号を直接出力する構成をとってもよい。
また、暗号化部１１３は、１以上の変調素子（例えば、位相変調器、マッハツェンダ変調器、及びＩＱ変調器等）により構成されていてよい。具体的には例えば、暗号信号生成部１３は、送信データに係る変調として１段階の変調器に限定されず、ｋ段階（ｋは１以上の整数）の変調器が採用されていてよい。
【0120】
また、本実施形態では、フィードバックやフィードバックに基づくランダム化量の指示は、所定の信号路及び情報処理（例えば、フィードバック部２５からの図示せぬインターネット回線及びランダム化量指示部１３６におけるデータ処理）により行われるものとしたが、特にこれに限定されない。即ち、例えば、通信品質モニタ部２４により生成された通信品質のモニタに係る評価を読み取った者が、ランダム化量調整部１３５を操作することによりランダム化量Ｒを調整するものであってもよい。
即ち、ランダム化量Ｒを調整する意義は、光送信装置１と光受信装置２との間における各種ノイズにより、光送信装置１にとっては適切なランダム化量Ｒだったにもかかわらず、光受信装置２では識別することができなくなって（誤って識別）しまうことを抑制することである。光送信装置１と光受信装置２との間における各種ノイズは、通常大きく変動するものではなく、光送信装置１と光受信装置２を設置する際、又は、定期的に確認すれば足りる。従って、本実施形態のように、フィードバックやフィードバックに基づくランダム化量の指示は、所定の信号路及び情報処理により行われる必要はない。
即ち、ランダム化量Ｒを調整する意義は、光送信装置１と光受信装置２との間における各種ノイズにより、光送信装置１にとっては適切なランダム化量Ｒだったにもかかわらず、光受信装置２では識別することができなくなって（誤って識別）しまうことを抑制することである。光送信装置１と光受信装置２との間における各種ノイズは、通常大きく変動するものではなく、光送信装置１と光受信装置２を設置する際、又は、定期的に確認すれば足りる。従って、本実施形態のように、フィードバックやフィードバックに基づくランダム化量の指示は、所定の信号路及び情報処理により行われる必要はない。
【0121】
また例えば、図１２の例における、ランダム化量調整部１６４と光源部１６１による搬送波のランダム化は、以下のようにして行われるものであってよい。
即ち例えば、搬送波を発生させる光源部として、安定性が異なる数種類の光源部を予め用意しておき、その数種類の光源部のうち適切なものを選択して利用（適宜交換）するものであってよい。即ち、光源部から発生される搬送波の位相の安定性は、まさに、ランダム化量調整部１６４により調整されたランダム化量Ｒに基づいて発生するランダム化された搬送波に他ならない。従って、予め安定性が異なる数種類の光源部を用意しておき、適切なものを選択して利用することにより、光送信装置１と光受信装置２を設置する際に円滑にランダム化量を調整することが可能となる。
即ち例えば、搬送波を発生させる光源部として、安定性が異なる数種類の光源部を予め用意しておき、その数種類の光源部のうち適切なものを選択して利用（適宜交換）するものであってよい。即ち、光源部から発生される搬送波の位相の安定性は、まさに、ランダム化量調整部１６４により調整されたランダム化量Ｒに基づいて発生するランダム化された搬送波に他ならない。従って、予め安定性が異なる数種類の光源部を用意しておき、適切なものを選択して利用することにより、光送信装置１と光受信装置２を設置する際に円滑にランダム化量を調整することが可能となる。
【0122】
以上まとめると、本発明が適用される信号処理システムは、次のようなものであれば足り、各種各様な実施形態をとることができる。
即ち、本発明が適用される信号処理システム（例えば、図１及び図８乃至図１２の信号処理システム）は、
多値をとる単位情報（例えば、０（ゼロ）又は１といった１ビット、若しくはそれ以上の複数ビット）が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置（例えば、図１の光送信装置１）と、
当該送信装置から送信された光信号を受信する受信装置（例えば、図１の光受信装置２）と、
を少なくとも含む信号処理システムにおいて、
前記送信装置は、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段（例えば、図８の基底選択部１２３）と、
前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段（例えば、図８のランダム化量調整部１２５）と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段（例えば、図８の光源部１２１や光変調部１２２を含む暗号信号生成部１３）と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段（例えば、図８の暗号信号送信部１４）と、
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信手段（例えば、図８の暗号信号受信部２１）と、
前記光信号受信手段において受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別手段（例えば、図８の識別回路部２２２）と、
前記識別手段による前記１以上の単位情報の識別の結果を評価する評価手段（例えば、図８の通信品質モニタ部２４）と、
前記評価手段による評価の結果を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段（例えば、図８のフィードバック部２５）と、
を備えれば足りる。
即ち、本発明が適用される信号処理システム（例えば、図１及び図８乃至図１２の信号処理システム）は、
多値をとる単位情報（例えば、０（ゼロ）又は１といった１ビット、若しくはそれ以上の複数ビット）が１以上配置されて構成される多値情報を光信号として送信する送信装置（例えば、図１の光送信装置１）と、
当該送信装置から送信された光信号を受信する受信装置（例えば、図１の光受信装置２）と、
を少なくとも含む信号処理システムにおいて、
前記送信装置は、
前記１以上の多値の夫々をＩＱ平面上に配置させるための基底を選択する基底選択手段（例えば、図８の基底選択部１２３）と、
前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させる場合におけるランダム化量を調整するランダム化量調整手段（例えば、図８のランダム化量調整部１２５）と、
前記基底に従って、前記ランダム化量の範囲内で、前記１以上の多値の夫々の前記ＩＱ平面上へランダムに配置させたのと等価な前記多値情報を光信号として生成する光信号生成手段（例えば、図８の光源部１２１や光変調部１２２を含む暗号信号生成部１３）と、
前記光信号を前記受信装置に送信する光信号送信手段（例えば、図８の暗号信号送信部１４）と、
を備え、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信されてきた前記光信号を受信する光信号受信手段（例えば、図８の暗号信号受信部２１）と、
前記光信号受信手段において受信された前記光信号に基づいて、前記多値情報を構成する１以上の前記単位情報の夫々を識別する識別手段（例えば、図８の識別回路部２２２）と、
前記識別手段による前記１以上の単位情報の識別の結果を評価する評価手段（例えば、図８の通信品質モニタ部２４）と、
前記評価手段による評価の結果を前記送信装置にフィードバックするフィードバック手段（例えば、図８のフィードバック部２５）と、
を備えれば足りる。
【0123】
これにより、送信装置から送信される光信号にランダム化がなされ、光送信装置１から送信される暗号信号（光信号）に大きな変動（雑音）が付加されることにより、データの送受信における安全性の向上がなされる。そして、その際に、受信装置から識別の結果に係る評価がフィードバックされることで、送信装置と受信装置の間における変動（雑音）が反映された上での適切なランダム化量の光信号が送信装置により送信される。
【符号の説明】
【0124】
１・・・光送信装置、１１・・・送信データ提供部、１２・・・暗号鍵提供部、１１１・・・鍵提供部、１１２・・・鍵拡張部、１３・・・暗号信号生成部、１１３・・・暗号化部、１２１・・・光源部、１２２・・・光変調部、１２３・・・基底選択部、１２４・・・ＤＳＲ部、１２５・・・ランダム化量調整部、１２６・・・ランダム化量指示部、１４・・・暗号信号送信部、２・・・光受信装置、２１・・・暗号信号受信部、２１１・・・鍵提供部、２１２・・・鍵拡張部、２２・・・暗号鍵提供部、２３・・・暗号信号復号部、２２１・・・基底選択部、２２２・・・識別回路部、２２３・・・データ管理部、２４・・・通信品質モニタ部、２５・・・フィードバック部、３・・・光通信ケーブル、１３１・・・光源部、１３２・・・光変調部、１３３・・・基底選択部、１３４・・・ＤＳＲ部、１３５・・・ランダム化量調整部、１３６・・・ランダム化量指示部、１３７・・・擬似乱数発生部、１４１・・・光源部、１４２・・・光変調部、１４３・・・基底選択部、１４４・・・ＤＳＲ部、１４５・・・ランダム化量調整部、１４６・・・ランダム化量指示部、１４７・・・真性乱数発生部、１５１・・・光源部、１５２・・・光変調部、１５３・・・光変調部、１５４・・・基底選択部、１５５・・・ＤＳＲ部、１５６・・・ランダム化量調整部、１５７・・・ランダム化量指示部、１５８・・・真性乱数発生部、１６１・・・光源部、１６２・・・光変調部、１６３・・・基底選択部、１６４・・・ランダム化量調整部、１６５・・・ランダム化量指示部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】