專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)據(jù)傳送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于執(zhí)行防止第三人未授權(quán)竊聽(tīng)和攔截的隱藏通信的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及執(zhí)行處于在得到授權(quán)的發(fā)送人和接收人之間選擇并且建立的特定編碼/解碼(調(diào)制/解調(diào))方法的狀態(tài)的數(shù)據(jù)通信的裝置。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)技術(shù)中，為了在特定的人之間執(zhí)行通信，采用這樣一種方法在發(fā)送和接收中共享用于編碼/解碼的密鑰信息并且基于該密鑰信息，待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)(純文本)上執(zhí)行數(shù)學(xué)算法運(yùn)算和逆運(yùn)算，以便實(shí)現(xiàn)隱藏通信，圖32是說(shuō)明根據(jù)這種方法的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送裝置配置的框圖。在圖32中，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置數(shù)據(jù)發(fā)送裝置90001與數(shù)據(jù)接收裝置90002通過(guò)傳輸路徑913相連。數(shù)據(jù)發(fā)送裝置90001包括編碼部件911和調(diào)制部件912。數(shù)據(jù)接收裝置90002包括解調(diào)部件914和解碼部件915。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當(dāng)信息數(shù)據(jù)90和第一密鑰信息91被輸入到編碼部件911同時(shí)第二密鑰信息96被輸入到解碼部件915時(shí)，從解碼部件915輸出信息數(shù)據(jù)98。下面參考圖32描述了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的操作。在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置90001中，編碼部件911基于第一密鑰信息91編碼(加密)信息數(shù)據(jù)90。調(diào)制部件912以預(yù)定的調(diào)制方案調(diào)制由編碼部件911編碼的信息數(shù)據(jù)，并且通過(guò)傳輸路徑913將其作為調(diào)制信號(hào)94發(fā)送到數(shù)據(jù)接收裝置90002。在數(shù)據(jù)接收裝置90002中，解調(diào)部件914以預(yù)定解調(diào)方法解調(diào)通過(guò)傳輸路徑913發(fā)送的已調(diào)制信號(hào)94，并將其輸出。解碼部件915基于與編碼部件911共享的第二密鑰信息96將解調(diào)部件914(解密)解調(diào)的信號(hào)解碼，并且再生原始信息數(shù)據(jù)98。下面參考竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置90003描述第三人的竊聽(tīng)行動(dòng)。在圖32中，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置90003包括竊聽(tīng)解調(diào)部件916和竊聽(tīng)解碼部件917。竊聽(tīng)解調(diào)部件916竊聽(tīng)在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置90001和數(shù)據(jù)接收裝置90002之間傳送的已調(diào)制信號(hào)(信息數(shù)據(jù))，并且通過(guò)預(yù)定解調(diào)方法解調(diào)所竊聽(tīng)的已解調(diào)信號(hào)。基于第三密鑰信息99，竊聽(tīng)解碼部件917嘗試對(duì)竊聽(tīng)解調(diào)部件916解調(diào)的信號(hào)進(jìn)行解碼。這里，由于竊聽(tīng)解碼部件917不與編碼部件911共享密鑰信息，基于與第一密鑰信息91不同的第三密鑰信息99來(lái)嘗試解碼由竊聽(tīng)解調(diào)部件916解調(diào)的信號(hào)。因此，竊聽(tīng)解碼部件917無(wú)法正確解碼由竊聽(tīng)解調(diào)部件916解調(diào)的信號(hào)，而且不能再生原始信息數(shù)據(jù)。這種基于數(shù)學(xué)算法運(yùn)算(也稱(chēng)為計(jì)算加密或者軟件加密)的數(shù)學(xué)加密技術(shù)可以應(yīng)用于所述接入系統(tǒng)等，例如，在專(zhuān)利文件一中。即，在PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)配置)配置中，光耦合器將從一個(gè)光發(fā)送器發(fā)送的光信號(hào)進(jìn)行分流，然后單獨(dú)分發(fā)到多個(gè)光用戶家庭的光接收器，將定位到其他用戶的信號(hào)(而不是期望的光信號(hào))輸入到每個(gè)光接收器。因此，利用彼此不同的密鑰信息來(lái)加密每個(gè)用戶的信息數(shù)據(jù)，從而避免了信息的相互泄漏和竊聽(tīng)，由此實(shí)現(xiàn)了安全數(shù)據(jù)通信。日本專(zhuān)利特許公開(kāi)No.H9-205420。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將解決的問(wèn)題 然而，在基于數(shù)學(xué)加密技術(shù)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，即使在密鑰信息不共享的情況下，對(duì)已加密的文本(已調(diào)制信號(hào)或者已加密信息數(shù)據(jù))嘗試使用全部可能結(jié)合的密鑰信息(強(qiáng)力攻擊)的算法運(yùn)算時(shí)，或者對(duì)其應(yīng)用特定分析算法時(shí)，竊聽(tīng)者原則上可以解密。特別地，由于近年來(lái)計(jì)算機(jī)處理速度的顯著進(jìn)步，當(dāng)在未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)使用新原理的計(jì)算機(jī)時(shí)(例如量子計(jì)算機(jī))，會(huì)存在這樣的問(wèn)題，即在有限的時(shí)間內(nèi)可以竊聽(tīng)加密的文本。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種具有高隱藏性的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中竊聽(tīng)者分析已加密文本所需的時(shí)間明顯增加，由此產(chǎn)生了天文計(jì)算量。
問(wèn)題的解決方案 本發(fā)明提出一種用于執(zhí)行加密通信的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。然后，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳送裝置包括多電平加密部件和調(diào)制部件。多電平加密部件接收預(yù)定密鑰信息和信息數(shù)據(jù)，并且生成多電平信號(hào)，多電平信號(hào)的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化。調(diào)制部件基于多電平信號(hào)生成預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)。預(yù)定密鑰信息是多個(gè)密鑰信息。多電平編碼部件包括密鑰信息切換部件、多電平編碼生成部件和多電平處理部件。密鑰信息切換部件在預(yù)定時(shí)間切換并輸出多個(gè)密鑰信息。多電平編碼生成部件基于從密鑰信息切換部件輸出的密鑰信息生成多電平編碼序列，多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的信號(hào)電平的平均值是不同的。多電平處理部件根據(jù)預(yù)定處理將多電平編碼序列和信息數(shù)據(jù)予以結(jié)合，并且生成具有對(duì)應(yīng)于兩個(gè)信號(hào)電平結(jié)合的電平的多電平信號(hào)。
已調(diào)制信號(hào)是通過(guò)用多電平信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制而生成的。
優(yōu)選地，密鑰信息切換部件以預(yù)定的時(shí)間間隔將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到多電平編碼生成部件。
密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)存儲(chǔ)的序列將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到多電平編碼生成部件。
優(yōu)選地，密鑰信息切換部件以比摻鉺光纖放大器(erbium dopedfiber amplifier)的增益變化的響應(yīng)速度更短的時(shí)間間隔來(lái)切換多個(gè)密鑰信息。
而且，本發(fā)明還提出了一種用于執(zhí)行加密數(shù)據(jù)的接收裝置。隨后，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收裝置包括解調(diào)部件和多電平解碼部件。解調(diào)部件解調(diào)預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)并且將其作為多電平信號(hào)輸出。多電平解碼部件接收預(yù)定密鑰信息和多電平信號(hào)，并且輸出信息數(shù)據(jù)。預(yù)定密鑰信息是多個(gè)密鑰信息。具體地，多電平解碼部件包括密鑰信息切換部件、多電平編碼序列生成部件和判定部件。密鑰信息切換部件在預(yù)定時(shí)間切換并輸出多個(gè)密鑰信息。多電平編碼序列生成部件基于從密鑰信息切換部件輸出的密鑰信息生成多電平編碼序列，多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的信號(hào)電平的平均值是不同的。判定部件接收多電平信號(hào)，以及基于多電平編碼序列判定信息數(shù)據(jù)的邏輯，并且輸出信息數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，已調(diào)制信號(hào)是通過(guò)用多電平信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制而生成的。
優(yōu)選地，密鑰信息切換部件以預(yù)定的時(shí)間間隔將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到多電平編碼序列生成部件。
而且，數(shù)據(jù)接收裝置還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用計(jì)算出的平均值和對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后確定，在計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，作為再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)再生密鑰信息的控制信號(hào)。密鑰信息切換部件將利用控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為再生密鑰信息，輸出到多電平編碼序列生成部件。
優(yōu)選地，密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換并輸出多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)存儲(chǔ)的序列將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到多電平編碼序列生成部件。
而且，數(shù)據(jù)接收裝置還可以包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用計(jì)算出的平均值、預(yù)先存儲(chǔ)的序列以及對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后選擇，在計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，隨后確定，從預(yù)先存儲(chǔ)的序列中選擇的密鑰信息的下一個(gè)待使用的密鑰信息，作為再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)再生密鑰信息的控制信號(hào)。密鑰信息切換部件將用控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為再生密鑰信息，輸出到多電平編碼序列生成部件。
而且，數(shù)據(jù)接收裝置還可以包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)電平的平均值，當(dāng)計(jì)算出的平均值是在預(yù)定范圍內(nèi)的值時(shí)，生成用于指示輸出多電平編碼序列的控制信號(hào)，并且將其輸出到多電平編碼序列生成部件。在這種情況下，多電平編碼序列生成部件僅在接收控制信號(hào)時(shí)才生成多電平編碼序列。
平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，當(dāng)計(jì)算出的平均值的電平落入預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)生成控制信號(hào)。
而且，本發(fā)明還提出一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置執(zhí)行加密通信。然后，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置包括多電平編碼部件和調(diào)制部件。多電平編碼部件接收預(yù)定第一密鑰信息和信息數(shù)據(jù)，并且生成第一多電平信號(hào)，第一多電平信號(hào)的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化。調(diào)制部件基于第一多電平信號(hào)生成預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)。第一預(yù)定密鑰信息是多個(gè)密鑰信息。具體地，多電平編碼部件包括第一密鑰信息切換部件，第一多電平編碼生成部件以及多電平處理部件。第一密鑰信息切換部件在預(yù)定時(shí)間切換和輸出多個(gè)密鑰信息。第一多電平編碼生成部件基于從第一密鑰信息切換部件輸出的密鑰信息生成第一多電平編碼序列，第一多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從第一密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的信號(hào)電平的平均值是不同的。多電平處理部件根據(jù)預(yù)定處理將第一多電平編碼序列和信息數(shù)據(jù)予以結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)換為具有對(duì)應(yīng)于兩個(gè)信號(hào)電平結(jié)合的電平的第一多電平信號(hào)。
而且，本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收裝置包括解調(diào)部件和多電平解碼部件。解調(diào)部件解調(diào)預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)并且輸出第二多電平信號(hào)。多電平解碼部件接收預(yù)定的第二密鑰信息和第二多電平信號(hào)，并輸出信息數(shù)據(jù)。第二密鑰信息是多個(gè)密鑰信息。多電平解碼部件包括第二密鑰信息切換部件、第二多電平編碼生成部件和判定部件。第二密鑰信息切換部件在預(yù)定時(shí)間切換和輸出多個(gè)密鑰信息。第二多電平編碼生成部件基于從第二密鑰信息切換部件輸出的密鑰信息生成第二多電平編碼序列，第二多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從第二密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的信號(hào)電平的平均值是不同的。判定部件接收第二多電平信號(hào)，以及基于第二多電平編碼序列判定信息數(shù)據(jù)的邏輯，并輸出信息數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，已調(diào)制信號(hào)是通過(guò)用多電平信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制而生成的。
優(yōu)選地，第一密鑰信息切換部件以預(yù)定時(shí)間間隔將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到第一多電平編碼生成部件。
而且，第一密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)存儲(chǔ)的序列將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到第一多電平編碼生成部件。
而且，第一密鑰信息切換部件以比摻鉺光纖放大器(erbiumdoped fiber amplifier)的增益變化的響應(yīng)速度更短的時(shí)間間隔來(lái)切換多個(gè)密鑰信息。
優(yōu)選地，第二密鑰信息切換部件以預(yù)定的時(shí)間間隔將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到第二多電平編碼序列生成部件。
數(shù)據(jù)接收裝置還可以包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用計(jì)算出的平均值和對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
優(yōu)選地，平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后確定，在計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，作為再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)再生密鑰信息的控制信號(hào)。密鑰信息切換部件將用控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為再生密鑰信息，輸出到多電平編碼序列生成部件。
第二密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換并輸出多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)存儲(chǔ)的序列將多個(gè)密鑰信息切換并輸出到第二多電平編碼序列生成部件。
數(shù)據(jù)接收裝置還可以包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用計(jì)算出的平均值、預(yù)先存儲(chǔ)的序列以及對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后選擇，在計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，隨后確定，從預(yù)先存儲(chǔ)的序列中選擇的密鑰信息的下一個(gè)待使用的密鑰信息，作為再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)再生密鑰信息的控制信號(hào)。第二密鑰信息切換部件將用控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為再生密鑰信息，輸出到第二多電平編碼序列生成部件。
數(shù)據(jù)接收裝置還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)電平的平均值，當(dāng)計(jì)算出的平均值是在預(yù)定范圍內(nèi)的值時(shí)，生成用于指示輸出多電平編碼序列的控制信號(hào)，并且將其輸出到第二多電平編碼序列生成部件。第二多電平編碼序列生成部件僅在接收控制信號(hào)時(shí)才生成第二多電平編碼序列。
平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，當(dāng)計(jì)算出的平均值的電平落入預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)才生成控制信號(hào)。
本發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，基于密鑰信息將信息數(shù)據(jù)編碼并調(diào)制為多電平信號(hào)。隨后發(fā)送該信號(hào)?；谙嗤拿荑€信息對(duì)所接收的多電平信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，從而使得多電平信號(hào)的信噪功率比達(dá)到合適的值。因此在容許高隱藏性數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，竊聽(tīng)者分析已加密文本的所需時(shí)間顯著增加，由此產(chǎn)生了天文計(jì)算量。
而且，當(dāng)信息數(shù)據(jù)被編碼為多電平信號(hào)時(shí)，本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置切換多個(gè)密鑰信息。而且，本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收裝置利用與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置中使用的密鑰信息相同的密鑰信息來(lái)解碼多電平信號(hào)。因此，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以執(zhí)行具有更高隱藏性的數(shù)據(jù)通信。而且，本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置發(fā)送已調(diào)制信號(hào)，其中多電平信號(hào)的電平的平均值以預(yù)定的時(shí)間間隔變化。在將預(yù)定時(shí)間間隔設(shè)定為比摻鉺光纖放大器(erbium doped fiber amplifier)的增益變化的響應(yīng)速度更短的情況下，當(dāng)?shù)谌死脫姐s光纖放大器放大截獲的已調(diào)制信號(hào)時(shí)，可以扭曲放大的已調(diào)制信號(hào)的波形。這增加了第三人確定多電平信號(hào)電平的困難度。
而且，本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收裝置以預(yù)定時(shí)間間隔計(jì)算多電平信號(hào)的電平的平均值。數(shù)據(jù)接收裝置預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)電平的平均值，隨后比較計(jì)算出的多電平信號(hào)的電平的平均值與預(yù)先保存的多電平信號(hào)電平的平均值，由此確定用于生成多電平信號(hào)的密鑰信息。因此，在本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，避免了這樣的必要性，即，在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置中切換密鑰信息的時(shí)間應(yīng)該是同步的。
而且，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置以預(yù)定的時(shí)間間隔切換多個(gè)密鑰信息，由此生成多電平信號(hào)，其中在各密鑰信息中信號(hào)電平的平均值是不同的，并且將所生成的多電平信號(hào)發(fā)送到多個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置。只有在基于所輸入的密鑰信息而生成的多電平信號(hào)的電平的平均值與所接收的多電平信號(hào)的電平的平均值一致時(shí)，數(shù)據(jù)接收裝置基于所輸入的密鑰信息解碼多電平信號(hào)。這使得數(shù)據(jù)發(fā)送裝置能夠?qū)⒓用艿臄?shù)據(jù)發(fā)送到多個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置。


圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖2是描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)波形的示意圖。
圖3是描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)波形的示意圖。
圖4是描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)質(zhì)量的示意圖。
圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖7是描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)參數(shù)的示意圖。
圖8是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖9是說(shuō)明基于密鑰信息A或密鑰信息B生成的多電平編碼序列的電平和平均值的圖表。
圖10是說(shuō)明摻鉺光纖放大器平均輸入光電平和增益特征之間的關(guān)系的圖表。
圖11是描述由竊聽(tīng)者放大的光調(diào)制信號(hào)46中的失真的圖表。
圖12是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖13是說(shuō)明平均值檢測(cè)部件222的配置的實(shí)例的框圖。
圖14是描述平均值檢測(cè)部件222的操作的圖表。
圖15是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖16是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖17是說(shuō)明輸入到N-adic編碼部件131的信息數(shù)據(jù)集的典型波形的圖表。
圖18是說(shuō)明從N-adic編碼部件131輸出的N-adic已編碼信號(hào)52的典型波形的圖表。
圖19是說(shuō)明從多電平處理部件111b輸出的多電平信號(hào)13的典型波形圖表。
圖20是描述判定部件212b中判定操作的實(shí)例的圖表。
圖21是說(shuō)明在其上噪聲被重疊的多電平信號(hào)15的波形的圖表。
圖22是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的典型配置的框圖。
圖23是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的另一個(gè)典型配置的框圖。
圖24是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖25是描述從多電平編碼部件111輸出的信號(hào)波形的示意圖。
圖26是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖27是描述根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)波形的示意圖。
圖28是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖29是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。
圖30A是說(shuō)明與本發(fā)明實(shí)施例的特征相結(jié)合的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的典型配置的框圖。
圖30B是說(shuō)明與本發(fā)明實(shí)施例的特征相結(jié)合的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的典型配置的框圖。
圖30C是說(shuō)明與本發(fā)明實(shí)施例的特征相結(jié)合的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的典型配置的框圖。
圖31A是說(shuō)明與本發(fā)明實(shí)施例的特征相結(jié)合的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的典型配置的框圖。
圖31B是說(shuō)明與本發(fā)明實(shí)施例的特征相結(jié)合的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的典型配置的框圖。
圖32是說(shuō)明傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的配置的框圖。
參考標(biāo)記的說(shuō)明 10、18 信息數(shù)據(jù)11、16、91、96、99 密鑰信息12、17 多電平編碼序列13、15 多電平信號(hào)14、94 已調(diào)制信號(hào)110傳輸路徑111多電平編碼部件111a 第一多電平編碼生成部件111b 多電平處理部件111c 第一密鑰信息切換部件112、122、123、912 調(diào)制部件113第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件114噪聲控制部件
114a 噪聲生成部件114b 結(jié)合部件118假信號(hào)(dummy signal)重疊部件118a 假生成編碼生成部件118b 假信號(hào)生成部件118c 重疊部件125光調(diào)制部件120振幅控制部件120a 第一振幅信號(hào)生成部件120b 振幅調(diào)制部件124波混合部件125光調(diào)制部件126光傳輸路徑127光分流(light branching)部件131、132 N-adic編碼部件134同步信號(hào)生成部件135多電平處理控制部件211、914、916 解調(diào)部件212、218 多電平解碼部件212a 第二多電平編碼生成部件212b 判定部件212c 第二密鑰信息切換部件213第二數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件219、225 光解調(diào)部件220、221 N-adic解碼部件222、226 平均值檢測(cè)部件2221 積分電路2222 平均值計(jì)算部件2223 控制信號(hào)生成部件233同步信號(hào)再生部件
234判定控制部件236子解調(diào)部件237判定部件240檢測(cè)部件241振幅控制部件242同步提取部件914編碼部件915、917 解碼部件10101-19108 數(shù)據(jù)發(fā)送裝置10201-19207 數(shù)據(jù)接收裝置
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施例)圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的配置的框圖。在圖1中，根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置數(shù)據(jù)發(fā)送裝置10101與數(shù)據(jù)接收裝置10201通過(guò)傳輸路徑110連接。數(shù)據(jù)發(fā)送裝置10101包括多電平編碼部件111和調(diào)制部件112。多電平編碼部件111包括第一多電平編碼生成部件111a和多電平處理部件111b。數(shù)據(jù)接收裝置10201包括解調(diào)部件211和多電平解碼部件212。多電平解碼部件212包括第二多電平編碼生成部件212a和判定部件212b。傳輸路徑110可以使用金屬線(例如，LAN電纜和同軸電纜)或者光波導(dǎo)(例如，光纖電纜)。而且，傳輸路徑110不限于諸如LAN電纜之類(lèi)的有線電纜，也可以是無(wú)線電信號(hào)可以通過(guò)其傳播的自由空間。
圖2和圖3是描述從調(diào)制部件112輸出的已調(diào)制信號(hào)的波形的示意圖。下面，參考圖1至圖3描述根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的操作。
基于預(yù)先定義的第一預(yù)定密鑰信息11，第一多電平編碼生成部件111a生成多電平編碼序列12(圖2(b))，該多電平編碼序列12的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化。多電平處理部件111b接收多電平編碼序列12(圖2(b))和信息數(shù)據(jù)10(圖2(a))，并且根據(jù)預(yù)定過(guò)程將兩個(gè)信號(hào)予以結(jié)合，以便生成具有僅對(duì)應(yīng)于兩個(gè)信號(hào)電平結(jié)合的電平的多電平信號(hào)13(圖2(c))。例如，當(dāng)多電平編碼序列12的電平在時(shí)隙t1/t2/t3/t4如c1/c5/c3/c4這樣變化時(shí)，多電平處理部件111b通過(guò)采用該多電平編碼序列12作為偏移電平來(lái)添加信息數(shù)據(jù)10，以便生成如L1/L8/L6/L4這樣的電平變化的多電平信號(hào)13。
這里，如圖3所示，信息數(shù)據(jù)10的振幅可以稱(chēng)為“信息振幅”。多電平信號(hào)13的全部振幅稱(chēng)為“多電平信號(hào)振幅”。對(duì)應(yīng)于多電平編碼序列12的電平c1/c2/c3/c4/c5，多電平信號(hào)13具有的電平集合(L1，L4)/(L2，L5)/(L3，L6)/(L4，L7)/(L5，L8)分別被稱(chēng)為第一到第五“基(base)”。多電平信號(hào)13的最小信號(hào)間點(diǎn)距被稱(chēng)為“步寬”。
調(diào)制部件112以預(yù)定調(diào)制方案調(diào)制多電平信號(hào)13，并且將其作為已調(diào)制信號(hào)14發(fā)送到傳輸路徑110。解調(diào)部件211解調(diào)通過(guò)傳輸路徑110發(fā)送的已調(diào)制信號(hào)14，并且再生多電平信號(hào)15。第二多電平編碼生成部件212a預(yù)先共享與第一密鑰信息11相同的第二密鑰信息16。然后，基于第二密鑰信息16，第二多電平編碼生成部件212a生成對(duì)應(yīng)于多電平編碼序列12的多電平編碼序列17。采用多電平編碼序列17作為閾值，判定部件212b接收多電平信號(hào)15，并且判定信息數(shù)據(jù)18的邏輯，并再生信息數(shù)據(jù)18。這里，當(dāng)電磁波(電磁場(chǎng))或光波由多電平信號(hào)13調(diào)制時(shí)，獲得了在調(diào)制部件112和解調(diào)部件211之間通過(guò)傳輸路徑110發(fā)送和接收的預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)14。
這里，如上所述，除了通過(guò)多電平編碼序列12和信息數(shù)據(jù)10之間的相加處理生成多電平信號(hào)13的方法之外，多電平處理部件111b還可以利用其他方法生成多電平信號(hào)13。例如，多電平處理部件111b可以基于信息數(shù)據(jù)10對(duì)多電平編碼序列12的電平執(zhí)行振幅調(diào)制，以生成多電平信號(hào)13?；蛘撸嚯娖教幚聿考?11b可以從預(yù)先存儲(chǔ)了多電平信號(hào)13的電平存儲(chǔ)器中順次地讀取對(duì)應(yīng)于信息數(shù)據(jù)10和多電平編碼序列12的結(jié)合的多電平信號(hào)13的電平，以生成多電平信號(hào)13。
而且在圖2和3中多電平信號(hào)13的電平被表示為八步。但是，多電平信號(hào)13的電平不限于這種表示。而且，信息振幅被表示為多電平信號(hào)13的步寬的三倍或整數(shù)倍。但是，信息振幅不限于這種表示。信息振幅可以是多電平信號(hào)13的步寬的任何整數(shù)倍，并且不需要是整數(shù)倍。而且，與此相關(guān)，在圖2和3中，多電平編碼序列12的每個(gè)電平位于多電平信號(hào)13的電平之間的近似中心。但是，多電平編碼序列12的每個(gè)電平不限于這種排列。例如，多電平編碼序列12的每個(gè)電平不需要位于多電平信號(hào)13的電平之間的近似中心，并且可以與多電平信號(hào)13的每個(gè)電平相一致。而且，在上述給出的描述中，前提是多電平編碼序列12和信息數(shù)據(jù)10彼此具有相同的變化率并且是在同步關(guān)系中。但是，它們中的一個(gè)的變化率可以比另外一個(gè)的變化率更快(或者更慢)。而且，它們可以是異步的。
下面描述第三人對(duì)已調(diào)制信號(hào)14的竊聽(tīng)操作。第三人作為竊聽(tīng)者希望通過(guò)使用被授權(quán)的接收人所擁有的數(shù)據(jù)接收裝置10201的配置相似的配置或者更高性能的數(shù)據(jù)接收裝置(例如，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置)來(lái)解密已調(diào)制信號(hào)14。竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置解調(diào)已調(diào)制信號(hào)14并且由此再生多電平信號(hào)15。但是，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置不與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置10101共享密鑰信息，因此不能根據(jù)數(shù)據(jù)接收裝置10201中類(lèi)似的密鑰信息來(lái)生成多電平編碼序列17。因此竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置不能基于多電平編碼序列17來(lái)執(zhí)行多電平信號(hào)15的二元確定(binarydetermination)。
在這種情況下可采用的竊聽(tīng)操作是一種對(duì)多電平信號(hào)15的所有電平同時(shí)執(zhí)行識(shí)別的方法(通常稱(chēng)為“強(qiáng)力攻擊”)。即，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置在多電平信號(hào)15可以取得的全部信號(hào)點(diǎn)之間設(shè)置閾值，然后同時(shí)執(zhí)行多電平信號(hào)15的確定，并且分析確定結(jié)果以便嘗試提取正確的密鑰信息或信息數(shù)據(jù)。例如，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置采用如圖2所示的多電平編碼序列12的電平c0/c1/c2/c3/c4/c5/c6作為閾值，并且執(zhí)行多電平信號(hào)15的多電平確定，以便嘗試提取正確的密鑰信息或信息數(shù)據(jù)。
不過(guò)，在實(shí)際傳輸系統(tǒng)中，由于各種因素會(huì)產(chǎn)生噪聲。然后，這些噪聲在已調(diào)制信號(hào)14上重疊，使得多電平信號(hào)15的電平如圖4所示隨時(shí)間瞬時(shí)的變化。在這種情況下，將由被授權(quán)的接收人(數(shù)據(jù)接收裝置10201)確定的待確定的信號(hào)(多電平信號(hào)15)的SN比(信噪強(qiáng)度比)是由多電平信號(hào)15的信息振幅和噪聲量之間的比來(lái)確定的。相比之下，將由竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置確定的待確定信號(hào)(多電平信號(hào)15)的SN比是由多電平信號(hào)15的步寬和噪聲量之間的比來(lái)確定的。
因此，在待確定信號(hào)中的噪聲電平相同的條件下，待確定信號(hào)的SN比在竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置中變得比在數(shù)據(jù)接收裝置中更小。即，傳輸特征(錯(cuò)誤率)降低。因此，使用該特性，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以在由第三人利用全部閾值的強(qiáng)力攻擊中引起識(shí)別錯(cuò)誤，因此造成竊聽(tīng)的困難。特別地，當(dāng)以與噪聲振幅(噪聲強(qiáng)度分布的展開(kāi))相比以相同或者更小的序來(lái)構(gòu)建多電平信號(hào)15的步寬時(shí)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以使得第三人的多電平確定變得實(shí)際上不可能，從而獲得理想的竊聽(tīng)阻礙。
這里，當(dāng)已調(diào)制信號(hào)14是電磁波(例如，無(wú)線電信號(hào))時(shí)，在待確定信號(hào)(多電平信號(hào)15或者已調(diào)制信號(hào)14)上重疊的噪聲可以是存在于空間場(chǎng)、電部件等之中的熱噪聲(高斯噪聲)。當(dāng)使用光波時(shí)，除了熱噪聲之外可以使用在光子生成時(shí)光子數(shù)的波動(dòng)(量子噪聲)。特別地，使用量子噪聲的信號(hào)不能夠由信號(hào)處理(例如，記錄和復(fù)制)來(lái)處理。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)參考噪聲量來(lái)構(gòu)建多電平信號(hào)15的步寬時(shí)，第三人的竊聽(tīng)變得不可能，由此確保了數(shù)據(jù)通信的絕對(duì)安全。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)被編碼為多電平信號(hào)時(shí)，以第三人竊聽(tīng)變?yōu)椴豢赡艿姆绞絹?lái)適當(dāng)構(gòu)建關(guān)于噪聲量的多電平信號(hào)的信號(hào)間點(diǎn)距。同樣地，可以提供一種提高安全性的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差，并且造成第三人在解密和解碼多電平信號(hào)的困難。
(第二實(shí)施例)
圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的配置框圖。在圖5中，與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(圖1)相比，在根據(jù)第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置10102還包括第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件113，同步數(shù)據(jù)接收裝置10202還包括第二數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件213。下面描述根據(jù)第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第一實(shí)施例中的配置相似(圖1)。因此，以相同參考標(biāo)記指示與執(zhí)行第一實(shí)施例的操作相同的操作的框圖，并且省略其描述。
第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件113不適合在圖2(a)所示的信息數(shù)據(jù)10中的“0/1”和“低/高”之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且以預(yù)定程序近似隨機(jī)地改變所述對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，與多電平編碼部件111相似，第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件113在基于預(yù)定初始值和信息數(shù)據(jù)10生成的隨機(jī)數(shù)序列(偽隨機(jī)數(shù)序列)之間執(zhí)行異或邏輯和(異或)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且將數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果輸出到多電平編碼部件111。對(duì)于從多電平解碼部件212輸出的數(shù)據(jù)，第二數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件213通過(guò)與第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件113相反的程序來(lái)改變“0/1”和“低/高”之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，第二數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件213共享與第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部件113擁有的初始值相同的初始值，并且在基于這個(gè)和從多電平解碼部件212輸出的數(shù)據(jù)而生成的隨機(jī)位翻轉(zhuǎn)序列之間執(zhí)行異或邏輯和的數(shù)學(xué)運(yùn)算，從而再生數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果作為信息數(shù)據(jù)18。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，近似隨機(jī)的翻轉(zhuǎn)待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)，由此增加多電平信號(hào)的加密的復(fù)雜度。這造成第三人對(duì)多電平信號(hào)的解密和解碼的進(jìn)一步困難，由此可以提供安全的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
(第三實(shí)施例)圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的配置的框圖。在圖6中，與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(圖1)相比，在根據(jù)第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)10103還包括噪聲控制部件114。噪聲控制部件114包括噪聲生成部件114a和結(jié)合部件114b。下面描述根據(jù)第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第一實(shí)施例(圖1)的配置相似。因此，以相同參考標(biāo)記指示與執(zhí)行第一實(shí)施例的操作相同的操作的框圖，并且省略其描述。
噪聲生成部件114a生成預(yù)定噪聲。結(jié)合部件114b結(jié)合多電平信號(hào)13和噪聲，并且將其輸出到調(diào)制部件112。即，如參考圖4的描述，噪聲控制部件114有意地在多電平信號(hào)13中生成電平波動(dòng)，并且將多電平信號(hào)13的SN比控制為任意值。這里，如上所述，噪聲生成部件114a生成的噪聲是熱噪聲、量子噪聲等。而且，與噪聲結(jié)合(重疊)的多電平信號(hào)稱(chēng)作噪聲重疊多電平信號(hào)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)被編碼為多電平信號(hào)，并且任意控制已編碼多電平信號(hào)的SN比。同樣地，可以提供提高安全性的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差，并且造成第三人在解密和解碼多電平信號(hào)時(shí)的進(jìn)一步困難。
(第四實(shí)施例)圖7是描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸信號(hào)參數(shù)的示意圖。根據(jù)第四實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，具有與第一實(shí)施例(圖1)或第三實(shí)施例(圖6)的配置相似的配置。下面參考圖7描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
參考圖1或6，多電平編碼部件111根據(jù)如圖7所示的每個(gè)電平的波動(dòng)量(即，在每個(gè)電平上重疊的噪聲強(qiáng)度分布)來(lái)構(gòu)建多電平信號(hào)13的每一個(gè)步寬(S1到S7)。具體地，多電平編碼部件111以輸入到判定部件212b的待確定信號(hào)(即，多電平信號(hào)15)的兩個(gè)相鄰信號(hào)點(diǎn)之間的SN比應(yīng)該是近似均等的方式來(lái)分布信號(hào)間點(diǎn)距。這里，當(dāng)在多電平信號(hào)15的每個(gè)電平上重疊的噪聲量是相同的時(shí)候，多電平編碼部件111將每個(gè)步寬構(gòu)建為相同的。
通常，對(duì)于從解調(diào)部件112輸出的已調(diào)制信號(hào)14而言，如果當(dāng)在使用半導(dǎo)體激光(LD)作為光源時(shí)假設(shè)獲得了光強(qiáng)度已調(diào)制信號(hào)，已調(diào)制信號(hào)14的波動(dòng)寬度(噪聲量)根據(jù)輸入到LD的多電平信號(hào)13的電平來(lái)變化。這是因?yàn)長(zhǎng)D基于使用自發(fā)光作為“種子光”誘導(dǎo)發(fā)射的原理來(lái)發(fā)射光。噪聲量被定義為自發(fā)光的數(shù)量與誘導(dǎo)發(fā)射光的數(shù)量的相對(duì)比。這里，如果增加的激發(fā)率(對(duì)應(yīng)于注入LD的偏移電流)，誘導(dǎo)發(fā)送光的數(shù)量的比增加，使得噪聲數(shù)量減少。相反，如果減少激發(fā)率，那么自發(fā)光的數(shù)量的比增加，使得噪聲數(shù)量也增加。因此，如圖7所示，多電平編碼部件111在多電平信號(hào)的電平小的區(qū)域中構(gòu)建大的步寬，而在多電平信號(hào)的電平大的區(qū)域中構(gòu)建小的步寬(即，非線性)。結(jié)果，在待確定信號(hào)的鄰近信號(hào)點(diǎn)之間的SN比被構(gòu)建為近似均等。
而且，在光調(diào)制信號(hào)被用作已調(diào)制信號(hào)14時(shí)，在光接收器中使用的熱噪聲和自發(fā)光的上述噪聲足夠小的條件下，所接收的信號(hào)的SN比主要由散粒噪聲確定。在這種條件下，多電平信號(hào)中包含的噪聲量隨著多電平信號(hào)的電平的增加而增加。因此，與圖7的情況相反，多電平編碼部件111在多電平信號(hào)的電平小的區(qū)域中構(gòu)建小步寬，而在多電平信號(hào)的電平大的區(qū)域中構(gòu)建大的步寬。結(jié)果，在待確定信號(hào)的鄰近信號(hào)點(diǎn)之間的SN比被構(gòu)建為近似均等。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)被編碼成多電平信號(hào)時(shí)，以待確定信號(hào)的相鄰信號(hào)點(diǎn)之間的SN比應(yīng)該是近似均等的方式來(lái)構(gòu)建多電平信號(hào)的信號(hào)間點(diǎn)距。同樣地，可以提供提高安全性的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差，并且造成第三人在解密和解碼多電平信號(hào)時(shí)的進(jìn)一步困難。
(第五實(shí)施例)圖8是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖8中，根據(jù)第五實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有通過(guò)光傳輸路徑126連接數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105與數(shù)據(jù)接收裝置17205的配置。數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105包括多電平編碼部件111和光調(diào)制部件125。多電平編碼部件111包括第一多電平編碼生成部件111a，多電平處理部件111b和第一密鑰信息切換部件111c。數(shù)據(jù)接收裝置17205包括光解調(diào)部件219和多電平解碼部件212。多電平解碼部件212包括第二多電平編碼生成部件212a，判定部件212b和第二密鑰信息切換部件212c。
而且，圖8示出用于描述第三人竊聽(tīng)操作的目的的竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置17305。這里，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置17305不是本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的必要配置。竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置17305包括光放大部件403，光解調(diào)部件404和第二多電平解碼部件402。
在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105中，第一密鑰信息切換部件111c接收第一密鑰信息A11a和第一密鑰信息B11b。第一密鑰信息切換部件111c以預(yù)定時(shí)間間隔切換第一密鑰信息A11a和第一密鑰信息B11b，并且將切換密鑰信息作為所選密鑰信息53來(lái)輸出。第一多電平編碼生成部件111a根據(jù)所輸入的選擇密鑰信息53來(lái)生成多電平編碼序列12，并且將所生成的多電平編碼序列12輸出到多電平編碼部件111b。多電平處理部件111b將信息數(shù)據(jù)10和多電平編碼序列12相結(jié)合，由此生成多電平信號(hào)13。光調(diào)制部件125將多電平信號(hào)13轉(zhuǎn)換為光調(diào)制信號(hào)46，并且將其發(fā)送到光傳輸路徑126。
在數(shù)據(jù)接收裝置17205中，通過(guò)光傳輸路徑126將光調(diào)制信號(hào)46輸入到光解調(diào)部件219。光解調(diào)部件219將輸入的光調(diào)制信號(hào)46轉(zhuǎn)換為多電平信號(hào)15。多電平信號(hào)15被輸入到判定部件212b。第二密鑰信息切換部件212c接收第二密鑰信息A16a和第二密鑰信息B16b。第一密鑰信息A11a和第二密鑰信息A16a是相同的密鑰信息。而且，第一密鑰信息B11b和第二密鑰信息B16b是相同的密鑰信息。
第二密鑰信息切換部件212c以預(yù)定時(shí)間間隔切換第二密鑰信息A16a和第二密鑰信息B16b，并且輸出被切換的密鑰信息作為所選密鑰信息54。所選密鑰信息54被輸入到第二多電平編碼生成部件212a。第二多電平編碼生成部件212a基于所選密鑰信息54生成多電平編碼序列17。多電平編碼序列17被輸入到判定部件212b。利用多電平編碼序列17，判定部件212b對(duì)多電平信號(hào)15執(zhí)行二元確定，并且根據(jù)多電平信號(hào)15解碼信息數(shù)據(jù)18。
下面參考圖9描述在第五實(shí)施例中使用的密鑰信息。圖9是基于密鑰信息A或密鑰信息B生成的多電平編碼序列的電平和平均值的示意圖。圖9(a)是示出基于第一密鑰信息A11a和第二密鑰信息A16a(下文稱(chēng)為“密鑰信息A”)生成的多電平編碼序列12(下文稱(chēng)為“多電平編碼序列A”)中電平變化的實(shí)例的圖表。圖9(b)是示出基于第一密鑰信息B11b和第二密鑰信息B16b(下文稱(chēng)為“密鑰信息B”)生成的多電平編碼序列12(下文稱(chēng)為“多電平編碼序列B”)中電平變化的實(shí)例的圖表。如圖9(a)所示，在多電平編碼序列A中，較高的電平具有較高的出現(xiàn)概率。另一方面，如圖9(b)所示，在多電平編碼序列B中，較低的電平具有較低的出現(xiàn)概率。因此，多電平編碼序列A的電平的平均值A(chǔ)1比多電平編碼序列B的電平的平均值A(chǔ)2更大。
基于密鑰信息A和密鑰信息B的任何一個(gè)，以預(yù)定時(shí)間間隔，生成多電平編碼序列12。在多電平編碼序列12中，電平的平均值以預(yù)定時(shí)間間隔變化。因此，在信息數(shù)據(jù)10的電平的平均值是常量時(shí)，多電平信號(hào)13的電平的平均值對(duì)應(yīng)于多電平編碼序列12的電平的平均值中的改變，以預(yù)定的時(shí)間間隔變化。因此，與多電平信號(hào)13相似，光調(diào)制信號(hào)46的電平的平均值還以預(yù)定的時(shí)間間隔變化。
同樣地，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105利用多個(gè)密鑰信息生成多電平信號(hào)。因此，與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)相比，可以實(shí)現(xiàn)具有更高隱藏性的數(shù)據(jù)通信。
接下來(lái)，描述第三人的預(yù)期竊聽(tīng)操作。這里，第三人作為竊聽(tīng)者假設(shè)不具有密鑰信息A和密鑰信息B。
即使在光調(diào)制信號(hào)46可以被解調(diào)使得多電平信號(hào)15能夠被輸出的情況下，作為竊聽(tīng)者的第三人不具有多電平確定所需的密鑰信息。因此，不能解碼多電平信號(hào)15，因此不能夠再生信息數(shù)據(jù)18。但是，如果精確的獲得了多電平信號(hào)的信號(hào)電平，那么第三人可以通過(guò)強(qiáng)力攻擊從多電平信號(hào)15解密密鑰信息。在被授權(quán)的接收人(即，數(shù)據(jù)接收裝置17205)執(zhí)行的多電平信號(hào)的二元確定中，由包含在多電平信號(hào)中的信息振幅和噪聲之間的比來(lái)確定多電平信號(hào)的SN比。另一方面，在第三人(即，竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置17305)執(zhí)行的多電平信號(hào)的二元確定中，由包含在多電平信號(hào)中的信號(hào)間點(diǎn)距和噪聲之間的比來(lái)確定多電平信號(hào)的SN比。因此，與被授權(quán)的接收人相比，第三人需要減少受竊聽(tīng)的多電平信號(hào)中包含的噪聲的影響。因此，第三人可以在第二解調(diào)部件402的在前階段中安裝光擴(kuò)大部件403，并且由此放大多電平信號(hào)的電平。
圖10是說(shuō)明通常在光放大器部件中所使用的摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber AmplifierEDFA)平均輸入光電平和增益特征之間的關(guān)系的圖表。如圖10所示，EDFA的增益取決于輸入光的平均電平。EDFA中的增益變化的響應(yīng)速度是大概幾kHz。而且，EDFA中的增益變化的響應(yīng)速度與所輸入的光信號(hào)的調(diào)制率相比足夠低。因此，當(dāng)?shù)紼DFA的輸入光的平均電平?jīng)]有變化時(shí)，EDFA的輸出波形中不會(huì)產(chǎn)生失真。相反，當(dāng)?shù)紼DFA的輸入光的平均電平以與EDFA的響應(yīng)速度可比較的速度變化時(shí)，在輸出波形中會(huì)產(chǎn)生失真。因此，當(dāng)?shù)紼DFA的輸入光的平均電平被人為改變時(shí)，在使用EDFA的光放大部件403的輸出波形中會(huì)產(chǎn)生失真。
在下面的描述中，假設(shè)在竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置17305中提供的光放大部件403(參見(jiàn)圖8)是EDFA。如上所述，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105切換密鑰信息A和密鑰信息B，以便生成多電平信號(hào)13，由此輸出光調(diào)制信號(hào)46，其中平均值電平隨時(shí)間變化。圖11是描述由竊聽(tīng)者放大的光調(diào)制信號(hào)46中的失真的圖表。圖11(a)示出光調(diào)制信號(hào)46的波形的實(shí)例的圖表。圖11(b)示出在圖11(a)所示的光調(diào)制信號(hào)46的電平的平均值中的隨時(shí)間變化的圖表。在圖11(b)所示的光調(diào)制信號(hào)46的電平的平均值中的隨時(shí)間的變化對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105中的密鑰信息的切換率。圖11(c)是示出在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105中的密鑰信息的切換率接近光放大部件403的增益的響應(yīng)速度的情況下光放大部件403中的增益波動(dòng)的圖表。作為光放大部件403中增益變化的結(jié)果，從光放大信號(hào)403輸出的信號(hào)具有如圖11(d)中所示的失真波形。
在竊聽(tīng)數(shù)據(jù)接收裝置17305中，光解調(diào)部件404解調(diào)具有如圖11(d)中所示的失真波形的光調(diào)制信號(hào)，由此再生多電平信號(hào)。因此，從光解調(diào)部件404輸出的多電平信號(hào)具有失真波形。第二多電平解碼部件402試圖從光解調(diào)部件404輸出的多電平信號(hào)識(shí)別多值電平。但是，由于多電平信號(hào)的波形是失真的，所以無(wú)法正確識(shí)別多電平信號(hào)的多值電平。因此，竊聽(tīng)者無(wú)法根據(jù)多電平信號(hào)再生信息數(shù)據(jù)。而且，竊聽(tīng)者也不能夠解碼密鑰信息。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105以預(yù)定時(shí)間間隔切換多個(gè)密鑰信息，并且基于所切換的密鑰信息生成多電平信號(hào)。數(shù)據(jù)接收裝置17205以預(yù)定時(shí)間間隔切換多個(gè)密鑰信息，并且基于所切換的密鑰信息識(shí)別多電平信號(hào)。同樣地，使用多個(gè)密鑰信息，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以發(fā)送和接收加密信號(hào)。
而且，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105以比摻鉺光纖放大器的增益變化響應(yīng)速度更短的時(shí)間間隔來(lái)切換多個(gè)密鑰信息。據(jù)此，當(dāng)?shù)谌送ㄟ^(guò)使用摻鉺光纖放大器來(lái)放大所截獲的已調(diào)制信號(hào)時(shí)，在放大的已調(diào)制信號(hào)的波形中會(huì)產(chǎn)生失真。這阻礙了第三人確定多電平信號(hào)的多值電平和通過(guò)強(qiáng)力攻擊解密密鑰信息。因此，與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)相比，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以執(zhí)行具有更高隱藏性的數(shù)據(jù)通信。
這里，在本實(shí)施例中已經(jīng)描述了在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中使用兩種密鑰信息的情況。但是，可使用的密鑰信息不限于這兩種。根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以使用三種或者更多種密鑰信息。而且，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，可以預(yù)先定義密鑰信息的使用序列。在這種情況下，第一密鑰信息切換部件111c和第二密鑰信息切換部件212c可以具有用于連續(xù)生成多個(gè)密鑰信息的電路或者用于存儲(chǔ)多個(gè)密鑰信息的存儲(chǔ)設(shè)備。
(第六實(shí)施例)如第五實(shí)施例所述，多電平信號(hào)的電平的平均值取決于基于密鑰信息生成的多電平編碼序列的電平的平均值。因此，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)接收裝置使用已解調(diào)多電平信號(hào)的電平的平均值作為切換多個(gè)密鑰信息的控制信息。即，基于這種控制信息，數(shù)據(jù)接收裝置選擇用于多電平信號(hào)的二元確定的密鑰信息。
圖12是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的實(shí)例的框圖。在圖12中，根據(jù)第六實(shí)施例的數(shù)據(jù)接收裝置17206，除根據(jù)第五實(shí)施例的數(shù)據(jù)接收裝置17205(圖8)的配置之外，還包括平均值檢測(cè)部件222。而且，多電平解碼部件212還包括第二密鑰信息切換部件212c。下面，著重于與第五實(shí)施例的不同，描述本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第五實(shí)施例(圖8)的配置相似。因此，執(zhí)行與第五實(shí)施例的操作相同操作的框圖由相同的參考標(biāo)記來(lái)表示，并且省略其描述。
在數(shù)據(jù)接收裝置17206中，通過(guò)光傳輸路徑126將光調(diào)制信號(hào)46輸入到光解調(diào)部件219。光解調(diào)部件219將所輸入的光調(diào)制信號(hào)46轉(zhuǎn)換為多電平信號(hào)15。將多電平信號(hào)15輸入到判定部件212b和平均值檢測(cè)部件222。平均值檢測(cè)部件222在預(yù)定時(shí)間內(nèi)計(jì)算多電平信號(hào)15的平均值，并且將對(duì)應(yīng)于平均值的控制信號(hào)55輸出到第二密鑰信息切換部件212c?；诳刂菩盘?hào)55，第二密鑰信息切換部件212c選擇對(duì)于多電平信號(hào)15的二元確定所必須的密鑰信息。將所選密鑰信息輸入到第二多電平編碼生成部件212b。第二多電平編碼生成部件212b基于所輸入的密鑰信息生成多電平編碼序列17。將多電平編碼序列17輸入到判定部件212b。使用多電平編碼序列17，判定部件212b對(duì)多電平信號(hào)15執(zhí)行二元確定并再生信息數(shù)據(jù)18。
參考圖13和14描述平均值檢測(cè)部件222的詳細(xì)信息。圖13是說(shuō)明平均值檢測(cè)部件222的配置的實(shí)例的框圖。在圖13中，平均值檢測(cè)部件222具有積分電路2221，平均值計(jì)算部件2222，和控制信號(hào)生成部件2223。圖14(a)是說(shuō)明在生成多電平信號(hào)15中使用的密鑰信息中的隨時(shí)間改變的圖表。如圖14(a)所示，在時(shí)間t1到t2，密鑰信息B用于生成多電平信號(hào)15。而且，在時(shí)間t2到t3，密鑰信息A用于生成多電平信號(hào)15。而且，在時(shí)間t3和在此之后，密鑰信息B和密鑰信息A還可以交替地用于生成多電平信號(hào)15。
圖14(b)是示出輸入到積分電路2221的重置信號(hào)時(shí)間的實(shí)例的圖表。如圖14(b)所示，以預(yù)定時(shí)間間隔將重置信號(hào)輸入到積分電路2221。積分電路2221對(duì)多電平信號(hào)15的電平積分直到重置信號(hào)被輸入為止。當(dāng)重置信號(hào)被輸入時(shí)，積分電路2221將積分值輸出到平均值計(jì)算部件2222，并且再次從0開(kāi)始多電平信號(hào)15的電平的積分。圖14(c)示出積分電路2221的積分波形。
平均值計(jì)算部件2222根據(jù)從積分電路2221輸入的積分值來(lái)計(jì)算多電平信號(hào)15的電平的平均值，并且將計(jì)算出的平均值輸出到控制信號(hào)生成部件2223。圖14(d)示出多電平信號(hào)15的電平的平均值的隨時(shí)間的變化。如圖14(d)所示，平均值計(jì)算部件2222輸出基于在時(shí)間t2的密鑰信息B而生成的多電平信號(hào)的平均值Mb。
當(dāng)多電平信號(hào)15的平均值變化時(shí)，控制信號(hào)生成部件2223確定在生成多電平信號(hào)15中使用的密鑰信息。當(dāng)多電平信號(hào)15的電平的平均值落入預(yù)定值范圍內(nèi)時(shí)，控制信號(hào)生成部件2223確定多電平信號(hào)15是基于密鑰信息A而生成的。當(dāng)落在預(yù)定值范圍之外時(shí)，可以確定多電平信號(hào)15是基于密鑰信息B而生成的。
下面參考圖14來(lái)描述控制信號(hào)生成部件2223的操作的詳細(xì)實(shí)例。例如，在時(shí)間t2，從平均值計(jì)算部件2222將平均值Mb輸入到控制信號(hào)生成部件2223(參見(jiàn)圖4(d))。基于所輸入的平均值Mb，控制信號(hào)生成部件2223確定在時(shí)間t1到t2用于再生信息數(shù)據(jù)18的密鑰信息(下文稱(chēng)為“再生密鑰信息”)是密鑰信息B。然后，控制信號(hào)生成部件2223將關(guān)狀態(tài)的控制信號(hào)55輸出到第二密鑰信息切換部件212c(參見(jiàn)圖14(e))。當(dāng)控制信號(hào)55是關(guān)的時(shí)，第二密鑰信息切換部件212c將第二密鑰信息B16b輸出到第二多電平編碼生成部件212b。
而且，在時(shí)間t3，從平均值計(jì)算部件2222將平均值Ma輸入到控制信號(hào)生成部件2223(參見(jiàn)圖14(d))?；谒斎氲钠骄礛a，控制信號(hào)生成部件2223確定在時(shí)間t2到t3的再生密鑰信息是密鑰信息A。然后，控制信號(hào)生成部件2223將處于開(kāi)狀態(tài)的控制信號(hào)55輸出到密鑰信息切換部件212c(參見(jiàn)圖14(e))。當(dāng)控制信號(hào)55是開(kāi)的時(shí)，第二密鑰信息切換部件212c將第二密鑰信息A16a輸出到第二多電平編碼生成部件212b。
這里，代替上述描述的確定方法，例如，控制信號(hào)生成部件2223可以預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平信號(hào)的電平的平均值，并且可以通過(guò)使用預(yù)先存儲(chǔ)的平均值和平均值計(jì)算部件2222計(jì)算出的平均值，根據(jù)多個(gè)密鑰信息確定再生密鑰信息。下面描述在這種情況下控制信號(hào)生成部件2223的操作的詳細(xì)實(shí)例。首先，控制信號(hào)生成部件2223計(jì)算多電平信號(hào)15的電平的平均值和預(yù)先存儲(chǔ)的平均值的差，并且確定對(duì)應(yīng)于所計(jì)算出差值的絕對(duì)值成為最小值的情況下的密鑰信息是再生密鑰信息。響應(yīng)于確定的結(jié)果，控制信號(hào)生成部件2223生成用于唯一標(biāo)識(shí)再生密鑰信息的控制信號(hào)55，并且將其輸出到第二密鑰信息切換部件212c。這里，當(dāng)需要提出三個(gè)或者更多個(gè)密鑰信息時(shí)，控制信號(hào)55是可以取得對(duì)應(yīng)于密鑰信息的數(shù)量的電平數(shù)的信號(hào)，來(lái)代替上述開(kāi)/關(guān)信號(hào)。而且，代替多電平信號(hào)的電平的平均值，控制信號(hào)生成部件2223可以預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的多電平編碼序列的平均偏移電平。
基于從控制信號(hào)生成部件2223輸出的控制信號(hào)55，第二密鑰信息切換部件212c切換輸出到多電平編碼生成部件212b的密鑰信息。因此，使用所接收的多電平信號(hào)的電平的平均值，數(shù)據(jù)接收裝置16106確定在多電平信號(hào)編碼中使用的密鑰信息，并且執(zhí)行所接收的多電平信號(hào)的二元確定。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸裝置17105以預(yù)定時(shí)間間隔切換多個(gè)密鑰信息，并且由此生成多電平信號(hào)，其中各密鑰信息的信號(hào)電平的平均值是不同的?；谒邮盏亩嚯娖叫盘?hào)的電平的平均值，數(shù)據(jù)接收裝置17206確定用于根據(jù)多個(gè)密鑰信息判定信息數(shù)據(jù)邏輯的密鑰信息。因此，即使在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105和數(shù)據(jù)接收裝置17206中的切換密鑰信息的時(shí)間是不同步的時(shí)候，與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)相比，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以執(zhí)行具有更高隱藏性的數(shù)據(jù)通信。
這里，在圖14的描述中，重置信號(hào)的傳輸?shù)臅r(shí)間已經(jīng)與密鑰信息切換的時(shí)間相一致。但是，重置信號(hào)傳輸時(shí)間可以比切換密鑰信息的間隔更短。在圖14的方法中，平均值檢測(cè)部件222計(jì)算在密鑰信息切換時(shí)的多電平信號(hào)15的平均值，并且確定用于生成多電平信號(hào)15密鑰信息。在時(shí)間t1到t2，平均值檢測(cè)部件222在時(shí)間t2之后的時(shí)間確定密鑰信息。因此，判定部件212b在時(shí)間t2之后執(zhí)行多電平信號(hào)15的二元確定。這造成了在再生信息數(shù)據(jù)18中的時(shí)間延遲t2-t1。當(dāng)重置信號(hào)傳輸時(shí)間被設(shè)定為比密鑰信息切換間隔更短時(shí)，可以減少多電平信號(hào)的二元確定中的延遲。
而且，可以預(yù)先定義使用的密鑰信息序列。在這種情況下，平均值檢測(cè)部件222可以將已確定密鑰信息的下一個(gè)待使用的密鑰信息的相關(guān)信息，作為控制信號(hào)55發(fā)送到第二密鑰信息切換部件212c。然后，與將確定密鑰信息相關(guān)的控制信息輸出到第二密鑰信息切換部件212c的情況相比，可以減少多電平信號(hào)的二元確定中的延遲。而且，這還涉及了平均檢測(cè)需要長(zhǎng)時(shí)間的情況。而且，第二多電平編碼生成部件212b可以存儲(chǔ)改變密鑰信息的序列和密鑰信息，因此可以省略第二密鑰信息切換部件212c。
而且，圖13是說(shuō)明平均值檢測(cè)部件222的配置的實(shí)例的框圖。同樣地，平均值檢測(cè)部件222也可以使用其他配置，只要其實(shí)現(xiàn)圖13和14中描述的平均值檢測(cè)部件222的功能。
(第七實(shí)施例)圖15是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖15中，根據(jù)第七實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置通過(guò)光傳輸路徑126和分流部件127連接數(shù)據(jù)傳輸裝置17105、第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a和第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b。第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a包括光解調(diào)部件219、判定部件212和平均值檢測(cè)部件222。判定部件212包括第二多電平編碼生成部件212a和判定部件212b。第二數(shù)據(jù)接收部件17207b包括光解調(diào)部件225、平均值檢測(cè)部件226和判定部件227。判定部件227包括第二多電平編碼生成部件227a和判定部件227b。
如圖15所示，第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a和第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b具有相同的配置。而且，在第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a和第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b中，多電平解碼部件212與第六實(shí)施例的多電平解碼部件212(圖12)的不同點(diǎn)在于沒(méi)有包括第二密鑰信息切換部件。下面將著重于不同點(diǎn)來(lái)描述根據(jù)第七實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第六實(shí)施例(圖12)的配置相似。因此，執(zhí)行相同操作的框圖由相同的參考標(biāo)記來(lái)表示，并且省略了其描述。
多電平編碼部件111以預(yù)定時(shí)間間隔切換第一密鑰信息A11a和第一密鑰信息B11b，并且利用所切換的密鑰信息和信息數(shù)據(jù)10來(lái)生成多電平信號(hào)13。光調(diào)制部件125將多電平信號(hào)13調(diào)制為光調(diào)制信號(hào)46，并且將其發(fā)送到光傳輸部件126。光分流部件127將光調(diào)制信號(hào)46一分為二。由光分流部件127分流的光調(diào)制信號(hào)46被輸入到第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a和第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b。
而且，第二密鑰信息A16a被輸入到第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a。因此，第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a可以僅為對(duì)應(yīng)于第二密鑰信息A16a的多電平信號(hào)來(lái)執(zhí)行二元確定。而且，第二密鑰信息B16b被輸入到第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b。因此，第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b可以僅為基于第二密鑰信息B16b生成的多電平信號(hào)來(lái)執(zhí)行二元確定。下面描述了每個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置的操作細(xì)節(jié)。
第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a將光調(diào)制信號(hào)46解調(diào)為多電平信號(hào)13。平均值檢測(cè)部件222檢測(cè)多電平信號(hào)15的電平的平均值。在檢測(cè)對(duì)應(yīng)于第二密鑰信息A的多電平信號(hào)的電平的平均值時(shí)，平均值檢測(cè)部件222將控制信號(hào)輸出到第二多電平編碼生成部件212b。第二多電平編碼生成部件212a僅在平均值檢測(cè)部件222輸出控制信號(hào)時(shí)，將多電平編碼序列17輸出到判定部件212b。當(dāng)多電平編碼序列17被輸入時(shí)，判定部件212b執(zhí)行多電平信號(hào)15的二進(jìn)制確定。同樣地，第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a可以執(zhí)行由使用相應(yīng)密鑰信息的多電平處理來(lái)處理的多電平信號(hào)的二元確定。
第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b執(zhí)行與第一數(shù)據(jù)接收裝置17207a的操作相似的操作。這里，第二密鑰信息B16b被輸入到第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b。因此，在第二數(shù)據(jù)接收裝置17207b中配備的平均值檢測(cè)部件226檢測(cè)對(duì)應(yīng)于第二密鑰信息B16b的多電平信號(hào)15的電平的平均值。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105以預(yù)定時(shí)間間隔切換多個(gè)密鑰信息，由此生成多電平信號(hào)，其中相應(yīng)密鑰信息的信號(hào)電平的平均值是不同的，并且將所生成的多電平信號(hào)發(fā)送到多個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置17207a到17207b。數(shù)據(jù)接收裝置17207a到17207b僅在基于所輸入的密鑰信息而生成的多電平信號(hào)的電平的平均值與所接收的多電平信號(hào)的電平的平均值相一致時(shí)，基于所輸入的密鑰信息來(lái)解碼多電平信號(hào)。因此，在本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置17105可以將已加密數(shù)據(jù)發(fā)送到多個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置17207a到17207b。
這里，已經(jīng)描述了在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中使用兩種密鑰信息的情況下的本實(shí)施例。但是，所使用的密鑰信息不限于這兩種。即，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以使用三種或者更多種密鑰信息。而且，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以預(yù)先定義將被切換的密鑰信息的序列。然后，在再生密鑰信息之前，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于密鑰信息的平均值時(shí)，平均值檢測(cè)部件222可以輸出用于唯一標(biāo)識(shí)再生密鑰信息的控制信號(hào)55。由此，即使在檢測(cè)多電平信號(hào)平均值需要很長(zhǎng)的處理時(shí)間時(shí)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)也可以解碼多電平信號(hào)。
(第八實(shí)施例)圖16是說(shuō)明本發(fā)明第八實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖16中，根據(jù)第八實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(圖1)的不同點(diǎn)在于數(shù)據(jù)發(fā)送裝置16105還包括N-adic編碼部件131并且數(shù)據(jù)接收裝置16205還包括N-adic解碼部件220。
下面著重于N-adic編碼部件131和N-adic編碼部件220來(lái)描述根據(jù)第十實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第一實(shí)施例(圖1)的配置相似。因此，執(zhí)行相同操作的框圖由相同的參考標(biāo)記來(lái)表示，并且省略其描述。
在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置16105中，包括多個(gè)信息數(shù)據(jù)的信息數(shù)據(jù)集被輸入到N-adic編碼部件131。這里，作為信息數(shù)據(jù)集，第一信息數(shù)據(jù)50和第二信息數(shù)據(jù)51被輸入。圖17是說(shuō)明輸入到N-adic編碼部件131的信息數(shù)據(jù)集的典型波形的圖表。圖17(a)示出輸入到N-adic編碼部件131的第一信息數(shù)據(jù)50。圖17(b)示出輸入到N-adic編碼部件131的第二信息數(shù)據(jù)51。
N-adic編碼部件131將第一信息數(shù)據(jù)50和第二信息數(shù)據(jù)51編碼為N-adic數(shù)(在本實(shí)例中N＝4)，并且將其輸出作為具有預(yù)定多值電平的N-adic已編碼信號(hào)52。這里，N是任意自然數(shù)。因此，N-adic編碼部件131可以將每一時(shí)隙的可傳輸?shù)男畔⒘吭黾觢og2N的因數(shù)。圖18是說(shuō)明從N-adic編碼部件131輸出的N-adic已編碼信號(hào)52的典型波形的圖表。參考圖18，例如，在第一信息數(shù)據(jù)50和第二信息數(shù)據(jù)51中的邏輯組合是{L，L}時(shí)，N-adic編碼部件131分配多值電平00。而且，在{L，H}的情況下，分配多值電平01，在{H，L}的情況下，分配多值電平10，在{H，H}的情況下，分配多值電平11。同樣地，可以輸出具有四個(gè)多值電平的N-adic已編碼信號(hào)52。N-adic編碼部件131輸出的N-adic已編碼信號(hào)52和從第一多電平編碼生成部件111a輸出的多電平編碼序列12(參見(jiàn)圖2(b))被輸入到多電平處理部件111b。
多電平處理部件111b根據(jù)預(yù)定過(guò)程將N-adic已編碼信號(hào)52和多電平編碼序列12結(jié)合，并且將合成信號(hào)作為多電平信號(hào)13來(lái)輸出。例如，多電平處理部件111b采用多電平編碼序列12的電平作為偏移電平，然后添加N-adic已編碼信號(hào)52來(lái)生成多電平信號(hào)13。或者，多電平處理部件111b可以對(duì)結(jié)合了N-adic已編碼信號(hào)52的多電平編碼序列12執(zhí)行振幅調(diào)制以生成多電平信號(hào)13。圖19是說(shuō)明從多電平處理部件111b輸出的多電平信號(hào)13的典型波形圖表。在圖19中，多電平信號(hào)13的多值電平以預(yù)定電平間隔(在本實(shí)例中以三電平間隔)在四個(gè)步驟中變化。這里，虛線表示范圍，在該范圍中，多電平信號(hào)13的多值電平參考偏移電平(多電平編碼序列12)而變化。
從多電平處理部件111b輸出的多電平信號(hào)13被輸入到調(diào)制部件112。調(diào)制部件112將多電平信號(hào)13調(diào)制為適合于傳輸路徑110的信號(hào)形式，并且將已調(diào)制信號(hào)作為已調(diào)制信號(hào)14發(fā)送到傳輸路徑110。例如，在傳輸路徑110是光傳輸路徑時(shí)，調(diào)制部件12將多電平信號(hào)13調(diào)制為光信號(hào)。
在數(shù)據(jù)接收裝置16205中，解調(diào)部件211通過(guò)傳輸路徑110接收已調(diào)制信號(hào)14。解調(diào)部件211解調(diào)已調(diào)制信號(hào)14并輸出多電平信號(hào)15。將多電平信號(hào)15輸入到判定部件212b。判定部件212b接收多電平信號(hào)15，并且利用從第二多電平編碼生成部件212a輸出的多電平編碼序列17而判定N-adic已編碼信號(hào)53，并且輸出N-adic已編碼信號(hào)53。圖20是描述判定部件212b中判定操作的實(shí)例的圖表。在圖20中，粗實(shí)線表示多電平信號(hào)15的波形。細(xì)實(shí)線和虛線表示用于判定N-adic已編碼信號(hào)53的確定波形。這里，細(xì)實(shí)線(確定波形2)表示多電平編碼序列17的波形。
參考圖20，判定部件212b生成波形(確定波形1)，其中采用多電平編碼序列17(確定波形2)作為中心將多電平編碼序列17向上移動(dòng)預(yù)定電平間隔；以及波形(確定波形3)，向下移動(dòng)預(yù)定電平間隔。這里，該預(yù)定電平間隔是關(guān)于數(shù)據(jù)發(fā)送裝置16105中的多電平處理部件111b而預(yù)先定義的，并且在本實(shí)例中是三電平間隔。然后，判定部件212b接收多電平信號(hào)15，并且利用確定波形1到3來(lái)判定N-adic已編碼信號(hào)53。
在時(shí)隙t1中，判定部件212b比較多電平信號(hào)15和確定波形1，并且確定多電平信號(hào)15相對(duì)于確定波形1是處于低電平的。而且，將多電平信號(hào)15與確定波形2進(jìn)行比較，以便確定多電平信號(hào)15相對(duì)于確定波形2是處于低電平的。而且，將多電平信號(hào)15與確定波形3進(jìn)行比較，以便確定多電平信號(hào)15相對(duì)于確定波形3是處于高電平的。即，在時(shí)隙t1中，判定部件212b確定多電平信號(hào)15是{低，低，高}。相似的，判定部件212b確定在時(shí)隙t2中，多電平信號(hào)15是{低，高，高}，和在時(shí)隙t3中，多電平信號(hào)15是{低，低，低}。在時(shí)隙t4以及之后的操作被省略但是其是相似的。
然后，判定部件212b建立確定N-adic已編碼信號(hào)52的多值電平是低和高的數(shù)的映射，并且再生N-adic已編碼信號(hào)52。例如，判定部件212b建立到多值電平00的{低，低，低}的映射、到多值電平01的{低，低，高}的映射、到多值電平10的{低，高，高}的映射，以及到多值電平11的{高，高，高}的映射，使得能夠再生N-adic已編碼信號(hào)53。由判定部件212b再生的N-adic已編碼信號(hào)53被輸入到N-adic解碼部件220。
N-adic解碼部件220解碼N-adic已編碼信號(hào)52并將其作為信息數(shù)據(jù)集來(lái)輸出。具體地，N-adic解碼部件220執(zhí)行N-adic編碼部件131的逆操作，并且由此根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)52而輸出第一信息數(shù)據(jù)54和第二信息數(shù)據(jù)55。
接下來(lái)描述第三人對(duì)已調(diào)制信號(hào)14的竊聽(tīng)操作。與第一實(shí)施例中所描述的情況相似，第三人不與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置16105共享第一密鑰信息11，并且因此不能根據(jù)所竊聽(tīng)的已調(diào)制信號(hào)14來(lái)再生第一信息數(shù)據(jù)54和第二信息數(shù)據(jù)55。而且，在實(shí)際的傳輸系統(tǒng)中，由于多種因素會(huì)產(chǎn)生噪聲。然后，該噪聲在已調(diào)制信號(hào)14上重疊。即，還在根據(jù)已調(diào)制信號(hào)14解調(diào)的多電平信號(hào)15上重疊噪聲。圖21是說(shuō)明在其上噪聲被重疊的多電平信號(hào)15的波形的圖表。參考圖21，與第一實(shí)施例中描述的情況相似，由于在多電平信號(hào)15上的噪聲重疊，根據(jù)第八實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以引起使用第三人全部閾值的強(qiáng)力攻擊中的識(shí)別錯(cuò)誤，由此在竊聽(tīng)過(guò)程中產(chǎn)生進(jìn)一步困難。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，N-adic編碼部件131在N-adic解碼部件220根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)53共同的再生信息數(shù)據(jù)集時(shí)，將信息數(shù)據(jù)集共同的轉(zhuǎn)換為N-adic已編碼信號(hào)52。因此，與根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)相比，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以增加每個(gè)時(shí)隙的可傳輸?shù)男畔⒘?。而且，信息?shù)據(jù)集到N-adic已編碼信號(hào)52的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了高隱藏性的數(shù)據(jù)傳輸。
(第九實(shí)施例)圖22是說(shuō)明本發(fā)明第九實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)典型配置的框圖。在圖22中，在根據(jù)第九實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，N-adic編碼部件132和N-adic解碼部件221的操作與第八實(shí)施例(圖16)不同。在第九實(shí)施例中，N-adic編碼部件132基于第一密鑰信息11根據(jù)信息數(shù)據(jù)集生成N-adic已編碼信號(hào)52。而且，N-adic解碼部件221基于第二密鑰信息16根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)53生成信息數(shù)據(jù)集。著重于N-adic編碼部件132和N-adic解碼部件221來(lái)描述根據(jù)第九實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第八實(shí)施例(圖16)的配置相似。因此，由相同的參考標(biāo)記來(lái)表示執(zhí)行相同操作的框圖，并且省略了其描述。
在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置16106中，第一密鑰信息11被輸入到N-adic編碼部件132。N-adic編碼部件132基于第一密鑰信息11根據(jù)信息數(shù)據(jù)集來(lái)生成N-adic已編碼信號(hào)52。例如，基于第一密鑰信息11，N-adic編碼部件132改變第一信息數(shù)據(jù)50和第二信息數(shù)據(jù)51和N-adic已編碼信號(hào)52的多值電平中邏輯結(jié)合的映射關(guān)系。從N-adic編碼部件132輸出的N-adic已編碼信號(hào)52被輸入到多電平處理部件111b。
在數(shù)據(jù)接收裝置16206中，從判定部件212b輸出的N-adic已編碼信號(hào)53被輸入到N-adic解碼部件221。而且，將第二密鑰信息16被輸入到N-adic解碼部件221。基于第二密鑰信息16，N-adic解碼部件221根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)53輸出信息數(shù)據(jù)集。具體地，N-adic解碼部件221執(zhí)行N-adic編碼部件132的逆操作，并由此根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)53輸出第一信息數(shù)據(jù)54和第二信息數(shù)據(jù)55。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，基于第一密鑰信息11，N-adic編碼部件132根據(jù)信息數(shù)據(jù)集生成N-adic已編碼信號(hào)52，同時(shí)基于第二密鑰信息16，N-adic解碼部件221通過(guò)N-adic編碼部件132的逆操作根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)53來(lái)再生信息數(shù)據(jù)集。因此，與根據(jù)第八實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)相比，根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了其中竊聽(tīng)變得更加困難的數(shù)據(jù)通信。
這里，在根據(jù)第九實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，N-adic編碼部件132可以使用與第一密鑰信息11不同的第三密鑰信息56根據(jù)信息數(shù)據(jù)集生成N-adic已編碼信號(hào)52。相似的，N-adic解碼部件221可以使用與第二密鑰信息16(參見(jiàn)圖23)不同的第四密鑰信息57根據(jù)N-adic已編碼信號(hào)53再生信息數(shù)據(jù)集。這里，第三密鑰信息56和第四密鑰信息57是相同的密鑰信息。由此，在根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，在多電平處理部件111b中使用的密鑰信息可以從N-adic編碼部件132使用的密鑰信息中分離。這實(shí)現(xiàn)了其中竊聽(tīng)變得更加困難的數(shù)據(jù)通信。
(第十實(shí)施例)圖24是說(shuō)明本發(fā)明第十實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖24中，根據(jù)第十實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與第一實(shí)施例(圖1)的不同點(diǎn)在于數(shù)據(jù)發(fā)送裝置19105還包括同步信號(hào)生成部件134和多電平處理控制部件135，以及數(shù)據(jù)接收裝置19205還包括同步信號(hào)再生部件233和判定控制部件234。
圖25是描述從多電平編碼部件111輸出的信號(hào)波形的示意圖。下面參考圖24和25來(lái)描述根據(jù)第十實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第一實(shí)施例(圖1)的配置相似。因此，由相同的參考標(biāo)記來(lái)表示執(zhí)行相同操作的框圖，并省略其描述。
在圖24中，同步信號(hào)生成部件134生成預(yù)定周期的同步信號(hào)64，并將其輸出到多電平處理控制部件135。多電平處理控制部件135基于同步信號(hào)64生成多電平處理控制信號(hào)65，并且將其輸出到多電平處理部件111b。多電平處理控制信號(hào)65是指定從多電平處理部件111b輸出的多電平信號(hào)13的電平數(shù)(下文稱(chēng)為多值數(shù))的信號(hào)?；诙嚯娖教幚砜刂菩盘?hào)65和多電平編碼序列12，多電平處理部件111b根據(jù)信息數(shù)據(jù)10生成多電平信號(hào)，并將所生成的多電平信號(hào)的多值數(shù)被切換的信號(hào)作為多電平信號(hào)13來(lái)輸出。例如，如圖25所示，多電平處理部件111b在持續(xù)時(shí)間A和C輸出具有多值數(shù)“8”的多電平信號(hào)，并且在持續(xù)時(shí)間B輸出具有多值數(shù)“2”的信號(hào)。更具體地，在持續(xù)時(shí)間A和C中，多電平處理部件111b可以結(jié)合信息數(shù)據(jù)10和多電平編碼序列12并將其輸出。在持續(xù)時(shí)間B中，信息數(shù)據(jù)10可以被完整輸出。
同步信號(hào)再生部件233再生對(duì)應(yīng)于同步信號(hào)64的同步信號(hào)66，并且將其輸出到判定控制部件234。判定控制部件234基于同步信號(hào)66生成判定控制信號(hào)67，并將其輸出到判定部件212b。基于判定控制信號(hào)67，判定部件212b為從解調(diào)部件211輸出的多電平信號(hào)15切換閾值(多電平編碼序列17)，并且執(zhí)行判定以再生信息數(shù)據(jù)18。例如，如圖58所示，對(duì)于在持續(xù)時(shí)間A和C中具有多值數(shù)的值“8”的多電平信號(hào)，判定部件212b判定其中電平順序變化的多電平編碼序列17作為閾值，并基于在持續(xù)時(shí)間B中的預(yù)定固定閾值對(duì)二元信號(hào)執(zhí)行判定。
這里，在圖25中，將用于在持續(xù)時(shí)間B中的二元信號(hào)的閾值(平均電平)設(shè)定為等于持續(xù)時(shí)間A和C中多電平信號(hào)的平均電平(C3)。但是，本發(fā)明不限于此。即，可以采用任何電平。而且，在圖25中，在持續(xù)時(shí)間B中的二元信號(hào)的振幅被設(shè)定為等于信息數(shù)據(jù)10的振幅(信息振幅)。但是，本發(fā)明不限于此?？梢允褂萌魏握穹灰浯笮】梢杂膳卸ú考?12b中的固定閾值來(lái)判定。而且，在圖25中，多電平信號(hào)的傳輸率被設(shè)定為在持續(xù)時(shí)間A和C與在持續(xù)時(shí)間B中是一樣的。但是，本發(fā)明不限于此?？梢圆捎貌煌膫鬏斅?。特別地，從傳輸效率的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選地，在多值數(shù)較小時(shí)可以使用更高的傳輸率。
而且，在圖25中，多電平處理部件111b輸出多電平信號(hào)13，其中具有多值數(shù)8的多電平信號(hào)和二元信號(hào)被切換。但是，多電平信號(hào)13的多值數(shù)的結(jié)合不限于此。可以采用多值數(shù)的任何結(jié)合。例如，多電平處理部件111b可以切換和輸出具有多值數(shù)“8”的多電平信號(hào)和具有多值數(shù)“4”的多電平信號(hào)。而且，響應(yīng)于多值數(shù)的值，圖24中所示的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以為信息數(shù)據(jù)10和18、多電平編碼序列12和17以及多電平信號(hào)13和15來(lái)改變傳輸率。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，將被發(fā)送的信息數(shù)據(jù)被編碼為多電平信號(hào)。然后，在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差，以便確保僅用于特定接收人的安全通信通道。同時(shí)，適當(dāng)?shù)販p少多值數(shù)，以便選擇性地實(shí)現(xiàn)不需要安全的通信。由此，以使用相同調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的混合方式來(lái)提供隱藏通信服務(wù)和普通通信服務(wù)。這提供了高效的通信系統(tǒng)。
(第十一實(shí)施例)圖26是說(shuō)明本發(fā)明第十一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖26中，根據(jù)第十一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與第十實(shí)施例(圖24)的不同點(diǎn)在于數(shù)據(jù)接收裝置10201沒(méi)有包括同步信號(hào)再生部件233和判定控制部件234。
圖27是描述從多電平編碼部件111輸出的信號(hào)波形的示意圖。下面參考圖26和27描述根據(jù)第十一實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第十實(shí)施例(圖24)的配置相似。因此，由相同參考標(biāo)記來(lái)表示執(zhí)行相同操作的框圖，并省略了其的描述。
在圖26中，基于多電平處理控制信號(hào)65，多電平處理部件111b切換和輸出多電平信號(hào)13(輸出信號(hào))的多值數(shù)，并當(dāng)多電平信號(hào)13的多值數(shù)減少時(shí)將多電平信號(hào)的幅度構(gòu)建的更大。例如，如圖27所示，在持續(xù)時(shí)間A和C中多值數(shù)是“8”的情況下，使用多值數(shù)“2”并且在持續(xù)時(shí)間B中增加幅度。更具體地，將在持續(xù)時(shí)間B中的二元信號(hào)幅度構(gòu)建為等于或大于持續(xù)時(shí)間A和C中的多電平信號(hào)振幅，然后將該信號(hào)輸出。
判定部件212b接收從解調(diào)部件211輸出的多電平信號(hào)15，并且采用多電平編碼序列17作為閾值判定信息數(shù)據(jù)的邏輯而無(wú)論多值數(shù)，以及再生信息數(shù)據(jù)18。例如，如圖27所示，對(duì)于在持續(xù)時(shí)間A和C中具有全部電平數(shù)“8”的多電平信號(hào)，采用電平順序變化的多電平編碼序列17作為閾值來(lái)執(zhí)行識(shí)別，同時(shí)還在持續(xù)時(shí)間B中基于多電平編碼序列17而對(duì)二元信號(hào)執(zhí)行識(shí)別。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，將待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)被編碼為多電平信號(hào)，并且在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差，從而確保僅用于特定接收人的安全通信通道。而且，在幅度增加時(shí)適當(dāng)減少多值數(shù)，從而在多電平信號(hào)接收時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的閾值控制。這使得更簡(jiǎn)單的配置能夠選擇性的實(shí)現(xiàn)不要求安全性的通信。由此，以使用相同調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的混合方式來(lái)提供隱藏通信服務(wù)和普通通信服務(wù)。這提供了高效和經(jīng)濟(jì)的通信系統(tǒng)。
(第十二實(shí)施例)圖28是說(shuō)明本發(fā)明第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖28中，根據(jù)第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置通過(guò)傳輸路徑110和分流部件235連接數(shù)據(jù)通信裝置19105、數(shù)據(jù)接收裝置10201和子數(shù)據(jù)接收裝置19207。與第十一實(shí)施例相比(圖26)，根據(jù)第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于還提供了分流部件235和子數(shù)據(jù)接收裝置19207。這里，雖然在圖28中未示出，但多電平解碼部件212還包括第二多電平編碼生成部件212a和判定部件212b。下面描述根據(jù)第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第十一實(shí)施例的配置(圖26)相似。因此，以相同參考標(biāo)記表示執(zhí)行相同操作的框圖，并且省略其描述。
在圖28中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置19105發(fā)送根據(jù)圖27所示的多電平信號(hào)而調(diào)制的已調(diào)制信號(hào)14。分流部件235通過(guò)傳輸路徑110將已調(diào)制信號(hào)14分流為m個(gè)信號(hào)(m是大于等于2的整數(shù)；在圖28的實(shí)例中m＝2)。對(duì)應(yīng)于從分流部件520輸出的m個(gè)已調(diào)制信號(hào)中的n個(gè)已調(diào)制信號(hào)(n是小于等于m的整數(shù)；在圖28的實(shí)例中n＝1)而提供數(shù)據(jù)接收裝置10201。在持續(xù)時(shí)間A和C中，基于與第一密鑰信息數(shù)據(jù)11相同的密鑰共享的第二密鑰信息16，數(shù)據(jù)接收裝置10201解調(diào)和解碼已調(diào)制信號(hào)，并且再生信息數(shù)據(jù)18。這里，數(shù)據(jù)接收裝置10201可以識(shí)別持續(xù)時(shí)間B中的二元信號(hào)。
對(duì)應(yīng)于從分流部件235輸出的m個(gè)已調(diào)制信號(hào)中的m-n個(gè)已調(diào)制信號(hào)(在圖28的實(shí)例中m-n＝2-1＝1)而提供子數(shù)據(jù)接收裝置19207。子解調(diào)部件236解調(diào)所輸入的已調(diào)制信號(hào)并再生多電平信號(hào)15?；陬A(yù)定的固定閾值，判定部件237識(shí)別從解調(diào)部件236輸出的多電平信號(hào)15，并且僅在圖27中所示的持續(xù)時(shí)間B中再生信息數(shù)據(jù)(部分信息數(shù)據(jù)68)。
這里，在圖28中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置在分流部件235中分流數(shù)是2(即，m＝2)，并且對(duì)應(yīng)于在分流部件235中分流的一個(gè)已調(diào)制信號(hào)(即，n＝1)而提供數(shù)據(jù)接收裝置10201，同時(shí)對(duì)應(yīng)于其他已調(diào)制信號(hào)(即，m-n＝1)而提供子數(shù)據(jù)接收裝置19207。但是，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的配置不限于此。即，m和n可以被設(shè)定為任意數(shù)，只要m≥n即可。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，將待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)編碼為多電平信號(hào)。然后，在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差，從而確保僅用于特定接收人的安全通信通道。同時(shí)，適當(dāng)?shù)販p少多值數(shù)，以便選擇性地實(shí)現(xiàn)到許多和非指定的接收人的同步傳輸通信。由此，以使用相同調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的混合方式來(lái)提供隱藏通信服務(wù)和諸如同步傳輸通信和廣播之類(lèi)的通信服務(wù)。這提供了高效的通信系統(tǒng)。
(第十三實(shí)施例)圖29是說(shuō)明本發(fā)明第十三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)配置的框圖。在圖29中，根據(jù)第十三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置通過(guò)傳輸路徑110和分流部件235連接數(shù)據(jù)傳輸裝置19108、多個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置10201a到10201b和子數(shù)據(jù)接收裝置19207。與第十二實(shí)施例相比(圖28)，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置19108還包括密鑰信息選擇部件136。這里，雖然在圖29中未，多電平解碼部件212包括第二多電平編碼生成部件212a和判定部件212b。下面描述根據(jù)第十三實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。這里，本實(shí)施例的配置與第十二實(shí)施例的配置相似(圖28)。因此，以相同參考標(biāo)記表示執(zhí)行相同操作的框圖，并且省略其描述。
在圖29中，密鑰信息選擇部件136從預(yù)先定義的n個(gè)密鑰信息中選擇任何一個(gè)(在圖29的實(shí)例中n＝2；n個(gè)密鑰信息是第一密鑰信息11a和第三密鑰信息11b)。基于所選密鑰信息，多電平編碼部件111生成如圖27中所示的多電平信號(hào)13。對(duì)應(yīng)于分流部件235分流的m個(gè)已調(diào)制信號(hào)中的n個(gè)已調(diào)制信號(hào)而提供n個(gè)單元的數(shù)據(jù)接收裝置10201a和10201b(在圖29的實(shí)例中m＝3，n＝2)?；谧鳛榕c第一密鑰信息11a共享相同密鑰的第二密鑰信息16a，數(shù)據(jù)接收裝置10201a解調(diào)和解碼已調(diào)制信號(hào)，并且再生信息數(shù)據(jù)18a。相似地，基于與第一密鑰信息11a共享相同的密鑰的第四密鑰信息16b，數(shù)據(jù)接收裝置10201b解調(diào)和解碼已調(diào)制信號(hào)，并且再生信息數(shù)據(jù)18b。
具體地，在圖27中，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送裝置19108通過(guò)使用第一密鑰信息11a在持續(xù)時(shí)間A中生成多電平信號(hào)13，數(shù)據(jù)接收裝置10201a解調(diào)在持續(xù)時(shí)間A中輸入的已調(diào)制信號(hào)，并且通過(guò)使用第二密鑰信息16a再生信息數(shù)據(jù)18a。而且，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送裝置19108通過(guò)使用第三密鑰信息11b在持續(xù)時(shí)間C中生成多電平信號(hào)13，數(shù)據(jù)接收裝置10201b可以解調(diào)在持續(xù)時(shí)間C輸入的已調(diào)制信號(hào)，并且使用第四密鑰信息16b再生信息數(shù)據(jù)18b。這里，數(shù)據(jù)接收裝置10201a和10201b可以解調(diào)在持續(xù)時(shí)間B中輸入的已調(diào)制信號(hào)，以再生部分信息數(shù)據(jù)58。
對(duì)應(yīng)于從分流部件235輸出的m個(gè)已調(diào)制信號(hào)中的m-n個(gè)已調(diào)制信號(hào)(在圖29的實(shí)例中m-n＝3-2＝1)提供子數(shù)據(jù)接收裝置19207。子解調(diào)部件236解調(diào)所輸入的已調(diào)制信號(hào)并且再生多電平信號(hào)15?；陬A(yù)定的固定閾值，判定部件237識(shí)別從對(duì)應(yīng)的解調(diào)部件236輸出的多電平信號(hào)15，并且僅在圖27中所示的持續(xù)時(shí)間B中再生信息數(shù)據(jù)(部分信息數(shù)據(jù)58)。
這里，在圖29中，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有這樣的配置在分流部件235中的分流數(shù)是3(即，m＝3)，并且對(duì)應(yīng)于分流部件235中分流的兩個(gè)已調(diào)制信號(hào)(即，n＝2)而提供兩個(gè)數(shù)據(jù)接收裝置10201a和10201b，同時(shí)對(duì)應(yīng)于其他已調(diào)制信號(hào)(即，m-n＝1)提供子數(shù)據(jù)接收裝置19207。但是，數(shù)據(jù)接收裝置的配置不限于此。即，m和n可以被設(shè)定為任何數(shù)，只要m≥n即可。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，將待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)編碼為多電平信號(hào)，并且在第三人竊聽(tīng)時(shí)使接收信號(hào)質(zhì)量變得很差。而且，在使用時(shí)準(zhǔn)備和切換多個(gè)密鑰信息，以便分別確保安全通信通道僅用于多個(gè)特定接收人。而且，適當(dāng)減少多值數(shù)，以便選擇性地實(shí)現(xiàn)到許多和非指定的接收人的同步傳輸通信。由此，能夠以使用相同調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)的混合方式來(lái)提供隱藏的通信服務(wù)和諸如同步傳輸通信和廣播之類(lèi)的通信服務(wù)。這提供了高效的通信系統(tǒng)。
這里，上面描述的根據(jù)第二到第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以具有實(shí)施例的特性彼此相結(jié)合這樣的配置。例如，根據(jù)第五到第七實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以具有第二實(shí)施例的特征(參見(jiàn)，例如，圖30A到30C)。例如，根據(jù)第五到第六實(shí)施例的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以具有第八實(shí)施例的特性(參見(jiàn)，例如，圖31A到31B)。
而且，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置分別執(zhí)行上述處理，根據(jù)第一到第十二實(shí)施例的數(shù)據(jù)接收裝置和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以作為提供了一系列步驟的數(shù)據(jù)傳輸方法、數(shù)據(jù)接收方法和數(shù)據(jù)通信方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
而且，在CPU截獲和執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備(例如ROM、RAM和硬盤(pán))中并且可以執(zhí)行上述步驟的預(yù)定程序數(shù)據(jù)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信方法、數(shù)據(jù)接收方法和上述數(shù)據(jù)通信方法。在這種情況下，可以通過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)將程序數(shù)據(jù)導(dǎo)入存儲(chǔ)設(shè)備，或者可以直接從存儲(chǔ)介質(zhì)執(zhí)行程序數(shù)據(jù)。這里，存儲(chǔ)介質(zhì)指半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(例如ROM、RAM和閃存)，磁盤(pán)存儲(chǔ)器(例如，軟盤(pán)和硬盤(pán))，光盤(pán)存儲(chǔ)器(例如，CD-ROM，DVD和BD)，存儲(chǔ)卡等。而且，存儲(chǔ)介質(zhì)的概念包括諸如電話線和運(yùn)輸路徑之類(lèi)的通信介質(zhì)。
工業(yè)應(yīng)用性 根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)作為防止竊聽(tīng)和截獲的安全隱藏通信系統(tǒng)是十分有用的。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，用于執(zhí)行加密通信，包括多電平編碼部件，用于接收預(yù)定的密鑰信息和信息數(shù)據(jù)，并且生成多電平信號(hào)，所述多電平信號(hào)的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化；以及調(diào)制部件，基于所述多電平信號(hào)生成預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)，其中所述預(yù)定密鑰信息是多個(gè)密鑰信息，以及其中所述多電平編碼部件包括密鑰信息切換部件，用于在預(yù)定時(shí)間切換和輸出所述多個(gè)密鑰信息；多電平編碼生成部件，基于從所述密鑰信息切換部件輸出的所述密鑰信息，生成多電平編碼序列，所述多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從所述密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的所述信號(hào)電平的平均值是不同的；以及多電平處理部件，用于根據(jù)預(yù)定處理將所述多電平編碼序列和所述信息數(shù)據(jù)予以結(jié)合，并且生成具有對(duì)應(yīng)于所述兩個(gè)信號(hào)電平結(jié)合的電平的多電平信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，其中，所述已調(diào)制信號(hào)是通過(guò)用所述多電平信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制而生成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，其中，所述密鑰信息切換部件以預(yù)定的時(shí)間間隔將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述多電平編碼生成部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，其中，所述密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換所述多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)所述存儲(chǔ)的序列將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述多電平編碼生成部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，其中，所述密鑰信息切換部件以比摻鉺光纖放大器(erbium doped fiber amplifier)的增益變化的響應(yīng)速度更短的時(shí)間間隔來(lái)切換所述多個(gè)密鑰信息。
6.一種數(shù)據(jù)接收裝置，用于執(zhí)行加密通信，包括解調(diào)部件，用于解調(diào)預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)并且將其作為多電平信號(hào)輸出；以及多電平解碼部件，用于接收預(yù)定密鑰信息和所述多電平信號(hào)，并且輸出信息數(shù)據(jù)，其中所述預(yù)定密鑰信息是多個(gè)密鑰信息，以及其中所述多電平解碼部件包括密鑰信息切換部件，用于以預(yù)定時(shí)間切換所述多個(gè)密鑰信息并將其輸出；多電平編碼序列生成部件，基于從所述密鑰信息切換部件輸出的所述密鑰信息，生成多電平編碼序列，所述多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從所述密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的所述信號(hào)電平的平均值是不同的；以及判定部件，用于接收所述多電平信號(hào)，以及基于所述多電平編碼序列判定所述信息數(shù)據(jù)的邏輯，并且輸出所述信息數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)接收裝置，其中，所述已調(diào)制信號(hào)是通過(guò)用所述多電平信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制而生成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)接收裝置，其中，所述密鑰信息切換部件以預(yù)定的時(shí)間間隔將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述多電平編碼序列生成部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)接收裝置，還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用所述計(jì)算出的平均值和對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生所述信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)接收裝置，其中所述平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)所述積分值來(lái)計(jì)算所述多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后確定，在所述計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的所述平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)所述再生密鑰信息的控制信號(hào)，以及其中所述密鑰信息切換部件將利用所述控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，輸出到所述多電平編碼序列生成部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)接收裝置，其中，所述密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換并輸出所述多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)所述存儲(chǔ)的序列將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述多電平編碼序列生成部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)接收裝置，還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用所述計(jì)算出的平均值、預(yù)先存儲(chǔ)的所述序列以及對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生所述信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)接收裝置，其中所述平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)所述積分值來(lái)計(jì)算所述多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后選擇，在所述計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的所述平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，隨后確定，從預(yù)先存儲(chǔ)的所述序列中選擇的密鑰信息的下一個(gè)待使用的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)所述再生密鑰信息的控制信號(hào)，以及其中所述密鑰信息切換部件將用所述控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，輸出到所述多電平編碼序列生成部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)接收裝置，還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)電平的平均值，當(dāng)所述計(jì)算出的平均值是在預(yù)定范圍內(nèi)的值時(shí)，生成用于指示輸出所述多電平編碼序列的控制信號(hào)，并且將其輸出到所述多電平編碼序列生成部件，其中所述多電平編碼序列生成部件僅在接收所述控制信號(hào)時(shí)才生成所述多電平編碼序列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)據(jù)接收裝置，其中所述平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)所述積分值來(lái)計(jì)算所述多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，當(dāng)所述計(jì)算出的平均值的電平落入預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)生成所述控制信號(hào)。
16.一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置執(zhí)行加密通信，其中所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置包括多電平編碼部件，用于接收預(yù)定第一密鑰信息和信息數(shù)據(jù)，并且生成第一多電平信號(hào)，所述第一多電平信號(hào)的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化；以及調(diào)制部件，基于所述第一多電平信號(hào)生成預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)，其中所述第一預(yù)定密鑰信息是多個(gè)密鑰信息，其中所述多電平編碼部件包括第一密鑰信息切換部件，用于在預(yù)定時(shí)間切換并輸出所述多個(gè)密鑰信息；第一多電平編碼生成部件，基于從所述第一密鑰信息切換部件輸出的所述密鑰信息，生成第一多電平編碼序列，所述第一多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從所述第一密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的所述信號(hào)電平的平均值是不同的；以及多電平處理部件，用于根據(jù)預(yù)定處理將所述第一多電平編碼序列和所述信息數(shù)據(jù)予以結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)換為具有對(duì)應(yīng)于所述兩個(gè)信號(hào)電平結(jié)合的電平的所述第一多電平信號(hào)，其中所述數(shù)據(jù)接收裝置包括解調(diào)部件，用于解調(diào)預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)并且輸出第二多電平信號(hào)；以及多電平解碼部件，用于接收預(yù)定的第二密鑰信息和所述第二多電平信號(hào)，并輸出信息數(shù)據(jù)，其中所述第二密鑰信息是多個(gè)密鑰信息，以及其中所述多電平解碼部件包括第二密鑰信息切換部件，用于以預(yù)定時(shí)間切換并輸出所述多個(gè)密鑰信息；第二多電平編碼生成部件，基于從所述第二密鑰信息切換部件輸出的所述密鑰信息，生成第二多電平編碼序列，所述第二多電平編碼序列的信號(hào)電平基本上以隨機(jī)數(shù)的方式變化，以及其中，從所述第二密鑰信息切換部件輸出的相應(yīng)密鑰信息的所述信號(hào)電平的平均值是不同的；以及判定部件，用于接收所述第二多電平信號(hào)，以及基于所述第二多電平編碼序列判定所述信息數(shù)據(jù)的邏輯，并輸出所述信息數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述已調(diào)制信號(hào)是通過(guò)用所述多電平信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制而生成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一密鑰信息切換部件以預(yù)定時(shí)間間隔將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述第一多電平編碼生成部件。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換所述多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)所述存儲(chǔ)的序列將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述第一多電平編碼生成部件。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第一密鑰信息切換部件以比摻鉺光纖放大器(erbium doped fiberamplifier)的增益變化的響應(yīng)速度更短的時(shí)間間隔來(lái)切換所述多個(gè)密鑰信息。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二密鑰信息切換部件以預(yù)定的時(shí)間間隔將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述第二多電平編碼序列生成部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)接收裝置還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用所述計(jì)算出的平均值和對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生所述信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中所述平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)所述積分值來(lái)計(jì)算所述多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后確定，在所述計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的所述平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)所述再生密鑰信息的控制信號(hào)，以及其中所述密鑰信息切換部件將用所述控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，輸出到所述多電平編碼序列生成部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中，所述第二密鑰信息切換部件預(yù)先存儲(chǔ)切換并輸出所述多個(gè)密鑰信息的序列，并且根據(jù)所述存儲(chǔ)的序列將所述多個(gè)密鑰信息切換并輸出到所述第二多電平編碼序列生成部件。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)接收裝置還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)電平的平均值，并且利用所述計(jì)算出的平均值、預(yù)先存儲(chǔ)的所述序列以及對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，來(lái)確定用于再生所述信息數(shù)據(jù)的密鑰信息，作為再生密鑰信息。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中所述平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)所述積分值來(lái)計(jì)算所述多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，預(yù)先保存對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)密鑰信息中的每一個(gè)而出現(xiàn)的所述多電平信號(hào)的電平的平均值，隨后選擇，在所述計(jì)算出的平均值和預(yù)先保存的所述平均值之間的差的絕對(duì)值最小的情況下的密鑰信息，隨后確定，從預(yù)先存儲(chǔ)的所述序列中選擇的密鑰信息的下一個(gè)待使用的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，并且生成用于唯一標(biāo)識(shí)所述再生密鑰信息的控制信號(hào)，以及其中所述第二密鑰信息切換部件將用所述控制信號(hào)標(biāo)識(shí)的密鑰信息，作為所述再生密鑰信息，輸出到所述第二多電平編碼序列生成部件。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)接收裝置還包括平均值檢測(cè)部件，用于計(jì)算每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)電平的平均值，當(dāng)所述計(jì)算出的平均值是在預(yù)定范圍內(nèi)的值時(shí)，生成用于指示輸出所述多電平編碼序列的控制信號(hào)，并且將其輸出到所述第二多電平編碼序列生成部件，其中所述第二多電平編碼序列生成部件僅在接收所述控制信號(hào)時(shí)才生成所述第二多電平編碼序列。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中所述平均值檢測(cè)部件包括積分電路，用于輸出通過(guò)對(duì)每個(gè)預(yù)定時(shí)間的所述多電平信號(hào)的電平進(jìn)行積分而獲得的積分值；平均值計(jì)算部件，用于根據(jù)所述積分值來(lái)計(jì)算所述多電平信號(hào)電平的平均值；以及控制信號(hào)生成部件，當(dāng)所述計(jì)算出的平均值的電平落入預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)才生成所述控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其中竊聽(tīng)者解密已加密文本所需的時(shí)間顯著增加，由此提高了隱藏性。在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置(17105)中，多電平編碼部件(111)切換多個(gè)密鑰信息以生成多電平編碼序列，其中信號(hào)電平的平均值是不同的，然后結(jié)合所生成的多電平編碼序列和信息數(shù)據(jù)，以生成具有對(duì)應(yīng)于兩個(gè)信號(hào)電平結(jié)合的電平的多電平信號(hào)。一種光調(diào)制部件(125)將多電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為預(yù)定調(diào)制方案的已調(diào)制信號(hào)并且將其發(fā)送。在數(shù)據(jù)接收裝置(17205)中，光解調(diào)部件(219)將所接收的已調(diào)制信號(hào)解調(diào)為多電平信號(hào)。一種多電平解碼部件(212)切換多個(gè)密鑰信息以生成多電平編碼序列，其中信號(hào)電平的平均值是不同的，然后基于該生成的多電平編碼序列識(shí)別多電平信號(hào)以再生信息數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04L9/16GK101057436SQ200580038368
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者生島剛, 古澤佐登志, 布施優(yōu) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社