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Secure free-space optical communication using physical cipher signals with ultra-high order modulation

Research Project

Project/Area Number 19K04397
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
Research InstitutionTamagawa University

Principal Investigator

FUTAMI Fumio  玉川大学, 量子情報科学研究所, 教授 (20417695)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 谷澤 健  玉川大学, 量子情報科学研究所, 准教授 (10709489)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsセキュア通信 / 光無線通信 / 物理暗号 / 光無線 / 超多値変調
Outline of Research at the Start

様々な個人情報や秘密情報が通信される今日のネットでは、高い安全性が求められている。ネットを構成する通信方式は、光ファイバ通信や電波無線通信などあり、全ての通信方式でセキュリティが重要になる。通信方式の一つに、電波の代わりに赤外線を空間伝搬させ通信する光無線通信がある。本研究では、この光無線通信の安全性を向上する暗号通信の研究を実施する。

Outline of Final Research Achievements

This study proposed a novel secure optical wireless communication scheme using a physical cipher for highly secure optical wireless communication with low latency and protocol-free operation. High security and low latency were achieved using noise in the physical cipher. In addition, protocol-free communication was achieved by all-optical conversion with free space and optical fibers. Furthermore, we successfully applied this scheme to the updating of secret keys.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、物理現象を用いた物理暗号を利用して光無線通信の安全性を高めるセキュア光無線通信方式を提案し、実証した。本方式は、空間通信の安全性を高められる上に、通信で生じる遅延時間が小さく、様々な変調方式の信号を扱うことができる特長があり、将来的には安全な通信手段としての日常的な利用が期待される。物理暗号を空間通信に応用する研究は、比較的新しい研究領域であり、新領域の研究分野の開拓やその発展に貢献するものと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Y-00 Quantum-Noise Randomized Stream Cipher using Intensity Modulation Signals for Physical Layer Security of Optical Communications2020

    • Author(s)
      Futami Fumio, Tanizawa Ken, and Kato Kentaro
    • Journal Title

      IEEE Journal of Lightwave Technology

      Volume: 38 Issue: 10 Pages: 2774-2781

    • DOI

      10.1109/jlt.2020.2985709

    • Related Report
      2020 Research-status Report 2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 量子技術を用いた暗号通信の最近の進展2019

    • Author(s)
      二見史生
    • Journal Title

      O plus E

      Volume: 42 Pages: 57-63

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Y-00光通信量子暗号トランシーバとその応用 ~暗号鍵の更新~2022

    • Author(s)
      二見史生
    • Organizer
      第20回量子情報ミニワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Key Update using Y-00 Quantum Noise Stream Cipher with 20-bit Intensity Levels in a 1,000-km Optical Fiber Link2021

    • Author(s)
      Fumio Futami, and Ken Tanizawa
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro‐Optics (CLEO 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Y-00光通信量子暗号によるセキュア光データ通信2021

    • Author(s)
      二見史生, 谷澤 健
    • Organizer
      電子情報通信学会 2021年ソサイエティ大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Y-00光通信量子暗号をもちいた高セキュリティ光データ通信2021

    • Author(s)
      二見史生, 谷澤 健
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Y-00光通信量子暗号トランシーバとその応用 ~光空間通信応用と鍵更新~2021

    • Author(s)
      二見史生
    • Organizer
      第19回量子情報ミニワークショップ
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Secure Free-Space Optical Transmission of Y-00 Quantum Stream Cipher with 4096-Level Intensity Modulated Signals2020

    • Author(s)
      Fumio Futami, Ken Tanizawa, Abdelmoula Bekkali, and Hideo Fujita
    • Organizer
      14th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強度変調型Y-00光通信量子暗号を用いたセキュア空間光通信2020

    • Author(s)
      二見史生, 谷澤 健, ベッカリアブデルモウラ, 藤田日出生
    • Organizer
      電子情報通信学会 2020年ソサイエティ大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Y-00光通信量子暗号トランシーバとその応用 ~1,000km伝送と光空間通信~2020

    • Author(s)
      二見史生
    • Organizer
      第18回 量子情報ミニワークショップ
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Y-00 quantum stream cipher for physical layer security of optical communications2019

    • Author(s)
      Fumio Futami, Ken Tanizawa, and Kentaro Kato
    • Organizer
      45th European Conference on Optical Communications (ECOC 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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