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単純な演算要素による任意関数発生回路並びにそれを用いた暗号化方法 新技術説明会

国内特許コード P04A006043
整理番号 測定・分析-38
掲載日 2005年2月16日
出願番号 特願2000-009224
公開番号 特開2001-202017
登録番号 特許第3507882号
出願日 平成12年1月18日(2000.1.18)
公開日 平成13年7月27日(2001.7.27)
登録日 平成16年1月9日(2004.1.9)
発明者
  • 平藤 雅之
出願人
  • 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
  • 平藤 雅之
発明の名称 単純な演算要素による任意関数発生回路並びにそれを用いた暗号化方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】 簡便な装置による複雑な関数及び波形の生成する演算回路を提供する。
【解決手段】 アナログ乗算器、増幅器、周波数逓倍器を用いて一般化ロトカ-ボルテラ方程式に相当する非線形アナログ回路を構成し、高速に演算させる。
従来技術、競合技術の概要


定量的な変化を記述する数理モデルはパラメータの値によって特定の関数を生成する一種の任意関数発生器である。これをアナログ演算回路でシミュレートすると高速なシミュレーションができる。そのため、かつては実際にアナログコンピュータでこの関数をシミュレートしていた。しかし、問題ごとに回路の結線を組み替えるのが煩雑であることと問題が大規模になると回路が巨大になるため、実際にはほとんど使われていない。その後、アナログ演算回路の結線をプログラムによって電気的に変更できるようになったが、複雑な回路の高集積化は困難であるためアナログ演算方式は使われていない。

産業上の利用分野


本発明は、複雑なシステムのシミュレーションの高速化技術、信号の変調及び暗号化秘匿化の技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
単純な演算要素の回路素子を用いて、下記の一般化ロトカーボルテラ方程式(1)式を演算する演算回路であって、[数1](xiはシステムの構成する要素を代表する個体群iの個体数、μijは前記要素間の相互作用定数、rは前記個体群iの成長率で前記各要素に固有の定数値。)複数n個の入力端子及び1個の出力端子を有するn個のモジュール群と、第1のモジュールの出力端子と前記n個のモジュールのそれぞれの第1の入力端子を接続する第1の接続線と、第2のモジュールの出力端子と前記n個のモジュールのそれぞれの第2の入力端子を接続する第2の接続線と、以下同様に順次接続し、最後に第nのモジュールの出力端子と前記n個のモジュールのそれぞれの第nの入力端子を接続する第nの接続線とを備え、前記各モジュールはそれぞれ、そのn個の入力端子とそれぞれ接続するn個の可変抵抗器群と、それらの出力を合算するための前記可変抵抗器の出力端子を接続する出力合算接続線と、増幅器で介したその合算値と当該モジュールの出力値とを乗算する乗算器と、その出力を積分する積分器とを備え、前記相互作用定数μijは前記各モジュール内の可変抵抗器の値に相当させ、前記モジュール群の任意の1個である第1のモジュールを常に1を出力するモジュールとし、第1の接続線を介した各モジュールの第1の入力端子から入力する可変抵抗器の値μijに固定値rを担わせると、前記一般化ロトカーボルテラ方程式は下記の(7)式に変形できる関係を用いて、[数7]前記演算回路は、前記n個のモジュール群の各出力端子では、任意関数が発生するシステムを構成する要素を代表する個体群iの個体数x(i=1,2,…,n)が前記各モジュールの出力信号として出力すると共にそれらの出力を前記n個の入力接続線を経由して前記モジュール群の入力端子群へ送り、各モジュールの入力端子群では相互作用定数μijが設定された前記可変抵抗器を介して、前記出力合算接続線で合算し、その合算値と当該モジュールの出力値とを前記乗算器で乗算し、その値を前記積分回路で積分し、それぞれの出力端子へ出力し、以上の過程を繰り返すことにより前記変形した一般化ロトカーボルテラ方程式の演算を実行することを特徴とする単純な演算要素による任意関数発生回路。

【請求項2】
前記可変抵抗器へのそれぞれの相互作用定数μijの設定は、各モジュール内でプログラマブルに前記可変抵抗器群のそれぞれの値を変更する相互作用定数設定手段を備えて行うか、もしくは、各モジュール内のそれぞれの可変抵抗器群に可変抵抗器としてFET半導体素子回路を備え、それを外部からの制御信号で抵抗値を変更して行うかのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の単純な演算要素による任意関数発生回路。

【請求項3】
請求項1又は2記載の(7)式に変形した一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路であって、それぞれ1個の信号入出力端子を有する複数n個のモジュール群と、それらの入出力端子を接続する1本の信号バス結線とを備え、前記各モジュールは、周波数シンセサイザの出力値と前記入出力端子における前記信号バス結線からの入力値とを乗算する第1の乗算器と、その出力値から交流成分を取り除くローパスフィルタと、その出力値を入力する第2の乗算器と、その出力を積分する積分器と、その積分器の出力値を、前記第2の乗算器に入力、前記ローパスフィルタの出力値と乗算させるための接続回路と、オシレータと、前記積分器の出力値と前記オシレータの出力値を乗算し、入出力端子に接続する第3の乗算器とを少なくとも備え、各モジュールの前記積分器の出力値x(i=1,2,…,n)を任意波形の関数が発生するシステムを構成する要素の値として、その出力値xと角周波数ωの前記オシレータの生成する搬送波信号を第3乗算器で乗算し、その乗算値xsinωtを各モジュールから前記1本の信号バス結線上に出力し、一方、その信号バス結線上から下記の式(8)に示す各モジュールの出力の周波数多重化された加算値eを入力し、[数8]また、前記周波数シンセサイザから出力する設定値は、相互作用係数μijを周波数多重化した下記の(9)式に示す電圧値Wとし、[数9]前記加算値eとを前記第1乗算器に入力してその乗算値を前記ローパスフィルタを通して下記の式(10)直流成分のみとし、[数10]前記第2の乗算器で、前記eWの値と前記積分器の出力xを乗算し、次段の前記積分器で、その乗算値を積分してxの信号を出力し、次段の第3の乗算器で、そのxの信号と前記オシレータで生成する搬送波信号を乗算しxsinωtの信号を出力し、前記入出力端子を介して外部の信号バス結線へ出力し、以上の過程を繰り返すことにより一般化ロトカーボルテラ方程式の演算を実行することを特徴とする単純な演算要素による任意関数発生回路。

【請求項4】
前記周波数シンセサイザによる電圧値Wの設定手段は各モジュール内部にある前記オシレータからの信号を引き出して重み付け加算する増幅回路として外部に備えるか、もしくは、独立した回路としてそれぞれのモジュール内部に備えるかのいずれかであることを特徴とする請求項3記載の単純な演算要素による任意関数発生回路。

【請求項5】
請求項1又は2記載の(7)式に変形した一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路であって、周波数シンセサイザの出力値Wを入力値の1つとして入力する第1の乗算器と、その出力値から第1の周波数成分をカットする第1のローパスフィルタと、その出力値eを入力値の1つとして入力する第2の乗算器と、その出力値から第1の周波数より低い第2の周波数成分をカットする第2のローパスフィルタと、その出力値eを入力値の1つとして入力する加算器と、その出力値eを遅延させると共にその出力値を前記加算器の第2の入力値とする遅延回路と、また、その出力値eの周波数を逓倍すると共にその出力値eを第2の乗算器の第2の入力値とする第1の周波数逓倍器と、さらに、前記出力値eの周波数を逓倍すると共にその出力値eを第1の乗算器の第2の入力値とする第2の周波数逓倍器とを1個のモジュールに備え、前記(7)式の信号x(i=1,2,…,n)を振幅の大きさがxの交流信号xsin(iω)、(i=1,2,…,n,ωは基本角周波数)とし、前記演算回路の加算器の出力値eをxの全信号を加算した下記の(11)式に示す周波数多重化信号となるようにし、[数11]この周波数多重化信号eは基本周波数ωの周期より十分長い時間だけ前記遅延回路で遅延される閉ループ中に常時保存させ、一方、前記第1の周波数逓倍器は信号eの周波数をα倍(n≪α)して信号eを出力させ、前記第2の周波数逓倍器は信号eの周波数をβ倍(α≪β)して信号eを出力させ、前記周波数シンセサイザは相互作用係数μij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)をそれぞれ周波数多重化した信号Wを一度に生成させて出力させ、前記第1の乗算器は、信号eとWの乗算を行わせ、第1のローパスフィルタでβω近傍周波数以上の成分をカットし、信号eを出力させ、前記第2の乗算器は信号eとeの乗算を行わせ、第2のローパスフィルタでαω近傍周波数以上の成分をカットし、下記の(18)式に示す信号eを出力させ、[数18]この生成された信号eは(7)式の右辺の周波数多重化微分値信号(de/dt)に相当し、この信号eは前記加算器において信号eと加算されて、その結果(7)式の積分が実行される演算回路となり、1個の前記モジュールにより任意のnに対して(7)式の演算を行い一般化ロトカーボルテラ方程式を解く演算回路となることを特徴とする単純な演算要素による任意関数発生回路。

【請求項6】
請求項5記載の単純な演算要素による任意関数発生回路を用いる暗号化変調方法であって、その演算回路の前記周波数シンセサイザの出力信号W及び前記周波数多重化信号eの初期値e|t=0のそれぞれの値の違いにより、出力される信号eの時間変化パターンがそれぞれ異なることを利用して、初期値e|t=0を暗号化変調したいコードとし、信号Wを暗号化変調のための鍵コードとし、信号eの時間変化パターン或は時刻Tにおける信号e|t=Tを暗号化変調された信号とすることを特徴とする暗号化方法。

【請求項7】
請求項5記載の単純な演算要素による任意関数発生回路を用いる暗号化変調方法であって、その演算回路の前記周波数シンセサイザの出力信号W及び前記周波数多重化信号eの初期値e|t=0のそれぞれの値の違いにより、出力される信号eの時間変化パターンがそれぞれ異なることを利用して、信号Wを暗号化変調したいコードとし、信号e|t=0を暗号化変調のための鍵コードとし、信号eの時間変化パターン或は時刻Tにおける信号e|t=Tを暗号化変調された信号とすることを特徴とする暗号化方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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09646_32SUM.gif
出願権利状態 登録


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