■anond:20250217032556

フィルタ回路？

＞(4) ノイズ対策

＞フィルタ回路を追加し、雷や外部ノイズによる誤信号の混入を低減。

フィルタ回路とは何ですか？

1. フィルタ回路とは？

フィルタ回路は、不要なノイズ（高周波・低周波の干渉）を除去し、必要な信号だけを通す回路 です。

電信通信においては、雷、誘導ノイズ、地磁気変動などによる不要な電流をカット する役割を果たしました。

2. ノイズの種類と影響

(1) 雷（サージノイズ）

雷の影響で強い電圧変動が発生し、電信線に一瞬大きな電流が流れる。

これがモールス符号の「短点（・）」や「長点（―）」に誤認される 可能性がある。

(2) 他の電信線との干渉（クロストーク）

複数の電信線が並行して走っていると、お互いの信号が干渉することがある。

これにより、「H」を送信したつもりが「I」に誤認されるなどのエラーが発生。

(3) 誘導電流（電磁ノイズ）

近くに高電圧の電線があると、電磁誘導によって不要な電流が発生 し、電信信号が乱れる。

3. フィルタ回路の仕組み

フィルタ回路には**「特定の周波数帯の信号だけを通し、それ以外を遮断する」** という働きがあります。

これにより、ノイズを除去し、純粋な電信信号だけを伝送することが可能になります。

(1) ローパスフィルタ（低域通過フィルタ）

一定以上の周波数をカットし、低周波信号（モールス信号）だけを通す。

これにより、高周波ノイズ（雷や誘導電流）が影響しにくくなる。

(2) ハイパスフィルタ（高域通過フィルタ）

低周波のノイズ（地磁気変動など）をカットし、必要な信号だけを通す。

例えば、低い電圧の誤信号（地磁気の変化による微弱な電流）を防ぐ。

(3) バンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）

モールス信号の周波数帯域（例：300Hz～800Hz）のみを通し、それより高すぎる or 低すぎる信号をカット。

必要な範囲の信号のみ通すため、誤信号の発生率が大幅に減少。

4. 電信での実装方法

フィルタ回路は、次のように電信システムに組み込まれました。

(1) 受信側にフィルタ回路を追加

モールス電信の受信機の前にフィルタを挿入し、ノイズを除去してから信号を受信する。これにより、オペレーターが不要なノイズを聞かずに済む。

(2) グランド（接地）回路の強化

電信線の片側を地面に接続し、雷や外部ノイズを地面に逃がす「避雷回路」 を導入。雷が落ちた際、フィルタを通じてノイズをグラウンドに逃し、受信機が誤動作しないようにした。

(3) ツイストペア線の導入

電信線を「ツイストペア（2本の導線をねじる）」構造にすることで、電磁ノイズの影響を減らす。これにより、隣の電信線からの干渉（クロストーク）が大幅に軽減。

5. 現代への応用

フィルタ回路の技術は、現在の通信技術にも応用されています。

技術 説明

電話回線のノイズフィルタ アナログ電話回線では、低周波のノイズをカットするフィルタが使われる。

インターネットのルーター 高周波信号だけを通すフィルタを搭載し、データ通信の信号品質を向上。

Wi-Fiのバンドフィルタ 必要な周波数（2.4GHz, 5GHz）だけを通すことで、干渉を防ぐ。

なぜねじる？

＞電信線を「ツイストペア（2本の導線をねじる）」構造にすることで、電磁ノイズの影響を減らす。

なんでねじるだけでそのようなことが可能なのですか？

ツイストペア線（Twisted Pair）の仕組みとノイズ低減の原理

電信線を「ツイストペア（2本の導線をねじる）」構造にすることで、電磁ノイズの影響を減らすことができます。

これは、電磁誘導と干渉の原理を利用した技術で、現在のLANケーブルや電話回線にも応用されています。

1. なぜツイストペアはノイズを減らせるのか？

ツイストペア線では、2本の導線をねじることで、外部ノイズの影響を打ち消す効果があります。

(1) 外部ノイズの影響を平均化

例えば、電信線の周囲に**外部ノイズ源（電磁波、雷、他の電線の影響）**があるとします。

2本の導線が平行に配置されている場合、片方の導線だけに強くノイズが影響する可能性がある。

しかし、導線がねじられていると、外部ノイズの影響が導線全体で均等になり、結果として平均化される。

（図示：外部ノイズが発生する例）

平行な電線: 外部ノイズが不均等に影響
  ───────────  ← ノイズ（強い影響）
  ───────────  ← ノイズ（弱い影響）

ツイストペア線: ノイズが交互に影響し、平均化
＼／＼／＼／＼／＼／＼／＼／  ← ノイズ（平均化）
／＼／＼／＼／＼／＼／＼／＼

(2) 電磁誘導の打ち消し

電線に流れる電流は、周囲に**磁場（電磁波）**を発生させる。

ツイストペアでは、隣接する部分で磁場の向きが逆になるため、互いに打ち消し合い、ノイズが発生しにくくなる。

ワンタイムパッドってなに？

＞(2) 乱数表を用いた暗号化

＞乱数表を使ってモールス符号を変換し、意味を隠す方法が開発された（ワンタイムパッド方式の先駆け）。

ここを詳しく教えてください

モールス電信では、盗聴のリスクを防ぐために暗号化技術が発展しました。その中でも、乱数表を利用した暗号化は、後に「ワンタイムパッド（One-Time Pad）」として発展する重要な技術の先駆けでした。

1. 乱数表を用いた暗号化の仕組み

乱数表を使った暗号化は、送信する内容を事前に用意したランダムな数列と組み合わせて変換する方法です。

これは、一度しか使えない乱数を使うことで、解読がほぼ不可能になるという特徴があります。

(1) 暗号化の手順

１．送信するメッセージを用意（例：「HELLO」）

２．事前に用意した乱数表を使う

例えば、「HELLO」に対して「37492」という乱数を割り当てる。

３．乱数とメッセージを加算して符号化

「H（8）+3 = 11」、「E（5）+7 = 12」、「L（12）+4 = 16」……

これを「11 12 16 16 25」として送信。

４．受信者は同じ乱数表を持っており、復号する

「11-3 = 8（H）」、「12-7 = 5（E）」……として元のメッセージを復元。

2. 具体的な暗号化の例

(1) 乱数表の例

文字: A B C D E F G H I J K L M

乱数値: 3 7 4 9 2 5 8 3 6 1 0 4 7

文字: N O P Q R S T U V W X Y Z

乱数値: 2 5 3 9 1 4 7 8 6 2 3 5 0

(2) 送信するメッセージ

HELLO

(3) 乱数を適用して変換

H（8）+ 3 = 11

E（5）+ 7 = 12

L（12）+ 4 = 16

L（12）+ 4 = 16

O（15）+ 5 = 20

送信される暗号文は：

11 12 16 16 20

3. 乱数表方式のメリット

(1) 非常に強力な暗号化

事前に用意された 完全にランダムな数列 を使うため、乱数表を持っていない第三者が解読することは不可能。

暗号文のパターンが存在しないため、頻度分析による解読ができない。

(2) 一度しか使えない（ワンタイムパッド）

同じ乱数表を繰り返し使用すると解読されるリスクが高まるため、使い捨てにするのが基本。

「ワンタイムパッド（One-Time Pad）」の基礎になった技術。

(3) 盗聴対策

たとえモールス符号が傍受されても、受信者が持つ乱数表なしでは意味を解読できない。

4. 乱数表方式のデメリット

(1) 事前に乱数表を共有する必要がある

送信者と受信者が 同じ乱数表を持っていないと通信できない。乱数表を安全に配布する必要があり、これ自体が盗まれるリスクがある。

(2) 一度しか使えない

同じ乱数表を何度も使うとパターンが発生し、解読される可能性がある。通信ごとに新しい乱数表を準備する必要がある。

5. 歴史的な応用

(1) 軍事通信（19世紀末～20世紀）

軍隊では、電信の盗聴を防ぐために乱数表暗号を採用。特に第一次世界大戦、第二次世界大戦では、機密電報の暗号化に利用された。

(2) ワンタイムパッド（One-Time Pad）の確立

乱数表暗号のアイデアは、後に「ワンタイムパッド暗号」として正式に確立。これは理論上、絶対に解読不可能な暗号方式であり、現在でも**超機密通信（政府・軍・外交通信）**に使われている。

6. 現代への影響

乱数表を用いた暗号化は、以下の技術に発展しました：

技術 説明

ワンタイムパッド（One-Time Pad） 完全に安全な暗号方式（数学的に解読不可能）

暗号鍵の生成技術 コンピュータでの乱数生成に応用

現代のエンドツーエンド暗号通信 メッセージごとに新しい暗号キーを使う発想

この仕組みについて、さらに詳しく知りたい部分（例えば乱数表の作り方、実際の軍事暗号の事例、現代の暗号技術との関係）があれば、ぜひ質問してください！

どの乱数表つかうの？

乱数表を事前に共有するのは分かったのですが、送信者がどの乱数表を使ったのか分からないので受信者もどの乱数表を使えばいいのか分からなくないですか？

乱数表を事前に共有している場合、送信者と受信者はどの乱数表を使うのか？

乱数表を使った暗号通信では、送信者と受信者が同じ乱数表を選んで使う必要があります。

これを実現するために、以下の方法が考案されました。

1. 乱数表の管理方法

送信者と受信者がどの乱数表を使うかを決める方法には、次のような方法があります。

(1) 事前に順番を決めておく

「乱数表リスト」**を事前に作成し、「1番目の乱数表 → 2番目の乱数表 → 3番目の乱数表」という順番で使用する。

送信者も受信者も、現在の通信で 何番目の乱数表を使うのかを把握しておけば、同じものを使える。

1. 乱数表A（2024/02/17用）

2. 乱数表B（2024/02/18用）

3. 乱数表C（2024/02/19用）

2月17日に送信する場合 → 乱数表A を使用。

2月18日に送信する場合 → 乱数表B を使用。

送信者と受信者が 同じスケジュールに従って進めば、どの乱数表を使うべきか分かる。

(2) メッセージの中に乱数表の識別番号を埋め込む

暗号文の先頭や末尾に、乱数表の識別番号を入れておく。

受信者は識別番号を見て、対応する乱数表を使って復号する。

例（識別番号方式）

暗号文：「12-48-93-55-02 (ID: 23)」

送信者が乱数表「ID: 23」を使った場合、受信者は 「乱数表23」を選んで復号する。

(3) ワンタイムパッドの冊子を使用

事前に物理的な冊子を作成し、ページ番号を基準に使用。

例えば、通信のたびに1ページずつ破棄しながら進むことで、送信者と受信者が同期できる。

1ページ目：乱数表A（1回目の通信）

2ページ目：乱数表B（2回目の通信）

3ページ目：乱数表C（3回目の通信）

使用したページは破棄することで、再利用を防ぐ（安全性が向上）。

(4) 日時を基準にする

例えば「2024年2月17日」のメッセージには、事前に決めた「2024/02/17用の乱数表」を使用。

受信者も同じルールで進めば、乱数表が自動的に同期する。

2月17日 → 乱数表 A

2月18日 → 乱数表 B

2月19日 → 乱数表 C

送信者と受信者がカレンダーを共有していれば、追加の情報なしで同期が可能。

(5) 数字放送（ナンバーズステーション）の活用

スパイや軍事通信では、「数字放送」と呼ばれる短波ラジオ放送を利用し、乱数表の識別情報を事前に送る方式が使われた」。

ラジオで**「本日のキーは56」と送れば、受信者は「乱数表56」を使用する**ことができる。

2. 乱数表の管理の安全性

一度使用した乱数表は必ず破棄し、再利用しない（ワンタイムパッド方式）。

乱数表が盗まれると危険なので、軍事やスパイ通信では 使用後に物理的に燃やす（焼却処分） こともあった。

3. まとめ

✅ 送信者と受信者が同じ乱数表を選ぶ方法

事前に順番を決めておく（1回目の通信→乱数表A、2回目→乱数表B）

メッセージ内に乱数表の識別番号を含める（例：「ID: 23」を記載）

ワンタイムパッドの冊子を作り、ページ番号順に使う

日付ごとに対応する乱数表を使う（例：2024/02/17 → 乱数表A）

ナンバーズステーションのような方法で、事前に識別情報を伝える

識別認証コードってなに？

＞3. 通信の改ざん対策

＞(1) 送信者の識別

＞各電報には、**送信元の情報（識別コード）**を付加し、なりすましを防ぐ仕組みが取られた。例：軍の電信では、送信者の認証コードを含めることで、偽のメッセージを排除。

これはどういうことですか？

通信の改ざん対策：(1) 送信者の識別

電信通信では、悪意のある第三者が偽のメッセージを送信し、受信者を騙すリスクがありました。

これを防ぐために、**送信者が本物であることを証明する仕組み（識別コード・認証コード）**が導入されました。

1. なぜ送信者の識別が必要なのか？

(1) なりすまし攻撃のリスク

敵国やスパイが偽の軍事命令を送る可能性があった。例えば、**「本日午後3時に攻撃を開始せよ」**という偽の命令を送れば、相手を混乱させることができる。

(2) 本物の送信者を識別する必要性

送信者が「本物」であることを確認しないと、受信者はメッセージが信頼できるかどうか判断できない。そのため、送信者の識別情報（認証コード）を追加し、受信者が確認できる仕組みが作られた。

2. 送信者識別の方法

送信者の識別には、いくつかの手法が用いられました。

(1) 固有の識別コードを付与

送信者ごとに 「ユニークな識別コード」 を設定し、電報の最後に付加。受信者は識別コードをチェックし、本物の送信者であることを確認。

📌 例（軍事電信の識別コード）

ATTACK AT DAWN. [CODE: XJ-472]

「XJ-472」が正しい識別コードなら、本物のメッセージと判断。

偽の電信を送る者は、正しい識別コードを知らないため、識別される。

(2) 送信者の署名（シグネチャー）

送信者ごとに 決められた特定の「符号（モールス符号のパターン）」を入れる ことで、なりすましを防ぐ。

これは現代の「電子署名」のような仕組み。

MESSAGE: MEET AT POINT B

SIGNATURE: -.. .- ... .... (DASH)

送信者の