DE1076733B - Anordnung zur Sicherstellung des Synchronlaufs der Schluessel-zeichengeneratoren aufder Sende- und Empfangsseite bei der Geheimuebertragung von kodierten Nachrichtensignalen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sicherstellung des Synchronlaufs der Schlüsselzeichengeneratoren auf der Sende- und Empfangsseite bei der Geheimübertragung von Nachrichtensignalen, die in Form von mehrstelligen binären Zeichen kodiert und durch binäre Addition von aus dem Schlüsselzeichengenerator gelieferten Schlüsselzeichen zeichenelementweise verschlüsselt bzw. entschlüsselt werden. Es sind Verfahren bekannt, um pulscodemodulierte Nachrichtensignale oder Fernschreibzeichen durch modulo-2-Addition eines Schlüsselzeichens zu verschlüsseln. Das Schlüsselzeichen kann dabei von einem beispielsweise als Lochstreifen, Magnetband od. dgl. ausgebildeten Speicher oder von einem Schlüsselzeichengenerator geliefert werden, der die Folge der Schlüsselzeichen identisch auf der Sendewie auf der Empfangsseite herstellt.

Für die Geheimübertragung pulscodemodulierter Sprachsignale, die z. B. mit einer Zeichenfrequenz von 8000 Zeichen pro Sekunde anfallen, kommen nur sehr schnell arbeitende, also insbesondere elektronische Speicher und/oder Schlüsselzeichengeneratoren in Frage. Bei der Geheimübertragung kann der Synchronlauf zwischen dem sendeseitigen und dem empfangsseitigen Schlüsselzeichengenerator leicht verlorengehen, und es ist deshalb notwendig, von Zeit zu Zeit den empfangsseitigen Schlüsselzeichengenerator mit dem sendeseitigen wieder in Synchronlauf zu bringen.

Verwendet man zu diesem Zweck die in der Impulstechnik üblichen, außerhalb der Nachrichtensignale liegenden Synchronisiersignale, so ist damit nicht nur ein Verlust an in der Zeiteinheit übertragbarem Nachrichteninhalt verbunden, sondern die Geheimhaltung wird dadurch auch in gewissem Maße gefährdet, da aus den periodisch übertragenen Synchronisiersignalen bereits gewisse Rückschlüsse auf das Schlüsselverfahren und den Schlüssel gezogen werden können.

Für die Ver- und Entschlüsselung von Fernschreibnachrichten sind auch schon Mischgeräte bekannt, die bei Ausbleiben von einigen Zeichen an der Empfangsseite den Schlüsselzeichengenerator dadurch für eine Weile in Takt halten, daß dieser mit einem empfängerseitig vorgesehenen, selbstschwingenden Stopimpulsgenerator synchronisiert wird, der seinerseits von den eintreffenden Stopimpulsen in Takt gehalten wird, aber auch bei Ausbleiben der empfangenen Stopimpulse weiter arbeitet. Dieses Verfahren erfordert eine sehr konstante Übermittlungsgeschwindigkeit der Fernschreibzeichen, ist also· für handgetastete Übermittlung nicht brauchbar. Bei seiner sinngemäßen Anwendung auf die Übermittlung von pulscodemodulierten Sprachsignalen, die eine Zeichen-

Anordnung zur Sicherstellung

des Synchronlaufs der Schlüssel-

zeichengeneratoren auf der Sende-

und Empfangsseite bei der

Geheimübertragung von kodierten

Nachrichtensignalen

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dipl.-Ing. Harald Groer, Backnang,
ist als Erfinder genannt worden

frequenz von z. B. 8000 Zeichen pro Sekunde erfordert, würde die Gleichlaufkonstanz nicht ausreichen, um die bei der drahtlosen Übermittlung öfters auftretenden Schwundzeiten, die länger als z. B. Vioo Sekunde sind, zu überbrücken. Es ist daher erwünscht, eine Anordnung zur Sicherstellung des Synchrpnlaufs der beiden Schlüsselzeichengeneratoren zu haben, welche die periodische Einblendung von besonderen Schlüsseleinstellsignalen in den Nachrichtenfluß vermeidet und dennnoch die sende- und empfangsseitigen Schlüsselzeichengeneratoren bei Außertrittfallen wieder in den Synchronlauf bringt.

Gemäß der Erfindung ist sende- und empfangsseitig an die Übertragungsleitung und an den jeweiligen S'chlüsselzeichengenerator je eine Vorrichtung angeschlossen, die auf eine mit bestimmter Wahrscheinlichkeit von Zeit zu Zeit in der verschlüsselten Zeichenfolge auftretende Folge von Binärziffern bzw. Zeichenelementen anspricht und bei Eintreffen dieser Folge an den Schlüsselzeichengenerator ein Signal zur Rückstellung auf eine verabredete Anfangsstellung

+5 abgibt.

Als Beispiel sei ein Sprachsignal betrachtet, das mit acht Amplitudenstufen zeitquantisiert sei und durch eine Pulscodemodulationsanordnung in eine Folge von dreistelligen Binärzahlen bz;w. Zeichen umgesetzt wird. Diese mögen mit einer Zeichenfrequenz von 8000 Zeichen, pro Sekunde auftreten und in einer Verschlüsselungsanordnung zeichenelementweise mit einer binären Schlüsselzeichenfolge zur Erzeugung des verschlüsselten Zeichens addiert

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werden. In der verschlüsselten Zeichenfolge treten dann bestimmte Binärziffern- bzw. Zeichenelementekombinationen, kurz Elementefolgen, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auf, die um so kleiner ist, je größer die Anzahl der Binärziffern bzw. Zeichenelemente in der festgelegten Folge ist. So besteht z. B. für das Auftreten einer Folge von acht aufeinanderfolgenden Nullen (Zeichenelementen »kein Strom«)

eine Wahrscheinlichkeit von^ = —~. Das bedeutet, daß

bei der im Beispiel gewählten Zahl von drei Binärziffern pro Charakter, also von drei Zeichenelementen pro Zeichen, dann im Mittel nach jeweils 85,33 Charakteren (Zeichen) diese Folge von acht Nullen in der verschlüsselten Zeichenfolge auftreten wird. Sieht man also eine Einrichtung vor, die auf das Vorhandensein von acht aufeinanderfolgenden Nullen in der verschlüsselten Zeichenfolge anspricht und den Schlüsselzeichengenerator dann auf eine verabredete Anfangsstellung zurückschaltet, so wird der Synchronlauf zwischen dem sende- und empfangsseitigen Schlüsselzeichengenerator im Mittel nach jedem 85ten Charakter (Zeichen) wiederhergestellt.

Zu einem anderen Zwecke sind ähnliche Maßnahmen für Fernschreibverbindungen zur Übermittlung verschlüsselter Nachrichten bereits bekannt. Dort ist das Problem gestellt, zu vermeiden, daß durch die Verschlüsselung zufällig eine Zeichenkombination erzeugt wird, welche an der empfangenden Fernschreibmaschine eine besondere Funktion, nämlich z. B. die Auslösung des Namengebers zur Folge hätte. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß bereits in der sendenden Fernschreibmaschine die betreffende Zeichenkombination abgefragt wird und ihre Aussendung verhindert wird. An ihrer Stelle wird durch besondere Schaltmaßnahmen jedesmal, wenn die betreffende Zeichenkombination zufällig im verschlüsselten Text auftritt, eine andere durch die Schaltung definierte Zeichenkombination ausgesendet, welche an der empfangenden Fernschreibmaschine wieder umcodiert wird, so daß sie ihren ursprünglichen Sinn wieder erhält. Doch wird also die betreffende, zufällig auftretende Zeichenkombination gar nicht zur empfangenden Fernschreibmaschine übertragen, sondern löst lediglich Funktionen auf der Sendeseite selbst aus, und zwar solche Funktionen, die ihre Aussendung verhindern, während bei der Erfindung eine solche Zeichenkombination an der Sende- und der Empfangsstation die gleiche Wirkung, nämlich die Einstellung der Schlüsselzeichengeneratoren auf gleiche Ausgangspositionen, hervorruft.

Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel für eine solche, auf das Auftreten bestimmter Binärziffernfolgen ansprechenden Einrichtung besteht in einem Schieberegister in Kombination mit einer Koinzidenzschaltung. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung unter Verwendung eines solchen Schieberegisters mit Koinzidenzschaltung dargestellt. Mit 1 ist eine Nachrichtenquelle bezeichnet, welche z. B. pulscodemodulierte Sprachsignale in Form von Binärzifferngruppen, also Binärzahlen oder Fernschreibzeichen, abgibt und einer Additionsschaltung 2 zuführt, in welcher die aus einem Schlüsselzeichengenerator oder Schlüsselspeicher3 gelieferten Schlüsselzeichen modulo 2 zu den verschlüsselten Zeichen hinzuaddiert werden. Wählt man, wie oben beispielsweise für Sprachsignale erwähnt, dreistellige Binärzahlen für jeden Charakter, also Zeichen im Dreierkode, womit acht verschiedene Amplitudenstufen dargestellt werden können, so bedeutet das, daß in der Additionsschaltung 2 zu jeder Binärziffer des Nachrichten signals eine entsprechende Binärziffer des Schlüssels hinzuaddiert wird, derart, daß 1 + 1=0, 0+1 = 1, 1+0=1 und 0+0=0 ergibt, wobei Überträge fallen gelassen werden. Anders ausgedrückt heißt das, die verschlüsselten Zeichen bzw. die zu verschlüsselnden Zeichen werden zeichenelementweise mit den Schlüsselzeichen nach den Regeln der Vorzeichenmultiplikation gemischt.

ίο Die so verschlüsselte Zeichenfolge wird über ein Schieberegister 4 und die Übertragungsleitung 5 der Empfangsseite zugeführt. Die einzelnen Stellen (im vorliegenden Beispiel sind es acht) des Schieberegisters sind mit je einer entsprechenden Stelle einer Koinzidenzschaltung 6 verbunden. Die Koinzidenzschaltung ist so ausgebildet, daß sie beim Auftreten einer bestimmten und willkürlich wählbaren Ziffernbzw. Elementefolge, beispielsweise bei acht aufeinanderfolgenden binären Nullen, in dem Augenblick,

ao in dem diese Elementefolge das Schieberegister gerade ausfüllt, einen Impuls über die Steuerleitung 7 zum Schlüsselzeichengenerator 3 sendet, der diesen veranlaßt, auf eine verabredete Ausgangsstellung zu springen, so daß der Schlüsselzeichengenerator von dieser Stellung aus in definierter Folge von neuem seine Schlüsselzeichen zu erzeugen beginnt.

Auch an der Empfangsseite sind die gleichen Teile wie bei der oben beschriebenen Sendeseite vorgesehen. Die über die Übertragungsleitung 5 eintreffende verschlüsselte Zeichenfolge wird zunächst einem Schieberegister 8 zugeführt, welches in gleicher Weise wie das Schieberegister 4 mit einer Koinzidenzschaltung9 verbunden ist. Sobald die festgelegte Elementefolge, also die achtstellige Ziffernkombination von z. B. acht binären Nullen in das Schieberegister 4 eingelaufen ist, steht diese im Schieberegister 8 und bewirkt über die Koinzidenzschaltung 9 die Aussendung eines Steuerimpulses über die SteuerleitunglOzum Schlüsselzeichengenerator 11 der Empfangsseite. Die aus dem Schieberegister 8 ausgangssei tig mit einer Verzögerung von acht Elementen herauskommenden, noch verschlüsselten Zeichen werden einer Additionsschaltung 12 zugeführt, die in gleicher Weise aufgebaut ist wie die Additionsschaltung 2. Hier wird wieder modulo 2 das Schlüsselzeichen zu dem noch verschlüsselten Zeichen hinzuaddiert, wodurch der ursprüngliche Klartext wiederhergestellt wird, der der Empfangsapparatur 13 zugeführt wird. Erzeugen die Schlüsselzeichengeneratoren 3 und 11 von einer gegebenen Anfangsstellung aus identische Schlüsselzeichenfolgen, so kommt in der Empfangsapparatur 13 also wieder das gleiche kodierte Nachrichtensignal heraus, welches in der sendenden Nachrichtenquelle 1 erzeugt wurde, und zwar mit einer Zeitverzögerung von 2,8 Elementen. Jeweils beim zufälligen Auftreten von acht aufeinanderfolgenden Nullen in der Folge von verschlüsselten Zeichen wird zunächst der Schlüsselzeichengenerator 3 auf eine vorgegebene Anfangslage zurückgestellt und daran anschließend wird bei Eintreffen derselben Elementefolge von z. B. acht Nullen auch der Schlüsselzeichengenerator 11 auf der Empfangsseite zurückgestellt.

Das Ansprechen der Koinzidenzschaltung trifft nun nicht immer mit dem Ende eines Charakters (Zeichens) zusammen, sondern kann auch innerhalb eines Charakters vorkommen, der je aus drei Elementen besteht. In gewissen Fällen, nämlich wenn die Schlüsselzeichengeneratoren nicht in einer Zeit zurückgestellt werden können, die durch die Lücke zwischen zwei Elementen gegeben ist, könnte die Schwierigkeit auf-

treten, daß der letzte, in die Rückstellzeit fallende Charakter empfangsseitig falsch entschlüsselt wird. Um dies zu verhindern, kann man in der Koinzidenzschaltung eine Einrichtung treffen, welche die Aussendung des Schlüsselrückstellimpulses über die S teuer leitung 7 bzw. 10 so lange verzögert, bis ein Synchronisiersignal im Nachrichtenfluß auftritt. Derartige Synchronisiersignale müssen in vielen Fällen in periodischen Abständen sowieso in den Nachrichtenfluß eingeschoben werden, um die Zuordnung von Anfang und Ende eines Charakters (Zeichens) zu der im übrigen regel- und lückenlosen Folge von Elementen sicherzustellen. Bei Fernschreibzeichen sind derartige Synchronisiersignale bereits in Form der bekannten Start- und Stopimpulse im Nachrichtenfluß vorhanden. Durch die vorbeschriebene Maßnahme wird sichergestellt, daß die Schlüsselrückstellung immer nur in den kleinen, während der Übermittlung der Synchronisiersignale auftretenden Pausen im Nachrichtenfluß durchgeführt wird, so daß bei der Schlüsselrückstellung kein einziger Charakter durch falsche Entschlüsselung verlorengehen kann.

Je nach Art der zu übermittelnden Nachrichtensignale (Sprache, Fernschreibzeichen oder sonstige Signale) und je nach der Störanfälligkeit der Übertragungsleitung wird man die mittlere Schlüsselrückstellperiode größer oder kleiner wählen. Dies geschieht — wie leicht zu erkennen ist — einfach dadurch, daß man die Stellenzahl der Schieberegister 4 und 9 und der entsprechenden Koinzidenzschaltungen 6 und 8 größer oder kleiner macht. Bei dem gewählten Beispiel eines achtstelligen Schieberegisters geschieht die Rückstellung im Mittel — wie bereits erwähnt — nach jedem 256sten Element, bei z. B. zehnstelligen Schieberegistern im Mittel erst nach jedem 1024sten Element.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Schieberegister 4 und 8 nicht wie beim Beispiel der Fig. 1 in Reihe in die Übertragungsleitung eingeschaltet, sondern sie liegen parallel dazu. Dadurch wird erreicht, daß beide Schieberegister bis auf die durch die Übertragungsleitung selbst bedingte kurze Verzögerung völlig synchron laufen, während sie bei dem Beispiel nach Fig. 1 um so viele Elemente gegeneinander verzögert arbeiten, als das Schieberegister Stellen hat. Das hat den Vorteil, daß am Ende der Nachricht nicht noch eine Anzahl von Leerzeichen am Sender gegeben werden muß, um die in den Schieberegistern 4 und 8 enthaltenen Nachrichtenelemente noch in den Empfänger zu schieben.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß dieser Abwandlung, bei dem entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Der Ausgang der Additionsschaltung 2 ist hier unmittelbar mit der Übertragungsleitung 5 und parallel dazu mit dem Eingang des Schieberegisters 4 verbunden. Ebenso ist der Eingang der Additionsschaltung 12 unmittelbar mit dem empfangsseitigen Ende der Übertragungsleitung 5 und parallel dazu mit dem Eingang des Schieberegisters 8 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die gleiche, wie an Hand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bereits beschrieben, nur mit dem Unterschied, daß eine Verzögerung der Nachricht durch die Schieberegister 4 und 8 nicht mehr auftritt und die Schieberegister vollkommen synchron laufen.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Sicherstellung des Synchronlaufs der Schlüsselzeichengeneratoren auf der

³S Sende- und Empfangsseite bei der Geheimübertragung von Nachrichtensignalen, die in Form von mehrstelligen binären Zeichen kodiert und durch binäre Addition von aus dem Schlüsselzeichengenerator gelieferten Schlüsselzeichen zeichenelementweise verschlüsselt und entschlüsselt werden, dadurch gekennzeichnet, daß sende- und empfangsseitig an die Übertragungsleitung (5) und an den jeweiligen Schlüsselzeichengenerator je eine Vorrichtung (4, 6 bzw. 8, 9) angeschlossen ist, die auf eine mit bestimmter Wahrscheinlichkeit von Zeit zu Zeit in der verschlüsselten Zeichenfolge auftretende festgelegte Folge von Binärziffern bzw. Zeichenelementen (z.B. 000000OO) anspricht und bei Eintreffen dieser Elementefolge an den Schlüsselzeichengenerator (3 bzw. 11) ein Signal zur Rückstellung auf eine verabredete Anfangsstellung abgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch ein Schieberegister (4 bzw. 8), in welches die verschlüsselte Zeichenfolge hineingeschoben wird, und eine Koinzidenzschaltung (6 bzw. 9) gebildet ist, die bei Auftreten der festgelegten Elementefolge im Schieberegister das Rückstellsignal abgibt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (4 bzw. 8) sowohl auf der Sendeseite als auf der Empfangsseite im Zuge der Übertragungsleitung (5) liegt (Fig· 1)·

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister sowohl auf der Sendeseite als auf der Empfangsseite als Abzweigung zur Übertragungsleitung (5) geschaltet

ist (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 879 120, 905 496,
306, 960900;

Zeitschrift »SEG-Nachrichten«, 1956, Heft4, S. 185 bis 188;

F. S chi weck: »Fernschreibtechnik«, Leipzig,
1942, S. 36.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen