DE1257843B - Einrichtung zur Erzeugung von Schluesselimpulsfolgen - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H03k
H04k;G09c
Deutsche Kl.: 21 al -36/20
Deutsche Kl.: 21 al -36/20
Nummer: 1257 843
Aktenzeichen: G 36650 VIII a/21 al
Anmeldetag: 17. Dezember 1962
Auslegetag: 4. Januar 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von langperiodigen, reproduzierbaren
Schlüsselimpulsfolgen mit einer binären Zählkette, mindestens einem Schieberegister, Torschaltungen
und einer Anzahl Koinzidenzdetektoren. Derartige Schaltungen bilden Bestandteile von Schlüsselimpulsgeneratoren.
Schlüsselimpulsgeneratoren finden Verwendung bei der Verschlüsselung von Nachrichten,
insbesondere von Nachrichten, die in Form von Impulsen übertragen werden.
Bei der Verschlüsselung solcher Nachrichten werden die einzelnen Impulse (oder Impulskombinationen)
zunächst beim Sender mit einer mögliehst regellosen Folge entsprechender Impulse (oder Impulskombinationen),
den sogenannten Schlüsselimpulsen (bzw. Schlüsselimpulskombinationen) gemischt und
in Form der durch die Mischung erhaltenen neuen Impulse übertragen. Empfangsseitig erfolgt die Wiederherstellung
der ursprünglichen Nachricht mit Hilfe einer zweiten identischen Folge von Schlüsselimpulsen.
Diese Schlüsselimpulsfolgen müssen beim Sender und Empfänger in identischer Form erzeugt werden.
Zu diesem Zweck dienen die bei Sender und Empfänger befindlichen identischen Schlüsselimpulsgeneratoren.
Die Schlüsselimpulsfolgen (Schlüsselimpulsprogramm) und damit auch der Schlüsselimpulsgenerator
selbst müssen bestimmten Forderungen genügen, damit eine Entzifferung der Nachricht durch Unbefugte
auf dem Übermittlungsweg mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Zunächst einmal muß die Periodenlänge der Schlüsselimpulsfolge, d. h. also die Zeitdauer,
innerhalb derer sich die Schlüsselimpulsfolge nicht wiederholt, genügend groß sein, damit ein Abspielen
der gesamten Schlüsselimpulsfolge auch mit schnellsten elektronischen Mitteln nicht in nützlicher
Frist möglich ist. Weiterhin soll die Verteilung der Impulse innerhalb der Schlüsselimpulsfolge soweit als
irgend möglich zufallsmäßig (statistisch) sein. Die Schlüsselimpulsfolge muß ferner nach derart kornplexen
Regeln zustande kommen, daß aus deren Kenntnis nicht auf den Zustand der einzelnen Schaltungsglieder
der Schlüsselimpulsgeneratoren rückgeschlossen werden kann. Darüber hinaus müssen die
Schlüsselimpulsfolgen reproduzierbar sein, d. h., für einen bestimmten Anfangszustand eines Schlüsselimpulsgenerators
soll eine ganz bestimmte eindeutige Impulsfolge entstehen.
Systeme zur Herstellung solcher Schlüsselimpulsfolgen sind an sich bekannt, beschränken sich jedoch
zumeist nur auf die Herstellung sehr langer Periodenlängen, während die bei der Bildung der Schlüssel-
Einrichtung zur Erzeugung von
Schlüsselimpulsfolgen
Schlüsselimpulsfolgen
Anmelder:
Gretag Aktiengesellschaft, Regensdorf (Schweiz)
Vertreter:
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg
und Dipl.-Ing. O. Stapf, Patentanwälte,
8000 München 2, Hilblestr. 20
und Dipl.-Ing. O. Stapf, Patentanwälte,
8000 München 2, Hilblestr. 20
Als Erfinder benannt:
Kurt Ehrat, Zürich (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 10. Januar 1962 (246)
Impulsfolgen angewandten Gesetze zu wenig komplex sind, als daß ein Entschlüsseln der Nachrichten durch
einen mit modernsten Mitteln ausgerüsteten Unbefugten auch bei Unkenntnis einer vollständigen
Schlüsselimpulsperiode mit Sicherheit ausgeschlossen werden könnte.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein System zu schaffen, welches bei relativ geringem Aufwand langperiodige,
reproduzierbare Schlüsselimpulsfolgen liefert, deren Bildungsgesetze derart komplex sind, und
welches derart viele, voneinander unabhängige Parameter aufweist, daß ein unbefugtes Entschlüsseln
auch bei Empfang einer noch so langen Nachricht verunmöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Einrichtung der eingangs genannten
Art die Koinzidenzdetektoren so mit den anderen Gliedern der Schaltung verbunden sind, daß bei
Koinzidenz der Schaltzustände von zwei beliebig ausgewählten Gliedern der Zählkette und des Schieberegisters
am Ausgang des Koinzidenzdetektors ein Schaltimpuls abgegeben wird, und daß verschieden
große Gruppen von Koinzidenzdetektoren durch die Torschaltungen so zusammengefaßt sind, daß an den
Ausgängen der Torschaltungen jeweils bei gleichzeitiger Abgabe von Schaltimpulsen durch sämtliche zu
der betreffenden Gruppe gehörigen Koinzidenzdetektoren ebenfalls ein Schaltimpuls erscheint, und daß
weiter die Ausgänge der Torschaltungen mit einzelnen
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Gliedern der Zählkette über »Und«-Tore verbunden impulse TI gesteuert werden, welche von einem nicht
sind und unter Zwischenschaltung von Mischern auf dargestellten Taktgeber erzeugt werden und welche
die Eingänge einzelner Glieder des Schieberegisters über den Ubertragungskanal übertragen werden. Die
derart einwirken, daß die Mischer dann den Informa- Schlüsselimpulsgeneratoren bestehen im wesentlichen
tionsinhalt je eines Gliedes der Zählkette mit der 5 aus je einer Zählwerkschaltung ZWS und einer
Information je eines Gliedes des Schieberegisters mi- Misch- und RechenschaltungMRS. Vorteilhafterweise
sehen und'■ das Gemisch an das nächste· Glied des wird dabei eine eingangs erwähnte negativzählwerk-Schieberegisters
-weitergeben, wenn der Schaltzustand artige Zählkette verwendet, da bei dieser die Bedineines
Zählkettengliedes mit dem Schaltzustand' des gung erfüllt ist, daß »0« und »1« Impulse mit nahezu
Ausganges der eöfsf rechenden Torschaltung über- io gleicher Häufigkeit schon über kurze Perioden aufeinstimmt,
treten. Eine einfache Art von Misch- und Rechen-Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung schaltung sowie deren Zusammenwirken mit der
werden als Mischer vorteilhaft sogenannte Modulo-2- Zählwerkschaltung soll nun an Hand von F i g. 2
Addierstufen verwendet. An Stelle solcher Modulo-2 beschrieben werden.
Addierstufen können aber auch die aus der logischen 15 Die Zählwerkschaltung ZWS besteht aus den
Technik bekannten »Und«- und »Oder«-Tore benutzt η Zählkettengliedern Z1, Z2, Z3 ... Zn. Jedes Zählwerden,
wobei manofyöiteilhafterweise jeweils gleich kettenglied besitzt einen Ausgang E^ E2, Es . ..En,
viel »Und«- wie »Oder«-Tore einsetzt. In beiden welche als Eingänge für die Misch-und Rechenschal-Fällen,
also sowohl bei der Verwendung von Mo- rung MRS dienen. Jeder dieser Eingänge E1, E2 ...En
dulo-2-Addierstufen als auch bei Verwendung glei- 20 kann die Zustände »0« oder »1« annehmen. Vorteilcher
Stückzahlen von »Und«- und »Oder«-Tpren, : hafterweise werden binäre Zählwerkschaltungen verbleibt
die durchschnittliche Häufigkeit des Auftretens wendet, welche die negativzählwerkartige Wirkungsvon
»0« und »!«.angenähertunverändert. Verwendet weise aufweisen. Bei einer solchen als Zählkette ausman
zudem eine negativzählwerkartige Zählkette, bei gebildeten Zählwerkschaltung wechselt von Zählwelcher
die Ausgänge einer binären Zählkette mittels 35 schritt zu Zählschritt der Schaltzustand praktisch
Mischschaltungen ; so .vzusammengeschaltet werden, aller Glieder der Zählkette. Weiterhin kehrt die Zähldaß
von Zählschritt zu Zählschritt der Schaltzustand kette erst nach Durchlaufen aller möglichen Stellungsim
Mittel der Hälfte aller Glieder der Zählkette kombinationen in ihren Ausgangszustand zurück,
wechselt und die Zählkette erst nach Durchlaufen Der Zählvorgang wird durch die Taktimpulse TI
aller möglichen Stellungskombinationen . in ihrem 30 gesteuert, beispielsweise so, daß jeder Taktimpuls
Ausgangszustand zurückkehrt, und bei welcher folg- einen Zählschritt auslöst. Die Ausgänge E1, E2, E3
lieh die Häufigkeit des, Auftretens von »0« und »1« bis En der Zählwerkschaltung werden in der Mischnahezu
gleich groß ist, so wird diese Häufigkeitsver- und Rechenschaltung MRS auf die Eingangstorschalteilung
durch die Mischer im Durchschnitt nicht ver- tungen TE1, TE2, TE3 bis TEn geführt. Die zweiten
ändert. '35 Eingänge dieser Torschaltungen werden aus einem
Die Erfindung- soH'nun an Hand der Figuren erläu- . Schaltverteiler SF zugeführt. Die Ausgänge der Tortert
werden. Es zeigt ... - schaltungen sind zu Mischern MS1, MS2, MSS bis MSn
Fig. 1 das Blockschema einer Nachrichtenüber- geführt. Diese Mischer sind beispielsweise Modulo-2-tragungsanlage
mit automatischer Verschlüsselung Addierstufen, welche gemäß Fig. 7 ausgeführt sein
und Entschlüsselung, .40 können. Die Mischer sind in eine Schieberegisterkette
F i g. 2 eine einfache Ausführungsform zur Erläu-τ ,;. mit den Schieberegistergliedern SR1, SR2, SR3 bis SRn
terung der erfindungsgemäßen Misch- und Rechen- eingeschaltet, und zwar im wesentlichen so, daß sich
schaltung und jeweils zwischen zwei Schieberegistergliedern ein Mi-
F i g. 3 das Grundschema der erfindungsgemäßen scher befindet. Durch die Taktimpulse TI, welche als
Misch- und Rechenschaltung; 45 Schiebeimpulse wirken, wird die Information der
F i g. 4 zeigt eine' reduzierte Schaltung analog . Schieberegisterglieder im Sinne des Pfeiles 21 (dar-F
i g. 3 zur Erläuterung des Schaltungsablaufs; stellungsgemäß nach rechts) verschoben, und zwar pro
Fig. 5 zeigt eine erweiterte Ausführungsform der Taktimpuls jeweils von einem Schieberegisterglied in
erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig. 3; das zunächst rechts danebenliegende. Die gescho-
F i g. 6 und 7 zeigen zwei Schaltungsdetails, und 50 bene Information wird dabei während der Schiebung
zwar Fig. 6 einen Koinzidenzdetektor und Fig. 7 im MischerMS1, MS2 ...bzw. MSn mit der am Auseine
Modulo-2-Addierstufe. gang des Tores TE1, TE2... bzw. TEn befindlichen
In Fig. 1 gelangen die vom Sender 11 ausgesand- Information gemischt, und die Mischung gelangt auf
ten Klarnachrichtenimpulse ZIP (Klar-Impuls-Pro- das jeweils benachbarte rechte Schieberegisterglied,
gramm) in die Modulo-2-Addierstufe 12, wo sie mit 55 Am rechten Ende, also am Ausgang der Schiebeder
Schlüsselimpulsfolge SIP des SchlüsseHmpuls- registerkette, ist die Untersetzungsschaltung U angegenerators
SG1 gemischt werden und das Gemisch, schaltet. Diese besteht beispielsweise aus einer nordas
chiffrierte Impulsprogramm CIP, zum Empfänger malen Flip-Flop-Untersetzerstufe, wobei die Inforübermittelt
wird, wo' es in der Modulo-2-Addierstufe mation von deren Ausgang 22 in der Modulo-2-Admit
der Schlüsselimpulsfolge SIP des Schlüssel- 60 dierstufe MU mit der Information des Ausgangs der
impulsgenerators SG2" gemischt wird, worauf das wie- Schieberegisterkette gemischt wird und über die Leidergewonnene
Klarimpulsprogramm KIP dem Nach- rung 23 auf den Eingang der Schieberegisterkette zurichtenempfanger
14 angeführt wird. Da die Schlüs- rückgeführt wird. Gleichzeitig wird das Jjnpulsproselimpulsfolge
eine-\ stets, wechselnde Folge von gramm der Leitung 23 hinausgeführt als Schlüssel-Schlüsselimpulsen
darstellt, ist ein Gleichlauf (Syn- 65 impulsprogramm SIP.
chronisieruhg) der sendeseitigen und empfangsseiti- Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 2
gen SchlüsseHmpulsgeneratoren SG1 bzw. SG2 erfor- ist wie folgt. Wegen der Anwendung des Binärsystems
derlich. Dieser Gleichlauf kann z. B. durch Takt- können die Schaltzustände der einzelnen Glieder der
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Zählkette sowie der einzelnen Schieberegisterglieder schiedene Schaltzustände, so tritt am Ausgang AD
nur entweder »0« oder »1« sein. Diese Schaltzustände Schaltzustand »0« auf. Die Koinzidenz der Schaltkönnen im Rhythmus der Taktimpulse TI verändert zustände der beiden Eingänge wird also durch eine
werden, welche einerseits die Zählung in der Zähl- Eins am Ausgang AD markiert,
kette von Zählschritt zu Zählschritt vorschieben und 5 In F i g. 3 ist jeweils der Schaltzustand eines; andererseits das Schieben der Schaltzustände in der Schieberegistergliedes mit demjenigen eines Zählket-Schieberegisterkette, d. h. also das Verschieben des tengliedes verglichen, und die Koinzidenzanzeige Schaltzustandes eines Schieberegistergliedes auf das wird den Torschaltungen TD1 bis TDn zugeführt, zunächst rechts davon liegende Schieberegisterglied Eine Ausnahme bildet nur der Koinzidenzdetektor für einen Taktimpuls besorgen. Mit Hilfe der Mischer io KDn, welcher hier Koinzidenzen zwischen dem MS1, MS2, MS3 bis MSn können die Schaltzustände Schaltzustand des Schieberegistergliedes SR2 mit dem der Zählkettenglieder über die Tore TE1, TE2 bis Schieberegisterglied SRn feststellt. Die Torschaltung TjEn mit denjenigen der Schieberegisterglieder ge- TD1 wird durchlässig, wenn an ihrem Eingang Schaltmischt werden. Eine Mischung erfolgt jeweils dann, zustand »1« auftritt, d. h. also, wenn der Koinzidenzwenn die ersten Eingänge der Eingangstore TE1, TE2 15 detektor KD1 am Ausgang eine Eins abgibt, was der bis TEn geöffnet sind, d. h. jeweils dann, wenn diese Fall ist, wenn das Schieberegisterglied SR1 und Zählersten Eingänge in den Schaltzustand»!« gebracht kettengliedZ1 gleichen Schaltzustand (Koinzidenz) sind. Die Steuerung dieser ersten Eingänge geschieht aufweisen. Die Torschaltung TD2 ist geöffnet, wenn durch den Schaltverteiler SV, welcher seinerseits gleichzeitig KD1 und KD2 auf Koinzidenz steht, d. h. durch irgendwelche Schaltkriterien angesteuert wird, 20 also, daß gleichzeitig Z1 und SR1 einerseits sowie Z2 welche durch die Pfeile 24 angedeutet sind. Die und SR2 andererseits in Koinzidenz sein müssen. Schaltung kann beispielsweise so wirken, daß zeit- Analog müssen bei der Torschaltung TD3 gleichzeiweise sämtliche Eingangstore TE1, TE2 bis TEn tig drei Koinzidenzen, bei der Torschaltung TD1 gleichzeitig geöffnet sind, so daß also in diesem Zeit- gleichzeitig vier Koinzidenzen und bei der Torschalmoment die Schaltzustände sämtlicher Zählketten- 25 tung TDn gleichzeitig fünf Koinzidenzen erfüllt sein, glieder gleichzeitig mit denjenigen der Schieberegister- um deren Ausgänge in Schaltzustand »1« zu versetglieder gemischt werden, oder daß nur einzelne Ein- zen. Die Ausgänge 31 bis 35 der Torschaltung TD1 gangstore geöffnet sind, so daß auch nur einzelne bis TDn wirken als erste Eingänge der Eingangstor-Schaltzustände von Zählkettengliedern mit Schalt- schaltungen TE1, TE2 bis TEn. In der in F i g. 3 darzuständen der Schieberegisterglieder gemischt werden. 30 gestellten Ausführungsform hat die Koinzidenzdetek-
kette von Zählschritt zu Zählschritt vorschieben und 5 In F i g. 3 ist jeweils der Schaltzustand eines; andererseits das Schieben der Schaltzustände in der Schieberegistergliedes mit demjenigen eines Zählket-Schieberegisterkette, d. h. also das Verschieben des tengliedes verglichen, und die Koinzidenzanzeige Schaltzustandes eines Schieberegistergliedes auf das wird den Torschaltungen TD1 bis TDn zugeführt, zunächst rechts davon liegende Schieberegisterglied Eine Ausnahme bildet nur der Koinzidenzdetektor für einen Taktimpuls besorgen. Mit Hilfe der Mischer io KDn, welcher hier Koinzidenzen zwischen dem MS1, MS2, MS3 bis MSn können die Schaltzustände Schaltzustand des Schieberegistergliedes SR2 mit dem der Zählkettenglieder über die Tore TE1, TE2 bis Schieberegisterglied SRn feststellt. Die Torschaltung TjEn mit denjenigen der Schieberegisterglieder ge- TD1 wird durchlässig, wenn an ihrem Eingang Schaltmischt werden. Eine Mischung erfolgt jeweils dann, zustand »1« auftritt, d. h. also, wenn der Koinzidenzwenn die ersten Eingänge der Eingangstore TE1, TE2 15 detektor KD1 am Ausgang eine Eins abgibt, was der bis TEn geöffnet sind, d. h. jeweils dann, wenn diese Fall ist, wenn das Schieberegisterglied SR1 und Zählersten Eingänge in den Schaltzustand»!« gebracht kettengliedZ1 gleichen Schaltzustand (Koinzidenz) sind. Die Steuerung dieser ersten Eingänge geschieht aufweisen. Die Torschaltung TD2 ist geöffnet, wenn durch den Schaltverteiler SV, welcher seinerseits gleichzeitig KD1 und KD2 auf Koinzidenz steht, d. h. durch irgendwelche Schaltkriterien angesteuert wird, 20 also, daß gleichzeitig Z1 und SR1 einerseits sowie Z2 welche durch die Pfeile 24 angedeutet sind. Die und SR2 andererseits in Koinzidenz sein müssen. Schaltung kann beispielsweise so wirken, daß zeit- Analog müssen bei der Torschaltung TD3 gleichzeiweise sämtliche Eingangstore TE1, TE2 bis TEn tig drei Koinzidenzen, bei der Torschaltung TD1 gleichzeitig geöffnet sind, so daß also in diesem Zeit- gleichzeitig vier Koinzidenzen und bei der Torschalmoment die Schaltzustände sämtlicher Zählketten- 25 tung TDn gleichzeitig fünf Koinzidenzen erfüllt sein, glieder gleichzeitig mit denjenigen der Schieberegister- um deren Ausgänge in Schaltzustand »1« zu versetglieder gemischt werden, oder daß nur einzelne Ein- zen. Die Ausgänge 31 bis 35 der Torschaltung TD1 gangstore geöffnet sind, so daß auch nur einzelne bis TDn wirken als erste Eingänge der Eingangstor-Schaltzustände von Zählkettengliedern mit Schalt- schaltungen TE1, TE2 bis TEn. In der in F i g. 3 darzuständen der Schieberegisterglieder gemischt werden. 30 gestellten Ausführungsform hat die Koinzidenzdetek-
Die Untersetzerstufe U besitzt ebenfalls zwei mög- torschaltung die Wirkung, daß der Zustand des Zählliche
Schaltzustände »0« oder »1« und wechselt ihren kettengliedes Z1 jeweils dann über das Tor TE1 und
Schaltzustand jeweils dann, wenn auf den Eingang den MischerMS1 in das Glieds^ der Schiebe-25
der Schaltzustand »1« eintrifft. Es findet in dieser registerkette eingemischt wird, wenn Z1 und SR1 in
Untersetzerstufe eine laufende Aufsummierung ohne 35 Koinzidenz sind, daß ferner jeweils dann der Schaltübertrag
statt. Der Ausgang 22 der Untersetzer- zustand des Zählkettengliedes Z2 in die Schiebestufe
U wird in der Modulo-2-Addierstufe MU mit registerkette eingemischt wird (über TE2, MS2), wenn
dem jeweiligen Schaltzustand des Ausgangs rechts gleichzeitig Z1 und SR1 sowie Z2 und SR2 koinzident
der Schieberegisterkette gemischt, wodurch auf der sind, daß ferner jeweils dann der Schaltzustand des
Leitung 23 eine von diesem Ausgang völlig abwei- 40 Zählkettengliedes Z3 in die Schieberegisterkette über
chende Impulsfolge entsteht, welche einerseits als TE3, MS3 eingemischt wird, wenn gleichzeitig Z1 und
Schlüsselimpulsfolge SIP abgegeben wird und ande- SR1 sowie Z2 und SR2 sowie Z3 und SR3 koinzident
rerseits über den Mischer MS1 dem ersten Schiebe- sind usw. Es sind also Gruppen von Koinzidenzdetekregisterglied
SR1 zugeführt wird. Die Untersetzer- toren von verschiedener Gruppengröße (eins, zwei,
stufe U zusammen mit der Modulo-2-Addierstufe 45 drei Detektoren usw.) zusammengefaßt, wobei über die
MU bewirkt einerseits eine zusätzliche Komplizie- Torschaltungen TD1 bis TDn jeweils dann ein Schaltrung
der Schlüsselimpulsfolge und verhindert ande- Vorgang, d. h. das Einmischen eines Schaltzustandes
rerseits, daß aus der Schlüsselimpulsfolge auf die eines Zählkettengliedes in die Schieberegisterkette
Schaltzustände der einzelnen Schieberegisterglieder ausgelöst wird, wenn sämtliche Koinzidenzdetektoren
geschlossen werden könnte. 50 der betreffenden Gruppe gleichzeitig Koinzidenz auf-
Die Schaltung von Fig. 3 ist ähnlich aufgebaut weisen. Da die Gruppen der Koinzidenzdetektoren
wie diejenige der Fig. 2 und stellt das Grund- verschiedene Größen aufweisen (ein, zwei, drei, vier
schema der erfindungsgemäßen Misch- und Rechen- usw. Koinzidenzdetektoren), ist die Häufigkeit dieser
schaltung dar. Zusätzlich zu Fig. 2 ist hier jedoch so ausgelösten Schaltvorgänge auch verschieden. Beieine
Koinzidenzdetektorschaltung KDS vorgesehen. 55 spielsweise wäre bei völlig zufallsmäßiger Verteilung
Diese Schaltung besteht einerseits aus den Koinzi- der Schaltzustände in den Gliedern der Zählkette
denzdetektoren KD1, KD2, KD3 bis KDn und ande- sowie in den Gliedern des Schieberegisters die durchrerseits
aus den Torschaftungen TD1, TD2, TD3 bis schnittliche Häufigkeit der Koinzidenz zwischen Z1
TDn. Die Schaltung eines einzelnen Koinzidenzdetek- und SR1 gleich V2 (50 0Io). Ebenso natürlich die
tors ist beispielsweise in F i g. 6 angegeben, und die 60 durchschnittliche Häufigkeit der Koinzidenz zwischen
Wirkungsweise eines solchen Koinzidenzdetektors ist Z2 und SR2 oder zwischen Z3 und SRS; die durchwie
folgt: schnittliche Häufigkeit der gleichzeitigen Koinzidenz
Haben die beiden Eingänge ED1 und ED2 (Ein- zwischen Z1 und SR1 einerseits und Z2 und SR2
gangspfeile) den gleichen Schaltzustand, d. h. also anderseits beträgt jedoch 1: 22, und die durchschnitt-
beide Eingänge Schaltzustand »1« oder beide Ein- 65 liehe Häufigkeit der gleichzeitigen Koinzidenz zwi-
gänge Schaltzustand »0«, so tritt am Ausgang AD sehen Z1, SR1 sowie Z2 mit SR2 und Z3 mit SR3 be-
des Koinzidenzdetektors Schaltzustand »1« auf. Ha- trägt 1: 2S usw. Die gleichzeitige Koinzidenz einer
ben die beiden Eingänge ED1 und ED2 jedoch ver- Gruppe mit drei Koinzidenzdetektoren ist viermal
weniger häufig als diejenige mit nur einem Koinzidenzdetektor. Die Sehaltvorgänge, welche durch die
Ausgänge der Tore TD1, TD2 bis TDn (Linien 31, 32,
33, 34, 35) ausgelöst werden, haben somit durchschnittlich sehr verschiedene Häufigkeit. Die Koinzidenzdetektorschaltung
ist eine Rüekkopplungsschaltung, welche die Komplexität der Schlüsselimpulsfolge
ganz wesentlich erhöht. Über die Zuleitung SO zum Schaltverteiler können gleichzeitig sämtliche
Sehaltzustände der Zählkettenglieder in die Schieberegisterkette eingemischt werden.
Es ist leicht ersichtlich, daß die so gewonnene Schlüsselimpulsfolge SIP nach sehr komplexen Regeln
entstanden ist und daß ferner durch die Verwendung einer negativzählwerkartigen Kette zusammen
mit Modulo-2-Addierstufen eine gleich große Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Sehaltzustände
»0« oder »1« und damit eine sehr gut angenähert zufallsmäßige Impuls verteilung (»0« oder »1«)
erzielt wird. Schließlich kann durch diese Schaltung sowie durch Verwendung einer genügend großen
Gliederzahl der Zählkette eine sehr lange Ablaufperiode der SchlüsseUmpulsfolge erzielt werden.
Die Schaltung von Fig. 4 hat ähnlichen Aufbau und Wirkungsweise wie diejenige von Fig. 3. An
Hand von F i g. 4 soll als Beispiel der Schaltungsablauf über mehrere Taktimpulse sowie die Erzeugung
einer Schlüsselimpulsfolge gezeigt werden. Der Einfachheit halber ist hier die Zahl der Zählkettenglieder
sowie der Schieberegisterglieder auf vier beschränkt (was für die praktische Anwendung zu
wenig wäre), Der Schaltungsablauf läßt sich nach den Regeln der lpgischen Schaltungen leicht ermitteln
und ist in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | TI | 11 | 1213 1415 | 0 | X | 0 | 16 | 1718 | X | |
O | 1 | O | 1 | Q | 1 | O | 1 | O | 10 | 0 | ' r-l | 0 | X | X | X | 0 | X | |
Zx | O | 1 | 1 | O | O | 1 | 1 | O | O | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | X |
O | 1 | 1 | O | 1 | O | O | 1 | O | 1 | 1 | 0 | 0 | X | 0 | X | 0 | X | |
ζ | O | 1 | 1 | O | 1 | O | 1 | O | X | T-I" | 0 | 1 | X | 1 | 0 | X | 0 | X |
zl | O | O | O | O | O | 1 | 1 | O | 1 | 0 | 0 | X | X | X | X | 0 | 0 | 0 |
SR1 | O | O | O | O | O | O | 1 | 1 | O | 1 | 1 | 0 | 0 | τ—Ι | X | 0 | Q | 0 |
SR2 | O | O | O | O | O | 1 | O | 1 | 1 | 1 | Q | 0 | r-l | 0 | 0 | X | 0 | 0 |
SR3 | O | O | O | 1 | O | 1 | 1 | Q | r-l | 0 | 0 | 0 | 0 | X | r-l | X | X | X |
a | 1 | O | 1 | O | X | X | O | O | O | 1 | 1 | 1 | 0 | X | X | 0 | T-) | Q |
KD1 | r-t | O | O | X | r-l | O | 1 | Q | 1 | 1 | 1 | r-l | 0 | 0 | 0 | X | X | 0 |
KD2 | 1 | O | O | 1 | O | O | 1 | 1 | O | X | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | X | X | 0 |
KD, | 1 | O | O | O | O | O | O | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | X | X | X | 0 | X |
KDi | 1 | O | 1 | O | r-l | r-l | O | O | O | 0 | 1 | X | Q | X | X | 0 | X | 0 |
TD1 | 1 | O | O | O | 1 | O | O | O | O | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | T-I | 0 |
TD2 | 1 | O | O | O | O | O | O | O | O | 1 | 0 | r-l | 0 | 0 | 0 | 0 | X | 0 |
TD^ | 1 | O | O | O | O | O | O | O | O | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | X | 0 |
TD\ | O | O | O | O | O | O | O | O | O | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
TE1 | O | O | O | O | O | O | O | O | O | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
TE2 | O | O | O | O | 1 | O | O | O | O | 0 | 1 | 0 | 0 | X | 0 | 0 | 0 | X |
TEl | O | O | r-l | O | 1 | O | O | O | O | 1 | 0 | r-l | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
TE\ | O | O | O | 1 | 1 | O | 1 | 1 | O | 0 | 1 | 1 | X | 0 | 0 | X | 0 | 0 |
U | O | Q | O | O | 1 | r-l | O | r-l | 1 | 1 | 1 | r-l | 0 | T-I | ||||
SIP | 0 | |||||||||||||||||
In dieser Tabelle sind die Schaltzustände an den Ausgängen der einzelnen Schaltglieder mit »0« oder
»1« markiert. Die Taktimpulse TI, welche die Veränderung der Sehaltzustände herbeiführen, sind in der
obersten Zeile schematisiert angegeben und von 1 bis 18 (zeitliche Reihenfolge) numeriert. Die Zählkettenglieder
Z1 bis Z4, die Schieberegistergneaer SR1 bis
SRA sowie die Untersetzerstufe U sind speichernde
Schaltglieder, wogegen die Koinzidenzdetektoren KD1 bis .KD4, die Tore TE1 bis TE4 und die Tore
TD1 bis TD4 nicht speichernd sind. Zu Beginn des in
der Aufstellung als Beispiel aufgezeichneten Schaltungsablaufes stehen die Ausgänge der Zählkettenglieder
Z1 bis Z4, der Schieberegisterglieder 5A1 bis
SR4^ und der Untersetzerstufe U alle auf »0«, wot
ίο durch auch die Sehaltzustände der Ausgänge der
übrigen Schaltungsglieder nach den Regeln der Logik festgelegt sind, nämlich die Ausgänge der Koinzidenzdetektoren
KD1 bis KD^ auf »1«, die Ausgänge
der Tore TD1 bis TD 4 auf »1« und die Ausgänge der
Tore TjB1 bis TIs4 auf »0«, wodurch sich in der
Schlüsselimpulsfolge SIP eine »0« ergibt. Alle diese
Anfangszustände sind in der ersten Kolonne der Tabelle ersichtlich. Durch den ersten Taktimpuls
wird einmal die Zählkette nach ihren eigenen Zählregeln
geschaltet, alle Zählkettenglieder von »0« auf »1« und die Informationen im Schieberegister geschoben
usw. Normalerweise wird jedoch für die Zwecke der Verschlüsselung nicht nur mit Schaltzuständen
»0«, sondern mit beliebigen Kombinationen von Schaltzuständen begonnen werden.
Die Bildung eines Schlüsselimpulses (SIP) soll nun beispielsweise an Hand der F i g. 4 und der obigen
Tabelle verfolgt werden. Der Ausgangsschaltzustand der Schaltung entspreche derjenigen nach dem
achten Taktimpuls (Kolonne zwischen dem achten und neunten Taktimpuls der Aufstellung).
Hierbei ist also beispielsweise der Ausgang von Z1 auf »0«, Z2 auf »0«, Z3 auf »0« und Z4 auf »1«;
der Ausgang von SR1 auf »1«, SR2 auf »0«, SR3 auf
»1« und SR4 auf »1«. Hieraus ergibt sich als Ausgang von KD1 eine »Q« (weil zwischen Z1 und SR1
keine Koinzidenz besteht), als Ausgang von XD2 eine
»1« (weil zwischen Z2 und SR2 Koinzidenz besteht)
usw. Die Ausgänge von TD1 bis TDi sowie von TEx
bis TE1 ergeben sich alle zu »0«, und wenn der Ausgang
von U gleich »0« ist, ergibt sieh in der Schlüsselimpulsf
olge SIP ein Zustand »1« (Mischung der Zustände von U und SR1 in MU).
Durch den folgenden Taktimpuls (neunter Γ7) wird Z1 von »0« auf »1«, Z2 von »0« auf »1«, Z3 von »0« auf »1« und Z4 von »1« auf »0« umgeschaltet (Kolonne zwischen neunten und zehnten Taktimpuls der Tabelle). Der Schaltzustand von SR1 wird unverändert (da TE2 gleich »0«) nach SR2 geschoben,
Durch den folgenden Taktimpuls (neunter Γ7) wird Z1 von »0« auf »1«, Z2 von »0« auf »1«, Z3 von »0« auf »1« und Z4 von »1« auf »0« umgeschaltet (Kolonne zwischen neunten und zehnten Taktimpuls der Tabelle). Der Schaltzustand von SR1 wird unverändert (da TE2 gleich »0«) nach SR2 geschoben,
ebenso der Schaltzustand von SR2 nach SR3 (da TjE3
gleich »0«). Der Schaltzustand von SR4 (gleich »1«)
wird in MU (gleich »0«) gemischt mit dem Zustand von U und TE1 (gleich »0«) als »1« in SR1 geschoben
usw. Der Untersetzer U wechselt den Schaltzustand beim neunten Taktimpuls TI, da vorher der Ausgang
von SR1 »1« und somit das Tor TU durchlässig war.
Dadurch wird der Ausgang von U gleich »1«, und da der Ausgang von SR± wiederum »1« ist, wird der
Ausgang von MU gleich »0«, d. h., im Schlüsselimpulsprogramm
SIP entsteht eine »0«.
In der gleichen Weise wird das weitere Sehlüsselimpulsprogramm gebildet.
Für das richtige Funktionieren der Schaltung sind noch einige nicht eingezeichnete Verzögerungsschaltungen
erforderlich.
Das Schaltungsbeispiel der F i g. 5 ist wiederum ähnlich aufgebaut wie dasjenige von Fig. 3, weist
jedoch einige Änderungen und Zusätze auf. So ist die
Torschaltung mit den Toren TD1, TD2, TD3 bis TDn
der Koinzidenzdetektorschaltung in F i g. 3 ersetzt durch die Torschaltung mit den Toren TK1, TK2,
TK3, TKA usw. Die Wirkungsweise dieser Torschaltung
ist jedoch die gleiche wie diejenige der Fig. 3.
So gibt beispielsweise das Tor TK1 einen Ausgangsimpuls
(»1«), wenn der Koinzidenzdetektor KD10 allein auf Koinzidenz steht. Das Tor TK2 gibt
einen Ausgangsimpuls, wenn zwei Koinzidenzdetektoren gleichzeitig (XD9 und KD10) Koinzidenz aufweisen;
TK3 gibt einen Ausgangsimpuls, wenn drei Koinzidenzdetektoren KD8, KD9 und KD10 Koinzidenz
aufweisen usw. Die Ausgänge der Tore der Koinzidenzschaltung gelangen über Odertore TO1,
TO2, ΤΟΆ usw. auf die Eingangstore (als erste Eingänge)
TE1, TE2, TE3 usw., wo sie wiederum die
Schaltvorgänge, nämlich das Einmischen der Schaltzustände der Zählkettenglieder in die Schieberegister
steuern. Die meisten der gezeichneten Koinzidenzdetektoren stellten Koinzidenz zwischen je einem
Zählkettenglied und einem Schieberegisterglied fest. Der Koinzidenzdetektor KD1 dagegen stellt die
Koinzidenz zwischen zwei Zählkettengliedern, nämlich Z1 und Z4 fest, wogegen die Koinzidenzdetektoren
.KD10 und KDn Koinzidenz zwischen je zwei
Schieberegistergliedern feststellen. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß F i g. 3 sind in der F i g. 5
anstatt nur einer drei in sich abgeschlossene Schieberegisterketten vorgesehen. Die oberste Schieberegisterkette
weist die Schieberegisterglieder SR1, SR11,
SR7, SR10 auf und schließt sich über die Schaltung
mit dem Untersetzer U1 und dem Mischer MCZ1 über
MS1. Die mittlere Schieberegisterkette mit den Schieberegistergliedern SR2, SR5, SR8, SR11 schließt
sich über die Schaltung mit der Untersetzerstufe U2
und dem Mischer MiZ2. Die dritte Schieberegisterkette
mit den Schieberegistergliedern SR3, SR6, SRd und
SR12 schließt sich über die Schaltung mit der Untersetzerstufe
U3 und dem Mischer MfZ3. Die Schlüsselimpulsfolge
wird wiederum an den Ausgängen der Mischer MU1, MU2, MU3 abgenommen (Ausgang
SIP). Es sind also hier gleichzeitig drei Parallelausgänge von Schlüsselimpulsfolgen erhältlich.
Das Schaltungsbeispiel in F i g. 5 enthält außerdem eine Vertauscherschaltung VS mit Vertauschertoren
TV1, TV2, TV3, TV^, TV5 und TV6 sowie einem
Untersetzer U1. Der Untersetzer U4, welcher beispielsweise
eine Flip-Flop-Schaltung ist, hat zwei Ausgänge, wovon jeweils der eine auf »0« und der
andere auf »1« steht. Durch jeden Eingangsimpuls auf dem Untersetzer CZ4 werden die Schaltzustände
der beiden Ausgänge vertauscht. Steht beispielsweise der rechte Ausgang des Untersetzers CZ4 auf »1«, so
sind die Vertauschertore TV1, TV3, TV5 leitend, und
das Schieberegisterglied SR1 gibt seine Information
beim Schieben weiter an SR1, SR2 an SR5 und SR3 an
SR6. Ist dagegen der linke Ausgang des Untersetzers
U1 auf »1«, so sind die Vertauschertore TV2, TV1,
TV6 leitend, und der Schaltzustand von SR1 geht an
SR5, derjenige von SR2 an SR6 und derjenige von SR3
an SRA. Durch den Wechsel des Schaltzustandes im
Untersetzer U1 wird somit eine Vertauschung des Informationsflusses in den drei Schieberegisterketten
erreicht. Die Steuerung des Untersetzers CZ4 erfolgt durch einen Impuls am Ausgang des Tores TK5 der
Koinzidenzdetektorschaltung, d. h. also jeweils dann, wenn gleichzeitig KD10, KD9, KD8, KD7 und KD6
auf Koinzidenz stehen. Eine weitere zusätzliche Schaltung gegenüber der Ausführungsform von
F i g. 3 ist die Schaltung des Binärzählwerkes BZ am Ausgang der drei Schieberegisterketten. Das Binärzählwerk
BZ besteht hier aus den drei Binärzählstufen ZS1, ZB2, ZB3, weist also eine Zählperiode
von 23 = 8 auf. Die Zählschritte erfolgen im Rhythmus der Taktimpulse TI. Die Wirkungsweise dieses
Binärzählwerkes ist wie folgt:
Wenn die maximale Zahl (Binär 111) erreicht
wird, wird das Ausgangstor TB1 leitend (im Moment,
wo ein Taktimpuls TI auftritt), und über die Leitung SO sowie die Odertore TO1, TO2, TO3 usw. werden
die Schaltvorgänge ausgelöst, nämlich z. B., daß über die Eingangstore TjE1, TE2 usw. die Schaltzustände
der Zählkettenglieder in die Schieberegisterkette eingemischt werden, daß ferner über den Untersetzer Ui
die Vertauscherschaltung VS getauscht wird. Der Ausgangsimpuls des Ausgangstores TB1 bewirkt aber
gleichzeitig über die Leitung 64 sowie die Eingangstore TB1, TB2 und TB3, daß die Schaltzustände der
Ausgänge der Schieberegisterketten (Ausgang von SR10, SR11 und SR12) über die Leitungen 61, 62 und
63 in die einzelnen Zählkettenglieder ZS1, ZS2 und
ZS3 eingeprägt werden. Diese eingeprägte Binärzahl
ist nun eine Anfangsstellung, von wo aus das Binärzählwerk BZ durch Wirkung der Taktimpulse TI
weitergezählt wird, bis das Binärzählwerk wiederum die maximale Zahl (Binär 111) erreicht und der schon
beschriebene Vorgang sich wiederholt. Auch diese Schaltung trägt ganz wesentlich zur Vergrößerung
der Komplexität des Schaltungsablaufs, d. h. der Komplexität der Schlüsselimpulsfolge bei.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die in den Beispielen angegebene Anzahl
von Schaltelementen. Es könnten beispielsweise auch statt nur einer Vertauscherschaltung deren mehrere
vorgesehen sein, ebenso könnten statt nur drei Schieberegisterketten fünf oder eine beliebige Anzahl
vorgesehen sein usw.
Claims (10)
1. Einrichtung zur Erzeugung von langperiodigen, reproduzierbaren Schlüsselimpulsfolgen mit
einer binären Zählkette, mindestens einem Schieberegister, Torschaltungen und einer Anzahl
Koinzidenzdetektoren, dadurch gekennzeichnet,
daß die Koinzidenzdetektoren (KD1. .. KDn) so mit den anderen Gliedern der
Schaltung verbunden sind, daß bei Koinzidenz der Schaltzustände von zwei beliebig ausgewählten
Gliedern (Z1... Zn) der Zählkette (ZWS) und des
Schieberegisters (SR1 ... SRn) am Ausgang des
Koinzidenzdetektors ein Schaltimpuls abgegeben wird, und daß verschieden große Gruppen von
Koinzidenzdetektoren durch die Torschaltungen (TD1... TDn) so zusammengefaßt sind, daß an
den Ausgängen der Torschaltungen jeweils bei gleichzeitiger Abgabe von Schaltimpulsen durch
sämtliche zu der betreffenden Gruppe gehörigen Koinzidenzdetektoren ebenfalls ein Schaltimpuls
erscheint, und daß weiter die Ausgänge der Torschaltungen mit einzelnen Gliedern der Zählkette
über »Und«-Tore (TE1. .. TEn) verbunden sind
und unter Zwischenschaltung von Mischern (MS1... MSn) auf die Eingänge einzelner Glieder
des Schieberegisters derart einwirken, daß die Mischer dann den Informationsinhalt je eines
Gliedes der Zählkette mit der Information je
709 717/555
eines Gliedes des Schieberegisters mischen und das Gemisch an das nächste Glied des Schieberegisters
weitergeben, wenn der Schaltzustand eines Zählkettengliedes mit dem Schaltzustand
des Ausganges der entsprechenden Torschaltung übereinstimmt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischer (MS1... MSn)
Modulo-2-Addierstufen verwendet werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο
kennzeichnet, daß die Mischer (MS1... MSn) aus
»Und«- und »Oder«-Schaltungen aufgebaut sind, wobei für jeden Mischer die Anzahl der »Und«-
und »Oder«-Schaltungen angenähert gleich groß ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Stelle des
Schieberegisters (SR1. . . SRn) mindestens eine
binäre Untersetzerstufe (ü) angekoppelt ist, deren Ausgang bzw. Ausgänge mit mindestens einem
Mischer (MU) verbunden wird, wodurch der Informationsinhalt der binären Untersetzerstufe mit
dem Informationsinhalt mindestens eines Schieberegistergliedes gemischt und das Gemisch mindestens
einem weiteren Schieberegisterglied zügeführt wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein Binärzählwerk (BZ), in
welches in Intervallen der Informationsinhalt mindestens einer Anzahl der Schieberegisterglieder
(SR10, SR11, SR12) eingeprägt wird, worauf
das Binärzählwerk im Takt (27) der Zählschritte bis zur Maximalzahl abläuft, einen Schaltvorgang
auslöst und anschließend den in diesem Augenblick in diesem Schieberegisterglied befindlichen
Informationsinhalt als neue Binärzahl ins Binärzählwerk einprägt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegisterglieder
(SR1... SR12) zu mehreren in sich geschlossenen
Schieberegisterketten zusammengeschaltet sind (Fig. 5).
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Schaltvorgang
(Taktimpuls TI) mindestens ein Informationszustand eines Zählkettengliedes (Z1... Zn) mit dem
Informationszustand mindestens eines Schieberegistergliedes (SR1 ... SRn) gemischt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Schaltvorgang
(Taktimpuls TI) die Schaltzustände aller Zählkettenglieder (Z1... Zn) in die Schieberegisterkette
eingemischt werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Vertauscherschaltung
(VS), durch welche der Informationsfluß der Schieberegister (SR1,.. SR12) an mindestens
einer Stelle vertauscht wird (Fig. 5).
10. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Mischer (MU) aus dem
Informationsinhalt des Untersetzers (U) und des Schieberegistergliedes (SRn) gebildete Gemisch
das Schlüsselimpulsprogramm (SIP) abgibt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1095 312.
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1095 312.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
709 717/555 12.67 © Bundesdruckerei Berlin
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