DE1537949A1 - Schaltungsanordnung zur Chiffrierung und Dechiffrierung impulsfoermig uebertragener Nachrichten - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Matthinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 23. Jan. 1968 ker-se

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y-. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket PR 967 50I

Schaltungsanordnung zur Chiffrierung und Dechiffrierung impulsförmig übertragener Nachrichten

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Chiffrierung und Dechiffrierung impulsförmig übertragener Nachrichten, bei welcher sendeseitig die zu übertragende Klartextimpulsfolge durch Modulo-2-Addition mit einer Schlüsse!impulsfolge zu einer chiffrierten Impulsfolge gemischt und übertragen wird und empfangsseitig diese chiffrierte Impulsfolge ebenfalls durch Modulo-2-Addition mit der gleichen Schlüsselimpulsfolge wie auf der Sendeseite zur Rückgewinnung der ursprünglichen Klartextimpulsfolge gemischt wird, wobei sende- und empfangsseitig die gleichen Schlüsselirapulsfolgen durch gleichartige Schlüsselgeneratoren mit variierbaren, durch Übereinkunft zwischen Sende- und Empfangsseite festgelegten Anfangsbedingungen erzeugt und verwendet werden und die beiden vorgesehenen

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Schlüsse!generatoren mindestens je ein Schieberegister enthalten, dessen Ausgang mit seinem Eingang verbunden ist.

Zur Übertragung chiffrierter Nachrichten ist es möglich, eine die Nachricht darstellende Impulsfolge mit einer anderen, einer sogenannten Schlüsselimpulsfolge, zu mischen. Eine solcne Schlüsse!impulsfolge soll so unregelmäßig wie möglich sein. Auf der Empfangerseite kann bei Wahl eines geeigneten Chiffrierverfahrens die Dechiffrierung so durchgeführt werden, daß die empfangene, verschlüsselte Impulsfolge wieder mit derselben Schlüsselimpulsfolge gemischt wird, die auf der Sendeseite zur Chiffrierung diente.

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Damit chiffrierte Nachrichten nicht durch unbefugte Abhörstellen dechiffriert werden können, sind für die Erstellung der verwendeten Schlüsselimpulsfolgen gewisse Regeln gegeben. Eine Schlüsselimpulsfolge soll grundsätzlich nicht periodisch sein oder muß zumindest eine möglichst lange Wiederholungsperiode aufweisen. Eine Schlüsse !impulsfolge soll so unregelmäßig wie möglich sein, muß aber auf der Empfangsseite reproduziert werden können, damit die Empfangsstelle die übertragene Nachricht auch tatsächlich wieder in Klartext herausarbeiten kann· Als Beispiel sei angegeben, daß eine zu übertragende Klartextnachricht auf der Sendeseite vermittels einer Modulo-2-Addition mit einer erstellten Schlüsselimpulsfolge vermischt wird. Die Dechiffrierung auf der Empfangsseite erfolgt ebenfalls durch eine Modulo-2«*Addifcion mit der gleichen, jedoch auf der Empfangsseite synchron erzeugten Schlü$selimpulsfolge«

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"Das Hauptproblem für eine solche chiffrierte Übertragung ist nun die sende- und empfangsseitige Erstellung entsprechender Schltis- » selimpulsfolgen, die den vorgenannten Regeln möglichst gut entsprechen» Die deutsche Patentschrift 1 2Jk 790 gibt eine Anordnung für die Herstellung einer solchen geeigneten Impulsfolge an. Als Schlüsselimpülsgenerator wird eine durch Impulse ständig fortgeschaltete Zählkette und mindestens eine von dieser gesteuerte Mischschaltung mit mehreren Eingängen verwendet, an«deren Ausgang ein vom Zustand aller ihrer Eingänge abhängiges, reproduzierbares Schlüssellmpulsprogramm auftritt, dadurch gekennzeichnet,, daß die Zahl der Glieder der Zählkette gleich der Zahl der Eingänge der Mischschaltung ist und die Ausgänge der einzelnen Glieder der Zählkette jeweils mit einem Eingang der Mischschaltung verbunden sind und daß die einzelnen aufeinanderfolgenden Glieder der Zählkette über logische Schaltungen derart miteinander gekoppelt sind, daß von Zählschritt zu Zählschritt der Schaltzustand im Mittel zumindest der Hälfte aller Glieder der Zählkette wechselt und daß in an sich bekannter Weise ■ die Zählkette erst nach Durchlaufen aller möglichen Stellungskombinationen in ihren Ausgangszustand zurückkehrt«

Eifte zweite Möglichkeit ist für die Erzeugung geeigneter Schlüsselimpulsfolgen durch die Patentschrift 1 237 366 angegeben. Gemäß ihr werden Schlüsselimpulsfolgen durch einen Schlüsselimpulsgenerator erzeugt, de$en Programm durch seinen Anfangszustand festgelegt isti dadurch gekennzeichnet, daß dieser Anfangszustand in Abhängigkeit vom Ergebnis der Mischung einer ersten mit einer zweiten ,

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Zustandsinformation eingestellt wird, wobei die erste Zustandsinformation sowohl sende- als auch empfangsseitig in gespeicherter Form vorliegt und die zweite Zustandsinformation sendeseitig vorzugsweise mittels eines Zufallsgenerators erzeugt und unverschlüsselt an die Empfangsseite übertragen wird.

Eine dritte Möglichkeit für einen Schlüsselimpulsgenerator nennt die französische Patentschrift 1 J547 J5J58. Dieser Schlüsselimpulsgenerator verwendet mindenstens ein Schieberegister und eine binäre Zählelementkette, deren Ausgänge mittels Mischeinrichtungen wieder auf die Eingänge der Schieberegister zurückgeführt sind. Dabei wird der jeweilige Inhalt der Zählelementkette mit dem Schieberegisterinhalt gemischt und das Ergebnis als Schlüsselimpulsfolge, verwendet.

Alle Schlüsselimpulsgeneratoren gemäß dem genannten Stande der Technik verwenden ziemlich aufwendige und komplizierte Schaltungen.

Eine mindestens ebenso gute Schlüsselimpulsfolge läßt sich durch einen Schlüsselgenerator mit einer viel einfacheren Grundschaltung erzeugen. Einen solchen anzugeben, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

Dieäe Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schltieselgenerator mit mindestens einem Schieberegister gelöst, dessen Ausgang mit seinem . Eingang verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang

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des Schieberegisters mit dem zweiten Eingang mindestens eines Modulo-2-Addierers verbunden ist, der/die mit seinem/ihrem ersten Eingang und Ausgang zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegisters eingefügt ist/sind, so daß die jeweils am Schieberegister über seinen Ausgang verfügbare Impulsfolge wegen des Durchlaufs durch den/die Modulo-2-Addlerer einer ständigen, gesetzmäßigen Veränderung unterworfen ist β

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung wird durch Nennung der Schaltungsanordnungen von Schlüsselgeneratoren angegeben, die ein oder mehrere solcher Schieberegistergrundschaltungen verwenden. Im übrigen werden einige Möglichkeiten zur Erhöhung der Varianz der erzeugten Schlüsselimpulsfolge genannt.

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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen ·

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Chiffrier- und Dechiffrieranordnung,

Pig. 2a die schematische Darstellung einer Modulo-2-Addition,

Pig. 2b eine Schaltungsanordnung für die Ausführung dfeser Modulo-2-Addition,

Fig. 3 eine Anwendung der Modulo-2-Addition für ein chiffrjsrendes Übertragungssystem,

Pig. 4a einen pseudoaperiodischen Impulsreihengenerator, bestehend aus einem Schieberegister und einem Modulo-2-Addierer,

Fig. 4b die bei den folgenden Figuren verwendete symbolische Darstellung einer Registeranordnung gemäß Fig. 4a,

Fig. 5a die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schlüsselgenerators mit einem Register,

Fig. 5b eine Abwandlung eines solchen Schlüsselgenerators gemäß Pig. 5a,

Fig. 5c, d zwei Impulsfolgen, wie sie am Ausgang eines solchen Schlüsselgenerators abgegeben werden,

Fig. 6a einen erfindungsgemäßen Schlüsselgenerator mit zwei Registern,

Fig. 6b eine Impulsfolge, die am Ausgang eines solchen Schlüssel-

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generators mit zwei Registern abgegeben wird,

Pig. 7a einen erfindungsgemäßen Schlüsselgenerator mit drei Registern,

Pig· 7b eine Impulsfolge, die am Ausgang eines solchen Schlüsselgenerators mit drei Registern abgegeben wird,

Pig· 8a einen erfindungsgemäßen Schlüsselgenerator mit vier Registern,

Pig. 8b eine Impulsfolge, die am Ausgang eines solchen Schlüs-

selgenerators mit 4 Registern.abgegeben wird. i

Durch die Fig. 1 wird das verwendete Chiffrierprinzip schematisch dargestellt« das in einem übertragungssystem mit chiffrierter Nachrichtenübertragung benützt wird. Auf der Sendeseite läuft eine zu . Übertragende Klartextnachricht bei 1 ein. Sie wird mit Schlüsselimpulsen, die fiber eine Leitung 2 von einem Schlüsselgenerator Ql zugeführt werden, in einem Modulo-2-Addierer Ml kombiniert. Die sich ergebende Impulsfolge stellt die chiffrierte Nachricht dar, die von der Sendeseite Über einen Kanal 3 zur Empfangsseitie übertragen

I wird. Dort führt ein mit dem Schlüsselgenerator Gl identischer und aynohronlaufentier Schlüsselgenerator G2 Schlüsselimpulse über eine Leitung 4 zn. Diese empfangsseitigen Schlüsselimpulse werden modulo-2 SU den latptilsen addiert, die über den Kanal 3 in einen Modub-2-Addlerer 112 eingegeben werden. Die sich ergebende Impulsfolge Über eine Leitung 5 stellt die dechiffrierte Nachricht wieder in Klartext dar·

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Das Prinzip der Modulo-2-Addition 1st in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Ja .nach den über die Leitungen 6a und 6b* eingegebenen Informationen erhält man die folgenden Ergebnisse:

G « 1 = 1

1 € Ο = 1

0 « 0 = 0

1 € 1 = 0

Das eingekreiste Pluszeichen bedeutet Modulo-2-Addition. In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2b sind Ja und Jb zwei Inverter,8a, 8b zwei Und-Sohaltungen und 9 eine Oder-Schaltung. 6a und 6b sind die Eingangsleitungen und LlG ist die Ausgangsieitung für die modulo-2-verknüpften Ergebnisse.

In Fig. >a ist links die Chiffrierung dargestellt, bei der die über die Leitung 11a in Klartext einlaufenden Nachrichten mit den vom Schlüsselgenerator erzeugten und über die Leitung 12a zugeführten Impulsen modulo-2-addiert werden; über die Leitung Y$&. läuft die chiffrierte Nachricht aus. Rechts daneben, auf der dechiffrierenden Seite, wird eine über die Leitung 13b ankommende chiffrierte Nachricht mit den über die Leitung 12b zugeführten Schlüsselimpulsen ebenfalls modulo-2-addiertj, um über die Leitung lib wieder die übertragene Nachricht Im Klartext zur Verfügung zu stellen.

Fig. 'Jb gibt obenund in der Mitte zwei Impulsfolgen, die einer Nachricht im Klartext sowie die von einem Schltisselgenerator G erzeugten Verschlüsselungsimpulsejwieder» Darunter befinden eich die

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modulo-2-gewonnenen Impulse der verschlüsselten Nachricht. In

diesem Beispiel ist klar zu erkennen, daß bei Modulo-2-Verknüpfung der oberen und mittleren Reihe die untere 'gewonnen wird, daß andererseits aber aus der unteren und mittleren Reihe duroh Modulo-2-Verknüpfung sichdie obere Reihe der ursprünglichen Hartextimpulse ergibt.

Ein Beispiel für einen pseudoaperiodischen Impulsreihengenerator sowie die an seinem Ausgang abgegebene Impulsfolge zeigt die Fig. 4a. Dieser Impulsreihengenerator besteht im wesentlichen aus einem sechsstufigen Schieberegister. Die über die Leitung 15 abgegebenen Ausgangsimpulse werden über die Leitungen 16 und 1? auf den Schieberegistereingang 20 zurückgegeben und außerdem über die Leitung 18 dem zweiten Eingang des Modulo-2-Addierers 19 zugeführt. Alle die in diesem Schieberegister dargestellten Binärwerte laufen unter

gebers

Steuerung eines nicht dargestellten Takt um. Die rechts daneben dargestellte Impulsfolge gibt die ersten acht Binarimpulse am Ausgang dieses für einen SchlÜsselgenerator verwendbaren Impulsreihengenerators wieder. Die Kenntnis einer diskreten Zahl aufeinanderfolgender, von einem derartigen Schlüsselgenerator abgegebener Binärwerte ist erforderlich 4ö4t, mit deren Hilfe eine chiffrierte Nachricht wieder dechiffrieren zu können.

In den folgenden Figuren 5 bis 8 sind die als Impulsreihengeneratoren verwendeten Registeranordnungen als langgestreckte Rechtecke

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dargestellt, so wie sie in den Fig, 4b und 5a und 5b rait R bezeichnet sind. Sie sollen der Einfachheit halber im folgenden Text als Register genannt werden.

Die Fig. 5a zeigt einen Schlüsselgenerator mit einem solchen Register,R. Dieses liefert eine Impulsfolge, die über eine Leitung 21 einem Schlüsselregister 22a zugeführt wird. Eine Prüfschaltung 29 vergleicht den Inhalt dieses Schlüsselregisters 22a mit dem eines Hilfsregisters 22b, das im vorliegenden Beispiel eine vorgegebene Zahl 010 enthält. Bei Gleichheit der Registerstände im Schlüsselregister 22a und im Hilfsregister 2Sb gibt die Prüfschaltung 29 einen Impuls "Ausgang gesperrt" über Leitungen 25 und 26 ab. Über die Leitung 26 und eine Oder-Schaltung 27 zurück auf das Register R wird in diesem eine weitere Verschiebung bewirkt. Der zweite Eingang der Oder-Schaltung 27 nimmt Impulse von einem Taktgeber H über eine Leitung 28 auf. Sin Ausgangs-Sperrsehalter 24 läßt die vom Schlüsselregister 22a kommenden Impulse nur dann zum Ausgang S des betrachteten Schlüsselgenerators gelangen, solange von der Prüfschaltung 29 über die Leitung 25 kein. Impuls "Ausgang gesperrt" gegeben wird. Die am Ausgang S des betrachteten Schlüsselgenerators erscheinenden Sehlüsselimpulse werden im Mod.ulo-2-Addierer ^O mit den zu verschlüsselnden Nächrichtenimpulsen addiert und so als chiffrierte Nachricht übertragen.

Diese Chiffrieranordnung mit der aus dem Register R kommenden Impulsfolge ermöglicht mit irgendeiner abhörenden Dechiffriereinrichtung

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aufgrund der fehlenden Kenntnis der Anfangsbedingungen des sende-

» seitigen Schlüsse!generators nur schwerlich eine Deohiffrierung.

Mittels der von der Oder-Sahaltung 27 ausgehenden Taktimpulse werden sowohl die im Register R als auch die im Schlüsselregister 22a gerade enthaltenen Binärwerte weitergeschoben. Jeder Impuls auf einen der beiden Eingänge der Oder-Schaltung 2? schiebt die Binärwerte in den Registern um eine Stelle weiter. Dabei ist jedoch zu beachten, daß während eines Impulses von der Prüfschaltung 29 der Ausgangssperrsohalter 24 gesperrt ist und kein Impuls von der Leitung 23 Über den Ausgang S auf den Modulo-2-Adäierer 30 gelangen kann. Die dort ankommende Schlüsselimpulsfolge enthält die ursprüngliche Schlttsselirapulafolge daher nur zu eine«! Teil.

Die Fig. 5b zeigt weitere Einzelheiten eines Schlüsselgenerators mit nur einem Register R. Die Prüfschaltung besteht hier aus einem Schlüsselregister Jl, einem Inverter 32 und einer Und-Schaltung 33. Das gewählte Schlüsselwort ist "lO^tt* Immer dann, wenn dieses Schlüsselwort gerade im Register 31 steht, erscheint je ein'Signal auf Leitung 34 und auf Leitung 36· Damit wird die Und-Schaltung 33 erfüllt* gibt ihrerseits einen Impuls Über einen Inverter 37 ab, blokki$te damit eine Und-Schaltung 38 und gibt andererseits einen Impuls auf eine Oder-Schaltung 39. Ein zweistelliger Zähler 40 steht im Ruhezustand auf ^ttll". Eine Und-Schaltung 41 ist damit erfüllt und gibt ein Signal auf einen Inverter 42 und somit kein Signal über eine tißitung 43 auf eine folgende Und-Schaltung 44. Diese Und-Schal-

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tung 44 ist somit für einen vom Taktgeber H über eine Leitung kommenden Taktimpuls gesperrt. Wenn der Zähler 40 einen Taktimpuls empfängt, geht er auf "00" und sperrt damit die Und-Schaltung Kein Signal am Eingang des Inverters 42 bewirkt ein Signal an seinem Ausgang über die Leitung 4j5 zur Und-Schaltung 44. Somit ist die Und-Schaltung 44 für den nächsten Taktimpuls über die Leitung 45 geöffnet und läßt diesen über den oberen Eingang der Oder-Sohaltung 39 auf den Zählereingang des Zählers 40 gelangen. Dieser rückt dabei von "00" auf'Ol". So zählt der Zähler 40 mit dem nächsten Taktimpuls auf "10" und mit dem übernächsten Taktimpuls wiederum auf "11". Dabei wird die Und-Schaltung 44 wieder einmal gesperrt, so daß der Zähler 40 mit dem Zählerstand "1.1" verharrt. Während des beschriebenen abgelaufenen Zyklus des Zählers 40 empfängt die Oder-Schaltung 39 nacheinander drei Taktimpulse. Diese gelangen parallel auch über eine Oder-Schaltung 49 und bewirken damit eine Weiterverschiebung der im Register R und im Schlüsselregister J51 enthaltenen Werte um drei Schritte. Die verschiebenden Taktimpulse gelangen vom Taktgeber H über die Leitung 45* die Und-Schaltung und die Oder-Schaltung 49 immer dam* auf das Register R und das Schlüsselregister 31 wenn ein noch zu beschreibender Taktviertelteiler 47 gerade gesperrt ist.

Vom Ausgang dieses Taktviertelteilers 47 überträgt eine Leitung nur jeden vierten Taktimpuls des Taktgebers H und schaltet damit das Register R und das Schlüsselregister ;51 um einen Schritt weiter· Es ist zu beachten, daß dieser Taktviertelteiler 47 in Überein-

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."stlmmung mit der Arbeitsweise des Zählers 40 gewählt ist, Allge-

mein ausgedrückt müßte bei einem n-stelligen Zähler 40 ein Taktteiler l/n vorgesehen werden. Die vom Register R über das Schlüsselregister 31 laufenden Impulse schalten eine Und-Schaltung 38 immer dann ein und werden über den Ausgang S weitergeleitet, wenn die Und-Schaltung 33 gerade gesperrt ist. Diese Bedingung ist immer dann erfüllt, wenn das Schlüsselregister 3I einen von "1O" verschiedenen Wert enthält.

Zusammenfassend sei die Arbeitsweise des Schlüsselgenerators nach Fig. 5b wie folgt erklärt: Am Anfang steht der Zähler 4o auf "11" und die Und-Schaltung 44 ist gesperrt. Das Schlüsselregister 3I steht auf "OO", die Und-»Se haltung 33 ist gesperrt und gleichzeitig die Und-Schaltung 38 geöff-net. Vier Taktimpulse schalten den Inhalt des Registers R und des SchlUsselregisters 3I je um einen Schritt weiter, und, solange im Schlüsselregister nicht "10" enthalten ist, läßt die Und-Schaltung 38 die vom Schlüsselregister 3I durchgegebenen Impulse hindurch. Wenn der Inhalt des Sehüsselregisters 31 den Wert "lO" annimmt, wird die Und-Schaltung 33 geöffnet. Dabei wird die Und-Schaltung 38 blockiert und andererseits ein Impuls auf den Zähler 4o gegeben. Wie bereits erläutert, nimmt dieaer Zähler 4o nacheinander die Stellungen 'W, "01" und "10" und schließlich wieder "11" ein. Dies entspricht einer schnellen Verschiebung der Werte im Register R und im Schlüsselregister 3I um drei Stellen. Da die Und-Schaltung 38 gesperrt ist, werden die drei sich bei dieser Verschiebung ergebenden Binär-Impulse

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nicht weitergegeben. Beim nächsten Taktimpuls wird der Inhalt des Schlüsselregisters 31 wieder von ^tt10^w verschieden,und immer dann, wenn dies der Fall ist, ist die- Und-Schaltung 38 erfüllt und die vom Schlüsselregister Jl kommenden Binärimpulse werden über den Ausgang S hinausgegeben.

Die Pig, 5c zeigt, wie Impulse über den Ausgang S abgegeben werden. Die mit G bezeichnete Zahlenreihe ist die, die vom Register R kommt. Jedes Mal, wenn im Schlüsselregister J>1 "IG" erscheint, erfolgt eine dreistellige Auslassung und am Ausgang S der Pig. 5b erscheinen nur die in der Pig. 5c mit einem senkrechten Pfeil versehenen Binärwerte, welche gemäß der in der Reihe Sl angegebenen Folge abgegeben werden.

Der beschriebene Schlüsselgenerator ist nur ein Erläuterungsbeispiel; es sind noch weitere Variationen möglich, nämlich z.B. mit einem Schlüsselwort, das nicht tonstant ist, sondern sich laufend periodisch ändert, Dies ist in Fig. 5d dargestellt, in welcher die zweistellige Binärzahl, die im bisher betrachteten Beispiel die Und-Schaltung y$ einschaltete, nacheinander die Zahlenwerte "00", ¹¹Ol", ^rt10^w und "ll^w annimmt. Dabei beträgt die ausgelassene Registerverschiebung immer noch drei Stellen, Die Anzahl der jeweils ausgelassenen Stellen könnte ebenfalls zyklisch verändert werden,

Für einen Schlüsse!generator mit zwei Registern können die anhand

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der Pig. 1, 2 und jj erläuterten allgemeinen Chiffrlerungsgrund- , sätze verwendet werden und eine Modulo-2-Addition zweier Impulsreihen durchgeführt werden, die von den beiden Registern ausgehen.

aber
In vorteilhafter Weise wird - nicht synchron gearbeitet. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 6a wiedergegeben. Die Ausgänge zweier Register P und G, die in ihren Einzelheiten den Pig. k& und 4b entsprechen, sind auf die beiden Eingänge einer Und-Schaltung 50 geführt. Deren AusgangSgibt die Schlüsselgeneratorimpulse ab. Der Ausgang des Registers P ist außerdem auf den Eingang eines Inverters 51 geführt. Dessen Ausgang wiederum führt zu einem Eingang einer Oder-Schaltung 52. Der andere Eingang dieser Oder-Schaltung 52 wird mit Taktimpulsen vom Talctgeber H gespeist.

Dieser Schlüsselgenerator arbeitet folgendermaßen: Bei jedem vom Taktgeber H abgegebenen Taktimpuls wird der Inhalt der boiden Register P und G um eine Stelle weitergeschoben. Wenn ein binärer 1-Impuls air. Ausgang des Registers P erscheint, den der Inverter aufnimmt, wird dabei kein Signal auf den oberen Eingang der Oder-Schaltung 52 gegeben. Die Und-Schaltung 50 läßt den vom Register G gelieferten Binärimpuls durchlaufen. Wenn ein ü-Irr.puls am. Ausgang

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des Registers P erscheint, wird die Und-Schaltung 50 gesperrt und der Inverter 51 gibt ein Signal auf den oberen Eingang der Oder-Schaltung 52. Dadurch wird eine zusätzliche Verschiebung der beiden Register P und G bewirkt. Da die Und-Schaltung 50 gesperrt ist, wird während dieser Periode kein Impuls am Ausgang S abgegeben. Wenit nach dieser zusätzlichen Verschiebung wieder eine 0 am Ausgang

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des Registers P erscheint, läuft wieder eine weitere Verschiebung, über den Inverter 5I gesteuert, ab, bis eine binäre 1 am Ausgang des Registers P erscheint. Damit wird die Und-Schaltung 5O leitend und der vom Register G kommende Impuls kann den Ausgang S erreichen.

Der Irnpulsfölgeablauf ist in Fig. 6b dargestellt. Zwei von den Registern P und G kommende Impulsfolgen sind mit Pl und Gl bezeichnet. Die am Ausgang S des Schlüsselgenerators abgegebene Impulsfolge ist rait Sl bezeichnet. Es werden nur die Impulse der Folge Gl weitergegeben, die von einer 1 in der Folge Pl begleitet sind. Nur diese können die Und-Schaltung 50 passieren und zur Bildung der Folge Sl beitragen. Sie sind durch Pfeile zwischen den Impulsreihen Pl und Gl gekennzeichnet.

Ein Schlüsselgenerator mit drei Registern kann als eine Kombination von zwei Schlüsselgeneratoren mit je zwei Registern betrachtet werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 7a gezeigt. Ein Register P arbeitet dabei als Leitregister und zwei Register GO und Gl als Generatorenregister. Die vom Leitregister P kommenden Impulse laufen einerseits auf zwei Und-Schaltungen 55 und 58 und andererseits über einen Inverter 53 auf zwei Und-Schaltungen 54 und 57. Das zweite Eingangssignal für die Und-Schaltungen 57 und 58 bildet der vom Taktgeber H kommende Taktimpuls. Die beiden Generatorenregister GO und Gl liefern die jeweils zweiten Eingangsimpulse auf die Und-.Schaltungen 54 und 55. Die Ausgangssignale der beiden Ünd-Schaltungen 54 und 55 bilden die Schlüsselimpulse des Schlüsselgenerators, "

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nachdem sie die Oder-Schaltung 56 durchlaufen haben. Die Verschiebung des Inhalts des Leitregisters P wird direkt durch die Taktimpulse vom Taktgeber H gesteuert. Die Verschiebung des Inhalts der Generatorenregister GO und Gl erfolgt durch Impulse, die von den Und-Schaltungen 57 °der 58 kommen.

Jeder Taktimpuls vom Taktgeber Ή verschiebt den Inhalt des Leiterreicht
registers P um eine Stelle und die beiden Und-Schaltungen 57 und 58 -ei». Wenn der vom Leitregister P abgegebene Wert eine binäre 1 ist, wird die Und-Schaltung 55 eingeschaltet und über die Und-Schaltung 56 der Inhalt des Generatorenregisters Gl um eine Stelle weitergeschoben. Der vom Generatorenregister Gl kommende Binärwert passiert die Und-Schaltung 55 und wird nach Durchlaufen der Oder-Schaltung 56 als Ausgangsimpuls am Ausgang S abgegeben. Ist dagegen die vom Leitregister P kommende Zahl eine binäre 0, wird vermittels deg Inverters 53 auf die Und-Schaltung 54 ein Einschaltimpuls gegeben und außerdem über die Und-Schaltung 57 der Inhalt.des Generatorenregisters GO um eine Stelle verschoben. » Somit schieben nach Maßgabe des Leitregisters P dessen Nullen das Generatorenregister GO und Einsen das Generatorenregister Gl je um eine Stelle weiter. Das Prinzip hoher Varianz wird hier mit drei Registern noch weiter vervollkommnet. Die Verschiebung zwischen den G^neratorregisterri GO und Gl. verändert sich laufend entsprechend den jeweiligen Momentanwerten der Folge im Leitregister P. Das Ergebnis ist schematisch in der Pig. Jb dargestellt. Die vom Leitregister P kommende Impulsfolge ist mit P¹ und die von den Generatoren-

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socket FR 967 501 _{BAD onmmL}

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registern GO und Gl kommenden Polgen mit GO' und Gl' bezeichnet. Die am AusgangSdes Schlüsselgenerators gewonnene Impulsfolge ist mit S' bezeichnet. Die Figur zeigt, daß jede 1 der Folge P¹ eine Stelle der Folge Gl¹ steuert und daß jede 0 eine Stelle der Folge GO¹ steuert. Die Steuerungszusammenhänge sind schematisch durch Pfeile angedeutet. Die sich ergebende Impulsfolge S¹ ist eine Mischung der beiden Folgen GO' und Gl% die zum besseren Verständnis durch eine m<äanderförmige Linie C voneinander getrennt sind. || Alle Stellen der Folge GO¹ stehen über der mäanderförmigen Linie C, die der Folge Gl^! darunter.

Ein weiteres Beispiel für einen Schlüsselgenerator mit vier Registern ist schematisch in der Fig. ha. dargestellt. Die vier Register Rl, R2, R5 und R4 sind paarig miteinander gekoppelt. So führen die Ausgänge der beiden Register Rl und R2 auf die Eingänge einer Ünd-Schaltung βθ und die tr- Ausgänge der Register R3 und R4 auf die Eingänge einer Und-Schaltung 6l. Die Ausgangssignale dieser beiden Und-Schaltungen 60 und 6l werden über zwei Leitungen 63 und 64 auf eine Oder-Schaltung 62 gegeben. Deren Ausgang bildet den Ausgang S der Gesamtanordnung. Die Verschiebefunktionen innerhalb dieser vier Register werden vom Taktgeber H gesteuert. Bei jedem Taktimpuls wird der Inhalt der vier Register Rl bis Rk um je eine Stelle verschoben»

Wenn jeweils die aus den Registern Rl und R2 herauslaufenden Binärwerte beide eine 1 sind, wird die Und-Schaltung 60 eingeschaltet

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und ein Signal läuft über die Leitung 65. Wenn nicht beide Ausgänge eine 1 abgeben, sondern eine Stelle eine 0 oder beide Stellen eine 0, bleibt die Und-Schaltung 60 gesperrt und es wird kein Signal über die Leitung 65 gegeben. Das gleiche gilt für die beiden Register R3 und R4 im Zusammenhang mit der Und-Schaltung 6l und der Leitung 64. Am Ausgang S erscheint jedes Mal ein Impuls, wenn mindestens eine der beiden Leitungen 63 und 64 einSignal überträgt, d.h. jedes Mal, wenn zumindest in einer der beiden Gruppen Rl und R2 oder RJ undR4 gleichzeitig zwei Einsen auftreten. Das Ergebnis ist in Fig. 8b dargestellt. Die aus den Registern H bis R4 abgegebenen Impulsfolgen sind mit Rl*, R2^f, RJ' und R4^! bezeichnet. Die sich am Ausgang S ergebende Impulsfolge ist durch die Reihe S* dargestellt. Es ist zu erkennen, daß diese letzte Folge nur dann Einsen enthält, wenn wenigstens eine der beiden Gruppen Rl¹ und R2¹ oder RjS¹ und R4¹ gleichzeitig Einsen enthält.

Die bisher beschriebenen Ausführungen dienen nur als Beispiele für Schlüsselgeneratoren, die durch Änderungen der Schaltungsanordnungen oder der Anzahl der verwendeten Register erweitert werden können. Ein einfacher Fall sei angedeutet: Die in Fig. ca dargestellte Schaltungsanordnung der beiden Und-Schaltungen 60 und und der Oder-Schaltung 62 könnte^ vertauscht werden, d.h. die Ausgänge der beiden Register Rl und R2 wurden auf eine . Oder-Schaltung gegeben; ebenso die Ausgänge der Register RJ und R4. Die Ausgänge dieser beiden Oder-Schaltungen wurden in einer Und-Schaltung zusammengefaßt, die die Schlüsselimpulsfolge über den Ausgang S abgibt.

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Es wurden in den erläuterten Beispielen nur die Schlüsselgeneratoranordnungen auf der Sendeseite erläutert. Bei einem vollständigen Übertragungssystem braucht man jedoch zwei solcher Generatoren,' einen auf der Sende- und einen auf der Empfangsseite. Die dechiffrierte Nachricht ergibt sich dann auf der Empfangsseite durch eine Modulo-2-Addition mit den vom.Schlüsselgenerator auf der Empfangsseite gewonnenen Schlüsselimpulsen, wie in den Pig. I, 2 und j5 bereits erläutert wurde.

Eine vorteilhafte Erhöhung der Varianz der gewonnenen Schlüsselimpulsfolgen läßt sich im übrigen außer durch andere oder erweiterte Gruppierungen von RegisternjZ.B. durch die Vorkehrung von mehr als zwei Gruppen gemäß Fig. 8a^auch durch eine veränderte Anordnung des Modulo-2-Addierers 19 oder gar deren mehrerer innerhalb der Registeranordnung in Erweiterung von Fig. 4a erzielen.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1> Schaltungsanordnung zur Chiffrierung und Dechiffrierung impulsförmig übertragener Nachrichten, bei welcher sendeseitig die zu übertragende Klartextimpulsfolge durch Modulo-2-Addition mit einer Schlüsselimpulsfolge zu einer chiffrierten Impulsfolge gemischt und übertragen wird und empfangsseitig diese chiffrierte Impulsfolge ebenfalls durch Modulo-2-Addition mit der gleichen Schlüsselimpulsfolge wie auf der Sendeseite zur Rückgewinnung der ursprünglichen Klartextimpulsfolge gemischt wird, wobei, sende- undjempfangsseitig die gleichen Schlüsselimpulsfolgen durch gleichartige SchlUsselgeneratoren mit variierbaren, durch Übereinkunft zwischen Sende- und Empfangsseite festgelegten Anfangsbedingungen erzeugt und verwendet werden und die beiden vorgesehenen Schlüsselgeneratoren mindestens je ein Schieberegister enthalten, dessen Ausgang mit seinem Eingang verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Ausgang (A) des Schieberegisters (Fig. 4a) mit dem zweiten Eingang (E2) mindestens eines Modulo-2-Addierers (19) verbunden ist, der/die mit seinem/ihrem ersten Eingang (El) und Ausgang zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegisters (Pig. 4a) eingefügt ist/sind, so daß die jeweils am Schieberegister (4a) über seinen Ausgang (A) verfügbare Impulsfolge wegen des Durchlaufs durch den/die Mo» dulo-2-Addierer (19) einer ständigen, gesetzmäßigen Veränderung unterworfen ist.

   Docket FR $m 501 9 0 98 Ö 7 / Öl S δ

   2. Schaltungsanordnung nac"h Anspruch 1 mit einem Schieberegister, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfschaltung (29) zur Feststellung der Übereinstimmung eines begrenzten Teils der vom Schieberegister (R in Fig. 5a) ausgehenden, als Schlüsselimpulsfolge

   * verwendbaren Impulsfolge mit einer Vergleichsbinärfolge vorgesehen' ist, daß der Ausgang dieser Prüfschaltung (29) auf den Schalteingang (K) eines Ausgangssperrschalters (2h) geführt ist und daß die vom Schieberegister (R) ausgehende Impulsfolge über diesen Ausgangssperrschalter (24) geführt ist, so daß nur bei Ungleichheit des überwachten, begrenzten Teils der Impulsfolge Impulse vom Schieberegister R als Schlüsselimpulse zur Chiffrierung oder Dechiffrierung der modulo-2 zu verarbeitenden Nachrichten abgegeben werden,

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem Schieberegister, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfschaltungsanordnung (31, 32, «53i 37) ^zur Feststellung der Übereinstimmung eines begrenzten Teils der vom Schieberegister (R in Fig, 5b) ausgehenden, als Sehlüsselimpulsfolge verwendbaren Impulsfolge mit einer Vergleichsbinärfolge vorgesehen ist, daß der Ausgang dieser Prüf« schaltungsanordnung (31, 32, 33, 37) zum ersten Eingang einer Und-Schaltung (38) geführt ist und daß die vom Schieberegister (R) ausgehenden Impulse über den zweiten Eingang dieser Und-schaltung (38) geführt sind, so daß nur bei Ungleichheit (Gleichheit) des überwachten, begrenzten Teils der Impulsfolge mit der VergleichsbinMrfolge Impulse vom Schieberegister R als Schlüsselim-

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   pulse zur Chiffrierung oder Dechiffrierung der modulo-2 zu ver-

   *· beitenden Nachrichten abgegeben werden»

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Vergleichsbinärfolge konstant ist.

   5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder J5# dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Vergleichsbinärfolge einer Variation nach einer gegebenen, im Sender und Empfänger gleichen Gesetzmässigkeit unterworfen ist.

   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit zwei Schieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Schieberegister (P, G) mit den beiden Eingängen einer Und-Schaltung (50)' verbunden sind, daß diese Und-Schaltung (50) den Ausgang (S) für die abzugebende Schlüsselimpulsfolge bildet, daß Taktimpulse vom Ausgang eines Taktgebers (H) auf die Verschiebetakteingänge der beiden verwendeten Schieberegister (P, G) geführt werden und daß zusätzlich der Ausgang des einen der beiden verwendeten Schiebe- | register (P) direkt oder Über einen Inverter (51) auf die Verschiebetakteingänge der beiden Schieberegister (P, G) geführt ist.

   7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit drei Schieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß Taktimpulse vom Ausgang eines Taktgebers (H) dem Verschiebetakteingang des einen der drei verwendefcen Schieberegister (P) direkt und den Verschiebetakteingängen

   Docket FE 967 501

   der beiden übrigen Schieberegister (GO, Gl) indirekt Über den .. ersten Eingang je einer ersten und zweiten Und-schaltung (58, 57) zugeführt werden, daß der zweite Eingang der ersten Und-Schaltung (58) vor dem Verschiebetakteingang des einen der beiden indirekt gesteuerten Schieberegister (Gl) mit dem Ausgang des direktgesteuerten Schieberegisters (P) verbunden ist, daß der Ausgang dieses direktgesteuerten Schieberegisters (P) über einen Inverter (53) zum zweiten Eingang der zweiten Und-Schaltung (57) vor dem Verschiebetakteingang des anderen indirektgesteuerten Schieberegisters (GO) geführt ist, daß der Ausgang des Inverters (53) außerdem mit dem ersten Eingang einer dritten Und-Schaltung (54) verbunden ist, daß der Eingang des Inverters (53) andererseits auch mit dem ersten Eingang einer vierten Und-Schaltung (55) verbunden ist, daß" die Ausgänge der beiden über die erste und zweite Und-Schaltung (58, 57) indirektgesteuerten Schieberegister (GO, Gl) mit den zweiten Eingängen der dritten und vierten Und-Schaltung (54, 55) verbunden und daß die Ausgänge der dritten und vierten Und-Schaltung (54, 55) über die beiden Eingänge einer Oder-Schaltung (56) als Ausgang (S) für die abzugebende Schlüsse!impulsfolge zusammengefaßt sind,

   8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit vier Schieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang eines Taktgebers (H) Taktimpulse auf die Verschiebetakteingänge aller vier verwendeten Schieberegister (Rl, R2, R3, R4) geführt werden, daß die Aufgänge je eines Paares (Rl, R2j R3, R4) der Schieberegister (Rl bis R4) -

   Bt 9W Sbl.' 909887/0659

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   mit je einer Und-Schaltung (6o, 6l) zusammengefaßt sind und .daß die Ausgänge dieser beiden Und-Schaltungen (60, öl) als Ausgang (S) für die abzugebende Schlüsselimpulsfolge mittels einer Oder-Schaltung (62) zusammengefaßt sind.

   9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit vier Schieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang eines Taktgebers (H)

   takt
   Taktimpulse auf die Verschiebteingänge aller vier verwendeten Schieberegister (Rl, R2, R^, R4) geführt sind* daß die Ausgänge je eines Paares (Rl, R2; R3, -R4) der Schieberegister (Rl bis R4). .' mit je einer Oder-Schaltung zusammengefaßt sind und daß die Ausgänge dieser beiden Oder-Schaltungen als Ausgang (S) für die abzugebende Schlüsselimpulsfolge mittels einer Und-Schaltung zusammengefaßt sind,

   10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit η Schieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge eines Teiles m dieser η Schieberegister zur Bildung zusätzlicher Taktimpulse verwendet werden,~die außer den Taktimpulsen von einem zentralen Taktgeber (H) auf die Verschiebetakteingänge der η Schieberegister oder zumindest eines Teiles von ihnen gegeben werden,

   11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit χ Schieberegistern, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebetakteingänge aller dieser χ Schieberegister Taktimpulse von einem zentralen Taktgeber " (H) zugeführt bekommen, daß die Ausgänge dieser χ Schieberegister *.·

   D_Qoket m 967 501 ■ 90«*«7/.065# ,

   gruppenweise (paarweise, dreierweise oder ähnlich) mit je elner Und-Schaltung (Oder-Schaltung) zusammengefaßt sind und daß · die Ausgänge aller dieser Und-Schaltungen (Oder-Schaltungen) zwecks Zusammenfassung zum Gesamtausgang für die abzugebende

   mit

   Schlüsselimpulsfolge/einer Oder-Schaltung (Und-Schaltung) zusammengeführt sind.

   12» Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des/der Modulo-2-Addierer(s) innerhalb des/der verwendeten Schieberegister(s) untereinander verschieden und/oder gemäß Übereinkunft zwischen der Sende« und Empfangsseite variabel ist*.

   15. Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Übereinkunft zwischen der Sende-» und Empfangsseite die Länge der verwendeten Schieberegister und/ oder ihre Gruppierung variabel ist.

   Docket FB §6? 501

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