DE1911175A1 - Chiffriereinrichtung - Google Patents

Description

1311175

PATENTANWALT

DPL-ING.

t-: · S GORT*

3. März 1969 G-zk/lh.

AB Transvertex, Varby, Schweden

CMf frier einrichtung

Die Erfindung betrifft eine Chiffriereinrichtung zum Chiffrieren von in Binärform vorliegendem Klartext, wobei jedem Signal für einen Klartext-Buchstaben ein veränderliches Chiffriersignal tab erlagert wird* Eine solche Einrichtung umfaßt eine Anzahl von elektrischen Einrichtungen, die in zyklischen Verfahrensschritten parallel weitergeschaltet werden, beispielsweise Schieberegister, wobei die Zyklen untereinander verschieden sind und die elektrische Einrichtung beispielsweise "aus " Ketten oder Reihen von untereinander verschiedenen Anzahlen von bistabilen Flip-Flqps besteht«, Der Anfangszustand der Flip-Flops ist vorzugsweise gemäß einer Zufallsverteilung gewählt* so daß der Schaltzustand der Flip-Flops, die parallel in ;jeder Spalte in den unterschiedlichen Schieberegistern zusammen weitergeschaltet werden, einen chiffrierten Buchstaben darstellt, Diese Spaltenbuohstaben ändern sich daher automatisch, sobald ein Schieberegister einen Zyklus vollendet hat«

Es ist bakenntj diese Chiffrieraignale, die sich konstant für Buchstabon ändern, mittels einer Gruppe von Zahnrädern

@ sine untersoMedlich© Ansah! Ton Zähnen (vor- © Qimt/£t*±Mzmkl) aufweisen? äiese Zahmräder sind auf ier WsIlο cmgQQTänQ-fc nnä stekön in- Än-fe^iQ'fosTtrtoiziäimg Mit

gstroHSt aiätffoib'ös^Qa M^iutMq^ii₉ Si© äio glelahe Ia dies ar swöitea feuppö vest ^ahiwäMQ^n st ©111? -

BAD ORIGINAL

jeder Zahn ein Binärbit dar und die ausgerichteten Zähne in dem gesamten Zahnradsatz bilden einen Buchstaben^ der durch entsprechende BinärMts dargestellt ist_o Der zweiteZahnradsatz bildet daher so viele Buchstaben, wie auf dem Radumfang Zähne angeordnet sind. Eum Anfang werden die Bits, die die Buchstaben bilden, in Zufallsverteilung ausgewählt. Wenii die Zahnräder der ersten Gruppe (mit unterschiedlicher Zähnezahl) gleichzeitig um jeweils einen Zahn weitergeschaltet werden und das Antriebszahnrad mit der geringsten Zähnezahl eine vollständige Umdrehung zurückgelegt hat, stellen die dann in der angetriebenen Zahnradgruppe ausgerichteten Zähne Kombinati often von Binärbits, d,h. Buchstaben dar, die von. den ursprünglichen verschieden sind. Die Kombinationen ändern sich, zusätzlich, wenn das Antriebszahnrad mit der sweitsiedersten Zähnezahl seinen Umlauf vollendet hat, usw· Wenn beispielsweise die Zähnezahlen der Antriebsräder Primsahlen sind* kehren die gleichen Körabinationen (Buchstaben) wie die ursprünglichen erst dann wieder,

wenn die Gruppe von Antriebsrädern eine Anzahl von Schaltschritten* ausgeführt hat, die gleich ist dem Produkt der entsprechenden Zähnezahlen der in dieser Gruppe zusammengefaßten Zahnräder.

Aus den sich am Umfang "bewegenden Buchstaben, i^ird ein Buchstabe ausgewählt für jeden Chiffrierrorgeagy der siner Eeile von ausgerichteten Zähnen entspricht* "entweder auf der gleichen-Bezugs= linie oder mit einer syet@Bis,ti30li@a Tersötauag siuischsa den verschiedenen Iiiniess, um ©in unbefugtes Baeiiif fritten .noch. schwierig es zu xaaoho&e . - ." - ■ :

Der erhaltg&q Gkiii:?i_sos?te©Jäs1;8i3<3 (in losa qIjiqs Si/pmls) wird

BAD

so daß sich der chiffierfe. Buchstabe ergibt.

Die beschriebene Einrichtung weist zahlreiche Nachteile auf.

Tora reinen ChiffrierStandpunkt aus gesehen ergibt sich die Einschränkung, daß der beschriebene systematische Wechsel von Buchstaben in dem Umfang angeordneten Buchstabenreihen aus rein praktischen 6-ründen kaum für Buchstaben (Zahnreihen) ausgeführt werden kann, die nicht verhältnismäßig nahe beieinander angeordnet sind. Daher" sind die tatsächlich bestehenden Wechselmöglichkeiten zwischen allen auf dem Eadumfang angeordneten Buchstaben nur auf einem kleinen Bruchteil begrenzt.

Diese ETachteile werden äurch die erfindungsgemäße Chiffriermaschine überwtinÄen₉ die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, die bei jedem Ghiffrierschritt automatisch eine oder mehrere auswählbare ITlip-Flop-Spalten in der KLip-flop-Anordnung auswählt und die dem Zustand der jeweilige:·! l>lip=»3?lops entsprechenden Signale einer Addiereinriehtimg zuführt, um das Ghiffriersignal zu bilden, das dem Klartextsignal überlagert wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden.Darstellungen von Ausführungsbeispielen some aus der folgenden Beschreibung«

Es zeigen:

ig. 1 einen Schaltplan für eine erfindungsgemäße Chiffrier einrichtung;

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Mg. 2 und 3 Schaltpläne für zwei als Beispiel ausgewählte Buchstabensuswahlschaltungen aus der Ohiffriereinrichtung

Fig. 4 den Schaltplan für eine in der Chiffriereinrichtung verwendete Art von Addierschaltungen.

Mg. 1 zeigt bei dieser Ausführungsform. vier Schieberegister

S _t S, _t S und· S_At von denen jedes eine Kette von bistabilen a' D c α⁷ "

Flip-Flops umfaßt, die hier nur schematisch im Blockschaltbild dargestellt sind. . ,

Die Anzahl von Flip-Fips ändert sich von. einer Kette zur anderen. Das Schieberegister S beispielsweise, das in der Zeichnung durch die oberste Reihe von Flip-Flops dargestellt ist, umfaßt dreizehn Flip-Flops al bis a13. Das durch die zweite Reihe dargestellte Schieberegister S-, umfaßt zwölf Flip-Flops b1 bis b12, und in analoger Weise umfassen die Schieberegister S und S*, die von der dritten bzw. vierten Reihe von Slip-Flops- gebildet werden, elf und zehn Flip-Flops d bis c11 bzw. dl bis dlo.

In jeder Kette ist der Ausgang des Flip-Flops in-üblicher Weise mit dem Eingang des nächstfolgenden Flip-Flops derart verbunden, daß beim Schalten des Registers um einen Schritt die Information in jedem Flip-Flop der Kette um einen Schritt vorwärts geschoben wird. In der Figur ist auoh gezeigt, daß das letzte Flip-Flop jeder Kette mit dem ersten Flip-Flop der gleichen Kette verbunden ist, um einen geschlossenen Sohrittkreis zu u

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Am Anfang werden alle Flip-Flops, beispielsweise durch Lochkarten, in Zustände versetzt, die vorzugsweise gemäß einer Zufallsverteilung ausgewählt wurden. Der einfachen Darstellung wegen ist die Vorrichtung zur Eingabe dieser Information in der Figur nicht dargestellt, ebenso auch nicht dieüblichen Antriebskreise für die gezeigten Schieberegister.

Die Register werden parallel weitergeschaltet, d.h. die Info-, mationsbits der ersten Spalte k1 der Flip-Flops al, b1, c1 und d1 werden den Flip-Flops a2 bis d2 der zweiten Spalte k2 zugeführt, und der Inhalt der letzteren wird den Flip-Flops a3 bis d3 der dritten Spalte zugeführt und so weiter. Jede Flip-Flop-Spalte bestimmt einen Buchstaben, der in diesem Falle vier· Bits umfaßt. Wegen derinterschledlichen Länge der Kreise der Schieberegister werden die anfänglich beispielsweise in die erste Spalte k1 eingegebenen Bits unverändert zu dem "letzten¹¹ Flip-Flop d10 des Registers S. weitergeschaltet, das der Spalte k1O entspricht. Bei einem weiteren parallelen Schalten beginnt das Schieberegister S, einen neuen Zyklus, beginnend in k1, wohin das ursprüngliche Bit des Flip-Flops d1 zurückkehrt; die verbleibenden Bits in k1 werden durch die Bits in den Flip-Flops a13j> b12 und c11 ersetzt, die ursprünglich in den Flip-Flops a4, b3 und c2 der Register S₀ - bis S^ vorhanden sind. Beim nach-

ac

sten Schalten beginnt das Register S einen neuen Zyklus, der in

k1 anfängt_r das Jetzt zusätzlich su dem ursprünglichen Bit In dem Flip-Flop c1 die neuen Bits von a12/ b12 und d10 enthält. DI@s@r Zyklus wiederholt sich- la analoger Vfeiae für die übrigen Register £L und S_M· SI© «rspr*aglichen BItkomblnationen erschei-

S el - . - -

m®n sieht i-ii®d@r₉ "be-ψύτ nicht ©in© Ansah! von Schritten vorge- Gi! öl© §l©ieh ist d©s P^oetakt der Scjirittgahl der vier

BAD

Im folgenden wird eine Anordnung beschrieben, die zur Auswahl des Buchstabens verwendet wird, d„h. der Bitkombination in

einer Spalte, die verwendet wird, um einen Klarbuehstaben zu chiffrieren, . indem ein Impuls gleichzeitig mit dem Schaltschritt des Schieberegißters gegeben wird.

Für diesen Zweck ist eine Anzahl von Buchstabens elektor en vorgesehen, in diesem Falle vier, nämlich Ti₉ T2, Ϊ3 und T4_e Jeder Buchstabenselektor hat vier Eingangspaare ±1 bis i4₅ die parallel geschaltet sind mit den entsprechenden Eingängen der anderen Buchstabenselektoren und mit vier Paaren von Flip-fflop-Aiisgängen einer willkürlichen Spalte über einen Schalter fSystemselektor) T verbunden werden können, der nioirb ±m.-einzelnen dargestellt ist. Im folgenden wird angejioimaen₉ daß die Selelrta?©n_s ^; wie in der Figur dargestellt ₉ mit den ^lip-Flops al Ms d1 der ' .Spalte k1 über Leitungen. L1 bis 14 verbiHiden sind

Die Ausgänge Ü1 bis XJ4 jedes Buohstabenselektora Tf, Ϊ2₃ Τ3 und T4 sind mit dem einen Eingang der - in diesem Ifelle a\i?ei =· ^MD-Gatter 01 und 05 bzw=, 02 und 06 bzw.» 03 \mü 0? tosw_o o4 und 08 verbunden. Der andere Eingang jedes .G-atters 0t bis 08 ist mit dem Ausgang eines Addi©rlcr©ises A1 bis A8 irsrbimaaii» ■ " der gleich dem Buohstabenselektor irisr Paas?® von lisgäagen b©4 iäitst, ?io"b©i jedes Paar mit" d©a ©2ii33prsok(Sad©a vier Hip-llop^ Ausgangs paar en ä5.eaer Spalte tifeos⁵ äoa SeMltar T >©rliimd@a lst Bei der geseigtea Ano3?äanng ist BHganoias@a_s ämB so g@aoiiBlt©t istjji äcM ßi© Äi'äiQ]?k2?©isQ 41 Ma. AB: srlt fiip-Fl@P=»Sgal"fe©is 1:2 sie Is9 'fosIsMqii mzm_s öl© ■01)92? üiaea la fi©s figes* SergQStQllt sisiio Si© lgg § gS fl©!⁵ ©ß'ti'öOP GI Ms 00 Diai alle έϊΙ% iloa erstsa- lisgaag. itf ■"

bad

Gründen der deutlicheren Darstellung nur für den Ausgang g8 gezeigt ist), dessen anderem Eingang k1 ein binär kodiertes Kiartextsignal in nicht näher dargestellter Weise zugeführt wird zugleich mit dem Schalten der Schieberegister S1 bis S4. An dem Ausgang cn der Addierschaltung SA wird dann das Signal abgenommen, das mit dem Buchstabeninhalt der betreffenden Spalte überlagert ist, d,it. also das chiffrierte Signal,

Bevor die Arbeitsweise der oben beschriebenen Anordnung erläutert wird, soll der Aufbau der Buchstabenselektoren T1 bis T4 und der Addiersehaltungen A1 bis AS anhand der Pig. 2 bis 4 kurz näher erläutert werden; die Figuren zeigen konstruktive Ausführungsformen dieser-Anordnungen. Wie sich aus den Pig. 2 und 3 ergibt, sind die Buchstabenselektoren 11 und Τ2 aus denselben Bauteilen aufgebaut, d.h_o aus UND-Gattern G1 bis G5. Aber die inneren Verbindungen sind anders, um jedem Buchstabensei ektor seine besondere Eigenschaft au geben,, So erkennt man in lig. 2, daß die Gatterpaare G1, G2 und Q5» - G4 in ähnlicher Weise in Hinsieht auf die entsprechenden lingangspaare i1, i2 unä i3, i4 verbunden sind; in beiden Gatterpaaren G1, G2 und G3, G4 verläuft der ^fl_ .0 ..»-leiter des linken Eingangspaares i1 und 13 zu dem "1"-Eingang des rechten Gatters G2 bzw. 64 des Paares, und der "1"-Leiter des rechten Eingangspaares 12 bzw. i4 verläuft zu dem "-'0.."-Eingang des linken Gatters GI bzw. G3 des Paares. In Pig. 3 ist das Yerhältnis bezüglich des linken Gat-,:

f terpaarßs Sl, G2 das gleiche, während bei dem rechten Gatter- ' paar G3i, G4 öle ^s. O:."-Iieitung des linken Eingangspaares 13 zu dem ^tä. .0 "-Eingang des rechten Gatters G4» und die "_\ö "- !eitimg des rechten Eingangspaares i4 zu dem ». 0 ; "-Eingang

des linken Gatters G3 verläuft. j

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Von diesen zwei grundlegenden Verbindungsarten, die durch das linke und rechte G-atterpaar dargestellt werden, die als A und B bezeichnet werden können, gelangt man zu den Schaltungen der zwei übrigen Buchstabenselektoren T3 und T4 dadurch, daß T3 aus dem linken Teil des B-Typs und dem rechten Teil des Α-Typs aufgebaut ist, und T4 aus/einem linken Teil B und einem rechten Teil B.

fe Eine Tabelle zeigt den Aufbau der vier Buchstabenselektoren T1 bis T4 und die Bitkombinationen (herleitbar aus den Fig. 2 und 3) an den Eingängen von i1 bis i4, die das Ausgangssignal dfcs betreffenden Buchstabenselektors veranlassen.

Buchstabenselektor

T2 T3

Pig. 4 zeigt den Aufbau der Addierkreise A1 bis A8, die einander völlig gleichen und in herkömmlicher Weise aus Einhaitsschalt- ψ kreisen aufgebaut sind, die in der Art miteinander verbunden sind, wie in Mg. 4 eingerahmt gezeigt. Eine nähere Beschreibung erübrigt sich.

Ein einfaches Beispiel soll die Arbeitsweise der beschriebenen . Chiffriereinrichtung zeigen.

Es wird angenommen, daß in einem bestimmten Augenblick während des fortlaufenden Weitersohaltens des Spaltenfeldes k1 bis k9 in der Spalte k1 die Bits "010 0" in den entsprechenden Flip-Flops al bis d1 vorhanden sind. Dieses Buohstabensignal isird

Aufbau	Bitkombinationen	ΙΙ00	00ΙΙ	0000
A H	1111	Hoi	00I0	000I
A H	11lo	0I00	I000	loll
B H	o111	olio	Tool	Ι0Ι0
B H	o1o1
h A "
ν Β
!■ A
- B .

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über entsprechende Leitungspaare L1 bis L4 den Eingängen i1 bis i4 aller Buchstabenselektoren T1 bis T4 zugeführt. Dadurch gibt nur der Buchstabenselektor T3 (entsprechend obiger Tabelle) ein Ausgangssignal an die angeschlossenen UND-Gatter 03 und An den zweiten Eingängen dieser Gatter ist - wie an den zweiten Eingängen aller übrigen Gatter - mittels des Addierkreises A3 (bzw. A7) ein Signal verfügbar, das die Summe der Buchstabenbits in der Spalte k4 (und Spalte k7) darstellt. Diese Bits werden beispielsweise mit "1 1 ο 1" (und " 0 ο 1 1") angenommen. Die Summe bl ist dann "1" (bzw. "0"). Da das Ausgangssignal des Buchstabenselektors das Gatter 03 (bzw. 07) öffnet, gelangt dieses "1"-Signal (bzw. ". 0 -"-Signal) durch den Einlaß zu dem nachgeordneten Addierkreis SA, um dort dem Klarteytimpuls überlagert zu werden, der zur gleichen Zeit ankommt. (Das ". Q. ^lf-Signal kann möglicherweise als zweiter überlagernder Impuls verwendet werden).

Beim nächsten Schalten des Schieberegisters öffnet ein durch die neue Bitkombination in der Flip-Flop-Spalte k1 bestimmter Buchstabens elektor den Durchgang für ein neues Signal von einer entsprechenden Spalte, usw. Für jeden neuen Schaltschritt erhält man somit einen ifSprung" vorwärts oder rückwärts in dem praktisch immer vollständig verfügbaren Feld aller Informationen in den Flip-Flop-Ketten der verschiedenen Schieberegister. Damit ergeben sich viel mehr Möglichkeiten, von allen Buchstabenvariationen in dem Informationsfeld Gebrauch zu machen, als es bei der mechanischen Ausführung der Chiffriereinrichtung möglich ist.

Bei dem gezeigten Beispiel sind nur vier Buehstabenselektoren zusammen mit den vier Flip-Flops in jeder Spalte erforderlich} dies hat seinen Grund darin, daß sowohl der Buchstabe selbst BMQh sein® Polechaltung in der dargestellten Weiss auf die

803!3®/87-82-.-

BAD OR«tf$iPO OAS

In gleicher Weise wie bei den "bekamt en Chiffrier einrichtungen, die mit Binärkode arbeiten, wird das Dechiffrieren ausgeführt, indem ' die chiffrierten Signalimpulse mit -der gleichen Folge von Impulsen überlagert werden, wie sie bei dem Chiffriervorgang verwendet wurden. Gemäß der besonderen Eigenschaft des Binärsystems erhalten so den Klartext.

fe Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind viele Abwandlungen möglich, insbesondere hinsichtlich der Anzahl "der Schieberegister und der Beziehung zwischen ihren Kreisen.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Schieberegistern beschränkt, sondern es können auch andere elektrische Anordnungen mit zyklischer Arbeitsweise verwendet werden, wie beispielsweise Binärzäfaler mit angeschlossenen logischen Schaltungen.

Der Anwendungsbereich der Einrichtung kann darüberhinaus noch in großem Maße erweitert werden, indem die Kreise der elektric " sehen Anordnungen einstellbar aufführt werden.

a es a ,? £ΐ ς? *ΐ *'■;·.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ■^r λ * Chiffrier einrichtung zum Chiffrieren eines in "binärer Form '^ vorliegenden Klartextes, wobei jedem Klartext-Buchstabensignal ein veränderbares Chiffriersignal üb erlagert wird, gekennzeichnet durch eine Anzahl von elektrischen Einrichtungen, die parallel in zyklischen Schaltvorgängen weitergeschaltet werden, "beispielsweise Schieberegister (S₀ bis S-,),

   el CL

   wobei die Kreise unteieinander verschieden sind und wobei
   die Einrichtung beispielsweise aus Ketten oder Reihen von
   untereinander verschiedenen Anzahlen von bistabilen Flip-Flops (al bis a13j b1 bis b12; d bis c11; d1 bis d1o) gebildet werden, deren Ausgangszustand vorzugsweise entsprechend einer Zufallsverteilung eingestellt ist, weiterhin äadurch gekennzeichnet, daß die Zustände der Flip-Flops (al, b1, c1, d1; a2, b2, c2₅ d2; _β._β)₅ <äie parall- in jeder
   Spalte (k1 bis k1o) in den unterschiedlichen L--*-^.. -beregistern weitergeschaltet werden, zusammen einen Chiffrierbuchstaben bestimmen, wobei die Spaltenbuchstaben automatisch sich
   ändern, sobald ein Schieberegister einen Zyklus vollendet
   hat, weiterhin- gekennzeichnet durch eine Anordnung (Tl bis T4), die bei jedeip Chiffrierschritt automatisch eine (beispielsweise k1) oder mehrere auswählbare Flip-Flop-Spalten in der Flip-Flop-Anordnung auswählt und die dem Zustand der jeweiligen Flip-Flops entsprechenden Signale einer Addiereinrichtung (A1 bis A8) zuführt, um das Chiffriersignal zu bilden, das dem Klartext-Signal überlagert wird.

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   BADORIQfMAl

   - si

   /1
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum automatischen Auswählen mindestens einer bestimmten Flip-JTlop-Spalte eine Anzahl von Buchstabenselektoren (T1 bis T4) umfaßt, von denen jeder seiner Spalte (oder jeder seiner Anzahl von Spalten j entspricht, und von denen

   - jeder eine. Anzahl von Eingängen (i1 bis i4) aufweist, ent·^ sprechend der Ansäil der Flip-Flop-Reihen, wobei die Eingänge parallel mit entsprechenden Ausgängen der Ϊΐϊρ-Flops in einer P zugehörigen Spalte (beispielsweise k1) verbunden sind und jeder mit seinem Ausgang (u1, u2, u"j, u4) mit einem Eingang eines UlTD-Gatters (01, 02, 03, 08) verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang einer Addierschaltung (A1, A2, ....A8) verbunden ist, deren entsprechende Eingänge so mit den Ausgängen der Flip-Flops in der entsprechenden ijpalte (k2, kj, ...k9) .verbunden sind, o.aß für einen bestimmten Buchstaben in der entsprechenden Spalte, (k1) nur ein Buchstabens elektor ein Ausgangssignal an den TIMD-Kreis gibt, 'an dessen anderem Eingang das Ausgangsä_gnal ier Addierschaltung immer ansteht, so daß sich ein Ausgangssignal an dem UHD-Gatter ergibt, das das Chiffriersignal darstellt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Buchstabens elektor ein System von UND-Gattern (G-I bis G5) umfaßt, deren entsprechende Eingänge mit den Ausgängen der Flip-Flops (al bis dl) der entsprechenden-Spalte (ld) in der Weise verbunden sind, daß das Ausgangssignal des Gattersystems nur für bestimmte festgelegte Buchstaben in der Spalte erhalten wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ochalter (Systemselektor) (V) umfaßt, der zwischen den Ausgängen der Flip-Flop-Spalten (k1 bis kg) und den damit verbundenen Addierschaltuiigen (A1 bis AB) angeordnet ist,-um ein Verschieben der Verbiiidxing zwischen den Plip-Flop-Spalten und den fBuchotabenaelektoreii ~(ΐ1 bis T4) au

   rmögliehen. 009839/07 82

   f-i

   BAD ORIGINAL