DE1948096C1 - Mit Binaerzeichen arbeitendes UEbertragungssystem,insbesondere PCM-System oder System mit Pulsdeltamodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Binärzeichen arbeitendes Übertragungssystem, insbesondere ein PCM-System oder ein System mit Pulsdeltamodulation, bei dem eine Verschlüsselung der zu übertragenden Informationen vorgesehen ist

Bei derartigen Systemen ist eine Verschlüsselung in der Weise üblich, daß der zu übertragenden Binärinformation sendeseitig ein Schlüsselsignal gleicher Bit-Folge-Frequenz in Binärform addiert und empfangsseitig das gleiche Schlüsselsignal von der empfangenen Bit-Folge subtrahiert wird. Hierbei ist es erforderlich, für die Erzeugung dieser Schlüsselsignale sende- und empfangsseitig gleichartige Schlüsselgeneratoren hinreichend großer Periodendauer vorzusehen. Diese werden über periodisch in die übertragene Bit-Folge eingeblendete Synchronzeichen in Gleichlauf gehalten, denen vorzugsweise ein Ankündigungszeichen jeweils vorgeordnet ist Sollte von unbefugten Dritten eine Störung auf dieses Zeichen gelegt werden, so ist es beispielsweise durch Änderung der Zeitlage ohne weiteres möglich, dieser Störung auszuweichen. Bei großer Schlüsselperiodendauer haftet diesem System aber eine Schwierigkeit an, die darin besteht, daß die für die Synchronisierung des empfangsseitigen Schlüsselgenerators benötigten Synchronisierzeichen sehr lang sind. Sie müssen nämlich so viele Bit-Stellen umfassen, als der jeweilige Schiüsseigenerator Einsteiimögiichkeiten hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für die Verkürzung der Synchronzeichen zu schaffen, ohne die Verschlüsselungssicherheit des Svstems zu vermindern bzw. zu gefährden.

Abständen neu einstellt

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlüsselsignal des Schlüsselgenerators zusammen mit der Bit-Folge des Synchronschlüsselgenerators als Verschlüsselungssignal für die zu übertragende Information vorgesehen ist

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Synchronsignal und/oder das Einstellsignal eine zusätzliche Verschlüsselungseinstellung, beispielsweise mittels einer Lochkarte, vorgesehen ist

4. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Synchronschlüsselgenerators derart klein gewählt ist im Vergleich zu der des Schlüsselgenerators, daß der Synchronschlüsselgenerator von Synchronsignal zu Synchronsignal jeweils nur um wenige Schritte — vorzugsweise nur um einen Schritt — weitergestellt wird.

5. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bit pro Periode des Synchronschlüsselgenerators möglichst verschieden von einem Vielfachen der in der Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ableitungen von Einstellsignalen anfallenden Bit gewählt ist.

6. Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Bit innerhalb der Periode des Synchronschlüsselgenerators keine Primzahl mit der vom Synchronschlüsselgenerator zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ableitungen von Einstellsignalen abgegebenen Bit gemeinsam hat

Diese Aufgabe wird bei einem Übertragungssystem der einleitend geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zusätzlich zu den Schlüsselgenera-

toren sende- und empfangsseitig je ein Synchronschlüsselgenerator vorgesehen ist, daß die Schlüsselgeneratoren über ein vom sendeseitigen Synchronschlüsselgenerator abgeleitets Synchronsignal gleicher Bit-Folge-Frequenz wie die zu übertragende Information im Gleichlauf gehalten werden, daß die Binärstellenzahl des Synchronschlüsselgenerators kleiner als die des Schlüsselgenerators ist und daß sende- und empfangsseitig je ein Signalwandler vorgesehen ist, der vom Synchronschlüsselgenerator ein Einstellsignal ableitet, das aus so viel Einzelsignalen besteht wie Eingänge für eine Neueinstellung im Schlüsselgenerator vorgesehen sind und das diesen in regelmäßigen Abständen neu einstellt

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 18 15 233 ist

es an sich bekannt, bei einer mit einem Schlüsselsignal arbeitenden Übertragungsanlage in regelmäßigen Zeitabständen ein Prüfsignal einzublenden, anhand dessen festgestellt wird, ob Störungen ein vorgegebenes Ausmaß überschreiten. Für die Erzeugung dieser Prüfsignale sind sende- und empfangsseitig entsprechende Impulsgeneratoren vorgesehen. Naturgemäß ist die Bitstellenzahl des von diesem Impulsgeneratoren erzeugten Prufsignsls kleiner als die Bitsteüenzahl des eigentlichen Schlüsselsignals.

es Vorteilhaft ist es, wenn das Schlüsselsignal des Schlüsselgenerators zusammen der Bit-Folge des Synchronschlüsselgenerators als Verschlüsselungssignal für die zu übertragende Information vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn für das Synchronsignal und/oder das Einstellsignal eine zusätzliche Verschlüsselungseinstellung, beispielsweise mittels einer Lochkarte, vorgesehen ist

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Arbeitsge- s schwindigkeit des Synchronschlüsselgenerators derart klein gewählt ist im Vergleich zu der des Schlüsselgenerators, daß der Synchronschlüsselgenerator von Synchronsignal zu Synchronsignal jeweils nur um wenige Schritte - vorzugsweise nur um einen Schritt weitergestellt wird.

Von Vorteil ist es ferner, wenn die Anzahl der Bit pro Periode des Synchronschlüsselgenerators möglichst verschieden von einem Vielfachen der in der Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ab!?itungen von Einstellsignalen anfallenden Bit gewählt ist Eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen Übertragungssystems ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Bit innerhalb der Periode des Synchronschlüsselgenerators keine Primzahl mit der vom Synchronschlüsselgenerator zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ableitungen von Einstellsignalen abgegebenen Bit gemeinsam hat

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine sendeseitige Einrichtung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Übertragungssystems,

Fig.2 eine zugehörige empfangsseitige Ausbildung eines solchen Übertragungssystems,

F i g. 3 eine Ausführungsform für eine empfangsseitige Einrichtung nach F i g. 2 mit Details des Schlüsselgenerators, die sich durch besonders geringen Aufwand auszeichnen,

F i g. 4 ein Verknüpfungsnetzwerk für die Ableitung eines Einstellsignals für den Schlüsselgenerator aus dem Synchronschlüsselgenerator.

Bei der sendeseitigen Einrichtung nach F i g. 1 wird an der Stelle A das Analogsignal, das beispielsweise aus einem einzelnen Telefonierkanal oder einem eine Vielzahl von solchen Kanälen umfassenden Basisbandsignal besteht, eingespeist In einem Analog-Digital-Umsetzer 1 wird dieses Analogsignal in ein digitales Signal, beispielsweise ein PCM-Signal, umgesetzt Der Analog-Digital-Umsetzer 1 ist, wenn das System mit Pulsdeltamodulation arbeitet ein Pulsdeltamodulator. Die Baugruppe 1 kann jedenfalls eine der hierfür bekannten Ausführungsformen sein. In einer Impulsmischstufe 2, die beispielsweise ein Halbaddierer (Binäraddierer ohne Übertrager) sein kann, wird das im Ausgang von 1 anfallende Binärsignal mit einer Schlüsselimpulsfolge überlagert, so daß im Ausgang von 2 ohne besondere Hilfsmittel das ursprüngliche Binärsignal nicht mehr erkennbar ist In diese verschlüsselte Binärsignalfolge im Ausgang von 2 wird in regelmäßigen zeitlichen Abständen ein Synchronsignal eingeblendet, dem zwecks besserer Erkennbarkeit auf der Empfangsseite jeweils ein Ankündigungssignal zeitlich vorgeordnet ist Das so aufbereitete Binärsignal steht am Ausgang D für die Übertragung zur Empfangsseite zur Verfügung. Diese Übertragung kann beispielsweise mittels einer Kabelverbindung oder such über einen Funkweg erfolgen. Die gesamte sendeseitige Einrichtung wird, wie bei mit Binärzeichen arbeitenden Übertragungseinrichtungen an sich üblich, von einer Taktzentrale 4 gesteuert Diese Taktzentrale betätigt die Einblendeeinrichtung 3, die im einfachsten Fall ein Umlaufverteiler sein kann. An einen der Eingänge dieser Einblendeinrichtung 3 ist der Ausgang von 2 angeschlossen, an den in Umlaufrichtung nachfolgenden Anschluß ist die Zuleitung für das Ankündigungssignal angeschaltet, das beispielsweise aus der Taktzentrale 4 entnommen wird, und an den nächstfolgenden Ausgang ist das Synchronsignal angelegt.

Die Ableitung des Schlüsselsignals und des Synchronsignals erfolgt in den Baueinheiten 5, 6, 7, 8 und 9. Ein Schlüsselgenerator 5, der von der Taktzentrale 4 angesteuert wird, erzeugt nach Art eines Zufallsgenerators eine Binärzeichenfolge, deren Periodendauer relativ sehr lang ist Beispielsweise kann diese Periodendauer 10 bis 20 Tage oder auch Jahre betragen. Verwendung Finden kann für diesen Zweck irgendeiner der hierfür an sich bekannten Zufallsgeneratoren, die meist aus einer großen Anzahl von in Kette geschalteten Flip-Flop-Stufen bestehen. Betrachtet man einen solchen Zufallsgenerator in einem bestimmten Augenblick, so haben die einzelnen Stufen jeweils eine ganz bestimmte Einstellung und — über die Stufen betrachtet — ergibt sich eine ganz bestimmte Verteilung der Einstellungen zwischen dem Binärzustand Null und Eins. Diese Verteilung der Einstellung ändert sich von Fortschalteschritt zu Fortschalteschritt im Schlüsselgenerator, wobei diese Fortschalteschritte durch den Fortschaltetakt aus der Taktzentrale 4 bestimmt ist Es wäre also bei dem einleitend geschilderten bekannten System erforderlich, in bestimmten Zeitabständen, nämlich zu den Synchronisierzeiten, diese Einstellung der einzelnen Stufen des Schlüsselgenerators 5 zu übertragen.

Beim erfindungsgemäßen System wird von einer derartigen Übertragung der jeweils im Synchronisierzeitpunkt gegebenen Einstellung des Schlüsselgenerators abgesehen. Statt dessen ist ein Synchronschlüsselgenerator 8 vorgesehen, der eine wesentlich geringere Anzahl von einzustellenden Stufen hat Wenn beispielsweise der Schlüsselgenerator 40 Stufen umfaßt, kann der Synchronschlüsselgenerator 8 zehn oder 20 Stufen umfassen, die für die Einstellung maßgebend sind. Diese Einstellung des Synchronschlüsselgenerators 8 wird über die Einblendvorrichtung 3 jeweils nach Auftreten des Ankündigungssignals in die zu übertragende Bit-Folge bzw. das Binärsignal eingeblendet. Von dem Synchronschlüsselgenerator 8 wird der Schlüsselgenerator 5 eingestellt, der wesentlich mehr Einstellung erfordert als der Synchronschlüsselgenerator 8 an sich vornehmen könnte. Zur Anpassung dieser unterschiedlichen Einstellung ist ein Umwerter 9 vorgesehen, der jeweils von Einstelltakt zu Einstelltakt des Synchronschlüsselgenerators 8 aus dessen beispielsweise η entnommenen Einstellung m im Schlüsselgenerator 5 benötigte Einstellsignale ableitet Diese Einstellung des Schlüsselgenerators 5 durch den Synchronschlüsselgenerator 8 kann an sich jeweils bei Abgabe eines Synchronsignals an die Einblendvorrichtung 3 erfolgen, jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann dies auch in längeren oder kürzeren Zeitabständen, als sie für die Einblendung von Synchronzeichen vorgesehen sind, geschehen. Der Umwerter 9 ist im einfachsten Fall ein Kombinationsnetzwerk aus Logikschaltungen, das durch Verknüpfungen von den η Eingangssignalen m Ausgangssignale ableitet. Ein solches Verknüpfungsnetzwerk ist als Beispiel in F i g. 4 angedeutet. Im Verwürfler 6 wird schließlich aus den Ausgangssignalen des Schlüsselgenerators 5 die Schlüsselimpulsfolge erzeugt. Zur Erhöhung der Schlüsselsicherheit kann die Arbeitsweise des Verwürfler 6

beispielsweise durch eine Lochkartensteuerung 7 verändert werden.

Bei der in Fig.2 gezeigten empfangsseitigen Einrichtung wird in D das dort ankommende Binärsignal eingespeist. In diesem Binärsignal sind — vorzugsweise in regelmäßigen Zeitabständen — die bereits erwähnten Ankündigungssignale für die einzelnen Synchronzeichen eingeblendet. Diese Ankündigungssignale werden mittels einer Erkennungsschaltung 11 an dem Binärsignal festgestellt. Beispielsweise ist dies dadurch möglich, daß als Ankündigungssignal ein nach zeitlicher Länge und Bit-Verteilung bestimmtes Codewort verwendet wird. In diesem Fall kann die Erkennungsschaltung 11 aus einem Schieberegister bestehen, dem das das Ankündigungszeichen enthaltende Binärsignal als Seriencode eingespeist wird. Als Parallelcode kann dann das Ankündigungssignal an den Parallelausgängen des Schieberegisters mittels der üblichen Koinzidenzschaltungen erkannt werden. Dieses Ankündigungssignal wird der empfangsseitigen Taktzentrale 12 zugeführt, die analog zur Sendeseite den dort vorgesehenen Schlüsselgenerator 15, den Synchronschlüsselgenerator 13 und den zwischengeschalteten Umwerter 14 betätigt. Des weiteren wird von der Taktzentrale eine Umschalteinrichtung 19 gesteuert, die jeweils bei Eintreffen des Synchronsignals aus dem Übertragungsweg der Empfangseinrichtung das Synchronsignal ausblendet, beispielsweise durch einfache Umschaltung des empfangsseitigen Übertragungsweges. Dieses ausgeblendete Synchronsignal wird einem Einsteller 20 für den Synchronschlüsselgenerator 13 zugeführt, der gleichartig zum sendeseitigen Synchronschlüsselgenerator 8 ausgebildet ist. Dieser Einsteller stellt auf Grund des ihm zugeführten Eingangssignals den Synchronschlüsselgenerator 13 jeweils so ein, wie für den zugehörigen Binärsignalabschnitt des Empfangssignals jeweils gerade der Synchronschlüsselgenerator 8 der Sendeseite eingestellt war. Der zur Sendeseite gleichartig ausgebildete Umwerter 14 leitet aus dem so eingestellten Synchronschlüsselgenerator, der π Einstellungen hat, die m Einstellung für den Schlüsselgenerator 15 ab, der ebenfalls gleichartig zur Sendeseite ausgebildet ist. Das Ausgangssignal des Schlüsselgenerators 15 hat damit die für die Wiedergewinnung der ursprünglichen Binärimpulsfolge erforderliche Form. Falls auf der Sendeseite, wie vorstehend bereits erwähnt, ein Verwürfler 6 gegebenenfalls mit Lochkartensteuerung 7 vorgesehen ist, ist ein hierzu gleichartiger Verwürfler mit Lochkartensteuerung 18 auch auf der Empfangsseite in der dargestellten Weise anzuordnen. In dem Impulsmischer 17, der ebenfalls gleichartig zu dem sendeseitigen Impulsmischer 2 ausgebildet ist, wird die so gewonnene Schlüsselimpulsfolge von dem über D empfangenen Binärsignal subtrahiert, so daß wieder die am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 1 der Sendeseite vorhandene Binärsignalform erhalten wird, die unverschlüsselt ist. Diese unverschlüsselte Binärsignalform wird mittels eines üblichen Digital-Analog-Umsetzers 21 in das Analogsignal umgewandelt, das am Ausgang A' der Empfangseinrichtung zur Verfügung steht.

Eine zusätzliche Erhöhung der Schlüsselsicherheit ist dadurch möglich, daß beispielsweise zu den Verwürflern 6 bzw. 16 und den Lochkartensteuerungen 7 bzw. ähnliche oder gleichartige Verwürfler an den Stellen a, b oder c auf der Sendeseite und jeweils analog an a', b' oder c'auf der Empfangsseite eingeschaltet werden. Eine weitere Erhöhung der Schlüsselsicherheit wäre noch dadurch möglich, daß dem vom Schlüsselgenerator 5 abgeleiteten Signal noch das Ausgangssignal des Synchronschlüsselgenerators 8 in einer weiteren Impulsmischstufe, die in der Zeichnung nicht mehr dargestellt ist, überlagert wird und daß diese Überlagerungsimpulsfolge als Verschlüsselungssignal dem Impulsmischer 17 eingespeist wird.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform besteht der Schlüsselgenerator aus zwei die erforderliche ίο Stufenzahl aufweisenden Schieberegistern 24, 25, die über Halbaddierer 26, 27 rückgekoppelt sind. Die Rückkopplung erfolgt von beispielsweise mittels einer Lochkartensteuerung auswählbaren Anzapfungen 28 und 29 aus. Die beiden Schieberegister arbeiten zeitlich t5 versetzt in der Weise, daß jeweils in eines der Schieberegister die Einstellimpulsfolge jeweils gerade eingespeichert wird, während das andere Schieberegister als Zufallsgenerator arbeitet und das Schlüsselsignal liefert. Um diese Arbeitsweise sicherzustellen, sind die von der Taktzentrale 12 gesteuerten Umschalter 22, 23 und 30 vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird über den Umsetzer 14 gerade das Schieberegister 24 eingestellt, während das Schieberegister 25 als Zufallsgenerator frei läuft. Demzufolge ist der Umschalter 30 so eingestellt, daß die Ausgangsimpulsfolge aus dem Schieberegister 25 als Schlüsselsignal dem Impulsmischer 17 zugeführt wird. Während des nächsten Synchronisationsabschnittes für den Schlüsselgenerator werden die Umschalter 22, 23 und 30 in ihre jeweils andere Schaltstellung gebracht, womit das Schieberegister 24 zu einem frei laufenden Zufallsgenerator geschaltet wird und über 30 das Schlüsselsignal an 17 abgibt, während das Schieberegister 25 von 14 über 22 neu eingestellt wird.

Die Periodendauer des den Impulsmischern 2 und 17 zugeführten Schlüsseltextes ist durch den Zeitraum gegeben, in dem sich die Neueinstellungen des Schlüsselgenerators nicht wiederholen. Die maximale Periodenlänge des Schlüsseltextes ist dann erreicht, wenn jede mögliche Stellung des Synchronschlüsselgenerators auch zu einer Neueinstellung des Schlüsselgenerators herangezogen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Synchronschlüsselgenerator pro Neueinstellung des Schlüsselgenerators nur um eine Stellung in seiner Periode weiterschaltet. Das gleiche Ziel wird aber auch dadurch erreicht, daß der Synchronschlüsselgenerator pro Neueinstellung des Schlüsselgenerators um mehrere Schritte, vorzugsweise mit der Arbeitsgeschwindigkeit des Übertragungssystems weiterschaltet, wenn dabei sichergestellt ist, daC die Periodenlänge (Stellungen pro Periode) de; Synchronschlüsselgenerators und die Anzahl dei Weiterschaltungen pro Neueinstellung keine gemeinsa men Primfaktoren (2,3,5,7 ...) enthalten. In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines einfachei Umwerters 9 dargestellt. Er besteht im wesentlichen au einem rückgekoppelten Schieberegister 32 mit r Flip-Flop-Stufen. Vor jeder Neueinstellung des Schlüs selgenerators 5 werden zunächst alle Stufen de Registers neu eingestellt; der linke Teil 1 bis η durc Signale 31 des Synchronschlüsselgenerators und de rechte Teil 1 bis q durch Lochkarteninformationen 1 Danach wird das rückgekoppelte Schieberegister ui eine bestimmte Anzahl von Schritten weitergeschalte wodurch in den Zellen und damit auch an de Parallelausgängen 34 des Registers 1 bis m eine nei Einstellung erzeugt wird, die zu einer Neueinstellur des Schlüsselgenerators 5 verwendet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mit Binärzeichen arbeitendes Übertragungssystem, insbesondere PCM-System oder System mit Pulsdeltamodulation, bei dem der zu übertragenden Binärinformation zur Verschlüsselung sendeseitig ein Schlüsselsignal gleicher Bit-Folge-Prequenz in Binärform addiert und bei dem empfangsseitig das gleiche Schlüsselsignal von der empfangenen Bit- ι ο Folge subtrahiert wird und bei dem außerdem für die Erzeugung dieser Schlüsselsignale sende- und empfangsseitig gleichartige Schlüsselgeneratoren hinreichend großer Periodendauer vorgesehen sind, die über periodisch in die übertragene Bit-Folge '5 eingeblendete Synchronzeichen in Gleichlauf gehalten werden, denen vorzugsweise ein Ankündigungszeichen vorgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Schlüsselgeneratoren (5, 15) sende- und empfangsseitig je ein Synchronschlüsselgenerator (8, 13) vorgesehen ist, daß die Schlüsselgeneratoren (5, 15) über ein vom sendeseitigen Synchronschlüsselgenerator (8) abgeleitetes Synchronsignal gleicher Bit-Folge-Frequenz wie die zu übertragende Information im Gleichlauf gehalten werden, daß die Binärstellenzahl des Synchronschlüsselgenerators (8, 13) kleiner als die des Schlüsselgenerators (5, 15) ist und daß sende- und empfangsseitig je ein Signalwandler (9, 16) vorgesehen ist, der vom Synchronschlüsselgenerator (8, 13) ein Einstellsignal ableitet, das aus so viel Einzelsignalen besteht wie Eingänge für eine Neueinstellung im Schlüsselgenerator (5,15) vorgesehen sind und das diesen in regelmäßigen