DE2058285A1 - Verfahren und Vorrichtung zur chiffrierten UEbermittlung von Informationen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur chiffrierten UEbermittlung von Informationen

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DE2058285A1 DE19702058285 DE2058285A DE2058285A1 DE 2058285 A1 DE2058285 A1 DE 2058285A1 DE 19702058285 DE19702058285 DE 19702058285 DE 2058285 A DE2058285 A DE 2058285A DE 2058285 A1 DE2058285 A1 DE 2058285A1
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Description

DR. BfiR© DIPL.-ING. STAPF
PATENTANWÄLTE • MÜNCHEN 60, MAJERXIRCHERSTR. 45
cibä-geigyag 2058285
CIBA AKTIENGESELLSCHAFi, BASEL (SCHWEIZ)
Anwaltsakte 20 223 München, den 26. November 1970
Case G 317/R
Verfahren und Vorrichtung zur chiffrierten Uebermittlung von Informationen.
Die Erfindung betrifft ein-Verfahren zur chiffrierten Uebermittlung von Informationen, bei welchem beim Absender die Klarinformation mit einem in Abhängigkeit von einem geheimen Grundschlüssel und einem nicht geheimen Zusatzschlüssel hergestellten pseudostatistischen ChiffriJ.erprogramm gemischt wird, wobei sowohl das durch die Mischung von Klarinformation und Chiffrierprogramm erzeugte Chiffrat als auch der Zusatzschlüssel auf einem gemeinsamen Speichermedium aufgezeichnet werden und dieses Speichermedium beim Empfänger durch inverse Operationen dechiffriert wird.
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Bei den bisher bekannt gewordenen Verfahren dieser
Art wird zur Beeinflussung des Chiffrierprogramms
der gesamte Zusatzschlüssel verwendet. Da der Zusatzschlüssel auf dem Speichermedium aufgezeichnet ist, kann er zusammen mit dem Chiffrat in unbefugte Hände geraten. Aus dem Zusatzschlüssel und dem Chiffrat ist es mit Hilfe von modernen Rechenanlagen möglich, den Klartext in relativ kurzer Zeit zu erhalten.
Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil und ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des Chiffrierprogramms nur Teile des Zusatzschlüssels herangezogen werden, welche mittels eines aus dem Chiffrierprogramm abgeleiteten Selektionierprogramms bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst je einen Generator zur Erzeugung eines Grundschlüssels und eines Zusatzschlüssels und einen von diesen beaufschlagten Generator zur Erzeugung eines pseudostatistischen Chiffrierprogramms und ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Chiffriergenerator und den Zufallsgenerator eine vom Chiffriergenerator gesteuerte Signalsperre geschaltet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielsweise näher erläutert; es zeigen:
Pig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Chiffrier- und Dechiffrierstation,
Pig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Chiffrier- und Dechiffrier-
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station zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 5 eine Variante der Chiffrierstation der Pig. 2,
Fig. 4 bis 7 Beispiele für die kombinierte Aufzeichnung des Chiffrats und Zusatzschlüssels auf dem Speichermedium.
Gemäss Fig. 1 wird die Klarinformation 1 in einem Mischer 2 mit einem Chiffrierprogramm 5 gemischt, wodurch das Chiffrat 4 entsteht. Das Chiffrat 4 wird auf einem Speichermedium 10, darstellungsgemäss auf einem Lochstreifen, aufgezeichnet. Anstelle von Lochstreifen können auch andere Informationsträger, beispielsweise Magnetbänder oder zu bedruckende Blätter oder Bänder verwendet werden. Das Chiffrierprogramm 3 ist eine pseudostatistische Signalfolge, welche in einem Chiffriergenerator 5 erzeugt wird, dessen innere Schaltzustände sich nach komplexen Regeln und mit sehr langer Wiederholungsperiode des Schaltungsablaufs verändern. Die inneren Sehaltzustände sowie der Schaltungsablauf des Chiffriergenerators werden durch mindestens zwei verschiedene Faktoren beeinflusst, nämlich durch einen geheimen Grund schlüssel 6 und durch einen nicht geheimen Zusatzschlüssel 7· . Der geheime Grundschlüssel 6 wird in einem GrundschlÜsselgenerator 17 erzeugt, wobei zur Erzeugung beispielsweise eine Zahlen- oder Buchstabenfolge, eine auf Lochkarten oder Lochstreifen gestanzte Information, oder eine speziell geschaltete Printplatte verwendet werden kann. Wie schon
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der Name ausdrückt, darf diese geheime Grundschlüsselinformation 6 Unbefugten nicht bekannt sein. Der Zusatzschlüssel 7 wird in einem Zufallsgenerator 8 erzeugt und kann durch eine Zufallszahlen- oder Buchstabenreihe oder eine Zufalls-Binär-Signalfolge gebildet sein. Der geheime Grundschlüssel kann für eine grössere Anzahl von Nachrichten, bzw. Nachrichtenabschnitten gleichbleibend sein, wogegen der Zusatzschlüssel für jede neue Nachricht, bzw. jeden neuen Nachrichtenabschnitt neu erzeugt wird. Die Verwendung des Zusatzschlüssels soll verhindern, dass verschiedene Nachrichten, bzw. verschiedene Nachrichtenabschnitte mit dem gleichen Chiffrierprogramm chiffriert werden. Der Zusatzschlüssel 7 wird zusammen mit dem Chiffrat 4 auf das Speichermedium 10 aufgezeichnet. Hierzu werden diese beiden Informationen in einer Stufe 9 zusammengesetzt. Das Speichermedium 10 wird körperlich zur Dechiffrierstation übermittelt.
Die Dechiffrierung erfolgt gemäss dem rechten Teil des Blockschaltbildes der Pig. I, welcher praktisch gleich aufgebaut ist wie der Chiffrierteil. In einer Trennstufe 11 wird die Zusatzschlüsselinformation 7 vom Chiffrat , 4 getrennt und anschliessend dem Chiffriergenerator 51 zugeleitet, wo in gleicher Weise wie im Chiffrierteil (links) mit Hilfe eines Grundschlüssels 61 ein Chlffrierprogramm )' gebildet wird. Die Grundschlüsselgeneratoren 17 und 17' einerseits und die Chiffriergeneratoren 5 und 51 anderseits
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sind identisch aufgebaut. Bei Verwendung von übereinstimmenden Grundschlüsseln 6 und 6' stimmen daher auch die Chiffrierprogramme 5 und 31 miteinander überein, da auf der Dechiffrierseite der Zusatzschlüssel 7 in seiner ursprünglichen Form erhalten wird. Das Chiffrat 4 und das Chiffrierprogramm j5' gelangen auf einen Mischer 12, welcher in bekannter Weise wiederum die ursprüngliche Klarinformation 1 erzeugt. .
Um in der dechiffrierseitigen Trennstufe 11 feststellen zu können, welche Information auf dem Speichermedium 10 zum Zusatzschlüssel und welche Information zum Chiffrat gehört, kann jedem Zusatzschlüssel ein Spezialzeichen vorgesetzt werden, oder es können auch Zählwerke zum Abzählen der Zeichen verwendet werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemassen Vorrichtung der Fig. 2 stürmt prinzipiell mit derjenigen der Fig. 1 überein; dieser Zusammenhang ist durch die Verwendung von gleichen Bezugszeichen für gleiche Bauteile zum Ausdruck gebracht. Neu in Fig. 2 ist die Anordnung von gesteuerten üignalsperron 14 (Sender) und 14' (Empfänger) zwischen dem Zufallsgenerator 8 bzw. 8' und Chiffriergerierator 5 bzw. 5'· Die .'jipjnalsperro 14 bewirkt, dass von der im Zufallsgenerator 8 erzeugton Zusatzschlüsselinformation 7 nur eine durch oin of-'lektiomorprogrararn 15 gesteuerte Zusatzschlüsselaus-Wfi hl information 16 zur Beeinflussung des ChiiTr iergenorators lj verwendet wird. Dat; ßo l.ok·; I unterprogramm I1J v/ird, ähnlich
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wie das Chiffrierprogramm ), dem Chiffriergenerator 5 entnommen,· und ist von den inneren Sehaltzuständen und vom Schaltungsablauf des Chiffriergenerators 5 abhängig. Damit ist das Selektlonierprogramm auch vom Grundschlüssel 6 abhängig und somit Unbefugten nicht bekannt. Auf dem Speichermedium 10, wird die gesamte vom Zufallsgenerator erzeugte Zusatzschlüsselinformation gespeichert, wogegen zur Beeinflussung des Chiffriergenerator-Schaltungsablaufs nur die selektionlerte Zusatzschlüsselauswahlinformation 16 verwendet wird. Es ist also Unbefugten, welche in den Besitz des Speichermediurns 10 gelangen praktisch unmöglich, herauszufinden, welche Teile der Zusatzschlüsselinformation zur Beeinflussung des Chiffriergenerators verwendet wurden.
In der Dechiffrierstation der Fig. 2 gelangt das übermittelte Speichermedium 10 in die Trennstufe 11, wo die Zusatzschlüsselinformation 7 vom Chiffrat ty abgetrennt und anschliessend der Signalsperre Ity' zugeführt wird. In der Signalsperre ity' wird mittels eines im Chiffriergenerator 51 erzeugten Selektionierprogramms 15' eine Zusatzschlüsselauswahlinformation 16' gebildet,, welche zur Beeinflussung des Chiffriergenerators herangezogen wird. Die Grundschlüsselgeneratoren 17 und 17' einerseits, und die Chiffriefgeneratoren 5 und 5' anderseits sind wiederum (vgl. Pig. I)-'identisch aufgebaut. Da ausserdem auch die./ beiden Signalsperren Ity und ity' identisch aufgebaut sind,,-, ergeben sich bei Verwendung von übereinstimmenden Grund-
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schlüsseln 6 und 6' wiederum identische Chiffrierprogramme 3 und 3' . Im Dechiffriermischer 12 wird aus dem Chiffrat 4 und dem mit dem Chiffrierprogramm 3 identischen Chiffrierprogramm 3' wiederum die Klarinformation 1 gewonnen.
Gemäss der Detailvariante der Fig. 3 sind der Grundsehlüsselgenerator 17 und der Chiffriergenerator 5 zweistufig ausgeführt. Die beiden ersten Stufen 17a und 5a werden zur Erzeugung des Chiffrierprogramms 3 und die beladen zweiten Stufen 17b und 5b zur Erzeugung des Selektionierprogramms 15 verwendet. Beide Stufen 5a und 5b des Chiffrxergenerators 5 sind durch die Zusatzschlüsselaus-Wahlinformation beeinflusst. Die Stufen 17a und 17b sowie 5a und 5b können völlig oder zumindest teilweise unabhängig voneinander arbeiten; die letztere Möglichkeit ist in der Fig. 3 durch die gestrichelten Verbindungen zwischen den Stufen angedeutet.
Die Signalsperren 14 bzw. l4' können bei der Verarbeitung von Binärsignalen durch einfache UND-Tore gebildet sein.
Die in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Lochstreifen sind Beispiele dafür, in welcher räumlichen Anordnung bzw. Folge Chiffrat 4 und Zusatzschlüssel 7 auf das Steuer-•rnedium aufgezeichnet werden können.
Gemäss Fig. 4 ist das Speichermedium 10 durch einen 5-Kanal Lochstreifen (Lochstreifen mit fünf Inforinationsspuren) gebildet,auf welchem abschnittsweise ineinandergeschachtelt
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Zusatzschlüsselinformation 7 und Chiffrat (chiffrierte Nachricht) 4 eingestanzt sind. Es folgt von rechts nach links betrachtet zuerst ein Abschnitt mit Zusatzschlüsselinformationen 7 und dann ein Abschnitt mit Chiffrat 4. Die Abschnitte mit dem Chiffrat 4 schliessen unmittelbar an diejenigen mit der Zusatzschlüsselinformation· 7 an; nach jedem Chiffratabschnitt folgt ein Zusatzschlüsselabschnitt und anschliessend wieder ein Chiffratabschnitt usw.. Die einzelnen Abschnitte, vor allem die Chiffratabschnitte, sind normalerweise wesentlich langer als in Fig. 4 dargestellt. Die Lochreihen des Zusatzschlüssels sind fortlaufend mit Kleinbuchstaben bezeichnet. Die durch die Signalsperre 15 selektionierte Zusatzschlüsselauswahlinformation l6 (Fig. 2) ist mit Pfeilen markiert. Im gezeigten Beispiel werden die Lochreihen b, e, f, h, k, zur Beeinflussung des Chiffriergenerators verwendet, wogegen die übrigen Lochreihen nicht verwendet werden. Dem unbefugten Betrachter des Lochstreifens 10 ist es jedoch unmöglich, festzustellen, welche Teile der Zusatzschlüsselinformation zur Dechiffrierung verwendet werden sollen und welche nicht, da wie oben erwähnt, die Selektionierung unter anderem vom geheimen Gründschlüssel abhängig ist.
Gemäss Fig. 5 besteht jeder Chiffratabschnitt und jeder Zusatzschlüsselabschnitt aus nur je einer einzigen Lochreihe. Die Zusatzschlüsselabschnitte (7) sind wiederum fortlaufend mit Kleinbuchstaben a, b, c, ... j,
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bezeichnet. Durch die Wirkung der Signalsperre lh (Fig. 2) werden nur die mit Pfeilen markierten Lochreihen a, d, e, f, h, ... zur Beeinflussung.des Chiffrierprogramms herangezogen.
Da die -Zusatzschlüsselinformation bzw. die Zusatzschlüsselauswahlinformation den Ablauf des Chiffrierprogramms mitbestimmt, ist es in vielen Fällen angezeigt, die Zusatzschlüsselinformation redundant auf das Speichermedium 10 aufzubringen. Dies ist besonders in solchen Fällen vorteilhaft, wo die Information auf das Speichermedium durch störbeeinflussbare Uebertragungen, z.B. Funkübertragung, übermittelt wird. Ein Beispiel für die redundante Aufbringung ist in Fig. 6 dargestellt. Hier ist jeweils ein- und derselbe Zusauzschlüsselinfornationsabschnitt (7) dreimal nacheinander eingestanzt. Demnach folgen einander jeweils drei gleiche Lochreihen mit ein- und demselben Zusatzschlüsselabschnitt (7)j eine Lochreihe mit einem Chiffratabschnitt (H-), drei gleiche Lochreihen mit einem weiteren Zusatzschlüsselabschnitt (7) usw.. Dadurch kann bei gestörter Uebertragung durch Mehrheitsentscheid die richtige Zusatzschlüsselinformation ermittelt werden. Die zur Beeinflussung des Chiffrierprogramms herangezogenen Zusatzschlüsselinformationen sind in B'ig. 6 wiederum mit Pfeilen a, d, e, ... markiert. Natürlich können beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 die einzelnen Chiffratabschnitte
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zwischen den redundanten Zusatzschlüsselinformationsabschnitte auch wesentlich langer sein als nur eine Lochreihe. Die in gleich langen Intervallen übertragenen Zusatzschlüsselinformationen können zusätzlich als Gleichlaufsignale, insbesondere zur weiteren Fehlersicherung verwendet werden.
Gemäss Pig. 7 ist das Speichermedium 10 durch einen 8-Kanal-Lochstreifen gebildet. Das Chiffrat h und die Zusatzschlüsselinformation 7 sind dabei nicht mehr abwechslungsweise ineinandergeschachtelt, sondern parallel aufgzeichnet. Im gezeigten Beispiel sind die oberen fünf Lochreihen für das Chiffrat k und die unteren drei Lochreihen für den Zusatzschlüssel 7 bestimmt.
Ausser der oben beschriebenen Methode, den Zusatzschlüssel redundant auf das Speichermedium aufzubringen, gibt es noch andere Möglichkeiten, um trotz fehlerhaft übertragenen Zusatzschlüsselinformationen möglichst die gesamte Nachricht dechiffrieren zu können. Einmal besteht die Möglichkeit, die einzelnen Nachrichtenabschnitte zumindest am Anfang der Informationsaufzeichnung , wo erfahrungsgemäss die meisten Störungen auftreten, möglichst kurz zu halten, um zu verhindern, dass eine fehlerhaft übertragene Zusatzschlüsselinformation die Dechiffrierung längerer Chiffratabschnitte stört. Zum andern besteht die Möglichkeit, nach relativ kurzen Intervallen, z.B. nach je 100 Buchstaben oder nach jeder Zeile eines Schriftstückes,
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den Jewells momentanen gesamten inneren Zustand des Chiffriergeneratos zu speichern. Beim Dechiffrieren kann dann von der Stelle aus, wo die Klarinformation durch fehlerhaft übertragene Zusatzschlüsselinformation undechiffrierbar wird, auf den letztgespeicherten Schaltungszustand des Chiffriergenerators zurückgegangen werden, und durch künstliches Verändern der Zusatzschlüsselinformation den Chiffrierablauf wieder richtiggestellt werden.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    flJ Verfahren zur chiffrierten Uebermittlung von Informationen, bei welchem beim Absender die Klarinformation mit einem in Abhängigkeit von einem geheimen Grundschlüssel und einem nicht geheimen Zusatzschlüssel hergestellten pseudostatistischen Chiffrierprogramm gemischt wird, wobei sowohl das durch die Mischung von Klarinformation und Chiffrierprogramm erzeugte Chiffrat als auch der Zusatzschlüssel auf einem gemeinsamen Speichermedium aufgezeichnet werden· und dieses Speichermedium beim Empfänger durch inverse Operationen dechiffriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des Chiffrier Programms (5) nur Teile des Zusatzschlüssels (7) herangezogen werden, welche mittels eines aus dem Chiffrierprogramm abgeleiteten Selektionierprogramms (15) bestimmt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzschlüssel (7) redundant auf dem Speicherrnedium (1O) aufgezeichnet wird.
    J>. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzschlüssel (7) in gleich grossen Abständen auf das Speichermedium (1O) aufgezeichnet wird, wobei der durch diese Abstände bestimmte Rhythmus zur
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    Fehlersicherung verwendet wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass das Chiffrat (4) und der Zusatzschlüssel (7) abwechslungsweise ineinandergeschachtelt auf das Speichermedium (10) aufgezeichnet werden.
    5. Verfahren nach einam der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass das Chiffrat (4) und der Zusatzschlüssel (7) gleichzeitig nebeneinander auf das Speichermedium (10) aufgezeichnet werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichermedium (10) ein 5-Kanal-Lochstreifen verwendet wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass als Speichermedium (1O) ein 8-Kanal-Lochstreifen verwendet wird, wobei vorzugsweise fünf Kanäle für die Speicherung des Chiffrats (4) und die restlichen drei Kanäle für die Speicherung des Zusatzsehlüssels (7) verwendet werden.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, dass als Speichermedium ein Magnetband verwendet wird.
    9· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit je einem Generator zur Erzeugung eines Grund-
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    Schlüssels und eines Zusatzschlüssels und einen von diesen' beaufschlagten Generator zur Erzeugung eines pseudostatistischen Chiffrierprogramms, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Chiffriergenerator (5) und den Zufallsgenerator
    (8) eine vom Chiffriergenerator gesteuerte Signalsperre (8) geschaltet ist.
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