DE3039105A1 - Einrichtung zur verschluesselten informationsuebertragung - Google Patents
Einrichtung zur verschluesselten informationsuebertragungInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 . Unser Zeichen Berlin und München YPA 80 P 6 18 8 DE
Einrichtung zur verschlüsselten Informationsübertragung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur verschlüsselten
Informationsübertragung in digitalisierter Form über Funk zwischen zwei und mehr Sende-Empfangsstationen,
insbesondere mobilen Stationen, die zur sendeseitigen Ver- und zur empfangsseitigen Entschlüsselung der
digitalen Signale in einem Schlüssler einen durch einen Schlüsselgeber hinsichtlich seiner PN-Folge einstellbaren
PN-Generator aufweisen und bei der die gegenseitige Synchronisation der Schlüsselgeräte der einzelnen Stationen
durch quarzgesteuerte gleichlaufende Stationsuhren gewährleistet ist.
Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise durch die
DE-PS 19 48 096, 20 48 199 und 21 56 635 bekannt. Ver-Schlüsselungseinrichtungen,
die eine hohe Sicherheit gegen unbefugtes Abhören der zu übertragenden Information
gewährleisten sollen, werden im allgemeinen mit durch einen Tagesschlüssel gesteuerten PN-Generatoren realisiert,
die eine sehr gro0e PN-Folgenperiode aufweisen.
PN-Generatoren mit sehr langen PN-Folgenperioden benötigen
langwierige Einphasprozeduren zwischen den miteinander in Verbindung tretenden Stationen, die zusätzlich
noch störsensitiv sind. Besonders ungünstig xcLrkt sich
dieser Sachverhalt bei der Anwendung solcher Schlüsselgerate im taktischen Einsatz aus, wo neben einem hochwertigen
Geheimschutz der Information gegen Entschlüsselung ein verschlüsseltes Selektivrufverfahren mit kurzer
Reaktionszeit sowie eine sichere und störfeste Synchronisation der Informationsverschlüsselung gefordert werden.
Jae 1 Obh / 13.10.1980 6 Ausfertigungen
ψ. Ausfertigung
™ go P 6 1 8 8 DE
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Funknetz, insbesondere ein mobiles Funknetz, eine eine hochwertige
Verschlüsselung ermöglichende Verschlüsselungseinrichtung anzugeben, die bei sicherer und störfester Synchronisation
einen verschlüsselten Selektivruf mit kurzer Reaktionszeit zuläßt.
Ausgehend von einer Einrichtung zur verschlüsselten Informationsübertragung
der einleitend erwähnten Art, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der
PN-Generator eine relativ kurze PN-Folgenperiode aufweist und der Schlüssel des Schlüsselgebers in die PN-Folgenperiode
unterschreitenden Zeitintervallen mittels einer Ablaufsteuerung in fest vorgegebener Weise, beispielsweise
durch eine Modulo-2-Addition,wenigstens zum Teil mit
dem binären Ausgangssignal der Stationsuhr fortwährend zu
einem neuen Schlüssel verknüpft ist, und zwar bei gleichzeitiger Rückstellung des PN-Generators auf eine vorgegebene
Anfangsposition, und daß der PN-Generator mit dem Schlüssler über eine die fortwährende PN-Folgen-Neueinstellung
überbrückende Zwischenspeicheranordnung in Verbindung steht.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß sich eine hochwertige Verschlüsselung auch unter Verwendung
eines nur eine relativ kurze PN-Folgenperiode aufweisenden PN-Generators verwirklichen läßt, wenn der diesen
PN-Generator in seiner PN-Folge festlegende Tagesschlüssel rechtzeitig vor Ablauf einer PN-Folgenperiode, also
in relativ kurzen Zeitabständen bei gleichzeitiger Rückstellung des PN-Generators,geändert wird, und daß sich diese
Änderung ohne Einfluß auf die sichere und störfeste Synchronisation in außerordentlich vorteilhafter und einfa- ■
eher Weise durch eine Verknüpfung des digitalen Ausgangssignals der Stationsuhr mit dem TagesSchlussel herbeiführen
läßt.
ORIGINAL INSPECTED
VPA 80 P δ 1 8 8 DE
Die für die Überbrückung der fortwährend vorgenommenen
PN-Folgen-Neueinstellung vorgesehene Zwischenspeicheranordnung
kann in einfacher Weise zwei PN-Folgenr.egister
aufweisen, die eingangsseitig wechselweise periodisch über einen ersten Umschalter an den PN-Generator und ausgangsseitig
wechselweise periodisch über einen zweiten Umschalter an den Schlüssler angeschaltet werden. Dabei weisen
beide von der Ablaufsteuerung betätigte Umschalter die gleiche durch die periodische Rückstellung des PN-Generators,
vorgegebene Umschaltperiode, jedoch mit gegenseitiger zeitlicher Phasenverschiebung von vorzugsweise 180°,
auf.
Da der Synchronismus des Funknetzes durch die einmal eingestellten
Stationsuhren der verschiedenen Stationen über größere Zeiträume gewährleistet ist und lediglich gegebenenfalls
durch ein einer Sendung vorangestelltes Zeitzeichen die Quarzdrift zwischen zwei miteinander in Verbindung
tretenden Stationen feinkorrigiert werden muß, läßt sich auf diese Weise ein verschlüsselter Selektivruf mit
außerordentlich kurzer Reaktionszeit verwirklichen.
In Weiterbildung der Erfindung läßt sich der selektive Ruf auch hinsichtlich der Verschlüsselung selbst selektiv
dadurch gestalten, daß das binäre Ausgangssignal der Stationsuhr durch eine binäre Teilnehmernummer ergänzt ist,
• die im Ruhezustand einer Station ihre eigene Rufnummer bzw. die ihr zugeteilte Funkkreisadresse und bei einem abzugebenen
Ruf die Rufnummer der zu rufenden Station ist, und daß das so ergänzte binäre Ausgangssignal mit dem
Schlüssel des Schlüsselgebers im Rhythmus der die PN-FoI-genperiode
unterschreitenden Zeitintervalle fortwährend zu einem neuen Schlüssel, bei gleichzeitiger Rückstellung
des PN-Generators, verknüpft ist.
-/- C. VPA 8OP 6 188 DE
In einer anderen Weiterbildung kann dieser selektiv verschlüsselte
Informationsaustausch auch bei gleichzeitiger Anwendung eines Frequenzsprungverfahrens dadurch realisiert
werden, daß der Ausgang der Zwischenspeicheranordnung über eine von der Ablaufsteuerung gesteuerte Torschaltung
mit einem Frequenzadressenregister in Verbindung steht, an das ausgangsseitig über einen Umwertespei- ·
eher der für die Frequenzerzeugung vorgesehene Synthesizer
angeschaltet ist, und daß die Torschaltung vor Beginn eines der für Rufzwecke vorgesehenen Zeitschlitze oder
eines Sende- bzw. Empfangsinformationsblockes für eine
durch die Länge einer Frequenzadresse vorgegebene Bitzahl offen gesteuert ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß
sich jeweils beide miteinander in Verbindung tretenden oder in Verbindung stehenden Stationen praktisch unabhängig
voneinander Jeweils im Rhythmus der vorgesehenen Frequenzsprünge stets die" gleiche verbindungsselektive Frequenzadresse
erwürfeln.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung ixa folgenden noch näher erläutert
werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Verschlüsselungseinrichtung nach der Erfindung
Fig. 2 ein die Wirkungsweise der Erzeugung der Schlüsselsignale am Ausgang des PN-Generators erläuterndes Schema.
Die Schaltung nach Fig. 1 weist auf der rechten Seite den Quarzgenerator G auf, an den sich die Teilerkette TK anschließt.
Die Teilerkette TK weist Ausgänge für benötigte Taktsignale T sowie weitere Ausgänge auf, an denen das binäre
Ausgangssignal der vom Quarzgenerator G, der Teilerkette TK und der Einstellvorrichtung EV gebildeten Stationsuhr
ansteht. Die Einstellvorrichtung EV dient zur
ORIGINAL INSPECTED
30391OG
P 6 1 8 8 DE
gleichen Einstellung sämtlicher Stationen des Funknetzes
zu Beginn einer Betriebsaufnahme. Hierzu sind die Ausgänge
der Einstellvorrichtung BV mit einer entsprechenden Anzahl von zugehörigen Eingängen der Teilerkette TK
verbunden. Das binäre Uhrensignal wird fortwährend in das Register R2 eingeschrieben, das seinerseits zusätzlich
einer Reihe von Speicherplätzen für das Einschreiben einer Teilnehmernummer bzw. einer Funkadresse aufweist.
Das Einschreiben einer Teilnehmernummer bzw. einer Funkadresse in das Register R2 erfolgt mit Hilfe der Nummerneinstellung
NE,
Auf der linken Seite der Schaltung nach Fig. 1 ist zunächst der Schlüsselgeber SG dargestellt, der die Tages-
15. schlüsseleinstellung enthält. Der Schlüsselgeber ist über
seine binären Ausgänge mit dem Register R1 verbunden, in das der Tagesschlüssel in Form eines Impulsmusters eingespeichert
ist. Weiterhin weist Fig. 1 ein Schlüsselregister SR auf, das den augenblicklichen Einstellschlüssel
für den hiermit verbundenen PN-Generator enthält. Der Ausgang des PN-Generators ist seinerseits über die Zwischenspeicheranordnung
ZA mit dem Schlüssler MD2 in Form eines Modulo-2-Addierers verbunden, dessen zweiten Eingang das
zu verschlüsselnde digitale Signal Sig zugeführt, und an dessen Ausgang das verschlüsselte Signal Sig' abgenommen
wird. Die Empfangsseite ist in gleicher Weise aufgebaut, mit dem Unterschied, daß von links das verschlüsselte Signal
Sig1 zugeführt und das entschlüsselte Signal Sig am Ausgang auftritt. Zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts
auf der Empfangsseite sind die entsprechenden Bezeichnungen in Klammern in Fig. 1 eingetragen.
Für die Verknüpfung der im Register R2 stehenden Uhrzeit einschließlich einer Teilnehmernummer bzw. einer Funkkreisadresse
mit dem im Register R1 stehenden Tagesschlüssel ist der Modulo-2-Addierer MD1 vorgesehen. Mit jeder von der Ablauf-
ORlGJMAL INSPECTtD
VPA 80 P 6 1 8 8 DE
steuerung AST ausgelösten Neueinstellung des PN-Generators wird das Ergebnis der Verknüpfung aus den in den
Registern R1 und R2 eingeschriebenen Binärfolgen in das Schlüsselregister SR .übertragen und bei gleichzeitiger
Rückstellung des PN-Generators in seine Nullstellung ein neuer durch den geänderten Schlüssel im Schlüsselregister
SR festgelegter PN-Zyklus gestartet. Die Ablaufsteuerung AST wird von der Teilerkette TK angesteuert und gibt
bei Durchführung einer Schlüssel-Neueinstellung entsprechende Steuersignale an den PN-Generator PN-G, die Register
R1 und R2 und das Schlüsselregister SR ab. Die Ablaufsteuerung AST steuert ferner die Zwischenspeicheranordnung
ZA, die ihrerseits aus zwei PN-Folgenregistern PN-R1
und PN-R2 und zwei von der Ablaufsteuerung AST betätigten Umschaltern U1 und U2 besteht. Der Umschalter U1 verbindet
dabei wechselseitig die Eingänge der PN-Folgenregister PN-R1 und PN-R2 mit dem Ausgang des PN-Generators.
Der Wechsel findet dabei zusammen mit der Rückstellung des PN-Generators in seine Nullstellung statt. In gleieher
Weise verbindet der Umschalter U2 wechselseitig die Ausgänge der PN-Folgenregister PN-R1 und PN-R2 mit
dem einen Eingang des Schlüsslers MD2. Die Umschaltphase des Umschalters U2 ist dabei gegenüber der Umschaltphase
des Umschalters U1 um 180° verschoben. Auf diese Weise wird erreicht, daß wechselweise die PN-Folgenregister
mit einer neuen PN-Folge des PN-Generators in Abhängigkeit einer Schlüssel-Neueinstellung zunächst
gefüllt und 'anschließend zum Schlüssler MD2 hin ausge- .
lesen werden.
■ Zum besseren Verständnis dieser Wirkungsweise sind in Fig. 2 drei Zyklen in Gestalt von ineinander übergehenden Kreisen dargestellt. Jede PN-Folge beginnt im Zeitpunkt der mit NS angegebenen Nullstellung. Der Kreis PN-X stellt eine vom PN-Generator abgegebene erste PN-Folge dar, die kurz vor Ablauf der PN-Folgenperioden im Um-
■ Zum besseren Verständnis dieser Wirkungsweise sind in Fig. 2 drei Zyklen in Gestalt von ineinander übergehenden Kreisen dargestellt. Jede PN-Folge beginnt im Zeitpunkt der mit NS angegebenen Nullstellung. Der Kreis PN-X stellt eine vom PN-Generator abgegebene erste PN-Folge dar, die kurz vor Ablauf der PN-Folgenperioden im Um-
ÖRK3INAL INSPECTED
SQ P 6 1 8 8 DE
schaltzeitpunkt UP dann in eine neue PN-Folge übergeht,
die durch den Kreis PN-Xh-1 dargestellt ist. Diese neue
Folge beginnt mit der Nullstellung des PN-Generators. Am Ende dieser Folge wird im UmsehaltZeitpunkt UP wiederum
in die durch den Kreis PN-X+2 dargestellte neue PN-Folge
übergeleitet usw.
Da die Verknüpfung des Tagesschlüssels im Register RI mit
der Stationsuhrzeit und einer Teilnehmernummer im Register R2 zum Einstellschlüssel für den PN-Generator im
Schlüsselregister SR von der eingestellten Teilnehmernummer mitbestimmt wird, ist das Schlüsselsignal am Ausgang
der Zwischenspeicheranordnung ZA teilnehmernummernselektiv
und ermöglicht auf diese Weise jeder aufzubauenden Verbindung für einen Informationsaustausch einen eigenen
Schlüssel zuzuordnen, der durch die ständige Modifikation über die Uhrzeit eine sehr hohe Sicherheit gegen
Entschlüsselung aufweist.
Wie schon darauf hingewiesen worden ist, kann die Schlüsseleinrichtung
nach Fig. 1 auch zusätzlich für die Gewinnung von verbindungsselektiven Frequenzadressen bei Verwendung
eines Frequenzsprungverfahrens erweitert werden. Diese Erweiterung ist in Fig. 1 ebenfalls dargestellt.
Die Steuerung des Synthesizers SYN erfolgt hier von einem Frequenzadressenregister FA-R aus über einen Umwertespeicher
USP hinweg. Die in das Frequenzadressenregister FA-R vor Beginn eines für Rufzwecke vorgesehenen Zeitschlitzes
oder eines Sende- bzw. Empfangsinformationsblocks einzuspeichernde Frequenzadresse, erfolgt mittels einer von
der Ablaufsteuerung AST gesteuerten Torschaltung TR, der eingangsseitig das Schlüsselsignal am Ausgang der Zwischenspeicheranordnung
ZA zugeführt wird. Die Ablaufsteuerung AST steuert dabei jeweils zu Beginn eines Rufzeitschlitzes
oder vor Beginn eines Sende- bzw. Smpfangsinformationsblocks die Torschaltung TR für ein Zeitintervall offen,
8OP 6 188DE
das ausreicht, um die durch eine Frequenzadresse vorgegebene Anzahl von Bits, beispielsweise acht Bits, in das
Frequenzadressenregister FA-R einzuschreiben. Mit anderen Worten erwürfeln also beide, auf die gleiche Teilnehmernummer eingestellten Stationen, jeweils die gleichen Frequenzadressen aus dem teilnehmemummernselektiven Schlüsselsignal und ermöglichen somit einen Informationsaustausch, der sowohl hinsichtlich der Verschlüsselung als
auch hinsichtlich des Frequenzsprungprogramms verbindungsselektiv ist.
Frequenzadressenregister FA-R einzuschreiben. Mit anderen Worten erwürfeln also beide, auf die gleiche Teilnehmernummer eingestellten Stationen, jeweils die gleichen Frequenzadressen aus dem teilnehmemummernselektiven Schlüsselsignal und ermöglichen somit einen Informationsaustausch, der sowohl hinsichtlich der Verschlüsselung als
auch hinsichtlich des Frequenzsprungprogramms verbindungsselektiv ist.
5 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
ORIGINAL INSPECTED
Claims (5)
1. Einrichtung zur verschlüsselten Informationsübertragung
in digitalisierter Form über Funk zwischen zwei und mehr Sende-Empfangsstationen, insbesondere mobilen Stationen,
die zur sendeseitigen Ver- und zur empfangsseitigen Entschlüsselung der digitalen Signale in einem Schlüssler
einen durch einen Schlüsselgeber hinsichtlich seiner PN-Folge einstellbaren PN-Generator aufweisen, und bei der
die gegenseitige Synchronisation der Schlüsselgeräte der einzelnen Stationen durch quarzgesteuerte gleichlaufende
Stationsuhren gewährleistet ist,
dad, u r c h gekennzeichnet, daß der
PN-Generator (PN-G) eine relativ kurze PN-Folgenperiode aufweist und der Schlüssel des Schlüsselgebers (SG) in die
PN-Folgenperiode unterschreitenden Zeitintervallen mittels einer Ablaufsteuerung (AST) in fest vorgegebener Weise,
beispielsweise durch eine Modulo-2-Addition, wenigstens
zum Teil mit dem binären Ausgangssignal der Stationsuhr
(G,TK,EV) fortwährend zu einem neuen Schlüssel verknüpft
ist, und zwar bei gleichzeitiger Rückstellung des PN~Generators auf eine vorgegebene Anfangsposition, und daß der
PN-Generator mit dem Schlüssler (MD2) über eine die fortwährende
PN-Folgen-Neue inst ellung überbrückende Zwischen·^
speicheranordnung (ZA) in Verbindung steht.
2. Einrichtung nach Anspruch 19
dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicheranordnung (ZA) zwei PN-Folgenregister (PN-P1,
PN-R2) aufweist, die eingangsseitig wechselweise periodisch
über einen ersten Umschalter (U1) an den PN-Generator
(PN-G) und ausgangsseitig wechselweise periodisch über einen zweiten Umschalter (U2) an den Schlüssler (MD2)
anschaltbar sind, und daß beide von der Ablaufsteuerung (AST) betätigte Umschalter die gleiche durch die perio-
ORIGINAL INSPECTED
- I- VPA 80 P 6 188 DE
dische Rückstellung des PN-Generators vorgegebene Umschaltperiode,
jedoch mit gegenseitiger zeitlicher Phasenverschiebung von vorzugsweise 180°, aufweisen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
binäre Ausgangssignal der Stationsuhr (G,TK,EV) durch
eine binäre Teilnehmernummer ergänzt ist, die im Ruhezustand einer Station ihre eigene Rufnummer bzw. die ihr
zugeteilte Funkkreisadresse und bei einem abzugebenden Ruf die Rufnummer der zu rufenden Station ist, und daß
das so ergänzte binäre Ausgangssignal mit dem Schlüssel des Schlüsselgebers (SG) im Rhythmus der die PN-Folgenperiode
unterschreitenden Zeitintervalle fortwährend zu einem neuen Schlüssel bei gleichzeitiger Rückstellung des
PN-Generators (PN-G) verknüpft ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für mit Frequenzsprung arbeitende Stationen,
dadurch gekennzeichnet,- daß der Ausgang der Zwischenspeicheranordnung (ZA) über eine von
der Ablaufsteuerung (AST) gesteuerte Torschaltung (TR) mit
einem Frequenzadressenregister (FA-R) in Verbindung steht,
an das ausgangsseitig über einen Umwertespeicher (USP) der
für die Frequenzerzeugung vorgesehene Synthesizer (SYN) angeschaltet ist und daß die Torschaltung vor Beginn eines
für Rufzwecke vorgegebenen Zeitschlitzes oder eines Sendebzw.
Empfangsinformationsblockes für eine durch eine Frequenzadresse vorgegebene Bitzahl offen gesteuert ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
durch den Gleichlauf der Stationsuhren gewährleistete gegenseitige'
Grobsynchronisation der Stationsuhren durch ein jeder Sendung vorausgestelltes Zeitzeichen im Sinne einer
Feinkorrektur der Quarzdrift ergänzt ist.
ORIGINAL INSPECTED
Priority Applications (6)
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=6114525
Family Applications (1)
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