DE3039105A1

DE3039105A1 - Einrichtung zur verschluesselten informationsuebertragung

Info

Publication number: DE3039105A1
Application number: DE19803039105
Authority: DE
Inventors: Manfred 8031 Puchheim Hanni
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1982-04-29
Also published as: EP0050268A1; NO813476L; PT73815A; DK457381A; GR75090B; PT73815B

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.

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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.

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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

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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-

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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-

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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,

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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.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

3039"1O / VPA 80 P B 1-8 8 DE Patentansprüche

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-

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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.

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