DE978055C - Electronic device for encryption and decryption of binary coded signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung zur Ver- und Entschlüsselung von in binär kodierter Form vorliegenden Signalen, wie z. B. Telegraphie-Zeichen oder quantisierten und in Form von mehrstelligen Binärzahlen kodierten Sprachsignalen. Gemäß der Erfindung ist ein Schieberegister, wie es aus der Technik der elektronischen Rechenautomaten allgemein bekannt ist, und ein binäres Addierwerk modulo 2 vorgesehen, die in der Weise zusammengeschaltet sind, daß zur Verschlüsselung der binär kodierte Klartext sowohl über das Schieberegister als auch direkt dem Addierwerk zur Bildung des verschlüsselten Textes durch Addition zugeführt wird und daß zur Entschlüsselung der verschlüsselte Text direkt und der entschlüsselte, vom Ausgang des Addierwerkes gelieferte Klartext über das Schieberegister dem Eingang des Addierwerkes zugeführt wird.The invention relates to an electronic device for the encryption and decryption of binary coded Form present signals, such as. B. Telegraphic characters or quantized and in the form of multiple digits Binary numbers encoded speech signals. According to the invention, a shift register is as is known in the art the electronic calculator is well known, and a binary adder modulo 2 provided, which are interconnected in such a way that for encryption of the binary-coded plain text both via the shift register and directly to the adder to form the encrypted text is supplied by addition and that for decryption the encrypted text directly and the decrypted, Plain text delivered from the output of the adder via the shift register to the input of the adder is fed.

Hierbei ist also unter Verschlüsselung die geheime Chiffrierung von Klartexten verstanden, im Gegensatz zur Kodierung, bei der es sich nur um die Umsetzung eines Textes in einen für die Übertragung geeigneten Kode handelt.In this case, encryption is understood to mean the secret encryption of plain text, in contrast for coding, which is only a matter of converting a text into one that is suitable for transmission Code deals.

Es ist bereits eine Einrichtung zur Umkodierung von binären Telegraphiesignalen bekannt, bei welchen ebenfalls die umzuschlüsselnden Signale in ein Schieberegister eingespeichert und in einer Additionsschaltung umkodiert werden. Weiterhin ist es an sich bekannt, die Verschlüsselung von binär kodierten Klartexten durch algebraische Addition von besonderen Chiffriertexten vorzunehmen. Dazu ist auf der Sende- und der Empfangsseite je ein Schlüsselerzeuger notwendig, die einen vorher verabredeten Schlüsseltext synchron erzeugen müssen. Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Einrichtung den Vorteil, daß der Klartext selbst zur Verschlüsselung mit herangezogen wird, so daß nur die Inhalte der beiden Schieberegister zu Anfang der Nachrichtenübertragung übereinstimmen und daher vorher verabredet sein müssen, während als weiterer Schlüsseltext der um eine gewisse Zahl von Nachrichteneinheiten verschobene Klartext selbst verwendet wird.A device for recoding binary telegraphy signals is already known in which the signals to be re-encoded are also stored in a shift register and in an addition circuit be recoded. Furthermore, it is known per se to encrypt binary-coded plain texts perform algebraic addition of special ciphertexts. This is on the sender and the A key generator is required on the receiving side, which synchronizes a previously agreed key text need to generate. In contrast, the device according to the invention has the advantage that the plain text itself is used for encryption, so that only the contents of the two shift registers at the beginning of the Match message transmission and must therefore be agreed in advance, while as a further Ciphertext which uses plain text itself, shifted by a certain number of message units will.

Es sei ein binär kodiertes Signal vorgegeben, dessen Zeichen so quantisiert sind, daß die Übergänge vom einen Binärzeichen zum nächsten stets zu festen Zeitpunkten, bezogen auf einen vorgegebenen Takt oder einen bestimmten Startzeitpunkt, wie beim Start-Stop-System erfolgen. Dieses Signal, im folgenden als Klartext bezeichnet, wird zur Verschlüsselung der in der Zeichnung mit 1 bezeichneten Eingangsklemme zugeführt. Die Verschlüsselungseinrichtung besteht aus dem Schieberegister 2 und dem Addierwerk 3. Das ίο Addierwerk besitzt zwei Eingangsklemmen 4 und 5 und eine Ausgangsklemme 6. Der Klartext wird einerseits über die Klemme 4 dem Addierwerk direkt und andererseits über die Eingangsklemme 7 dem Schieberegister zugeführt.A binary coded signal is given, the characters of which are quantized in such a way that the transitions from one binary character to the next, always at fixed times, based on a given cycle or a specific start time, as in the start-stop system. This signal, in the following designated as plain text, is used for encryption of the input terminal marked 1 in the drawing fed. The encryption device consists of the shift register 2 and the adder 3. Das ίο Adding unit has two input terminals 4 and 5 and one output terminal 6. The plain text is on the one hand via terminal 4 to the adder directly and, on the other hand, via input terminal 7 to the shift register fed.

Ein Schieberegister ist ein Gebilde mit π Speichern. Der Inhalt dieser Speicher stellt eine n-stellige Binärzahl dar. Für die Anfangsstellung der Speicher gibt es also 2" Möglichkeiten. Ein Schiebeimpuls, der an der Klemme 8 zugeführt wird, schiebt nun den ganzen Speicherinhalt um eine Stelle nach rechts, so daß nach dem ersten Schiebeimpuls der Inhalt des ersten Speichers auf den zweiten, der Inhalt des zweiten Speichers auf den dritten usw. verschoben wird, während der Inhalt des letzten Speichers an der Ausgangsklemme 9 des Registers erscheint und von dort der Klemme 5 des Addierwerks zugeführt wird. Am Ausgang 9 des Registers erscheint also, wenn man die Schiebeimpulse im gleichen Takt auf das Schieberegister gibt wie die Binärzeichen am Eingang 7 eintreffen, der Klartext um die Anzahl η von Takten verspätet gegenüber dem Eingang 7 an der Sendestelle.A shift register is a structure with π memories. The content of this memory is an n-digit binary number. There are 2 options for the initial position of the memory The first shift pulse shifts the content of the first memory to the second, the content of the second memory to the third, etc., while the content of the last memory appears at output terminal 9 of the register and is fed from there to terminal 5 of the adder 9 of the register appears if the shift pulses are sent to the shift register in the same cycle as the binary characters arrive at input 7, the plain text is delayed by the number η of cycles compared to input 7 at the transmission point.

Auf der Sendestelle wird zu Beginn das Register auf eine verabredete der 2" Möglichkeiten eingestellt und dem Schieberegister z. B. für jede besetzte oder freie Stelle des Signals ein Schiebeimpuls zugeführt. Der jetzt als Zeitfolge bei 9 austretende Registerinhalt wird im Addierwerk 3 modulo 2 zum Signal addiert, womit dieses verschlüsselt wird. Damit jetzt aber nach η Schritten das Register nicht leer ist, werden am Eingang 7 die binären Zeichen als neuer Inhalt nachgeliefert. Auf diese Weise werden vom binären Signal die ersten η Stellen mit dem verabredeten Kode verschlüsselt, die zweiten η Stellen mit den ersten η Stellen des Textes, die dritten η Stellen mit den zweiten usw. verschlüsselt. Nachdem der ursprüngliche Speicherinhalt verbraucht ist, wird also jede Gruppe von η Impulsen durch die vorangegangenen π Impulse des Textes verschlüsselt.At the beginning of the transmission, the register is set to one of the 2 " options and a shift pulse is fed to the shift register, for example for each occupied or free position in the signal Signal added, with which this is encrypted. So that the register is not empty after η steps, the binary characters are supplied as new content at input 7. In this way, the first η digits of the binary signal are encrypted with the agreed code, the The second η digits are encrypted with the first η digits of the text, the third η digits with the second, etc. After the original memory has been used up, each group of η pulses is encrypted by the previous π pulses in the text.

Die Empfangsstelle ist aus den gleichen Teilen wie die Sendestelle aufgebaut. Entsprechende Teile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hier ist die Ausgangsklemme 6 des Addierwerkes außer mit dem Signalausgang 10 noch mit dem Eingang 7 des Registers 2 verbunden. Zu Beginn wird der Inhalt des Registers in die gleiche Stellung wie das Register am Sender gebracht Eine Addition modulo 2 liefert das entschlüsselte Signal, welches wie beim Sender nun auch auf den Eingang des Schieberegisters gegeben wird.The receiving station is made up of the same parts as the sending station. Corresponding parts are therefore provided with the same reference numerals. Here the output terminal 6 of the adder is except with the Signal output 10 still connected to input 7 of register 2. At the beginning, the content of the register is in the same position as the register on the transmitter. An addition modulo 2 provides the decrypted Signal which, like the transmitter, is now also sent to the input of the shift register.

Damit das Schieberegister niemals leer wird, ist es nur notwendig, die Schiebeimpulse an der Klemme 8 nur dann zuzuführen, wenn Text gesendet bzw. empfangen wird. Diese Impulse können bei Synchronverfahren eine irgendwie mit der Signalfolge synchronisierte Impulsfolge sein. Bei einem Start-Stop-Verfahren verwendet man günstig eine vom Startsignal abgeleitete Impulsgruppe. So that the shift register never becomes empty, it is only necessary to apply the shift pulses to terminal 8 only to be fed in when text is sent or received. In the case of synchronous processes, these pulses can be a be somehow synchronized with the signal train. Used in a start-stop procedure a group of impulses derived from the start signal is favorable.

Mit einem z.B. 50stelligen Register, was technisch einen bescheidenden Aufwand vorstellt, hat man » 10¹⁵ mögliche Anfangspositionen. Die Wiederho-With a 50-digit register, for example, which technically represents a modest effort, you have »10 ¹⁵ possible starting positions. The repetition

lungsperiode ist infolge der Selbstverschlüsselung unendlich lang, wenn nicht der gleiche Text ständig wiederholt wird, sondern immer nur möglichst redundanzarme Nachrichten übermittelt werden.The period is infinitely long as a result of the self-encryption, if not the same text all the time is repeated, but only messages that are as redundant as possible are transmitted.

Nach Beendigung einer Übertragung bleiben die letzten 50 Zeichen als Anfangswerte für die Verschlüsselung der nächsten Nachricht im Register. Dabei würde aber ein einmal aufgetretener Übermittlungsfehler sich ständig fortpflanzen. Es ist daher zweckmäßig, bei Pausen, die länger als ein festgelegter Mindestwert sind, das Schieberegister auf den Anfangskode zurückzuschalten. Dies könnte z. B. nach jedem Satz oder nach willkürlichen Absätzen erfolgen. Man kann aber auch die Rückstellung nach jeder Pause auf einen neuen verabredeten Kode einstellen.After a transmission has ended, the last 50 characters remain as initial values for encryption the next message in the register. However, this would result in a transmission error that has occurred once constantly reproduce. It is therefore advisable, for breaks that are longer than a specified minimum value, to switch the shift register back to the initial code. This could e.g. B. after each sentence or after arbitrary paragraphs. But you can also reset to a new one after each break set the agreed code.

Dazu muß eine Folge von z. B. m—/retelligen Schlüsseltexten verabredet sein. Diese Folge läßt sich z. B. an einem Steckbrett mit m Zeilen und η Stellungen je Zeile schalten. Die oberste Zeile gibt die erste Anfangsstellung des Schieberregisters. Bei jeder Pause von einer bestimmten Mindestlänge wird durch ein Schrittschaltwerk die nächste Zeile des Schlüsseltableaus als Anfangswert in das Schieberegister eingeführt. To do this, a sequence of z. B. m / retelligen key texts to be agreed. This sequence can be z. B. switch on a breadboard with m lines and η positions per line. The top line gives the first starting position of the shift register. With every pause of a certain minimum length, the next line of the key panel is introduced into the shift register as an initial value by a stepping mechanism.

Für die Entschlüsselung eines Absatzes ständen dann ohne Kenntnis des Schlüssels nur jeder m-te Absatz zur Verfügung, und seine Entschlüsselung brächte keinerlei Anhaltspunkte für die Dekodierung der zwischenliegenden m-1 Absätze.Then the key stands for deciphering a paragraph without knowledge only every mth design to sales, and its decoding would bring no evidence for decoding the intermediate m- 1 paragraphs.

Wenn mit dem beschriebenen Verfahren Signale chiffriert werden sollen, bei denen periodisch wiederkehrende Impulse bekannt sind, so ist die Zahl der Registerstufen dementsprechend zu wählen, weil sonst eine leichte Dechiffrierung möglich ist. Dies ist z.B. beim normalen Fernschreiben der Fall. An den verlängerten Startimpulsen erkennt man den Buchstabenanfang, und sein Ende ergibt sich durch Abzählen von sieben Schritten. Beobachtet man einen einzigen Anfang, so kennt man das Schlüsselzeichen, welches zu diesem Zeitpunkt in das Register geht und kennt damit schon jedes achte und jedes vorangehende Zeichen im Text. Wenn man nun dafür sorgt, daß das Register eine Stellenzahl hat, die ein Vielfaches von 7 ist, so ist dies nicht weiter schlimm, da dann die bekannten Schlüsselimpulse auf sowieso bekannte Start- oder Stopzeichen fallen. Bei jeder anderen Stellenzahl des Registers würde dagegen eine ganz leichte Entschlüsselung derartiger Signale möglich sein, weil dann jeder bekannte Schlüsselschritt weiterschreitend zu neuen bekannten Schritten führen würde. Zur Verschlüsselung von Nachrichten, in denen sich bestimmte Zeichen periodisch wiederholen, soll das Schieberegister daher eine Stellenzahl besitzen, die durch die betreffende Periode teilbar ist. Für Fernschreibzeichen wählt man daher ein Schieberegister von z. B. 49 Stellen.If signals are to be encrypted with the method described, for which periodically recurring Pulses are known, the number of register levels must be selected accordingly, otherwise easy decryption is possible. This is the case, for example, with normal telex. To the extended start impulses you can recognize the beginning of the letter, and its end results from counting of seven steps. If one observes a single beginning, one knows the key sign which to goes into the register at this point in time and already knows every eighth and every preceding character in the Text. If you now ensure that the register has a number of digits that is a multiple of 7, then this is it Not that bad, as the known key impulses are then sent to the already known start or stop signs fall. Any other number of digits in the register would, however, be very easy to decode Such signals may be possible because then each known key step progresses to new ones known steps. To encrypt messages that contain certain characters repeat periodically, the shift register should therefore have a number of digits that is determined by the relevant Period is divisible. For telex characters one therefore chooses a shift register of z. B. 49 digits.

Das Schieberegister läßt sich in bekannter Weise aus Flip-Flop-Stufen mit Röhren oder Transistoren aufbauen oder aber auch mit magnetischen Ringkernen. Daneben gibt es auch die Möglichkeit, Elemente mit noch viel größerer Kapazität, z. B. eine Magnettrommel, zu benutzen, die sich leicht als Schieberegister schalten läßt.The shift register can be constructed in a known manner from flip-flop stages with tubes or transistors or also with magnetic toroidal cores. There is also the option of using elements much larger capacity, e.g. B. to use a magnetic drum, which easily switch as a shift register leaves.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektronische Einrichtung zur Ver- und Entschlüsselung von binär kodierten Signalen, gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes Schieberegister und ein Addierwerk modulo 2, die in der Weise zusammengeschaltet sind, daß zur Verschlüsselung der binär kodierte Klartext sowohl über das Schieberegister als auch direkt dem Addierwerk zur Bildung des verschlüsselten Textes durch Addition zugeführt wird und daß zur Entschlüsselung der verschlüsselte Text direkt und der entschlüsselte, vom Ausgang des Addierwerkes gelieferte Klartext über das Schieberegister dem Eingang des Addierwerkes zugeführt wird.1. Electronic device for encryption and decryption of binary coded signals, characterized by a known shift register and an adder modulo 2, which in are interconnected in such a way that for encryption of the binary coded plaintext both via the shift register as well as directly to the adder to form the encrypted text is supplied by addition and that for decryption of the encrypted text directly and the decrypted plain text delivered by the output of the adder via the shift register dem Input of the adder is fed. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kodierten Signalen, die periodisch nach einer Anzahl von Schritten wiederkehrende Signale enthalten, das Schieberegister eine Stellenzahl aufweist, die durch die Impulszahl der Wiederkehrperiode teilbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that in the case of coded signals which are periodic contain recurring signals after a number of steps, the shift register a number of digits which is divisible by the number of pulses of the return period.