DE1924676A1

DE1924676A1 - Einrichtung zum Ver- und Entschluesseln

Info

Publication number: DE1924676A1
Application number: DE19691924676
Authority: DE
Inventors: Emanuele Angeleri; Lyghounis Dr Evangelo
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1968-05-15
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1969-12-11
Also published as: NL6906145A; US3659046A

Description

8O17-69/Dr.v.B/E

italienische Pat.Anm.l6492A/68

vom 15. Mai 1968

Societä" Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a. Mailand (Italien), Piazzale Zavattari 12

Einrichtung zum Ver- und Entschlüsseln

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum sofortigen, zeichenweisen Ver- und Entschlüsseln einer Folge ; von Zeichen, insbesondere Binärzeichen, mit einer Sendestelle, in der eine ankommende Zeichenfolge verschlüsselt wird, und einerj Empfangssteile, in der die verschlüsselte Zeichenfolge entschlüs-· seit wird.

Bei der Datenübertragung, insbesondere der digitalen Datenübertragung, müssen im allgemeinen Synchronisiersignale übertragen werden, um einen synchronen Betrieb der Sendestelle und der Empfangsstelle zu gewährleisten. Diese Synchronisiersignale stellen ein gewisses Problem dar, wenn die Datenübertragung chiffriert erfolgen und gegen Störungen durch einen Gegner möglichst unempfindlich sein soll. Wird das Synchronisiersignal nämlich in die chiffrierte Zeichenfolge nachträglich eingesetzt, so ist es wegen seine» periodischen Auftretens im allgemeinen leicht aufzufinden und es eignet sich besonders gut als Angriffspunkt für Störmaßnahmen durch einen Gegner. Es genügt dann nämlich, die Störleistung auf die Zeiten zu konzentrieren, in denen das Synchronisiersignal erwartet wird, um mit relativ einfachen Mitteln ein falsches Ansprechen und einen Synchronisationsausfall der Empfangsstelle zu erreichen. Wenn man andererseits das Syn-

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chronisiersignal mit verschlüsselt, ergeben sich andere Schwierigkeiten, da die Verschlüsselung nicht vor der Synchronisierung der beiden miteinander verkehrenden Endstellen beginnen kann.

Man hat versucht, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß man das Synchronisiersignal unkenntlich macht_v indem man'ihm eine mehr oder weniger komplizierte Form gibt. Wegen des periodischen Auftretens des Synchronisiersignals hat jedoch dieses Ver fahren eine schwache Stelle.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, : diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zum sofortigen zeichenweisen Ver- und Entschlüsseln einer Folge von Zeichen anzugeben, die nicht nur die Vorteile eines ; sofortigen, also ohne Speicherung arbeitenden Chiffriervorganges aufweisen;, sondern auch eine einfache Unkenntlichmachung der Signale ermöglichen, die zur Synchronisierung der beiden Endstellen, zwischen denen die Übertragung stattfindet, dienen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der obengenannten Art dadurch erreicht, daß die Sendestelle einen synchron mit dem Eintreffen der zu verschlüsselnden Zeichen arbeitenden Zeichenfolgegenerator sowie ein Verknüpfungsglied, indem jedes eintreffende Zeichen der zu verschlüsselnden Folge mit einem vom Zeichenfolgegenerator erzeugten Zeichen unter Erzeugung eines Gehamtextzeiehens gemäß einer ersten logischoi Funktion verknüpft wird, und daß die Empfangsstelle einen zweiten Zeichenfolgegenerator, der die gleiche Zeichenfolge wie der sendeseitige Zeichenfolgegenerator leifert und phasengleich mit diesem arbeitet, sowie ein zweites Verknüpfungsglied enthält, indem jedes an der Empfangsstelle eintreffende Geheimtextzeichen mit einem entsprechenden Zeichen vom zweiten Zeichenfolgegenerator gemäß einer zur ersten logischen Funktion inversen logischen Funktion unter Erzeugung eines entschlüsselten Zeichens verknüpft wird.

Insbesondere liefern die Zeichenfolgegeneratoren eine 909 850/0770

pseudo-zufällige oder pseudeo-statistische Folge mit der die zu übertragende und zu verschlüsselnde Nachricht bitweise kombiniert; wird, so daß also eine Zeichenfolge entsteht, die ihrerseits eben* falls pseudeo-statistisch und daher für einen unbefugten Empfänger unverständlich ist.

Die logische Verknüpfung zwischen dem Klartext und der pseudo-statistischen Zeichenfolge ("Schlüssel") kann mittels jeder logischen Funktion durchgeführt werden, die symmetrische Ergebnisse liefert. D.n. daß die Kombinationsoperation (bei Anwendung auf Binärzeichen)eine Zeichenfolge liefern muß, in der die Zahl "1" statistisch gesehen der Zahl "0" entspricht. Hierdurch werden jegliche Unregelmäßigkeiten vermieden, die auch nur den kleinsten Anhaltspunkt für eine Interpreatation geben könnten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisierung, die in der Einrichtung gemäß Fig. 1 verwendet werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält eine Sendestelle 10 und eine Empfangsstelle 12, die z.B. durch eine Leitung Ik verbunden sind. Die Sendestelle 10 enthält einen Zeichenfolgegenerator 'Al, der eine pseudo-statistische Zeichenfolge Zl liefert, die die gleiche Frequenz hat wie die über eine Klemme 16 zugeführte zu verschlüsselnde Zeichenfolge Kl, da beide Frequenzen durch einen Taktgeber ZKl bestimmt werden.

Die als Verschlüsselungssignal dienende Zeichenfolge Zl vom Generator Al wird mit der zu verschlüsselnden Zeichenfolge Kl in einem Verknüpfungsglied Vl logisch verknüpft, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die EXKLUSIV-ODER-Funktion realisiert.

9 0 9 8 5 0 /077 Q _:-. ; -

Die Punktionstabelle für die EXKLUSIV-ODER-Funktion lautet:

χ y xy + xy

0 0 0

0 1 1

1 0 1 1 1 0

Bei dieser Punktion sind jeweils zwei der vier möglichen Ergeb- * nisse "1" bzw. "0"₅ die Funktion hat also die oben geforderte Symmetrieeigenschaft. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die EXKLUSIV-ODER-Funktion beschränkt, sondern man kann auch andere logische Funktionen verwenden, die die erforderlichen Eigen schäften aufweisen.

Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung ist offensichtlich eine augenblickliche Verschlüsselung möglich, d.h. die Folge der Datenzeichen kann zeichenweise (bitweise) durch die hierfür erzeugte pseudo-statistische Folge Zl verschlüsselt werden. Die Länge (oder Periodizität) der VerschlüsselungsZeichenfolge Zl muß j selbstverständlich geeignet gewählt werden und zwar nicht zu kurz,' damit sie nicht so leicht ermittelt werden kann, und auch nicht ί zu lang, damit bei Synchronisationsausfällen keine störenden Unterbrechungen auftreten.

Die Empfangsstelle 12 arbeitet ganz entsprechend wie die Sendestelle 10. Sie enthält einen Zeichenfolgegenerator A2, der dem sendeseitigen Generator Al entspricht und mit der gleichen. Frequenz arbeitet, da er durch einen mit dem Taktgeber CKl synchronisierten Taktgeber CK2 gesteuert vird. Außerdem liefert der Generator A2 die gleiche pseudo-statistische Zeichenfolge wie der Generator Al, so daß sich bei Verknüpfung dieser Zeichenfolge mit dem über die Leitung 14 übertragenen Geheimtext G in einem EXKLU-SlV-ODER-Verknüpfungsglied V2 an dessen Ausgang der entschlüsselte Klartext K2 ergibt.

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_β ρ- _mm

Selbstverständlich müssen die beiden Generatoren Al und

A2 genau gleichphasig arbeiten, da sonst keine Entschlüsselung möglich ist. Man muß daher von Zeit zu Zeit den Generatoren Al und A2 ein Phasensynchronisierungs-Kommando zuführen, das bewirkt L daß die in den beiden Endstellen 10 bzw. 12 der Einrichtung vorhandenen Zeiehenfolgegeneratoren wieder auf einen bestimmten Bezugspunkt zurückgestellt werden, der für beide Generatoren gleich ist und von dem aus die Erzeugung der pseudo-statistischen Zeichenfolge wieder von neuem aufgenommen wird. Dieses Phasensynehrof nisierkommando braucht nicht in regelmäßigen, konstanten Abstan- ^; den gesendet zu werden, sondern man kann es in relativ willkürlichen Abständen erzeugen, wobei jedoch darauf zu achten ist, : daß es so häufig auftritt, daß Synchronisationsausfälle des Systems vermieden werden.

Bei der oben beschriebenen Anordnung werden die' ein- ' gangs erwähnten Schwierigkeiten bsüglich der Synchronisiersignale: vermieden, da diese ebenfalls verschlüsselt werden können (sie ! sollen in .diesem Falle als ''Phasensynehronisier-Kombination" bezeichnet werden). Diese Phasensynchronisier^KombinatiGn (Phasensynchronisier~Codezeiehen) wird von Detektorschaltungen Rl bzw. ■ R2 wahrgenommen und arbeitet mit der gleichen Art von Bits wie die eigentliche Nachricht, so daß sie nicht lokalisierbar und dement .sprechend auch nicht gtöraktionen durch einen Segner aus«- ,gesetzt igt.. Uffl ein ordnungsgemäße Verbindung zwischen den beiden Endstellen aufreaht zu erhalten, muß von Zeit zu Zeife_? nicht rege !mäßig? ein© PJiasensFnahronisation äer beiden !Zeishenfolgegene-

4u?eh die beide wieder auf einen vereinbarten Bezugs«· gebracht wenden, erfoXgen»

Auf diese Weise kann äie Machriaht wieder und das gynshronisiersignal wiedergewonnen werden? um dann

des empfanißseitigen faktieijers G%2 · dient.

Ss sei n©eh bemerkt? daß das Auffinden der gur Plagen dienenden signalfolge besonders erschwert wird? wenn man für diese Folge irgend eine Folge» oder ßodegrnppe

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die eigentliche Nachricht verwendet. Diese Folge- oder Codegruppe j darf selbstverständlich keinem Klartextzeichen entsprechen, damit j

sie von den Klartextzeichen unterschieden werden kann. \

I Es bedarf kaum eines Hinweises, daß als Signal für die ;

Phasensynchronisierung der Zeichenfolgegeneratoren zweekmäßigerweise eine ganze Schar von Signalfolgen verwendet wird, die voneinander einen Hamming-Abstand haben, der im Hinblick auf die wahrscheinlichsten Fehlerkonfigurationen entsprechend gewählt wird. Man kann auf diese Weise die Wahrscheinlichkeit erhöhen, daß; das Phasensynchronisiersignal auch unter ungünstigen Bedingungen die Empfangsstelle erreicht,

Fig, 2 zeigt beispielsweise eine Schaltungsanordnung, die für die Detektorschaltungen Rl"und R2 verwendet werden kann. Diese Schaltungsanordnung enthält ein Schieberegister 20, in dem eine Folge von η Bits, die einer Eingangsklemme 22 zugeführt werden, gespeichert wird. Jedes Bit , das auf der Leitung und damit an der Eingangsklemme 22 erscheint, wird in der Stufe 1 des Schieberegisters durch einen einer Versehiebeleitung Zk zügeführten Ferschiebeirnpuls gespeichert, der gleichzeitig bewirkt,.daß die in den verschiedenen Stufen 1 bis η gespeicherten Bits jeweils um eine Stelle nach rechts verschoben werden, An den Ausgang der einzelnen Stufen sind Invertersehaltungen I angeschlossen, die durch Schalter überbrüekbar sind, so daß eine gewünschte Signalkorobination eingestellt; werden kann, Wenn diese Signalkombination, also die Phasensynehranisiep»K©jnbination im Schieberegister EQ er*· .scheint;-, spricht sin UND-YerlsnÜpfungsgiied 26 mn und liefert auf seiner Ausgangsleitung 28 ein Ausgangssignal, das den geichenfolge-

Al bzw, AZ zur Rückstellung bzw, Phasensynehronisiezugeführt wird.

Selbstverständlich kann dem Klartexteingang 16 der in Fig, ι dargestellten Einrichtung anstatt einer Klartextfolge auch eine bereite verschlüsselte Zeichenfolge zugeführt werden, Inöie- §ero Falle wird diese Zeichenfolge im. Verknüpfungsglied Vl überverschlüsselt, wobei auch die Synchronisierimpulse mit

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BAD ORlGlMAL

seit werden. Am Ausgang des Verknüpfungsgliedes V2 tritt in diesem Falle dann die ursprüngliche verschlüsselte Folge wieder auf.

In der folgenden Tabelle ist ein Beispiel für die in der Einrichtung gemäß Fig. 1 auftretenden Signalfolgen aufgeführt:

Klartextfolge Kl rllOlOllO

pseudo-statistisehe

Folge Zl .-10100010

Geheimtext a.d.Ltg.l4 : 0 1 1 10100 pseudo-statistische

Folge Z2 : 1 0 1 00010

Klartext K 2 : 1 1 010110

Die nur in Blockform dargestellten Stufen der beschriebenen Anordnungen können in bekannter Weise ausgebildet sein, hierzu wird insbesondere auf die folgenden Literaturstellen verwiesen:

Bezüglich der Generatoren Al und A2 für die pseudostatistische Zeichenfolge: "The Synthesis of Cyclic Code P.E.K." Chow Electronic Engineering, 1964.

Bezüglich der Taktgeber CKl bzw. CK2 und der Detektorschaltungen Rl bzw. R2:

1. Casoria, Colantoni und Fortuna "Note sul progetto di un Multiplex telefonico PCM facente largo impiego di circuiti integrati" XV Congresso Internazionale per l'elettronica - Ron 1968;

2. R.F. Pintou "Experimental 24-Channel PCM system for junction circuits" A.T.E. Journal, Band 20 No.

S 03 «56/ptl 4(0

Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum sofortigen, zeichenweisen (bitwei^ sen) Ver- und Entschlüsseln einer Folge von Zeichen, mit einer Sendestelle j in der eine ankommende Zeichenfolge verschlüsselt, und einer Empfangsstelle, in der die verschlüsselte Zeichenfolge entschlüsselt wird, dadurch gekennzeichnet daß die Sendestelle (10) einen synchron mit dem Eintreffen der zu verschlüsselnden Zeichen (Kl) arbeitenden Zeichenfolgegenerator (Al) sowie ein· Verknüpfungsglied (Vl) in dem jedes eintreffende Zeichen der zu verschlüsselnden Folge mit einem vom Zeichen-* folgegenerator erzeugten Zeichen unter Erzeugung eines Geheim·?· textzeichens gemäß einer ersten logischen Funktion verknüpft wird, und daß die Empfangsstelle (12) einen zweiten Zeichenfolgegenerator (Λ2), der die gleiche Zeichenfolge wie der sendeseitige Zeichenfolgegenerator liefert und phasengleich mit diesem arbeit ; tet, sowie ein zweites Verknüpfungsglied (V2) enthält, indem je- | des an der Empfangsstelle eintreffende Geheimtext zeichen mit einen} entsprechenden Zeichen vom zweiten Zeichenfolgegenerator gemäß einer zur ersten logischen Funktion inversen logischen Funktion unter Erzeugung eines entschlüsselten Zeichens verknüpft wird, enthält,
2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Zeichenfolgegeneratoren (Al, A2) eine pseudo-statistische Zeichenfolge liefern.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsglieder (Vl, V2) entsprechend einer symmetrischen logischen Funktion' arbeiten, so daß die Anteile der "1" und "0" in der verschlüsselten Nach-r rieht statistisch jeweils genau 50% betragen.

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BAD
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 bei der auch Synchronisiersignale, z.B. für zugehörige Multiplexgerate, übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Synchronisiersignale im "Verknüpfungsglied mit Signalen vom Zeichenfolgegenerator verknüpft werden.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichn-et durch eine' Anordnung zum aperiodischen übertragen von Phasensynchronisier- bzw. Rückstellsignalen für die Zeichenfolgegeneratoren.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensynchronisiersignale dan gleichen Typ wie die Nachrichtensignale angehören.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Zeichenfolgegeneratoren (Al, A2) gelieferte pseudo-statistische Signalfolge sowie die Phasensynchronisiersignale für diese Generatoren entsprechend einem vorgegebenen Programm in beiden Endstellen (10, 12) änderbar sind.

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MO

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