DE1188123B - Elektronischer Verschluessler mit einer Anordnung, welche jeden zu verschluesselnden Klartextbuchstaben in Form einer Gruppe von binaeren Signalen liefert - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H04k

Deutsche Kl.: 21 al-21

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C 29023 VIII a/21 al
29. Januar 1963
4. März 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Verschlüßler mit einer Anordnung, welche jeden zu verschlüsselnden Klartextbuchstaben in Form einer Gruppe von binären Signalen liefert, einem elektronischen Schlüsselgenerator zur Erzeugung von Schlüsselbuchstaben in Form von Gruppen von binären Signalen, bestehend aus binären Hauptzählern, Verwürfelungsanordnungen mit logischen Entschlüsselungsschaltungen, die an die Ausgänge der Hauptzähler angeschlossen sind, mit Permutatorschaltungen, die an die Ausgänge der Entschlüsselungsschaltungen angeschlossen sind, und mit Oder-Schaltungen, die an die Ausgänge der Permutatorschaltungen angeschlossen sind, aus binären Hilfszählern, die an die Ausgänge der Oder-Schaltungen angeschlossen sind, und aus einem Taktgeber zur Weiterschaltung der Hauptzähler und der Hilfszähler, und mit einer Rechenanordnung, welche aus den die Klartextbuchstaben darstellenden Signalgruppen und aus den die Schlüsselbuchstaben darstellenden Signalgruppen die ao verschlüsselten Buchstaben in Form von Gruppen von binären Signalen bildet.

Derartige elektronische Verschlüßler, die einem älteren Vorschlag entsprechen, eignen sich besonders zur Verschlüsselung von Klarnachrichten, die in Form binär verschlüsselter Signalgruppen, beispielsweise Fernschreibzeichen, vorliegen. Der Schlüsselgenerator erzeugt eine Folge von Schlüsselbuchstaben mit so großer Wiederholungsperiode, daß sie nahezu als zufällig angesehen werden kann. Die Verschlüsselung der Klartextbuchstaben erfolgt dadurch, daß die Rechenanordnung nach einem vorgegebenen Gesetz den Klartextbuchstaben bestimmte Schlüsselbuchstaben zuordnet, die dann übertragen werden. Beispielsweise wird während jedes Verschlüsselungszyklus für einen Klartextbuchstaben aus der Folge der Schlüsselbuchstaben ein Schlüsselalphabet ausgewählt, und der Klartextbuchstabe wird durch den Schlüsselbuchstaben verschlüsselt, der im Schlüsselalphabet die gleiche Stelle einnimmt wie der Klartextbuchstabe in Klaralphabet. Die Entschlüsselung auf der Empfangsseite erfolgt mit einer prinzipiell gleichartigen Anordnung, deren Schlüsselgenerator die gleiche Folge von Schlüsselbuchstaben erzeugt.

Derartige Verschlüßler ergeben eine sehr hohe Entzifferfestigkeit, weil durch den Aufbau der Schlüsselgeneratoren erreicht wird, daß die Folge der Schlüsselbuchstaben eine außerordentlich große Periode hat, obgleich jeder dieser Schlüsselbuchstaben nur durch eine Gruppe von binären Signalen mit einer kleinen Stellenzahl dargestellt ist, beispielsweise fünf Stellen bei Fernschreibzeichen. Die Hilfs-Elektronischer Verschlüßler mit einer
Anordnung, welche jeden zu verschlüsselnden
Klartextbuchstaben in Form einer Gruppe von binären Signalen liefert

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphic
sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz,

Dr. rer. nat. G. Hauser und Dipl.-Ing. G. Leiser,

Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Jean Pierre Vasseur, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 31. Januar 1962 (886467)

zähler bewirken dabei, daß die Schlüsselbuchstaben praktisch mit gleicher Wahrscheinlichkeit in der erzeugten Folge erscheinen.

Dennoch ist bei diesem älteren Verschlüßler die Folge der Schlüsselbuchstaben vollständig durch den inneren Aufbau des Schlüsselgenerators festgelegt, was angesichts der modernen Entzifferungsmethoden nicht günstig ist.

Das Ziel der Erfindung ist die weitere Erhöhung der Entzifferfestigkeit eines Verschlüßlers der angegebenen Art.

Der nach der Erfindung ausgebildete elektronische Verschlüßler enthält eine logische Schaltung, welche aus den die Klartextbuchstaben darstellenden Signalgruppen Gruppen von binären Signalen bildet, welche in Verbindung mit den Ausgangssignalen der Verwürfelungsschaltungen und den Signalen des Taktgebers wenigstens einen Teil der binären Hilfszähler derart steuern, daß jeder erzeugte Schlüsselbuchstabe von einem oder mehreren der vorangehenden Klartextbuchstaben abhängt.

Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Verschlüßler hängt die erzeugte Folge von Schlüsselbuchstaben außer vom inneren Aufbau des Schlüsselst» 517/151

generators auch von dem zuvor übertragenen Klartext ab. Da dieser Klartext völlig willkürlich und unvorhersehbar ist, ergibt sich eine praktisch vollständig zufällige Folge der Schlüsselbuchstaben, wodurch die Entzifferung nahezu unmöglich gemacht wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert, die ein Blockschaltbild eines nach der Erfindung ausgeführten Verschlüßlers zeigt.

Dieser Verschlüßler enthält einen Schlüsselgenerator, bestehend aus binären Hauptzählern C₁ bis C₅, einer ersten Stufe von Verwürfelungsanordnungen ^₁ bis A₆, deren Aufbau später erläutert wird, einer ersten Stufe von binären Hilfszählern K₁ bis K₆, einer zweiten Stufe von Verwürfelungsanordnungen A₁ bis A₉, einer zweiten Stufe von binären Hilfszählern K₁ bis K₉ und einer Anordnung A ₁₀, deren Aufbau ebenfalls später erläutert wird und die bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel fünfstellige binäre Schlüsselbuchstaben zu einem Rechenwerks liefert. Ferner enthält der Verschlüßler einen Speicher M, der dem Rechenwerk B den Klartextbuchstaben in Form von fünf Binärziffern liefert, einen Entschlüßler D, dem diese fünf Binärziffern zugeführt werden, einen Pennutator P, vier logische Oder-Schaltungen O₁ bis O₄ und einen Taktgeber H.

Die binären Hauptzähler C₁ bis C₅ werden unter der Wirkung einer ersten periodischen Impulsfolge fortgeschaltet, welche von dem Taktgeber H geliefert werden und mit I_c bezeichnet sind. Die an den einzelnen Stufen der Zähler abgegriffenen Binärziffern werden in sechs Gruppen aufgeteilt, wie in der Zeichnung durch einige Verbindungen angedeutet ist. Jede dieser Gruppen wird einer der Verwürfelungsanordnungen zugeführt.

Diese Verwürfelungsanordnungen können Oder-Schaltungen enthalten (die hier nicht dargestellt sind), welche die Aufgabe haben, die Zahl der Ausgänge der Verwürfelungsanordnungen zu verringern (welche bei dem dargestellten Beispiel für vier Eingänge drei Ausgänge aufweisen), wodurch die Entzifferfestigkeit vergrößert wird.

Jeder der binären Hilfszähler K₁ bis K₈ hat nur einen Eingang, dem von dem Taktgeber H ein, zwei oder drei Fortschalteimpulse (I_Kl,I_K2,I_K3) zugeführt werden, je nach dem erregten Ausgang der Verwürfelungsanordnungen A₁ bis A₆. Nicht dargestellte Und-Schaltungen verteilen die Fortschalteimpulse und die Ausgangsimpulse der Verwürfelungsanordnungen auf die Zähler, so daß ein bestimmter Zähler nur dann fortgeschaltet wird, wenn ihm gleichzeitig ein Ausgangssignal einer Verwürfelungsanordnung und ein vom Taktgeber kommender Fortschalteimpuls zugeführt werden.

Dadurch wird erreicht, daß die Ausgangssignale aller Hilfszähler mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten.

Die zweite Stufe von Verwürfelungsanordnungen A₁ bis A₉ und die zweite Stufe von binären Hilfszählern K₁ bis K₉ arbeiten in gleicher Weise, und es läßt sich zeigen, daß man dadurch eine gleiche Wahrscheinlichkeit für Paare von Ausgangssignalen dieser letzten Zähler erhält, also schließlich eine gleiche Wahrscheinlichkeit für Paare von zwei aufeinanderfolgenden Schlüsselbuchstaben am Ausgang des Schlüsselgenerators.

Man kann in entsprechender Weise μ Stufen von binären Hilfszählern verwenden, wodurch eine gleiche Wahrscheinlichkeit für Gruppen von η aufeinanderfolgenden Schlüsselbuchstaben am Ausgang des Schlüsselgenerators erhalten wird. Die Anordnung A₁₀ kann verschiedene logische Entschlüsselungsschaltungen, Permutationsschaltungen, logische Verschlüsselungsschaltungen, Oder-Schaltungen usw. enthalten. Da diese Anordnung keinen Teil der Erfindung bildet, wird sie hier nicht näher erläutert.
Aus dem gleichen Grund wird auch das Rechenwerk B nicht näher erläutert, dessen Aufbau dem Fachmann ersichtlich ist und das die Aufgabe hat, an den Ausgängen C₁ bis C₅ verschlüsselte Buchstaben auf Grund der von dem Speicher M kommenden Klartextbuchstaben und der von der Anordnung A₁₀ kommenden Schlüsselbuchstaben zu liefern.

Die wesentliche Besonderheit der Erfindung beruht darin, daß das Fortschalten von einem oder von mehreren der binären Hilfszähler von dem vorangehenden Klartextbuchstaben abhängig gemacht wird.

Bei dem dargestellten Beispiel wird dieses Prinzip nur auf den Zähler K₇ angewendet. Die Ausgänge der drei Oder-Schaltungen O₁, O₂ und O₃ sind mit drei Ausgängen von drei nicht dargestellten Oder-Schaltungen verbunden, die ihrerseits mit den Eingangen der bereits erwähnten Und-Schaltungen verbunden sind. Die drei anderen Eingänge dieser Oder-Schaltungen sind an drei Ausgänge der Verwürfelungsanordnung A₇ angeschlossen.

Während des normalen Betriebs erfolgt die Fortschaltung des Zählers K₁ in Abhängigkeit von den Koinzidenzen zwischen den Fortschalteimpulsen und den Ausgangssignalen der Verwürfelungsanordnung A₇, die in den Und-Schaltungen festgestellt wird. Am Ende des Verschlüsselungszyklus für einen Klartextbuchstaben liefert die Schaltung O₁,0₂ oder O₃ einen Impuls, der eine zusätzliche Fortschaltung des Zählers K₁ durch Koinzidenz zwischen diesem Impuls und einer der Gruppen der Fortschalteimpulse bewirkt.

Dadurch wird erreicht, daß jedes von dem Schlüsselgenerator während eines Verschlüsselungszyklus erzeugte Schlüsselalphabet von einem oder von mehreren der vorangehenden Klartextbuchstaben abhängt, was die Entzifferfestigkeit wesentlich erhöht.

Es ist zu erkennen, daß diese Eigenschaft der Einrichtung auf sehr einfache Weise erhalten wird.

Beim Entschlüssler wird in gleicher Weise vor dem Entschlüsseln eines Buchstabens die Anfangsphase von einem oder von mehreren der Hilfszähler durch den zuvor entzifferten Klartextbuchstaben verändert. Wenn ein Übertragungsfehler auftritt, ist offensichtlich der entschlüsselte Klartextbuchstabe nicht mehr richtig.

Beim Beginn der Entschlüsselung des folgenden Buchstabens ist dann der Anfangszustand der von den zusätzlichen Fortschaltungen betroffenen Hilfszähler im allgemeinen nicht mehr richtig, und das gleiche gilt auch für das von dem Schlüsselgenerator erzeugte Schlüsselalphabet. Der folgende entschlüsselte Buchstabe ist daher gleichfalls falsch, und der so entstehende Fehler ruft weiterhin für eine bestimmte Zeitdauer eine falsche Entschlüsselung hervor.

Da während dieser Periode, in der die Entschlüsselung falsch ist, die entschlüsselten Buchstaben und die den Hilfszählern am Ende jedes Entschlüsselungszyklus erteilten zusätzlichen Fortschaltungen zufällig

auftreten, kommt man offensichtlich schließlich zu dem Zustand, daß beim Beginn der Entschlüsselung eines Buchstabens die betroffenen Hilfszähler die richtige Stellung haben, d. h. die gleiche Stellung, die sie auch hätten, wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten wäre. Von diesem Augenblick an wird die Entschlüsselung wieder richtig, und die von dem Übertragungsfehler hervorgerufene Störung ist verschwunden.

Die Wahrscheinlichkeitsrechnung zeigt im übrigen, daß eine Erhöhung der Entzifferfestigkeit des beschriebenen Systems (d.h. eine Vergrößerung der Periode und der Zufälligkeit des erzeugten Schlüssels) von einem proportionalen Anstieg der Fehlerempfindlichkeit begleitet ist. Man kann also für jeden Fall den günstigsten Kompromiß wählen.

Die einfachste Weise zur Anwendung des zuvor erläuterten Prinzips besteht darin, daß die Klartextbuchstaben in vier Gruppen unterteilt werden, die etwa gleiche Wahrscheinlichkeit haben und zusatzliehe Fortschaltungen um Null, einen, zwei oder drei Schritte auf einem der Hilfszähler hervorrufen.

Hinsichtlich der Verschlüsselung ist es nicht gleichgültig, ob auf die Zähler K₁ bis K_e der ersten Stufe oder auf die Zähler K₇ bis If₉ der zweiten Stufe eingewirkt wird, weil die zuletzt genannten Zähler unter dem Einfluß der zuerst genannten Zähler fortgeschaltet werden. Die Einwirkung auf die Zähler K₁ bis K₆ ergibt eine größere Verwirrung des Schlüsselalphabets, jedoch auch eine größere Fehlerempfindlichkeit.

Es wäre im Prinzip auch möglich, auf die Hauptfortschaltezähler einzuwirken, jedoch wird dann die Ausbreitungszeit eines Fehlers außerordentlich groß.

Wenn auf zwei Hilfsz'ähler K eingewirkt werden soll, kann man die Klartextbuchstaben auf zwei verschiedene Weisen in vier etwa gleich wahrscheinliche Gruppen unterteilen, von denen jede eine Fortschaltung des betreffenden Zählers um Null, einen, zwei oder drei Schritte bewirkt, und dieses Verfahren läßt sich auch auf den Fall verallgemeinern, daß man auf eine beliebige Zahl von Zählern K einwirken will.

Es ist schließlich bei Inkaufnahme eines gewissen Aufwandes auch möglich, die beiden letzten Klartextbuchstaben zu speichern und diese Speicherwerte zur Bestimmung der zusätzlichen Fortschaltungen von einem oder von mehreren Zählern K zu verwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Verschlüßler mit einer An-Ordnung, welche jeden zu verschlüsselnden Klartextbuchstaben in Form einer Gruppe von binären Signalen liefert, einem elektronischen Schlüsselgenerator zur Erzeugung von Schlüsselbuchstaben in Form von Gruppen von binären Signalen, bestehend aus binären Hauptzählern, Verwürfelungsanordnungen mit logischen Entschlüsselungsschaltungen, die an die Ausgänge der Hauptzähler angeschlossen sind, mit Permutatorschaltungen, die an die Ausgänge der Entschlüsselungsschaltungen angeschlossen sind, und mit Oder-Schaltungen, die an die Ausgänge der Permutatorschaltungen angeschlossen sind, aus binären Hilfszählern, die an die Ausgänge der Oder-Schaltungen angeschlossen sind, und aus einem Taktgeber zur Weiterschaltung der Hauptzähler und der Hilfszähler, und mit einer Rechenanordnung, welche aus den die Klartextbuchstaben darstellenden Signalgruppen aus den die Schlüsselbuchstaben darstellenden Signalgruppen die verschlüsselten Buchstaben in Form von Gruppen von binären Signalen bildet, gekennzeichnet durch eine logische Schaltung (D₃ P, O₁ bis O₄), welche aus den die Klartextbuchstaben darstellenden Signalgruppen Gruppen von binären Signalen bildet, welche in Verbindung mit den Ausgangssignalen der Verwürfelungsschaltungen (^₁ bis A₉) und den Signalen des Taktgebers (H) wenigstens einen Teil der binären Hilfszähler (K₁ bis K_a) derart steuern, daß jeder erzeugte Schlüsselbuchstabe von einem oder mehreren der vorangehenden Klartextbuchstaben abhängt.

2. Verschlüßler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Stufe von binären Hilfszählern (K₇ bis K₉) über eine zweite Stufe von Verwürfelungsanordnungen (A₇ bis A₉) an die Ausgänge der ersten Stufe von binären Hilfszählern (K₁ bis K₆) angeschlossen ist und daß die von der logischen Schaltung (D, P, O₁ bis O₄) erzeugten Signale auf wenigstens einen Hilfszähler (K₇) der zweiten Stufe einwirken.

3. Verschlüßler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung eine Entschlüsselungsschaltung (D) enthält, deren Eingängen die die Klartextbuchstaben darstellenden Signalgruppen zugeführt werden, daß an die Ausgänge der Entschlüsselungsschaltung (D) eine Permutationsschaltung (P) angeschlossen ist, daß an die Ausgänge der Permutationsschaltung (P) Oder-Schaltungen (O₁, O₂, O₃, O₄) angeschlossen sind, und daß die Ausgänge der Oder-Schaltungen (O₁, O₂, O₃, O₄) mit wenigstens einigen Ausgängen von Oder-Schaltungen in den Verwürfelungsanordnungen (A₁ bis A₉) verbunden sind.

4. Verschlüßler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ausgang der Oder-Schaltungen (O₁, O₂, O₃, O₄) und ein Ausgang der Oder-Schaltungen der Verwürfelungsanordnungen mit einem Eingang einer Und-Schaltung verbunden ist, deren anderer Eingang an einen Ausgang des Taktgebers (H) und deren Ausgang an den Eingang eines der Hilfszähler (K₁ bis K₉) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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