DE978045C - Verschluesselungsgeraet nach einem Mehrfachtauschalphabetverfahren - Google Patents

Description

größeren Zeitabschnitten, ζ. B. nach jeweils einem Tag, einer Woche, einem Monat oder dergleichen, gemäß einem vorher festgelegten Schema von Hand verändert. Die Periode des Schlüsseltextes braucht dann nur größer zu sein, als es einem solchen Zeitabschnitt entspricht. Sie braucht aber nicht danach ausgelegt zu sein, daß mit einer Periode des Schlüsseltextes auch wirklich alle möglichen Kombinationen von Tauschalphabeten wirklich realisiert werden, was einer ganz erheblich größeren Periode im Schlüsseltext entsprechen würde. Unter Anwendung der Erfindung besteht also ein ganz außerordentlich reduzierter Bedarf an Schlüsseltext. Für den praktischen Betrieb bedeutet dies eine außerordentliche Erleichterung. Wenn der Schlüsseltext in einem Schlüsseltextgenerator im Gerät erzeugt wird, so braucht dieser Generator nur eine um Größenordnungen geringer Kapazität zu haben, wodurch nicht nur der Aufwand, sondern auch die Schwierigkeiten des Gleichlaufes ganz erheblich verringert werden. Soll der Schlüsseltext dagegen einem Speicher, etwa einem Lochstreifen oder Magnetband entnommen werden, so wird durch die Anwendung der Erfindung der notwendige VoErat an Schlüsseltextspeichern ebenso ganz außerordentlich reduziert, wodurch die hierdurch sonst bestehenden erheblichen Nachschubschwierigkeiten außerordentlich erleichtert werden.

Es mag noch einmal besonders herausgestellt werden, daß nach der Erfindung die vorhandenen Verwürfelungsfelder den Adresseneingängen der Tauschalphabetspeicher vorgeschaltet sind. Durch ihre Einstellbarkeit wird also der Zusammenhang zwischen augenblicklichem Schlüsseltext und zur Anwendung kommenden Tauschalphabeten beeinflußt. Die Veränderung der Einstellung auch nur eines dieser Verwürfelungsfelder bedeutet also, daß bei einem für diese Betrachtung als fest vorgegebenem Schlüsseltextablauf die Reihenfolge der angewendeten Tauschalphabete entscheidend verändert wird. Insofern wird wesentlich mehr erreicht, als es nach anderen, bekannten Anordnungen mit Verwürfelungsfeldern möglich ist. Bei einem bekannten nach dem Tauschalphabetverfahren arbeitenden Verschlüsselungsgerät sind nämlich in den Klartext vor der Tauschalphabetanwendung und in den Geheimtext nach der Tauschalphabetanwendung noch je ein Verwürfelungsfeld eingeschaltet. Diese bekannte Maßnahme vermag aber die kryptologische Sicherheit eines solchen Gerätes nicht oder nur unwesentlich zu erhöhen. Es entspricht dies nur der bei Handverschlüsselungsverfahren vielfach angewendeten Vorverschlüsselung oder nochmaligen Überschlüsselung des Textes. Bei einem an sich kryptologisch sehr guten Verfahren ist hierdurch jedoch kein zusätzlicher Gewinn erzielbar. Offensichtlich bedeutet ja eine solche Vor- oder Nach-Verwürfelung nichts anderes als eine Abbildung der Menge der nacheinander angewendeten Tauschalphabete auf eine andere Menge angewendeter Tauschalphabete nach einem festen unveränderten Gesetz. Wenn aber das eigentliche Verfahren kryptologisch nicht sicher genug ist, so kann hierdurch nichts Wesentliches gewonnen werden. Auf das der Erfindung zugrunde liegende Verschlüsselungsgerät mit mehreren Gruppen von Tauschalphabeten angewendet, würde ein solches im Klartext vorgeschaltetes oder im Geheimtext nachgeschaltetes Verwürfelungsfeld nichts anderes bedeuten, als daß eine Gruppe gespeicherter Tauschalphabete gegen eine andere Gruppe gespeicherter Tauschalphabete ausgetauscht wird. Die bekannte Anordnung hat noch einen weiteren Mangel. In einem nach dem Mehrfachtauschalphabetverfahren arbeitendem Verschlüsselungsgerät sind nur eine im Verhältnis zur Gesamtzahl der realisierbaren Tauschalphabete äußerst s geringe Anzahl von Tauschalphabeten wirklich gespeichert Dabei kommt es darauf an, daß diese Auswahl der eingespeicherten Tauschalphabete aus der Vielzahl der an sich möglichen nach kryptologischen Gesichtspunkten richtig getroffen ist. Dann können aber zu jeder einmal ausgewählten Gruppe von Tauschalphabeten nur ganz bestimmte Einstellungen der Verwürfelungsfelder im Klartext oder im Geheimtext zugelassen werden, wenn es nicht zu Periodenverkürzungen oder anderen kryptologisch bedenklichen Erscheinungen kommen soll. Diese Nachteile und Schwierigkeiten bestehen bei der Erfindung nicht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, von dem die Abbildung ein schematisiertes Blockschaltbild darstellt. Das Gerät dieses Ausführungsbeispiels ist für die Verwendung in Verbindung mit einem normalen Fernschreiber gedacht, und das verwendete Alphabet hat dementsprechend 32 Buchstaben. Das Gerät enthält vier Gruppen von Tauschalphabeten, die in den Speichern 1,2,3 und 4 zusammengefaßt sind. Jede Gruppe besteht bei diesem Beispiel aus 32 Tauschalphabeten. Durch welche Art Schaltelemente die Tauschalphabetfunktion im einzelnen realisiert ist, ist für die Erfindung ohne Belang und braucht daher nicht näher betrachtet zu werden; lediglich beispielhaft wird auf Diodenmatrizen, magnetische Speicherkerne und -trommeln hingewiesen. Entsprechend der Zahl der in ihm vorhandenen Tauschalphabete hat jeder der 4 Speicher 32 mögliche Adressen. Eine solche Adresse hat also einen Nachrichteninhalt von 5 bits. Der Übersetzung von einem dementsprechend möglichen fünfstelligen Code in die jeweils 32 möglichen Ansteuerbefehle dienen die in den Adresseneingängen der einzelnen Speicher liegenden Code-Umsetzer 11,12,13 und 14. Der Schlüsseltextgenerator 10 erzeugt eine laufende Folge von fünfstelligen Schlüsseltextzeichen, die in der dargestellten Weise zur Ansteuerung der Tauschalphabete nutzbar gemacht werden. Ein fünfstelliger Schlüsseltextgenerator reicht eigentlich gerade nur aus, um alle möglichen Tauschalphabete eines einzelnen Speichers anzusteuern. Um auch alle aus der Kombination von jeweils 4 Tauschalphabeten resultierenden Möglichkeiten auszunutzen, wäre es also eigentlich erforderlich, vier voneinander unabhängige fünfstellige Schlüsseltexte zu haben, d.h., jedem der Speicher 1, 2, 3 und 4 müßte eigentlich je ein besonderer Schlüsseltextgenerator zugeordnet sein. Gerade das ist aber durch die Anwendung der Erfindung nicht erforderlich. Zwischen dem Schlüsseltextausgang des Generators 10 und jedem der Adresseneingänge der einzelnen Speicher ist nämlich je ein Verwürfelungsfeld 21, 22, 23 bzw. 24 eingeschaltet Sie gestatten jeweils beliebige Permutationen der einzelnen Adressen. Jede Veränderung in der Beschaltung eines dieser Verwürfelungsfelder ist mit der Vertauschung der Anordnung der Tauschalphabete im entsprechenden Speicher wirkungsgleich. Durch die Einschaltung dieser Verwürfelungsfelder wird die Anzahl der realisierbaren Tauschalphabete des Gerätes um den Faktor vergrößert, der der Anzahl der in den Verwürfelungsfeldern insgesamt einstellbaren Permutationen entspricht Bei gleichem Anspruch an die mögliche Vielfalt erreichbarer Tauschalphabete kann also die Kapazität des Schlüsseltextgenerators anderer-

seits um eben diesen Faktor erniedrigt werden. Durch das jeweilig vom Schlüsseltextgenerator 10 an seinem Ausgang abgegebene fünfstellige Schlüsseltextzeichen und die in den Verwürfelungsfeldern 21,22,23 und 24 eingestellte Zordnung wird aus jeder der Gruppen 1,2, 3 und 4 jeweils ein einzelnes Tauschalphabet eindeutig ausgewählt und zur Anwendung gebracht Das bei KT einlaufende Klartextsignal wird entsprechend dem im Speicher 1 ausgewählten Tauschalphabet ein erstes Mal verwandelt Das in der Gruppe 2 gerade ausgewählte Tauschalphabet bestimmt sodann die zweite Verwandlung. Entsprechend werden das in der Gruppe 3 gerade ausgewählte Tauschalphabet und schließlich das in der

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Gruppe 4 gerade ausgewählte Tauschalphabet angewendet Am Ausgang G!Tverläßt das Geheimtextsignal das Gerät, nachdem es durch die Anwendung von Tauschalphabeten aus dem Klartextsignal abgeleitet ist Natürlich ist die Anzahl der Gruppen von Tauschalphabeten nicht gerade auf die dem Beispiel zugrunde liegende Zahl 4 beschränkt, und ebenso ist die Mächtigkeit dieser einzelnen Speicher keineswegs bestimmend für das Wesen der Erfindung. Diese Größen können vielmehr jeweils den praktischen Erfordernissen und technischen Belangen angepaßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verschlüsselungsgerät, das nach einem Mehrfachalphabetverfahren arbeitet, enthaltend Verwürfelungsfelder und mehrere unter sich gleich mächtige gespeicherte Gruppen von Tauschalphabeten, von denen zur Umwandlung jeweils eines Klartextelements in ein Geheimtextelement so viele Tauschalphabete benutzbar sind, als Gruppen von Tauschalphabeten vorhanden sind, und die gesteuert durch den Schlüsseltext so auswählbar sind, daß von jeder Gruppe jeweils ein und nur ein Tauschalphabet zur Anwendung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwürfelungsfelder (21, 22, 23, 24) zwischen dem Ausgang des Schlüsseltextgenerators (ST) und den Adresseneingängen jedes eine Gruppe von Tauschalphabeten enthaltenden Speichers (1,2, 3, 4) eingeschaltet sind, derart, daß bei der an sich bekannten Veränderbarkeit und der Eindeutigkeit der Zuordnung zwischen Ein- und Ausgängen des einzelnen Verwürfelungsfeldes die Entscheidung, welches Tauschalphabet jeder Gruppe jeweils auszuwählen ist, sowohl vom augenblicklichen Schlüsseltext als auch von den jeweils dafür eingestellten Verwürfelungen abhängt.

   Bereits bei sehr alten Methoden der Verschlüsselung einer Nachricht zwecks Geheimhaltung während der Übermittlung wurde mit Erfolg von dem Prinzip des Tauschalphabetverfahrens Gebrauch gemacht Bei richtiger Anwendung können Tauschalphabetverfahren einen sehr hohen Grad der Sicherheit gegen unbefugte Entschlüsselung erreichen. Dieser Vorteil ist wesentlich darin begründet, daß die Mannigfaltigkeit der möglichen Tauschalphabete außerordentlich große Mächtigkeit hat, wenn nur die Anzahl der Klartextelemente im Klaralphabet eine nicht sehr kleine Zahl ist, welche Voraussetzung in der Regel erfüllt ist Die Mannigfaltigkeit der möglichen Tauschalphabete ist gleich der Mannigfaltigkeit der möglichen Permutationen der Elemente des Klaralphabetes. Bei insgesamt η Klartexten gibt es also η mögliche Tauschalphabete. Im Falle des gewöhnlichen Alphabetes mit 26 Buchstaben als Klartextelemente gibt es also 26 mögliche Tauschalphabete; das ist eine außerordentlich große Zahl. Tauschalphabete wurden, geschichtlich gesehen, zuerst in Form von Chiffriertabellen zur Verschlüsselung geschriebener Nachrichten angewendet Dabei kann das verwendete Tauschalphabet von Nachricht zu Nachricht oder aber auch in kürzeren Abständen, d.h. innerhalb einer Nachricht, geändert werden. Wenn die große Mannigfaltigkeit der an sich möglichen Tauschalphabete auch nur einigermaßen ausgeschöpft werden soll, müssen beim Sender wie beim Empfänger der Nachricht äußerst viele, nämlich alle anzuwendenden Tauschalphabete vorrätig sein. Um diesen notwendigen Vorrat an Tauschalphabeten kleiner halten zu können, ist es bekannt, im Sinne eines sogenannten Mehrfachtauschalphabetverfahrens auf eine Nachricht bei der Verschlüsselung bzw. Entschlüsselung mehrere Tauschalphabete nacheinander anzuwenden. Wegen des Gruppencharakters der Verschlüsselungsoperation entspricht bekanntlich die Nacheinanderanwendung zweier Tauschalphabete der Einfachanwendung eines dritten, im allgemeinen von den beiden anderen verschiedenen, Tauschalphabetes. Für die Anwendung solcher Mehrfachtauschalphabetverfahren sind auch Verschlüsselungsgeräte gebaut worden. Solche nach einem Mehrfachtauschalphabet arbeitende Verschlüsselungsgeräte sind in der Fernschreibtechnik angewendet worden. Hierzu gehören insbesondere die Maschinen mit den sogenannten Durchgangswalzen. Jede Durchgangswalze stellt dabei entsprechend der durch ihre innere Verdrahtung gegebenen Zuordnung zwischen ihren Eingangskontakten und ihren Ausgangskontakten eine Permutation des Alphabetes, also ein Tauschalphabet dar. Durch Rotation der Walze können aus diesem einen Tauschalphabet noch unschwer seine sämtlichen zyklisehen Permutationen abgeleitet werden. Die Hintereinanderschaltung mehrerer solcher Durchgangswalzen macht in einem handlichen Gerät einen sehr beachtlichen Anteil aller möglichen Tauschalphabete nutzbar. Im Interesse hoher Sicherheit muß das jeweils verwendete Tauschalphabet in kurzen Zeitabständen, im Extremfalle nach jedem einzelnen Verschlüsselungsschritt, verändert werden. Bei den Maschinen mit Durchgangswalzen geschieht dies sehr einfach durch eine Weiterschaltung einer, mehrerer oder aller Durchgangswalzen im Sinne einer Rotationsbewegung. Bei sehr schnellem Nachrichtenfluß müssen solche Maschinen mit Durchgangswalzen und auch ähnlich gebaute Geräte wegen ihres mechanischen Prinzips versagen. Die hohen Schaltgeschwindigkeiten verlangen die Verwendung nur elektronischer Hilfsmittel. Da ein solches nach einem Mehrfachtauschalphabetverfahren arbeitendes Verschlüsselungsgerät im Interesse der Sicherheit gegen unbefugtes Entschlüsseln grundsätzlich eine möglichst große Anzahl der an sich möglichen Tauschalphabete nutzbar machen können muß, ergibt sich die technische Aufgabe, die Auswahl unter dieser großen Mannigfaltigkeit möglicher Tauschalphabete auf möglichst einfache wie auch zuverlässige Weise zu steuern. Diese Aufgabenstellung ist ein Ausgangspunkt der Erfindung.

   Die Erfindung betrifft ein Verschlüsselungsgerät das nach einem Mehrfachalphabetverfahren arbeitet, enthaltend Verwürfelungsfelder und mehrere unter sich gleich mächtige gespeicherte Gruppen von Tauschalphabeten, von denen zur Umwandlung jeweils eines Klartextelements in ein Geheimtextelement so viele Tauschalphabete benutzbar sind, als Gruppen von Tauschalphabeten vorhanden sind, und die gesteuert durch den Schlüsseltext so auswählbar sind, daß von jeder Gruppe jeweils ein und nur ein Tauschalphabet zur Anwendung kommt Die der Ansteuerung der auszuwählenden Tauschalphabete dienenden Eingänge der Tauschalphabetsspeicher werden entsprechend dem üblichen technischen Sprachgebrauch als Adresseneingänge der Speicher bezeichnet Die Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Lösung der gestellten Aufgabe dadurch, daß die Verwürfelungsfelder zwischen dem Ausgang des Schlüsseltextgenerators und den Adresseneingängen jedes eine Gruppe von Tauschalphabeten enthaltenden Speichers eingeschaltet * sind, derart daß bei der an sich bekannten Veränderbar»,, keit und der Eindeutigkeit der Zuordnung zwischen Ein- und Ausgängen des einzelnen Verwürfelungsfeldes die Entscheidung, welches Tauschalphabet jeder Gruppe". jeweils auszuwählen ist, sowohl vom augenblicklichen Schlüsseltext als auch von den jeweils dafür eingestell-V ten Verwürfelungen abhängt Die nach der Erfindung vorhandenen Verwürfelungsfelder werden nach jeweils