DE978055C - Elektronische Einrichtung zur Ver- und Entschluesselung von binaer kodierten Signalen - 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Mit einem z.B. 50stelligen Register, was technisch einen bescheidenden Aufwand vorstellt, hat man » 10¹⁵ mögliche Anfangspositionen. Die Wiederho-

lungsperiode ist infolge der Selbstverschlüsselung unendlich lang, wenn nicht der gleiche Text ständig wiederholt wird, sondern immer nur möglichst redundanzarme Nachrichten übermittelt werden.

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.

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.

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.

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.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

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.

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.