NO813476L

NO813476L - DEVICE FOR CHIFTED INFORMATION TRANSFER

Info

Publication number: NO813476L
Application number: NO813476A
Authority: NO
Inventors: Manfred Hanni
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-15
Publication date: 1982-04-19
Also published as: PT73815A; DE3039105A1; GR75090B; EP0050268A1; PT73815B; DK457381A

Description

Innretning til chiffrert informasjonsoverføring.Device for encrypted information transmission.

Oppfinnelsen angår en innretning til chiffrert informa-sjonsoverføring i digitalisert form over radio mellom to eller flere sende-/mottagningsstasjoner, særlig mobile stasjoner, som for sendesidig chiffrering og for mottagning- The invention relates to a device for encrypted information transmission in digitized form over radio between two or more transmitting/receiving stations, in particular mobile stations, which for transmission-side encryption and for reception

sidig dechif ferer ing av de digitale-Signaler i et nøkkelapparat oppviser en PN-generator som ved hjelp av en nøkkelgiver kan stilles inn med hensyn til sin PN-sekvens, og hvor den gjensidige synkronisering av nøkkelapparatene på de enkelte stasjoner er sikret med kvartsstyrte ensløpende stasjonsur. lateral deciphering of the digital signals in a key device exhibits a PN generator which can be set with respect to its PN sequence by means of a key generator, and where the mutual synchronization of the key devices at the individual stations is ensured by quartz-controlled single-circuit station clock.

Innretninger av denne art er kjent f.eks. fra DE-PSDevices of this kind are known, e.g. from DE-PS

19 48 096, 20 48 199 og 21 56 635. Chiffreringsinnretninger som skal skaffe stor sikkerhet mot ubeføyet avlytting av informasjon som skal overføres, blir i alminnelighet realisert med PN-generatorer som styres med en døgnnøkkel, og som har meget lang PN-sekvensperiode. PN-generatorer med meget lange PN-sekvensperioder behøver langvarige operasjoner til fase-synkronisering mellom stasjonene som skal tre i forbindelse med hverandre, hvortil kommer at disse er meget ømfintelige for forstyrrelser. Særlig ugunstig ytrer dette forhold seg ved anvendelse av slike nøkkelapparater i taktisk bruk, hvor der foruten en høyverdig beskyttelse av informasjonen mot dechiffrering kreves en chiffrert selektiv anropsmetode med kort reaksjonstid såvel som en sikker og forstyrrelsesfri synkronisering av informasjonschiffreringen. 19 48 096, 20 48 199 and 21 56 635. Encryption devices which are to provide high security against unauthorized interception of information to be transmitted, are generally realized with PN generators which are controlled with a 24-hour key, and which have a very long PN sequence period. PN generators with very long PN sequence periods require long-term operations for phase synchronization between the stations that are to be connected to each other, in addition to which these are very sensitive to disturbances. This situation is particularly unfavorable when using such key devices in tactical use, where, in addition to a high-quality protection of the information against decryption, an encrypted selective call method with a short reaction time is required as well as a safe and interference-free synchronization of the information encryption.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave forThe invention is based on the task for which it is based

et radionett, særlig et mobilt radionett, å gi anvisning påa radio network, especially a mobile radio network, to give instructions on

en nøklingsinnretning som muliggjør høyverdig chiffrering, og som i forbindelse med sikker og forstyrrelsesfri synkronisering tillater chiffrert selektivt anrop med kort reaksjonstid. a key device that enables high-quality encryption, and which, in conjunction with secure and interference-free synchronization, allows encrypted selective calls with a short reaction time.

Med utgangspunkt i en innretning til chiffrert informa-sjonsoverføring av den innledningsvis nevnte art, blir denne oppgave ifølge oppfinnelsen løst ved at PN-generatoren har . Based on a device for encrypted information transmission of the kind mentioned at the outset, this task according to the invention is solved by the PN generator having .

en relativt kort PN-sekvensperiode, og nøkkelgiverens nøkkel i tidsintervaller som underskrider PN-sekvensperioden, ved hjelp av en forløpsstyring på fastlagt måte, f.eks. ved en modulo-2-addisjon, i det minste til dels er vedvarende sammen- a relatively short PN sequence period, and the key donor's key in time intervals that are shorter than the PN sequence period, by means of a progress control in a determined manner, e.g. by a modulo-2 addition, at least in part is persistently con-

knyttet i stasjonsurets binære utgangssignal til en ny nøkkel, og det under samtidig tilbakestilling av PN-generatoren til.en fastlagt startposisjon, og at PN-generatoren står i forbin-deise med nøkleren via en mellomlagringsanordning som overspenner den vedvarende nyinnstilling av PN-sekvenser. linked in the station clock's binary output signal to a new key, and that during the simultaneous resetting of the PN generator to a fixed starting position, and that the PN generator is connected to the key via an intermediate storage device which over-voltages the continuous resetting of PN sequences.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den vesentlige er-kjennelse at en høyverdig chiffrering lar seg realisere selv under anvendelse av en PN-generator som bare har relativt kort PN-sekvensperiode, dersom denne PN generator rettidig før ut-løpet av en PN-sekvensperiode, altså i relativt korte tidsav-stander, endres med hensyn til nøkleren som fastlegger dens PN-sekvens, under samtidig tilbakestilling av PN-generatoren, og at denne endring uten innflytelse på den sikre og forstyr-relsesfrie synkronisering lar seg tilveiebringe på ytterst gunstig og enkel måte ved en sammenknytning av stasjonsurets utgangssignal med døgnnøkkelen. The invention is based on the essential recognition that a high-quality encryption can be realized even using a PN generator that only has a relatively short PN sequence period, if this PN generator timely before the end of a PN sequence period, i.e. in relatively short time intervals, is changed with regard to the key that determines its PN sequence, while simultaneously resetting the PN generator, and that this change without influencing the safe and disturbance-free synchronization can be provided in an extremely favorable and simple way by linking the output signal of the station clock with the 24-hour key.

Den mellomlagringsanordning som tjener til å overspenne den til stadighet foretatte nyinnstilling av PN-sekvensér, The intermediate storage device which serves to over-voltage the constantly performed resetting of the PN sequencer,

kan på enkel måte oppvise to PN-sekvensregistre, som på sin inngangsside vekselsvis og periodisk via en første omkobler tilkobles PN-generatoren og på sin utgangsside vekselsvis og periodisk tilkobles nøkleren via en annen omkobler. I denne forbindelse oppviser de to omkoblere som manøvreres av for-løpsstyringen, samme omkoblingsperiode,som er gitt på forhånd ved den periodiske tilbakestilling av PN-generatoren, men med gjensidig kronologisk faseforskyvning, fortrinnsvis på 180°. can simply have two PN sequence registers, which on its input side is alternately and periodically connected via a first switch to the PN generator and on its output side is alternately and periodically connected to the key via another switch. In this connection, the two switches which are maneuvered by the flow controller exhibit the same switching period, which is given in advance by the periodic resetting of the PN generator, but with a mutual chronological phase shift, preferably of 180°.

Da synkronismen i radionettet er sikret over lengere tidsrom ved hjelp av de engang innstilte stasjonsur på de forskjellige stasjoner, og det eventuelt bare blir nødvendig ved hjelp av et tidstegn forut for en sending å finkorrigere kvartsdrift mellom tostasjoner som trer i forbindelse med hverandre, er det på denne måte mulig å realisere et chiffrert selektivt anrop med ytterst kort reaksjonstid. As the synchronism in the radio network is ensured over longer periods of time by means of the once-set station clocks at the various stations, and it may only be necessary with the help of a time stamp before a transmission to fine-tune quartz drift between two stations that come into contact with each other, it is in this way it is possible to realize an encrypted selective call with an extremely short reaction time.

Som videreutvikling av oppfinnelsen er det også muligAs a further development of the invention, it is also possible

å gjøre det selektive•anrop selektivt med hensyn til selve chiffreringen. ved åt stasjonsurets binære utgangssignal er supplert med et binært deltagernummer som i en stasjons to make the selective•call selective with respect to the encryption itself. at 8 the station clock's binary output signal is supplemented with a binary participant number as in a station's

hviletilstand er dens eget anropsnummer resp. den radiokretsadresse som er tildelt den, og i tilfellet av et anrop som skal avgis, er anropsnummeret for den stasjon som skal anropes, og . at det således supplerte binære utgangssignal i takt med de tidsintervaller som underskrider PN-sekvensperioden, er vedvarende sammenknyttet med nøkkelgiverens nøkkel, til en ny nøkkel under samtidig tilbakestilling av PN-generatoren. idle state is its own call number or is the radio circuit address assigned to it and, in the case of a call to be placed, the call number of the station to be called, and . that the thus supplemented binary output signal in time with the time intervals that fall short of the PN sequence period, is permanently linked with the key generator's key, to a new key while simultaneously resetting the PN generator.

Som en annen videre utvikling kan denne selektivt chiffrerte utveksling av informasjoner også realiseres under samtidig anvendelse av en frekvenssprangmetode ved at mellomlagringsanordningens utgang via en portkobling styrt av for-løpsstyringen står i forbindelse med et frekvensadresseregister til ivhvis utgangsside den for frekvensgenereringen anordnede synthesizer er koblet via et omregningslager, og at portkoblingen før begynnelsen av en tidsluke, anordnet for anrops-formål, eller av en sende- resp. mottagningsinformasjons-blokk er styrt til åpen tilstand for et bitantall som er gitt på forhånd ved lengden av en frekvensadresse. På denne måte blir det oppnådd at de to stasjoner som trer i forbindelse eller står.i forbindelse med hvearandre, til enhver tid praktisk talt uavhengig av hverandre i takt med de respektive fore-skrevne frekvenssprang stadig ved omkastingen gir samme forbindelsesselektive frekvensadresse. As another further development, this selectively encrypted exchange of information can also be realized with the simultaneous application of a frequency hopping method in that the intermediate storage device's output via a port connection controlled by the sequence control is connected to a frequency address register to whose output side the synthesizer arranged for the frequency generation is connected via a conversion storage, and that the port connection before the beginning of a time slot, arranged for call purposes, or by a sending or reception information block is controlled to the open state for a number of bits given in advance by the length of a frequency address. In this way, it is achieved that the two stations that connect or are in connection with each other, at all times practically independently of each other in time with the respective prescribed frequency jumps, always give the same connection-selective frequency address during the handover.

Oppfinnelsen vil bli belyst nærmere i det følgende ved The invention will be explained in more detail in what follows

et utførelseseksempel som er vist på tegningen.an embodiment shown in the drawing.

Fig. 1 er et blokkskjerna over en chiffreringsinnretning Fig. 1 is a block core of an encryption device

ifølge oppfinnelsen.according to the invention.

Fig. 2 er et diagram som anskueliggjør virkemåten med hensyn til generering av nøkkelsignalene ved utgangen fra PN-generatoren. Fig. 2 is a diagram illustrating the operation with regard to the generation of the key signals at the output of the PN generator.

Koblingen på fig. 1 inneholder til høyre en kvarts-generator G med et tilkoblet delerkjede TK. Delerkjeden TK har utganger for nødvendige taktsignaler T og ytterligere utganger, hvor der opptrer et binært utgangssignal fra det stasjonsur som dannes av kvartsgeneratoren G, delerkjeden TK og en innstillingsinnretning EV. Innstillingsinnretningen EV tjener til å stille inn samtlige stasjoner i radionettet likt ved begynnelsen av en idriftssettelse. Til formålet er ut gangene fra innstillingsinnretningen EV forbundet med et tilsvarende antall tilhørende innganger til delerkjeden TK. Det binære ursignal blir til stadighet innskrevet i registeret R2, som i sin tur i tillegg oppviser en rekke lagerplasser for innskrivning av.et deltagernummer resp. av en radioadresse- Inn-skrivingen åv et deltagernummer resp. av en radioadresse i registeret R2 skjer ved hjelp av en nummerinnstillingsenhet NE. The connection in fig. 1 contains on the right a quartz generator G with a connected distributor chain TK. The divider chain TK has outputs for the necessary clock signals T and further outputs, where a binary output signal from the station clock formed by the quartz generator G, the divider chain TK and a setting device EV appears. The tuning device EV serves to tune all stations in the radio network equally at the beginning of a commissioning. For this purpose, the outputs from the setting device EV are connected to a corresponding number of associated inputs to the distributor chain TK. The binary clock signal is permanently entered into the register R2, which in turn also displays a number of storage locations for the entry of a participant number or of a radio address - The entry of a participant number resp. of a radio address in the register R2 takes place by means of a number setting unit NE.

I venstre side av koblingen på fig. 1 ses for det første en nøkkelgiver SG, som inneholder Døgnnøkkelinnstil-lingen. Nøkkelgiveren er via sine binære utganger forbundet med et register Ri, hvori døgnnøkkelen er innført for lagring i form av et pulsmønster. Videre viser fig. 1 et nøkkel-register SR, som inneholder den øyeblikkelige innstillings-nøkkel for den dermed forbundne-PN-generator. Utgangen fra PN-generatoren er sin tur via en mellomlagringsanordning ZA forbundet med nøkler MD2 i form-av et modulo-2-addisjonsledd, hvis annen inngang får tilført det digitale signal Sig som skal chiffreres og ved hvis utgang det chiffrerte signal Sig<*>tas ut. Mottagningssiden er oppbygget på samme måte med den forskjell at det chiffrerte signal Sig<1>tilføres fra venstre og det chiffrerte signal Sig opptrer ved utgangen. For å gjøre dette saksforhold tydeligere når det gjelder mottagningssiden, er de tilsvarende betegnelser innført i parentes på fig. 1. On the left side of the connection in fig. 1 shows firstly a key generator SG, which contains the 24-hour key setting. The key generator is connected via its binary outputs to a register Ri, in which the 24-hour key is entered for storage in the form of a pulse pattern. Furthermore, fig. 1 a key register SR, which contains the momentary setting key for the associated PN generator. The output from the PN generator is in turn via an intermediate storage device ZA connected to keys MD2 in the form of a modulo-2 addition term, whose second input receives the digital signal Sig to be encrypted and at whose output the encrypted signal Sig<*> is taken out. The receiving side is structured in the same way with the difference that the encrypted signal Sig<1> is supplied from the left and the encrypted signal Sig occurs at the output. In order to make this situation clearer when it comes to the reception side, the corresponding designations are introduced in brackets in fig. 1.

Til sammenknytning av den klokketid som står i registeret R2, inklusive et deltagernummer resp. en radiokretsadresse, med en døgnnøkkel som står i registeret RI, tjener et modulo-2-addisjonsledd MDI. Med enhver ny stilling av PN-generatoren utløst av forløpsstyreenheten AST, blir resul-tatet av sammenknytningen av de i registrene RI og R2 inn-skrevne binærsekvenser overført til nøkkelregisteret SR, og under samtidig tilbakestilling av PN-generatoren til dens nullstilling, startes en ny PN-syklus som er fastlagt av den endrede nøkkel i nøkkelregisteret SR. Forløpsstyreenheten AST påstyres av delerkjeden TK og avgir: ved gjennomførelse For linking the time shown in the register R2, including a participant number or a radio circuit address, with a clock key contained in the register RI, serves a modulo-2 adder MDI. With each new position of the PN generator triggered by the sequence control unit AST, the result of the concatenation of the binary sequences written in the registers RI and R2 is transferred to the key register SR, and while simultaneously resetting the PN generator to its zero position, a new PN cycle determined by the changed key in the key register SR. The flow control unit AST is controlled by the parts chain TK and emits: on execution

av en nøkkelnyinnstilling tilsvarende styresignaler til PN-generatoren PN-G, registrene Ri og R2 og nøkkelregisteret SR. of a key reset corresponding to control signals to the PN generator PN-G, the registers Ri and R2 and the key register SR.

Forløpsstyreenheten AST styrer enn videre mellomlagringsanordningen ZA,som i sin tur består av to PN-sekvensregistre PN-Rl og PN-R2, og to omkoblere Ul og U2 som manøvreres av forløpsstyreenheten AST. Omkobleren Ul forbinder vekselsidig inngangene til PN-sekvensregistrene PN-Rl og PN-R2 med utgangen fra PN-generatoren. Skiftet finner i den forbindelse sted sammen med tilbakestillingen av PN-generatoren til dens nullstilling. På samme måte forbinder omkobleren U2 vekselsidig utgangene fra PN-sekvensregistrene PN-Rl og PN-R2 med den ene inngang til nøkleren MD2. Omkoblingsfasen for omkobleren U2 The sequence control unit AST further controls the intermediate storage device ZA, which in turn consists of two PN sequence registers PN-Rl and PN-R2, and two switches Ul and U2 which are maneuvered by the sequence control unit AST. The switch Ul alternately connects the inputs of the PN sequence registers PN-R1 and PN-R2 with the output of the PN generator. The shift therefore takes place together with the reset of the PN generator to its zero position. In the same way, the switch U2 alternately connects the outputs of the PN sequence registers PN-R1 and PN-R2 with one input of the keyer MD2. The switching phase of the switch U2

er forskjøvet 180° i forhold til omkoblingsfasen for omkobleren Ul. På denne måte blir det oppnådd at PN-sekvensregistrene vekselvis først blir fylt med en ny PN-sekvens fra PN-generatoren i avhengighet av en nøkkelnyinnstilling og der-på blir utlest mot nøkleren MD2. is shifted by 180° in relation to the switching phase of the switch Ul. In this way, it is achieved that the PN sequence registers are alternately first filled with a new PN sequence from the PN generator in dependence on a key reset and are then read out against the key MD2 .

For å gjøre denne virkemåte bedre forståelig viser fig. 2 tre sykluser i form av sirkler som går over i hverandre. Hver PN-sekvens begynner i tidspunktet for nullstil-lingen,som er angitt med NS. Sirkelen PN-X representerer en første PN-sekvens som avgis av PN-generatoren, og som kort fører utløpet av PN-sekvensperioden så på omkoblingstidspunk-tet UP går over i en ny PN-sekvens representert ved sirkelen PN-X+1. Denne nye sekvens begynner med nullstilling av PN-generatoren. Ved slutten av denne sekvens blir der på omkob-lingstidspunktet UP igjen gått over til den nye PN-sekvens, To make this mode of operation better understood, fig. 2 three cycles in the form of circles that merge into each other. Each PN sequence begins at the time of the reset, which is indicated by NS. The circle PN-X represents a first PN sequence which is emitted by the PN generator, and which briefly leads to the end of the PN sequence period, so at the switching time UP passes into a new PN sequence represented by the circle PN-X+1. This new sequence begins with zeroing the PN generator. At the end of this sequence, at the switching time, UP is again switched to the new PN sequence,

som er vist ved sirkelen PN-X+2, osv.which is shown by the circle PN-X+2, etc.

Da sammenknytningen av døgnnøkkelen i registeretThen the linking of the day key in the register

Ri med stasjonsklokketiden og et deltagernummer i registeret R2 til en innstillingsnøkkel for PN-generatoren i nøkkelregisteret SR også er avhengig av det innstilte deltagernummer, er nøkkelsignalet ved utgangen fra mellomlagringsanordningen ZA deltagernummer-selektivt og gjør det på denne måte mulig å tilordne hver forbindelse som skal bygges opp for en informasjonsutveksling, en egen nøkkel som takket være den stadige modifikasjon over klokketiden gir meget stor sikkerhet mot dechiffrering. Ri with the station clock time and a participant number in the register R2 until a setting key for the PN generator in the key register SR also depends on the set participant number, the key signal at the output of the intermediate storage device ZA is participant number-selective and in this way makes it possible to assign each connection to is built up for an information exchange, a separate key which, thanks to the constant modification over the clock time, provides very high security against decryption.

Som allerede påpekt kan nøkkelinnretningen på fig. 1 også i tillegg utvides for dannelse av forbindelsesselektive frekvensadresser under anvendelse av en frekvenssprangmetode. Denne utvidelse er likeledes anskueliggjort på fig. 1. Sty-ringen av den viste synthesizer SYN skjer her fra et frekvensadresseregister FA-R via et omregningslager USP. Den frekvensadresse, som skal innføres for lagring i frekvensadresseregis-teret FA-R før begynnelsen av en tidsluke bestemt for anropsformål,eller av en sende- resp. mottagnings-informasjonsblokk, skjer ved hjelp av en portkobling TR som styres av forløps-styreenheten AST, og som på sin inngangsside får nøkkelsig-nalet ved utgangen fra mellomlagringsanordningen ZA tilført. Forløpsstyreenheten AST styrer i den forbindelse hver gang As already pointed out, the key device in fig. 1 is also additionally extended for the formation of connection-selective frequency addresses using a frequency hopping method. This extension is also visualized in fig. 1. The control of the shown synthesizer SYN takes place here from a frequency address register FA-R via a conversion storage USP. The frequency address, which must be entered for storage in the frequency address register FA-R before the beginning of a time slot determined for call purposes, or of a sending or reception information block, takes place by means of a port connection TR which is controlled by the flow control unit AST, and which receives the key signal at the output from the intermediate storage device ZA on its input side. In this connection, the progress control unit AST controls every time

ved begynnelsen av en anropstidsluke eller før begynnelsen av en sende- resp. mottagnings-informasjonsblokk, portkoblingen TR til åpen tilstand for et tidsintervall som strekker til for at der i frekvensregisteret FA-R kan innskrives bits i et antall, f.eks. 8, som er gitt på forhånd ved en frekvens-.. adresse. Med andre ord skaffer altså begge stasjonene, som er innstilt på samme deltagernummer,ved omkastingen til enhver tid de samme frekvensadresser ut fra det deltagernummer selek-tive nøkkelsignal og muliggjør dermed en informasjonsutveksling som er forbindelsesselektiv både med hensyn til chiffreringen og med hensyn til frekvenssprangprogrammet. at the beginning of a call time slot or before the beginning of a send or reception information block, the gate connection TR to the open state for a time interval that is sufficient for a number of bits to be entered in the frequency register FA-R, e.g. 8, which is given in advance by a frequency-.. address. In other words, both stations, which are tuned to the same subscriber number, obtain at all times the same frequency addresses based on the subscriber number selective key signal during the handover and thus enable an information exchange that is connection selective both with regard to the encryption and with regard to the frequency hopping program.

Claims

1. Device for encrypted information transmission i

digitized form over radio between two or more transmitting/receiving stations, in particular mobile stations, which for transmitting-side encryption and^ .for receiving-side decryption of digital signals in a key device, exhibit a PN generator which can be set with regard to its PN sequence by means of a key generator, and where the mutual synchronization of the key devices at the individual stations is ensured by means of quartz-controlled unidirectional station clocks, characterized in that the PN generator (PN-G) has a relatively short PN sequence period, that the key generator's (SG) key in time intervals below the PN sequence period, by means of a progress control (AST) to be constantly at least partially connected to the binary output signal of the station clock (G, TK, EV) in a determined manner, e.g. by modulo-2 addition to one new key, and that while simultaneously resetting the PN generator to a determined starting position, and that the PN generator is in connection with the ..key (MD2) via an intermediate storage device (ZA) which overrides the constant resetting of PN sequences.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the intermediate storage device (ZA) exhibits two PN sequence registers (PN-R1, PN-^R2). which on the input side alternately and periodically via a first switch (Ul) can be connected to the PN generator (PN-G) and on the output side alternately and periodically via another switch (U 2) can be connected to the key (MD2), and that the two switches , which is maneuvered by the sequence control (AST), exhibits the same switching period, which is determined in advance by the periodic resetting of the PN generator. tore, but with a mutual chronological phase shift of e.g. 180°.

3. Device as stated in claim 1 or 2, characterized in that the binary output signal of the station clock (G, TK, EV) is supplemented with a binary subscriber number which, in the idle state of a station, is its own call number, resp. the radio circuit address assigned to it and, in the case of a call to be made, the call number of the station to be called, and that the binary output thus supplemented in time intervals below the PN sequence period is permanently keyed -the transmitter's (SG) key to a new key while simultaneously resetting the PN generator (PN-G).

Device as specified in requirements 1, 2 or 3, for stations that work with frequency hopping, characterized in that the output of the intermediate storage device (ZA) via a port connection (TR) controlled by the flow controller (AST) is connected share with a frequency address register (FA-R) whose output side the synthesizer (SYN) serving for frequency generation is connected via a conversion storage (USP), and that the port connection before the beginning of a time slot determined for call purposes or of a send- or reception information block, is controlled to the open state for a number of bits given in advance by a frequency address.

5. Device as stated in one of the claims 1-4, characterized in that the mutual rough synchronization of the station clocks ensured by the continuous nature of the station clocks is supplemented by a time signal given before each transmission in the direction of a fine correction for quartz operation.