Verfahren und Einrichtung zur Geheimhaltung von Nachrichten. Nach bekannten Methoden zur Geheim haltung gesprochener Nachrichten werden die Sprachfrequenzen vor der Übertragung nach einem vereinbarten Schlüssel verschoben. Durch Modulation mit einer Hilfsfrequenz und Unterdrückung der Träger- und Sum menfrequenzen wird beispielsweise eine In version der Sprachfrequenzen erteilt, das heisst die ursprünglich tiefen Frequenzen er scheinen als hohe und die ursprünglich hohen Frequenzen als tiefe Frequenzen der ver schleierten Nachricht. Es sind auch Einrich tungen bekannt, mit welchen die gesamten Sprachschwingungen in mehrere Frequenz bereiche unterteilt werden, welche nach ver einbartem Schlüssel um ungleiche Frequenz beträge verschoben werden.
Da die Entzif ferung auch bei dieser Frequenz-Substitution durch versuchsweise Rückvertauschung der Bänder verhältnismässig einfach ist, wird der Verschiebungsschlüssel bei neueren -Einrich tungen nach einem vereinbarten Programm in bestimmten Zeitabständen geändert. Das Zeitintervall zwischen zwei Schlüsselwech seln beträgt bei diesen bekannten Einrichtun gen zur Verschleierung von gesprochenen Nachrichten stets ein Mehrfaches der Dauer einer Silbe eines Wortes.
Die Erfindung geht aus von der Erkennt nis, dass es gelingt, die nach obigen Methoden verschlüsselten Nachrichten in folgender Weise zu entziffern. Die verschleierte Mit teilung wird nach einem bekannten Aufzeich nungsverfahren (z. B. Stahlbandaufzeich- nung) registriert, und ein bestimmter Aus schnitt derselben, welcher sich über das Intervall zwischen zwei Schlüsselwechseln erstreckt, in ständiger Folge ununterbrochen abgetastet. Aus dem abgetasteten Ausschnitt wird mit einem Bandfilter ein bestimmtes Frequenzband herausgegriffen und durch Modulation mit wählbaren Hilfsfrequenzen um einstellbare Beträge verschoben.
Beim Abhören dieses Frequenzbandes ist normaler weise eine Verständigung auch dann nicht möglich, wenn es wieder in seinen ursprüng- liehen Bereich fällt. Es zeigt sich aber, dass man beim Abhören der aus dem ursprüng lichen Bereich in einen andern Bereich ver schobenen Bänder die Empfindung eines un natürlichen Schallvorganges hat. Diese Emp findung verschwindet jedoch, sobald das be treffende Frequenzband in den ursprüng lichen Frequenzbereich zurückverschoben ist.
Nach kurzer Übung ist man deshalb in der Lage, ein einzelnes Frequenzband der ge- schlüsselten Nachricht durch 3lodulation mit passend gewählter Hilfsfrequenz in seinen ursprünglichen Bereich zurückzuverschieben. In gleicher Weise können die übrigen Fre quenzbänder des betreffenden Nachrichten- Ausschnittes sowie die Frequenzbänder aller folgenden Ausschnitte zurückversetzt wer den. Mit einiger Mühe ist so eine Entziffe rung der gesamten verschleierten Nachricht möglich.
Diese Rückversetzung der Frequenz bänder unter Ausnützung der subjektiven Empfindung ist aber nur dann möglich, wenn der in ständiger Folge wiederholt an gehörte Nachrichtenausschnitt mehrere zu sammengehörige Sprachlaute enthält, das heisst wenn, dessen Dauer mindestens mit der Länge einer Silbe übereinstimmt.
Sobald diese Ausschnitte jedoch kürzer werden und schliesslich im wesentlichen nur mehr Bruch stücke von Silben enthalten, ist dieses Ent- zifferungsverfahren nicht mehr durchführ bar; denn die subjektive Empfindung, wel che die richtige Rückverschiebung jedes Bandes ermöglichte, tritt dann nicht mehr auf und lässt sich auch durch lange Übung nicht mehr erwerben. Die Silbenlänge der deutschen Sprache beträgt bei mittlerem Sprachtempo 0,038 bis 0,549 Sekunden, im Mittel 0,182 Sekunden. Bei andern Sprachen kann die mittlere Silbendauer Werte bis zu 0,5 Sekunden annehmen.
Die Erfindung be zieht sich demnach auf ein Verfahren zur Geheimhaltung gesprochener Nachrichten, bei welchem die in elektrische Ströme umgewan delten Sprachschwingungen in mehrere Fre quenzbereiche unterteilt werden, von denen wenigstens einzelne um stets wechselnde Fre- quenzbeträge verschoben werden, wobei er findungsgemäss die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verschiebungen der Frequenzbänder kleiner ist als 0,5 Sekunden. Zweckmässig wird diese Zeitdauer, wie er wähnt, kleiner gemacht als die mittlere Länge der Silbe eines Wortes, welche von der angewendeten Sprache abhängt.
Die Einrichtung zur Durchführung die ses Verfahrens ist gekennzeichnet durch min destens eine Permutierschaltvorriehtung zur Vertauschung der Frequenzbänder, deren Schaltdauer stets kleiner ist. als 0,5 Sekunden.
An Hand der Fig. 1 bis 5 werden nun Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung näher erläutert.
In Fig. 1 ist zum Beispiel das Oszillo- gramm des Wortes "Gesellschaft" wieder gegeben. Durch Ausfilterung lässt sieh dieser Schwingungsvorgang beispielsweise in die fünf Frequenzbänder (Fig. 2a bis 2e) zer legen, welche die Bereiche 250-750,<B>750</B> bis 1250, 1250-1750, 1750-2250, 2250 bis 2750 Hz enthalten.
Nach den bekannten Sub- stitutionsverfa,hren werden diese Bänder zur Geheimhaltung durch Modulation mit ver schiedenen Hilfsfrequenzen nach bestimmtem Schlüssel verschoben. So entstehen beispiels weise die neuen Frequenzbänder ( Fig. 3a bis 3e). Dabei muss darauf geachtet werden, dass die verschiedenen Frequenzbänder nie gleichzeitig in denselben Frequenzbereich zu liegen kommen. Der unbefugte Empfänger des verschleierten Signals kann nun durch Rückverschiebung der einzelnen Bänder ver suchen, verständliche Silben zu erhalten.
Dies kann durch schrittweise Untersuchung bezw. Frequenzverschiebung jedes einzelnen Bandes erfolgen, weil die richtige Rückver schiebung bei genügender Länge des Signals subjektiv erkannt wird. Die. Elementlänge, das heisst die Dauer zwischen zwei Schlüssel wechseln beträgt bei den üblichen Verfahren ein Mehrfaches einer Sekunde. Dadurch wird im allgemeinen ein Wort nicht durch einen Schlüsselwechsel unterbrochen, -wie das auch im durch die Fig. 3 dargestellten Bei spiel der Fall ist.
In Fig. 4 ist das Oszillogramm des Wor tes Gesellschaft nochmals reproduziert (a), und gleichzeitig sind die fünf Frequenz- bänder dieses Wortes angegeben (b ... f), deren Elemente jedoch durch eine nicht dar gestellte Ausführungsform der erfindungs gemässen Einrichtung nach einem rasch wech selnden Schlüssel mit einer Elementlänge von 0,03 Sekunden verschoben sind,
wobei die Zeitdauer des ganzen Wortes in Sechszehn Elemente eingeteilt wurde. Eine richtige Rückvertauschung dieser Bänder ist prak tisch unmöglich, weil die richtige Frequenz lage jedes Bandes wegen der geringen Ele mentlänge nicht mehr zu erkennen ist.
Eine Entzifferung wäre jedoch unter Um ständen noch durch Ausnützung des "Ener- gierhythmus" denkbar. Bei jedem gespro chenen Wort schwanken nämlich die Schwin gungsamplituden nach einer bestimmten Zeit abhängigkeit, wobei allerdings die Betonung und die persönlichen Sprechgewohnheiten in starkem Masse mitspielen.
Dieser zeitliche Amplitudenverlauf wird durch die normale Frequenzvertauschung nicht geändert, so dass aus den Intensitätsschwankungen des ge-' schlüsselten Signals gewisse zutreffende Ver mutungen über die urgeschlüsselte Nachricht denkbar sind. Um auch diese Entzifferungs- möglichkeit auszuschliessen, empfiehlt es sich, die einzelnen Frequenzbänder um un gleiche und änderndeBeträge abzuschwächen, wodurch der Energierhythmus des geschlüs- selten Signals gestört wird.
Dabei kann die Schwächung frequenzabhängig oder fre- quenzunabhängig durchgeführt werden. Ist sie frequenzabhängig, so bewirkt sie ausser dem eine Veränderung der Klangfarbe inner halb des einzelnen Bandes. Bei der Ent zifferung sind die Amplitudenänderungen durch entsprechende ungleiche Veränderung bezw. Abschwächung der einzelnen Bänder nach vereinbartem Programm wieder aufzu heben.
Bei einer gegebenen Sprache ist die Ver teilung der Energie auf die einzelnen Fre quenzbänder im Mittel bekannt. Die mittlere Energie der verschiedenen Frequenzbänder ist verschieden. Durch die erwähnten zusätz lichen Amplitudenänderungen kann der Fall eintreten, dass ein energieschwaches Band noch weiter geschwächt wird, während ein energiereiches Band ungeschwächt bleibt.
Es empfiehlt sich deshalb, die urgeschlüsselte Nachricht vor der Schlüsselung über ein Netzwerk zu übertragen, dessen Amplituden- Übertragungsverhältnisse so bemessen sind, dass die mittleren Energien der einzelnen Sprachfrequenzbänder an dessen Ausgang übereinstimmen. Durch ein entsprechendes Netzwerk sind die Amplitudenverhältnisse der entschlüsselten Frequenzbänder auf der Empfangsseite wieder der ursprünglichen Sprache anzupassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch bei sogenannten kombinierten Schlüs- selungsmethoden angewendet werden, nach denen die einzelnen Frequenzbänder der Sprache zur Geheimhaltung um wechselnde Frequenzbeträge verschoben und zudem um veränderliche Zeitbeträge verzögert werden.
In Fig. 5 ist ein Durchführungsbeispiel gezeigt, bei dem neben den wechselnden Fre- quenzvertauschungen veränderliche Verzöge rungen und Amplitudenänderungen der ein zelnen Frequenzbänder vorgesehen sind. Die urgeschlüsselte Sprache Z" umfasst die Fre quenzen von 250-2750 Hz. Diese Schwin gungen mögen durch ein nicht dargestelltes Filter in fünf Frequenzbänder z1 . . . z, von je 500 Hz Breite aufgeteilt werden.
Durch Modulation mit fünf verschiedenen Hilfs frequenzen g,... g, von resp. 3750, 4250, 4750, 5250 und 5750 Hz des Generators G werden in den Modulatoren M, . . . 31, diese Frequenzbänder in den gleichen Bereich 3000 bis 3500 Hz verschoben.
Die so gebildeten fünf Zwischenfrequenzbänder werden in der Permutiervorriehtung R wechselnd ver tauscht, so dass beispielsweise das erste Zwi schenfrequenzband des Modulators 111, zuerst auf das Dämpfungsglied WZ und dann ab wechselnd auf ein anderes Dämpfungsglied geleitet wird usw. Die Dämpfungsglieder W, <I>. . .
W,</I> sind auf ungleiches, frequenz- abhängiges oder frequenzunabhängiges Dämp- fungsmass eingestellt, so dass die einzelnen Zwischenfrequenzbänder um wechselnde Be träge abgeschwächt werden. Über den Per- mutierungsscha.lter Q gelangen die in der Vorrichtung R bereits einmal permutierten Elemente der Zwischenfrequenzbänder auf die Aufzeichnungsvorrichtungen Cl... C7,. In diesen werden die dem Permutierschalter Q entnommenen Elementenfolgen um un gleiche Zeiten verzögert, beispielsweise um 0,1 Sek.
bezw. ganzzahlige Vielfache davon. Somit erhält man schliesslich Elementen folgen, in denen die Elemente der ursprüng lichen Sprachfrequenzbänder um wechselnde Beträge abgeschwächt, um wechselnde Be träge verzögert und frequenzverschoben sind.
Über einen weiteren Permutierungsschalter P gelangen diese Elementenfolgen auf die Modulatoren Ni . . . Nzi, wo sie mit den Hilfs frequenzen g',.... g', von resp. ?750, 2250, 1750,<B>1250</B> und 750 Hz eines zweiten Gene- rators G' nochmals zur Modulation gebracht werden.
Dadurch entstehen Differenz-Fre- quenzen, die in den Sprachfrequenzbereich 250-2750 Hz fallen und die zusammen das geschlüsselte Signal Z1 ergeben. Der Permii- tierungsschalter P arbeitet mit einer Zeit dauer von weniger als 0,5 Sekunden pro Schaltstellung, so dass sich durch ihn in Ver bindung mit dem Generator G' entsprechend rasch wechselnde Frequenzverschiebungen er geben. Eine Zeitdauer von weniger als 0,5 Sekunden pro Schaltstellung, z.
B. 0,1 Se kunden, kann natürlich zur besseren Geheim haltung der Nachricht mit Vorteil auch bei den Permutierungsschaltern Q und R ange wendet werden.
Statt der Frequenzen g' des Generators G' können auch diejenigen des Generators G selbst verwendet werden. Bringt man die letzteren (g1... g,) in den Modulatoren <I>N</I> mit den geschlüsselten Sprachschwingungen zur Modulation, so ist bei Verwendung des obern Seitenbandes die ursprüngliche Sprache immer noch invertiert.
Wird hingegen das untere Seitenband zur Übertragung benützt, so haben wir im allgemeinen noch eine Fre- quenzverschiebung, aber keine Inversion mehr; in diesem Fall kommen die Frequenz bänder wie im Beispiel der Fig. 5 eben falls in den Bereich 250-2750 Hz zu liegen.
Es kann natürlich einer der Permutie- rungsschalter, z. B. der Schalter R, umgan gen werden, indem die Modulatoren 1!1 mit den Dämpfungsgliedern TV direkt verbunden werden. In diesem Falle kann man zweck mässig die letzteren programmässig in der Dämpfung variieren. Man kann die Nachricht auch vor der Zerlegung in die einzelnen Fre quenzbänder einer veränderbaren, frequenz- abhängigen Dämpfung unterwerfen.
Es ist ohne weiteres verständlich, wie die Entschlüsselung des Signals Z, in der Emp fangsanlage erfolgt. Der notwendige Gleich lauf sämtlicher Permutatoren sowohl der Sende- als auch der Empfangsanlage lässt sich mit bekannten Mitteln erzielen.
Im weiteren werden zweckmässig Filter vorgesehen zur Unterdrückung unerwünsch ter Schwingungen, die insbesondere auch bei der Vertauschung der Frequenzbandelemente entstehen.
Procedure and device for the confidentiality of messages. According to known methods for keeping spoken messages secret, the voice frequencies are shifted according to an agreed key before transmission. By modulating with an auxiliary frequency and suppressing the carrier and sum frequencies, for example, an inversion of the voice frequencies is issued, that is, the originally low frequencies appear as high and the originally high frequencies as low frequencies of the veiled message. There are also Einrich lines known with which the entire speech vibrations are divided into several frequency ranges, which are shifted by unequal frequency amounts according to ver agreed key.
Since the deciphering is relatively easy even with this frequency substitution by experimentally swapping back the bands, the shift key is changed at certain time intervals in newer facilities according to an agreed program. The time interval between two key changes is always a multiple of the duration of a syllable of a word in these known Einrichtun conditions for disguising spoken messages.
The invention is based on the knowledge that it is possible to decipher the messages encrypted according to the above methods in the following way. The disguised message is registered according to a known recording method (eg steel tape recording), and a specific section of the same, which extends over the interval between two key changes, is continuously scanned. A band filter is used to select a specific frequency band from the scanned section and shift it by adjustable amounts by modulation with selectable auxiliary frequencies.
When listening to this frequency band, communication is normally not possible even if it falls back into its original range. It turns out, however, that listening to the tapes moved from the original area to another area gives the impression of an unnatural sound process. However, this sensation disappears as soon as the relevant frequency band is shifted back into the original frequency range.
After a short practice, you will therefore be able to shift an individual frequency band of the encrypted message back to its original range by modulation with a suitably selected auxiliary frequency. In the same way, the other frequency bands of the relevant message section and the frequency bands of all subsequent sections can be set back. With some effort, it is possible to decipher the entire disguised message.
This backward shifting of the frequency bands using the subjective sensation is only possible if the message excerpt, which is heard repeatedly, contains several associated speech sounds, i.e. if the duration of which corresponds at least to the length of a syllable.
However, as soon as these excerpts become shorter and ultimately only contain fragments of syllables, this deciphering process can no longer be carried out; because the subjective sensation which enabled the correct backward displacement of each band then no longer occurs and can no longer be acquired even with long practice. The syllable length of the German language is 0.038 to 0.549 seconds at an average speed of speech, 0.182 seconds on average. In other languages, the mean syllable duration can be up to 0.5 seconds.
The invention therefore relates to a method for keeping spoken messages secret, in which the speech vibrations converted into electrical currents are divided into several frequency ranges, at least some of which are shifted by constantly changing frequency amounts, whereby according to the invention the period between two successive shifts of the frequency bands is less than 0.5 seconds. As he mentions, this period is expediently made shorter than the mean length of the syllable of a word, which depends on the language used.
The device for performing this method is characterized by at least one permutation switching device for interchanging the frequency bands, the switching duration of which is always shorter. than 0.5 seconds.
Exemplary embodiments of the device according to the invention will now be explained in more detail with reference to FIGS.
In FIG. 1, for example, the oscillogram of the word "society" is given again. By filtering out this oscillation process, for example, can be broken down into the five frequency bands (FIGS. 2a to 2e), which are the ranges 250-750, 750 to 1250, 1250-1750, 1750-2250, 2250 to 2750 Hz included.
According to the known substitution method, these bands are shifted for secrecy by modulation with different auxiliary frequencies according to a specific key. This creates the new frequency bands, for example (Fig. 3a to 3e). Care must be taken that the different frequency bands never lie in the same frequency range at the same time. The unauthorized recipient of the disguised signal can now try by shifting the individual bands back to obtain understandable syllables.
This can be resp. Frequency shift of each individual band takes place because the correct Rückver shift is subjectively recognized when the signal is long enough. The. Element length, i.e. the time it takes to switch between two keys, is a multiple of a second with the usual methods. As a result, a word is generally not interrupted by a key change, as is also the case in the example shown in FIG.
In Fig. 4, the oscillogram of the word society is reproduced again (a), and at the same time the five frequency bands of this word are indicated (b ... f), but their elements by a non-presented embodiment of the inventive device according to are shifted by a rapidly changing key with an element length of 0.03 seconds,
where the duration of the whole word was divided into sixteen elements. Correct reversal of these bands is practically impossible because the correct frequency position of each band can no longer be recognized due to the short element length.
However, a decipherment would possibly still be conceivable by utilizing the "energy rhythm". For every word spoken, the vibration amplitudes fluctuate after a certain period of time, although the emphasis and personal speaking habits play a major role.
This amplitude curve over time is not changed by the normal frequency swapping, so that certain correct assumptions about the originally encrypted message are conceivable from the intensity fluctuations of the encrypted signal. In order to exclude this possibility of decoding, it is recommended to weaken the individual frequency bands by unequal and changing amounts, which disrupts the energy rhythm of the encoded signal.
The attenuation can be carried out in a frequency-dependent or frequency-independent manner. If it is frequency-dependent, it also causes a change in the timbre within the individual band. When deciphering the amplitude changes by corresponding unequal change respectively. The weakening of the individual bands can be canceled again according to the agreed program.
For a given language, the distribution of energy across the individual frequency bands is known on average. The mean energy of the different frequency bands is different. As a result of the additional amplitude changes mentioned, it can happen that a low-energy band is weakened even further, while a high-energy band remains unaffected.
It is therefore advisable to transmit the originally encrypted message before encryption via a network whose amplitude transmission ratios are dimensioned so that the mean energies of the individual voice frequency bands at its output match. The amplitude ratios of the decrypted frequency bands on the receiving side must be adapted to the original speech again by means of a corresponding network.
The method according to the invention can also be used with so-called combined encryption methods, according to which the individual frequency bands of the speech are shifted by changing frequency amounts for purposes of secrecy and also delayed by changing time amounts.
In FIG. 5 an implementation example is shown in which, in addition to the changing frequency swaps, variable delays and amplitude changes of the individual frequency bands are provided. The originally coded language Z "comprises the frequencies from 250-2750 Hz. These vibrations may be divided into five frequency bands z1... Z, each 500 Hz wide by a filter (not shown).
By modulating with five different auxiliary frequencies g, ... g, of resp. 3750, 4250, 4750, 5250 and 5750 Hz of the generator G are in the modulators M,. . . 31, these frequency bands shifted into the same 3000 to 3500 Hz range.
The five intermediate frequency bands formed in this way are alternately exchanged in the permutation device R, so that, for example, the first inter mediate frequency band of the modulator 111 is first passed to the attenuator WZ and then alternately to another attenuator, etc. The attenuators W, <I>. . .
W, </I> are set to unequal, frequency-dependent or frequency-independent attenuation levels, so that the individual intermediate frequency bands are attenuated by varying amounts. Via the permutation switch Q, the elements of the intermediate frequency bands that have already been permuted once in the device R reach the recording devices C1... C7. In these, the element sequences taken from the permuting switch Q are delayed by unequal times, for example by 0.1 seconds.
respectively integer multiples thereof. This ultimately results in elements in which the elements of the original voice frequency bands are weakened by changing amounts, delayed by changing amounts and shifted in frequency.
These element sequences reach the modulators Ni via a further permutation switch P. . . Nzi, where you can use the auxiliary frequencies g ', .... g', from resp. ? 750, 2250, 1750, <B> 1250 </B> and 750 Hz of a second generator G 'can be brought to modulation again.
This creates difference frequencies which fall in the voice frequency range 250-2750 Hz and which together result in the encoded signal Z1. The permitting switch P works with a time duration of less than 0.5 seconds per switch position, so that it results in correspondingly rapidly changing frequency shifts in connection with the generator G '. A period of less than 0.5 seconds per switch position, e.g.
B. 0.1 seconds, of course, for better keeping the message secret can also be used with advantage in the Q and R permutation switches.
Instead of the frequencies g 'of the generator G', those of the generator G itself can also be used. If the latter (g1 ... g,) are brought to modulation in the modulators <I> N </I> with the coded speech oscillations, the original speech is still inverted when the upper sideband is used.
If, on the other hand, the lower sideband is used for transmission, we generally still have a frequency shift, but no longer an inversion; in this case, the frequency bands as in the example in FIG. 5 also come to be in the range 250-2750 Hz.
Of course, one of the permutation switches, e.g. B. the switch R, be bypassed by the modulators 1! 1 are connected directly to the attenuators TV. In this case, you can expediently vary the latter program in the attenuation. The message can also be subjected to a variable, frequency-dependent attenuation before it is broken down into the individual frequency bands.
It is readily understandable how the signal Z is decrypted in the receiving system. The necessary synchronism of all permutators in both the transmitting and receiving systems can be achieved using known means.
In addition, filters are expediently provided to suppress undesired vibrations, which arise in particular when the frequency band elements are interchanged.