Chiffriereinheit für eine kryptographische Fernschreibanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Chiffriereinheit für eine kryptographische Fernschreib anlage.
In. kryptographischen Ausrüstungen dieser Art wird ein Klartext sendeseitig mit einem Schlüsseltext verarbei tet, während empfangsseitig der Klartext durch Verar beitung des verschlüsselten Textes mit einem Doppel des sendeseitig verwendeten Schlüsseltextes verarbeitet, wie dergegeben wird.
Der Schlüsseltext kann die Gestalt eines einmal vorgegebenen Schlüsselstreifens haben oder die Form einer Pseudo-Zufallsreihe von Schlüsselzeichen oder bits, die durch mechanische oder elektrische Mittel erzeugt werden.
In den meisten herkömmlichen Chiffriersystemen basiert der Verschlüsselungs- bzw. Entschlüsselungspro- zess indessen auf einer einfachen (modulo-2) Addition in der Weise, dass jedes Klartextzeichen zu einem Schlüs selzeichen modulo 2 addiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Chiffriereinheit für eine kryptographische Fernschreibeanlage, in wel cher ein Klartext bzw. verschlüsselter Text mit einem Schlüsseltext verarbeitet werden kann.
Die erfindungsgemässe Chiffriereinheit zeichnet sich aus durch eine Rangiereinheit, durch ein mehrstufiges Register, welches für jede Stufe eine Flip-Flop-Schaltung aufweist, und ein mehrstufiger Modulo-2-Addierer des sen Stufen je den Stufen des Registers vorgeschlatet sind, das Ganze derart, dass über die Rangiereinheit und den Modulo-2-Addierer jeder Ausgang des Registers mit jedem Eingang desselben verbunden werden kann, so- dass das Register entsprechend den miteinander verbun denen Stufen einen bestimmten Zyklus durchläuft, wenn ihm Schiebeimpulse zugeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich nung erklärt. In dieser zeigt die Fig. la ein Funktions-Blockschema eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung, Fig. 1b ein Blockschema mit Darstellung der Haupt verbindung zwischen den Blöcken, Fig. 1c-i und 2a-h Detail-Schaltbilder der mei sten in den Fig. la und 1b dargestellten Blöcke, Fig. 3 ein Detail-Schaltbild des in Block 6 von Fig. 2a dargestellten monostabilen Impulsgenerators (08).
Fig. 4 ein Detail-Schaltbild des Blocks 5 in Fig. 2a, nämlich eine Rückstellschaltung (RES) und einen Takt impuls-Generator (25 kHz OSC), Fig. 5 ein Detailschaltbild des Blocks 14 in Fig. 2a, nämlich einen Fernschreiber-Treiberverstärker (DA) und eine Leseschaltung (RC), Fig. 6 die verschiedenen in den Fig. lc-i und 2a-h verwendeten Logik-Symbole und Fig. 7 gibt an,
wie die Fig. 10-i und 2a--h anzuordnen sind, um ein vollständiges Schaltungsdia gramm zu bilden.
Funktions-Blockschema Fig. 1a zeigt ein Funktions-Blockschema, das mit den Detail-Schaltbildern in enger Beziehung steht. Die folgenden Grundelemente der Block-Schaltung werden nachstehend genau erläutert werden: Generator für Pseudo-Zufalls-Schlüsselbits. -Genera- tors für 5-Bit-Zahl P . - Zähler C(P) . - Eingangs register Reg X . - Stecktafel. - Rangierfeld.
Danach werden der Startvorgang sowie die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsvorgänge und die Telex-Operatio- nen in Verbindung mit dem Funktions-Blockschema ebenfalls erläutert. <I>Generator für</I> Pseudo-Zufalls-Schlüsselbits Der Schlüsselgenerator umfasst zwei nichtlineare Rückkopplungs-Schieberegister, nämlich REG I und REG II. Beide Register haben 15 Stufen, REG I hat zwölf davon in Block 10 und drei in Block 12,
und REG II hat zwölf Stufen in Block 11 und drei Stufen in Block 12. Die nichtlineare Rückkopplungs-Logik für beide Register wird durch Block 12 verkörpert. Wie aus dem Blockschema ersichtlich, werden die beiden Ausgänge der Register modulo 2 addiert, und die resultierende Bitfolge wird in REG Z in Block 9 gespeichert. Während der Verschlüsselung oder der Entschlüsselung werden die beiden Register verschoben, um in REG Z stets ein neues Schlüsselzeichen zu liefern. Sämtliche Ausgänge der beiden Register werden getrennten Spalten auf einer Stecktafel zugeführt. Die Wahl der Ausgänge für die nichtlineare Rückkopplungsfunktionen wird mittels der auf der Stecktafel angeordneten Stecker getroffen.
Für die Register I bestimmen die Zeilen, F, G, H und K die nichtlineare Rückkopplungs-Funktion, während dies für das Register II mittels der Zeilen, S, T, V, W erzielt wird.
<I>Generator für die</I> 5-Bit-Zahl <I> P </I> P ist eine 5-Bit- Pseudo-Zufalls -Zahl; sie wird von den beiden Hauptregistern mittels 5 Ausgängen von jedem Register erzeugt, die durch entsprechende Stecker auf der Stecktafel ausgewählt werden.
Wie man sieht, werden die Stecktafel-Zeilen, A, B, C, D, E, M, N, P, Q und R dem Block 8 und den in diesem Block befindli chen Setz-Schaltkreisen für den Binärzähler C(P) zugeführt. Jedes von den fünf Setz-Eingangssignalen ist das Resultat einer (mod 2)-Addition eines Ausgangssi- gnales vom REG I und eines Ausgangssignals von REG II. Deshalb sind diese kombinierten Signale naturgemäss gleichfalls Pseudo-Zufalls -Signale.
<I>Der Zähler</I> C(P) Der Binärzähler in Block 7 zählt stets zurück. Die Funktion dieses Zählers besteht darin, die Anzahl der dem Eingangsregister REG X zugeführten Schiebeim pulse zu steuern. Während der Verschlüsselung wird anfänglich die Zahl P in den Binärzähler gesetzt, und dies bedeutet, dass REG X mit P Schiebeimpul sen beliefert wird; dagegen wird während der Entschlüs selung der Zähler anfänglich auf die Zahl 31- P eingestellt. überdies stoppt der Zähler bei der Entschlüs selung bei 1 - und nicht bei O - dies bedeutet, dass er jetzt 31- P -1, d. h. also (30- P ) Zähltakte abzählt.
Die Bedeutung dieser Massnahme wird bei der Beschreibung der Entschlüsselungsvorgänge erläutert werden.
<I>Eingangsregister REG X</I> Das Eingangsregister REG X in Block 2 besteht aus 5 gleichen Stufen, für welche die eine in Fig. la dargestellte Stufe typisch ist. überdies besitzt es eine 6. Stufe, die eine Art Pufferspeicher ist. REG X hat zwei Betriebsarten: a) Es arbeitet als normales 5-Bit-Schieberegister, das vom Eingangszähler in Block 4 Schiebeimpulse emp fängt. Die Eingangssignale für die erste Stufe kommen vom Fernschreiber über die Leseschaltung in Block 14 (diese Verbindung ist im Funktions-Blockschema nicht dargestellt).
b) Es arbeitet als Rückkopplungs-Schieberegister, wobei jede Stufe einen (mod 2)-Addierer und ein Flip- Flop umfasst; es kann hierbei jeder Ausgangs mittels Lötverbindungen in dem links in der Figur dargestellten Code-Rangierfeld mit jedem Eingang verbunden werden, und diese beiden Verbindungen sind so ausgeführt, dass sich eine Maximallängen-Bitfolge 25-1 = 31 ergibt.
Die ses Verhalten ist in Fig. 1 dadurch versinnbildlicht, dass das Signal X über das links dargestellte Rangierfeld A, über den (mod- 2)-Addierer in Block 1 und über eine Eingangs-Logik in Block 2 bis zum Flip-Flop geleitet wird.
Es ist auch möglich, jedes Bit des 5-Bit-Registers REG X gemäss dem Ergebnis der (mod 2)-Addition eines Bits im REG X selbst und eines entsprechenden Bits in REG Z zu setzen . Dies ist in Fig. la durch den unteren (mod 2)-Addierer in Block 1 mit den Eingängen X und Z versinnbildlicht.
<I>Die Stecktafel</I> Die Stecktafel ist eine Tabel mit 10 horizontalen Klemmleisten und 30 vertikalen Klemmleisten, die in einer Matrix mit 300 Arbeitsstellungen (Kreizpunkten) angeordnet sind. Die vertikalen Klemmleisten sind mit den 30 Ausgängen von zwei Hauptregistern verbunden. Beliebige Ausgänge dieser beiden Register können mit den horizontalen Schienen mittels in den Kreuzpunkten angeordneter Stecker auf dieser Stecktafel verbunden werden.
Dann werden diese beliebigen Ausgänge den nichtlinearen Rückkopplungsfunktionen sowie den Setz- Schaltkreisen für die Zahl P zugeführt. Auch kann man die beiden Register anfänglich mittels der Zeile L so setzen, dass sie eine gewünschte Startinformation enthal ten.
Rangiereinheit <I>A</I> Arbeitet REG X als Rückkopplungs-Schieberegi- ster, so werden die fünf Rückkopplungssignale über die in der linken oberen Ecke des Funktions-Blockschemas dargestellte Rangiereinheit A auf die fünf Eingänge zurückgekoppelt. Wenn die kurzen Drahtverbindungen (Bügel) auf dieser Rangiereinheit geeignet ausgeführt sind, wird REG X über eine Maximallängen-Bitfolge fortgeschaltet, d. h. über einen Zyklus von 31 Zähltak ten.
<I>Andere in dem</I> Funktions-Blockschema <I>dargestellte Ein-</I> <I>heiten</I> Wie aus dem Blockschema ersichtlich, kann man REG Z von einem Lochstreifen-Leser aus über die Eingangs-Logik in Block 9 setzen . Diese Betriebswei se kann von denjenigen Gebrauchern angewendet wer den, die für ihre Nachrichten vollständige Sicherheit der Geheimhaltung benötigen. Die Hauptregister REG I und REG II sind während dieser Betriebsweise nicht in Funktion, und somit ist der linksseitige Eingang von REG Z Null.
In diesem Fall kommt die Schlüssel- Bitfolge von einem Zufallssignal-Lochstreifen, der in den Streifenleser eingegeben wird. Das ebenfalls im Block 9 befindliche REG Y wird lediglich während der Startphase als ein Puffer-Register für die Verschlüsselungseinheit benutzt. Block 3 umfasst drei bisher noch nicht besprochene Schaltkreise.
1) Das Merk-Flip-Flop ist ein Flip-Flop, das sich merkt , ob ein Wagenrücklaufzeichen erkannt wird oder nicht.
2) Der Setz/Rückstell-Schaltkreis wird während der Startphase benützt, um das Eingangsregister und die beiden Hauptregister zurückzustellen.
3. Der mit Kl-K3 bezeichnete Block ist ein normales, zu einem Rinzähler verbundenes Schieberegi ster, das dazu dient, den Verschlüsselungs- und den Entschlüsselungs-Vorgang zu steuern. Bei der Verschlüs selung funktioniert der Programmzähler folgendermas- sen: In K1 wird das Fernschreibzeichen in das Register REG X eingelesen.
In K2 wird der Inhalt dieses Registers geprüft, um herauszufinden, ob es ein Zi f f <I>er-</I> <I>umschaltungs-Zeichen</I> oder ein Wagenrücklauf-Zeichen enthält. Wird ein Zif ferumschaltungs-Zeichen erkannt, so wird dieses Zeichen in ein Wagenrücklauf-Zeichen umgewandelt. Wird indessen ein Wagenrücklauf-Zeichen erkannt, so wird dieses Zeichen in ein Zellenvorschub- Zeichen umgewandelt. Der Grund dafür wird bei der Beschreibung der Telex-Operation erkennbar.
In K3 wird die Pseudo-Zufalls -5-Bit-Zahl P in den Bi närzähler C(P) eingespeist. In K4 wird das Eingangs register REG X als Rückkopplungs-Schieberegister ver bunden. Der Zähler C(P) zählt auf Null herunter, und seine Ausgangsimpulse werden über FFS; in Block4 dem Eingangsregister in Block 2 zugeführt. In K5 werden die in REG X und REG X enthaltenen Informationen mod 2 addiert, und der Inhalt wird wieder in das REG X eingeschrieben.
Danach wird der Inhalt geprüft, um herauszufinden, ob das resultierende Zeichen ein für Telex-Operationen zugelassenes Zeichen ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so wird die (mod 2)-Addition noch einmal durchgeführt. Danach ist das resultierende Zeichen stets ein zugelassenes Zeichen.
Block 7 enthält zwei Ringzähler, die mit il-i4 bzw. jl j3 bezeichnet sind. Die Aufgabe dieser beiden Register besteht in der Steuerung der Startphase. Die beiden Hauptregister sollen stets für jede zu übermitteln de neue Nachricht von einem beliebigen Ausgangspunkt gestartet werden. Dies bedeutet, dass ihnen 6 Zeichen angeboten werden müssen. Mit Hilfe der erwähnten zwei Ringzähler werden die ersten drei zum REG I und die nächsten drei zum REG II geleitet.
In Block 5 befindet sich ein Oszillator von ungefähr 25 kHz, und dieser löst einen monostabilen Multivibra- tor in Block 6 aus, der seinerseits den Eingangszähler in Block 5 triggert. Der monostabile Multivibrator kann mittels eines Selektors auf verschiedene Zeitverzögerun gen eingestellt werden, und die verschiedenen möglichen Fernschreibgeschwindigkeiten können somit verwirklicht werden.
Der Rückstell-Schaltkreis CCT in Block 5 dient in der Lösch-Betriebsweise oder der Streifenleser-Betriebs- weise zur Rückstellung der beiden Hauptregister im Schlüssel-Generator.
Die in Block 4 dargestellte TP (Teleprinter)-Logik ist eine Schaltlogik, die das der Fernschreiber-Empfangs- spule zugeführte Signal bestimmt.
Dieses Signal besteht aus einem durch den Eingangs zähler gelieferten Start- und Stoppimpuls und fünf In formationsbits, die vom REG X geliefert werden. In der Lösch-Betriebsweise kommt diese Information von der Registerstufe Nr. 1 und in der<I>Sende-</I> oder<I>Empfangs-</I> Betriebsweise von der Pufferstufe des REG X. Diese zwei Eingänge werden im Funktions-Blockschema durch die Buchstaben X1 und X6 versinnbildlicht.
<I>Verschlüsselungsvorgang</I> Der Verschlüsselungsvorgang beginnt, wenn der Le- se-Schaltkreis infolge einer Operation der Steckfeld oder des automatischen Senders des Fernschreibers den Stopp-Impuls von irgendeinem Klartextzeichen X emp fängt. Der Lese-Schaltkreis startet den Eingangszähler, der seinerseits Schiebeimpulse an REG X, REG I und REG 1I und REG Z über das Flip-Flop FFS2 liefert.
In dieser ersten Phase des Verschlüsselungsprozesses ist REG X als normales Scheiberegister mit Informations eingang auf der ersten Stufe geschaltet; dies bedeutet, dass das Klartextzeichen dem REG X zugeführt wird, während das vorhergehende verschlüsselte Zeichen von der Stufe Nr. XG über den Fernschreiber-Treiber- Verstärker zum Fernschreiber übermittelt wird. Wenn jetzt REG X die fünf Informations-Bits enthält, dass enthält REG Z fünf neue Bits, und C(P) wird entsprechend einer neuen P -Nummer gesetzt.
Danach wird REG X als Maximalperioden-Rückkopplungs- Schieberegister mit der Periode 31 geschaltet, und Impulse von der 25 kHz-Quelle werden an C(P) und REG X zugeführt. Die Zuführung dieser 25 kHz Schiebeimpulse wird unterbrochen, wenn C(P) = O ist, d. h. nach P Impulsen. REG X wurde dann durch P Zustände fortgeschaltet, und der jetzt eingetretene Zustand ist somit eine Funktion von P , die durch den Ausdruck X(P) versinnbildlicht werden kann.
Zuletzt wird REG X entsprechend dem Resultat der Addition X(P) O Z gesetzt, wo Z der gespeicherte Ausgang vom Schlüsselgenerator ist. Ergibt die Addition als Resultat eines der beiden nicht zugelassenen Zeichen, so wird die Addition noch einmal durchgeführt, wobei sich wieder der Ausdruck X(P) ergibt, weil ja X(P) 0 Z O Z = X(P) ist. In diesem Fall wird X(P) als Verschlüsse lungszeichen benutzt.
Entschlüsselungs-Vorgang Der Entschlüsselungsvorgang beginnt, wenn der Le- se-Schaltkreis den Startimpuls des verschlüsselten Zei chens X(P) 0 Z erhält, das dann in das REG X geschoben wird, während das vorhergehende entschlüs selte Zeichen vom Fernschreiber über den Fernschrei ber-Treiberverstärker gelesen wird. Dann wird die in REG X und REG Z enthaltene Information mod 2 addiert, und das Ergebnis - X(P) 0 Z 0 Z = X(P) - wird in REG X zurückgeschrieben.
Jetzt kann als Klartextzeichen X theoretisch dadurch zurückgewonnen werden, dass die Information in REG X um P Schrit te im Zyklus rückwärts verschoben wird, oder dadurch, dass die Information in REG X um (30- P ) Schritte vorwärts verschoben wird. Die letztere Methode wird dadurch verwirklicht, dass C(P) auf (31- P ) gesetzt wird und dann bis 1 heruntergezählt wird. In der Empfangsstation wird die Addition REG X 0 REG Z naturgemäss ebenfalls zweimal ausgeführt, wenn ein nicht zugelassenes Zeichen erkannt wird. <I>Startvorgang</I> Wie bereits erläutert, werden 6 Zeichen benötigt, um die Haupt-Rückkopplungs-Schieberegister mit Startin formation zu versorgen.
Diese 6 Zeichen werden vor jeder zu verschlüsselnden Nachricht eingefügt, und ihre Auswahl erfolgt entweder aufs Geratewohl oder gemäss irgendeiner Liste, die lange Zyklen im Schlüsselgenerator ergibt. Diese Zeichen werden vor der Aussendung in der Weise verschlüsselt, dass die Hauptregister, wie vorher erwähnt, anfänglich von der Stecktafel aus gesetzt werden.
<I>Telex-Operation</I> Der Schlüsseltext soll keine Zeichen enthalten, die nicht durch einen normalen Fernschreiber in einer Telex-Anlage gestanzt werden können, oder aber Zei chen, die die Übertragung über einen<I>Telex-Kanal</I> stören, wie z. B. der Buchstabe D in der Ziffernstellung (entsprechend dem Zeichen<I>wer da?).</I> Solche Zeichen werden dadurch vermieden, dass die Zeichen<I>sämtliche</I> Zeichenschritte <I>und</I> Zi <I>f f</I> ernuynschaltung als<I>Schlüssel-</I> text nicht benützt werden.
Der Schlüsseltext besteht dann aus 30 Zeichen, während 31 Klartextzeichen zugelassen sind. Deshalb ist eine Eins-zu-Eins-Transfor- mation dieser 31 Zeichen nicht möglich. Dieses Problem wird durch Auferlegung einer Beschränkung bei der Verwendung der Sonderzeichen<I>Wagenrücklauf</I> und <I>Zellenvorschub</I> gelöst. Es sei bemerkt, dass bei einem Fernschreiber, der Operation<I>Zeilenvorschub</I> fast immer ein Wagenrücklauf-Zeichen vorausgeht. Es ist daher notwendig, einem Sonderzeichen<I>Zeilenvorschub</I> ein Wa- genrücklauf-Zeichen vorausgehen zu lassen.
Das Klar textalphabet hat dann tatsächlich nur 30 Zeichen, sodass eine Eins-zu-Eins Transformation möglich ist.
Nicht zugelassene Zeichen werden sehr einfach vermieden, und zwar lediglich durch Vermeidung der zwei kritischen Zeichen im Eingangsregister REG X, wenn dieses als normales lineares Rückkopplungs-Schie- beregister arbeitet. Somit wird REG X längs eines 30- iger-Zyklus fortgeschaltet, der sämtlichen möglichen 5- Bit-Kombinationen mit Ausnahme der zwei Kombinatio nen enthält, die den Fernschreibzeichen<I>Sämtlich Zei-</I> <I>chenschritte</I> und<I>Ziffernumschaltung</I> entsprechen.
<I>Blockschema</I> Fig. 1b zeigt ein Blockschema mit Einschluss der Haupt-Steuerleitungen, um ein bessers Verständnis der Detail-Schaltbilder zu ermöglichen.
<I>Allgemeine Beschreibung</I> Die Fig. lc-i und 2a-h stellen ein Detail-Block- schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung dar. Die gezeigte Schaltung verkörpert eine lokale lochstreifenlose kryptographische Anlage, die imstande ist, normale Fernschreibnachrichten in einer mit standardmässigen Fernschreibnachrichten vereinbaren Form zu verschlüs seln und zu entschlüsseln.
Die Hauptblöcke sind durch unterbrochene Linien bezeichnet, und die Anschluss- klemmen jedes Hauptblocks sind mit Zahlen numerierf, die für jeden Hauptblock individuell sind. Die An- schlussklemmen sind überdies mit Bezeichnungen verse- hen, so dass ihre wechselseitigen Verbindungen leicht zu versehen sind.
Bei fast allen Hauptblöcken sind geeignete Prüf punkte angegeben. Diese Prüfpunkte sind mit TPl, TP2, <B>...</B> TP5 bezeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
In den Hauptblöcken werden logische Symbole verwendet, die im einzelnen in Verbindung mit dem Symbolschema in Fig. 6 beschrieben werden. Sämtliche Logik-Blöcke sind mit Codes versehen, die für jeden Hauptblock individuell sind. Die Flip-Flops sind über dies etwa in der Mitte des logischen Symbols mit Funktionsbezeichnungen versehen.
Block 1, Fig. 1, 1c, d umfasst fünf Paare von (mod 2)-Addierern. Sämtliche Addierer ausser dem untersten umfassen eine Nand-Torschaltung und eine Exklusiv- oder-Torschaltung. Der unterste Addierer umfasst drei Nand-Schaltungen Al, A2, A3. Die Ausgänge jedes Paares sind mit den Eingängen einer individuellen Exklusiv-oder-Schaltung verbunden.
Mittels zweier Steu ersignale K'5 und K4 kann entweder der untere oder der obere Addierer jedes Paares mit seinem Ausgang zu den Ausgängen der fünf Exklusiv-oder-Schaltungen El, E2, K1, K2, B2 durchverbunden werden.
Block 2 in Fig. 1c, d umfasst sechs Flip-Flops, X= X6, und zugehörige Schaltkreise. Die Flip-Flops X,--X5 bilden ein Rückkopplungs-Schieberegister (Re gister X) dieses dient zur Speicherung und Verarbeitung der Informationselemente eines Fernschreibzeichens. Das Flip-Flop X6 dient für Verzögerungszwecke.
Zu sätzlich zu den Eingabe-Schaltkreisen der Flip-Flops X1-X6 enthält Block 2 auch die Eingangslogik mit vier Nand-Schaltungen A2, D2, Al, D1, um zu erkennen, wenn der Inhalt der Flip-Flops X,-X5 jeweils den Fernschreibzeichen<I>Ziffernumschaltung (1</I><B>...</B><I>), Wagen-</I> <I>rücklauf</I> (G), Zeilenvorschub (_) und<I>sämtliche Zei-</I> <I>chenschritte (BL),</I> entspricht.
Block 3 in Fig. 2d, f umfasst verschiedene Tor- und Flip-Flop-Schaltkreise; deren wichtigste sind das merk- Flip-Flop für die Speicherung des Zeichens<I>Zeilenvor-</I> <I>schub</I> während der Entschlüsselung, das Setz-Flip-Flop für die Erzeugung der erforderlichen Signale für das anfängliche Setzen der Schlüssel-Generator-Register und der Haupt-Programmzähler (Zähler K) mit fünf Zählstu fen Kl-K5.
Block 4 in Fig. 2e, b umfasst den Eingangszähler FFo, FFe, FFa, FFb, FFd, FF"#2 und zugehörige Schalt kreise. Dies ist ein Binärzähler für die Steuerung des Weiterschaltens von Fernschreibzeichen in die krytogra- phische Anlage und aus dieser heraus.
Block 5, Fig. 2a, der die Blöcke 25 kHz OSC (Taktimpulsgenerator) und RES (Rückstellkreis) um- fasst, ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt. Der Rück stellkreis dient zur Lieferung von Gleichstromsignalen zu den Hauptregistern im Schlüsseltext-Generator.
Block 6 in Fig. 2a, der den Block OS (Ein-Impuls- Schaltkreis oder monostabiler Schaltkreis mit kurzer Erholungszeit) enthält, ist im einzelnen in Fig. 3 darge stellt. Dieser Schaltkreis dient für die Zeitsteuerung des Eingabezählers.
Block 7 in Fig. 2d, f, g, h enthält einen Ringzähler (Zähler I) mit drei Stufen i=-il und einen anderen Ringzähler (Zähler J) ebenfalls mit drei Stufen jl-j3. Diese zwei Zähler dienen zur Steuerung des Startvorgan ges der Anlage. Block 7 umfasst ebenfalls einen Binär zähler (Zähler P) mit fünf Stufen Ci-C5. Der Letztere ist ein Binärzähler, der für das Zurückzählen von einem Setz-Zählstand dient, der in Form von Gleichstromsigna len von Block 8 empfangen wird.
Block 8 in Fig. 2e, g, h enthält verschiedenartige Tor-Schaltkreise. Die Tor-Schaltkreise dienen zur Belie ferung des Zählers Ci-C5 in Block 7 mit geeigneter Information von Schlüsseltext-Generator bei der Ver- schlüsselungs- bzw. Entschlüsselungs-Betriebsweise.
Block 9 in Fig. 1e, f enthält ein Schlüsselzeichen- Register (Register Z) mit fünf Stufen Z,-Z5. Dieses Register empfängt normalerweise an den Klemmen, J, K von Stufe Z1 seine Information in Serienform vom Schlüsselgenerator. Jedoch kann die Information auch von einem externen, mit TR bezeichneten Lochstreifen leser in Paralelform zugeführt werden. Block 9 enthält auch den Haupt-Schiebeimpuls-Verstärker, der aus den Torschaltungen C2, C3, C4 und F, G, H1 und H2 besteht.
Er enthält überdies ein Schieberegister (Register Y) Yl-Y5 das während des Startvorganges als Zwi- schen-Speicherregister dient.
Die Blöcke 10, 11 und 12, in Fig. 1e, f, g, h, i bilden den Schlüsselgenerator, der zwei nichtlineare 15-Bit- Rückkopplungs-Schieberegister umfasst, nämlich REG 11-REG 115, REG Ih - REG 11,5 mit Trigger-Flip- Flops und zugehörigen Ausgabe- und Eingabe-Tor- Schaltkreisen.
Block 14 in Fig. 2a umfasst die Blöcke RC (Lese- Schaltkreis) und DA (Treiber-Verstärker), der im einzel nen in Fig. 5 dargestellt ist.
Das Rangierfeld A in Fig. 1c, d enthält kurze Drahtverbindungen (Bügel) zwischen seinen Klemmen, wodurch die Rückkopplungs-Konfiguration im Rück- kopplungs-Schieberegister Xi-X5 (Block 2) bestimmt wird, das beim Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs- vorgang verwendet wird.
Block TR in Fig. 1f ist ein Lochstreifenleser. Diese Vorrichtung ist normalerweise nicht im Betrieb, kann je doch angeschlossen werden, um die Verwendung eins Einzel-Schlüsselstreifens als Schlüsseltext zu ermögli chen.
Die mit PB (Fig. 1g, h, i) bezeichneten Gitter zeigen das Schema einer Streicktafel, die zur Eingabe von Schlüsseltext-Information in die Anlage dient. Die um die Schnittstellen zwischen horizontalen und vertikalen Linien gezeichneten Kreise bedeuten, dass dort eine galvanische Verbindung mittels eines Kurzschluss-Stek- kers besteht.
In Fig. 1e, h, 2b sind mehrere, entweder mit S oder mit S bezeichnete Wechselkontakte dargestellt. Dies sind Kontakte an einem Drei-Stellungs-Hebelschalter. Die Mittelstelung dieses Schalters entspricht der Ruhe- bzw. Rückstellungs-Betriebsweise der Vorrichtung. Die bei den anderen Stellungen entsprechen jeweils der Sende- und Empfangs- bzw. der Verschlüsselungs- und Ent- schlüsselungs-Betriebsweise.
Block TR in Fig. 1f bezeichnet einen Fernschreiber mit seinem Sendekontakt und seiner Empfangsspule. Derselbe Fernschreiber ist auch in Fig. 5 gezeigt.
Block TB1, Fig. 2a ist eine Klemmleiste. S4 in Fig. 2a ist ein Kippschalter, dessen zwei Stellungen der Einfach strom- bzw. Doppelstrom-Betriebsweise des Fernschrei bers entsprechen, S3 in Fig. 2a ist ein Kippschalter, dessen zwei Stellungen den Werten von 20 und 30 mA Doppelstrom oder 40 und 60 mA Einfachstrom für den Fernschreiber-Empfangsmagnet entsprechen.
Der Viel- stellungs-Schalter JB in Fig. 2a wird für die Auswahl der geeigneten Zeitkonstante des monostabilen Impulsgene- rators in Block 6, Fig. 2a verwendet. Funtkionsbeschreibung <I>Einführung</I> Wie erwähnt, darf der Schlüsseltext keine Zeichen enthalten, die nicht mittels eines normalen Fernschrei bers in einer Telex-Anlage gestanzt werden können, oder Zeichen, die die Übertragung über einen Telex-Kanal stören, wie z. B. Buchstabe D in der Ziffernstellung.
Der Verschlüsselungs-Vorgang beginnt, wenn der Lese-Schaltkreis bei Betätigung der Tastatur oder des automatischen Senders eines Fernschreibers den Start impuls eines Klartext-Zeichens X empfängt. Die Lese- Schaltung startet einen Oszillator, der seinerseits Schie beimpulse an Register X, Fig. 2c, d, I, Fig. 1g, i, 1I, Fig. 1h, i und Z, Fig. 1e, abgibt.
Somit wird das vorausgehende verschlüsselte Zeichen vom Register X über den Fernschreiber-Treiberverstärker zum Fernschreiber übermittelt. Wenn Register X die 5 Information-Bits speichert, enthält Register Z 5 neue Schlüsselbits, und Zähler P, Fig. 2g, h wird auf eine neue P-Zahl eingestellt. Jetzt wird Register X als Maximal längen-Rückkopplungs-Schieberegister geschaltet, und Schiebeimpulse werden dem Zähler P und dem Register X zugeführt. Die Zuführ von 25 kHz -Schiebeimpulsen wird unterbrochen, wenn der Zähler P = O ist, d. h., nach P Impulsen.
Darauf wird Register X als normales Schieberegister geschaltet und in die Stellung Informa- tions-Register X U Register Z gesetzt. Dies ist die verschlüsselte Form des Klartextes, die ausgesendet wird, wenn das nächste Klartextzeichen in das Register X geschoben wird.
Dies ist der normale Verschlüsselungsprozess. Zur Vermeidung gewisser Komplikationen in Verbindung mit Telex-Kanälen werden die Schlüsseltext-Zeichen <I>sämtlich</I> Zeichenschritte und Zifferumschaltung nicht verwendet, und zwar das erste Zeichen deshalb nicht, weil einige Fernschreiber das Zeichen<I>sämtlich Zeichen-</I> <I>schritte</I> nicht stanzen können. Das Zeichen<I>Ziffernum-</I> <I>schaltung</I> wird vermieden, weil für gewisse Zeichen in der Ziffernstellung übertragungsstörungen auftreten können.
Nun wird, wenn eine dieser beiden Komibnationen als Schlüsseltext erkannt wird, das Register X nicht in die Stellung Register X O Register Z gesetzt, sondern bleibt unverändert. Somit wird die verschobene Version der Klartextes im Register X als Schlüsseltext ausgesen det.
Wie später erläutert wird, ist dieser Vorgang um kehrbar, sodass eine Entschlüsselung ermöglicht wird. Betriebsweise <I>bei Verschlüsselung </I> Zunächst sei angenommen, dass ein später noch zu beschreibender Startvorgang gerade beendet wurde und eine normale Verschlüsselung stattfinden soll. Das zu verschlüsselnde Zeichen wird vom Fernschreiber-Sende- kontakt TP, Fig. 2a, der vom Lese-Schaltkreis RC in Block 14, Fig. 2a, aus erregt wird, seriell in die Vorrichtung eingegeben.
Im Lese-Schaltkreis RC wird der Strom, der zum Sendekontakt fliesst (bzw. nicht fliesst), für den verbleibenden Teil der Anordnung in geeignete logische Niveaus umgesetzt. Das Ausgangssi gnal vom Lese-Schaltkreis wird dem Block 4 (Torschal tung Al), Fig. 2c, und zugeführt, der den Eingabezähler FFo, FFe, FFa, FFb, FFc, FFd, Fig. 2c, und zugehörige Schaltkreise umfasst.
Nach Empfang des Startimpulses des zu verschlüsselnden Zeichens übermittelt dieser Eingabezähler einen vollständigen Zyklus mit einer Geschwindigkeit, die durch den monostabilen Impulsge nerator OS im Block 6, Fig. 2a, bestimmt wird. Vom Eingabezähler abgeleitete Signal dienen zur Steuerung des schrittweisen Einschreibens des Zeichens in das Eingaberegister X,--X5 in Block 2, Fig. 1c, d, und zugleich zum Fortschalten der Schlüsselgenerator-Regi- ster in den Blöcken 10, 11 und 12.
Sobald der Eingabezähler einen Zyklus vollendet hat, werden die fünf Informationselemente des Fernschreibzeichens im Eingaberegister gespeichert.
Darauf beginnt der Verschlüsselungsvorgang. Dieser Vorgang wird durch einen Ringzähler k1- k5 in Block 3, Fig. 2f, gesteuert, der als Zähler K bezeichnet wird. Der Zähler K verbleibt während des Eingabezähler- Zyklus in seiner Ruhestellung K1. Am Ende des Zähler- Zyklus- d. h. also, wenn das letzte Informationselement des Fernschreibzeichens in das Register X hineinge schoben wird - schaltet der Zähler K auf Stellung K2. In dieser Stellung erfolgt die Auswertung und mögliche Änderung des Klartextes im Register X.
Dies ist notwen dig, weil der Schlüsseltext, der schliesslich aus dem Verschlüsselungsprozess resultiert, keine Zeichen enthal ten darf, die nicht ohne weiters über einen Telex-Kanal übertragen werden können. In dieser Anordnung sollen die Zeichen<I>sämtlich</I> Zeichenschritte und Ziferumschal- tung in dem verschlüsselten Text nicht auftreten. Davon ist das erste im Klartext nicht vorhanden, das letztere tritt jedoch auf.
Um das Zeichen Ziferunzschaltung aus dem verschlüsselten Text auszuschliessen, wird dieses Klartextzeichen in das Zeichen<I>Wagenrücklauf</I> umge wandelt. Um Verwirrung zu vermeiden, muss das Wa- genrilcklauf-Zeichen im Klartext in das Zeilenvorschub- Zeichen umgewandelt werden. Dies ist möglich, weil angenommen wird, dass im Klartext die beiden Zeichen Wagerzrlscklauf und<I>Zeilenvorschub</I> stets paarweise auf treten.
Wenn erforderlich, werden die oben beschriebe nen Abänderungen des Klartextes in der Programmzäh lerstellung K2 durchgeführt, und zwar durch Zuführen eines Schiebeimpulses an die Eingangs-Registerstufen X, - X5. Der Programmzähler K schaltet dann in die Position K3.
In dieser Stellung K3 erfolgt der erste Schritt des Verschlüsselungsvorgangs. Das Eingaberegister X ist nun als Maximallängen-Rückkopplungsregister ge schaltet. Es empfängt eine Anzahl Schiebeimpulse, die durch den Inhalt des in Fig. 2g, h dargestellten und durch die Flip-Flops C, - Q in Block 7, Fig. 2g, h, gebildeten Zählers P bestimmt wird. Dieser Zähler wird durch die Haupt-Taktgebersignale aus seiner anfängli chen Stellung schrittweise auf Null heruntergeschaltet.
Die Anfangsposition wird durch eine Pseudo-Zufalls - Zahl bestimmt, die vom Schlüsselgenerator REG I, REG II, Fig. 1g, h, i, in paralleler Form zum Zähler P, Fig. 2g, h, übertragen wird, wenn der Hauptprogrammzähler K, Fig. 2f, in der Position K2 ist. Beim Erreichen der Nullstellung durch den Zähler P schaltet der Programm zähler K von K3 zu K4, und der zweite Schritt des Verschlüsselungs-Vorganges wird dann verwirklicht.
Dieser zweite Verschlüsselungsschritt umfasst eine im Block 1 ausgeführte (mod 2)-Addition des Inhalts des Eingaberegisters X zu einer Zufalls -Zahl, die in paralleler Form vom Register Zin Block 9, Fig. 1.e, geliefert wird. Wie aus der Schaltung ersichtlich, umfasst das Register Z fünf Stufen Z1 bis Z5, die als normales, lineares Schieberegister geschaltet sind.
Die Informa tion, die in das Register Z eingegeben wird, wird von den Ausgängen der beiden Schlüsselgeneratoren REG I, REG II, über Torschaltung D3 in Block 12, Fig. 1i, zugeführt. Register Z wird während des schrittweisen Einschreibens des Klartext-Zeichens in die Programm zähler-Position K1 zugleich mit den beiden Generatorre- gistern REG I, REG 1I verschoben.
Die oben erwähnte (mod 2)-Addition der Inhalte des Eingaberegisters X und des Schlüsselzeichen-Registers Z wird parallel und obrie irgend eine Übermittlwig von Übertrags-Informa- tion zwischen den Stufen ausgeführt. Bevor der Pro grammzähler K in die Stellung K5 weiterschaltet, wird der Inhalt des Registers X geprüft, um festzustellen, ob er zur Fernschreibleitung übertragen werden kann.
Die Torschaltungen Dl und A2, Block 2, Fig. 1d, prüfen, ob das Register die Zeichen sämtlich <I>Zeichenschritte</I> bzw. Ziffernumschaltung enthält, und die (mod 2)-Addition wird dann w_ecderhoit. Der Inhalt von Register X ist dann derselbe, wie er nach Schritt 1 des Verschlüsselungs prozesses gewesen ist.
Da das Zeichen<I>sämtlich Zeichen-</I> <I>schritte</I> in dem normalen Zyklus eines Maximallängen Rückkopplungsregisters nicht enthalten ist und da die Stellung Zif fernumschaltun- bei dieser Anordnung auto matisch umgangen wird, kann der Inhalt von Register X nach Schritt 1 des Verschlüsselungsvorgangs stets zur Fernschreibleitung übertragen werden. Wie ersichtlich, wird der zweite Schritt des Verschlüsselungsvorgangs nicht gebraucht, wenn er zu einem Zeichen führt, das nicht zur Fernschreibleitung übertragen werden kann.
Das jetzt im Register X enthaltene Zeichen wird während des schrittweisen Einschreibens des nächstens Klartextzeichens ins Register X zum Fernschreiber- Empfangsinagneten TP, Fig. 2a, übermittelt, worauf der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Der vorher erwähnte Startvorgang ist notwendig, um von Nachricht zu Nachricht verschiedene Ausgangs punkte der Schlüssel-Generator-Register REG I, REG II zu gewährleisten. Bei der Verschlüsselungs -Betriebs- weise umfasst dieser Startvorgang die schrittweise Einga be von 6 Fernschreibzeichen, d. h. 30 Bits, in die Schlüsselgenerator-Register. Zugleich werden diese 6 Zeichen verschlüsselt und dem Fernschreiber-Empfangs- magnet TP zugeführt (und später zur Fernschreibleitung übertragen).
Auf der Empfangs- oder Entschlüsselungs-Seite wer den die 6 Zeichen entschlüsselt und den Schlüsselgenera tor-Registern der Entschlüsselungs-Anlage zugeführt. Auf diese Weise wird derselbe Ausgangspunkt sowohl bei der Verschlüsselung- als auch der Entschlüsselungs- Anlage gewährleistet. Die einen Start-Punkt bestimmen den 6 Zeichen werden während einer normalen Opera tion einer Startpunkt-Tabelle entnommen, die im voraus für eine besondere Rückkopplungs-Konfiguration bei den Schlüsselgenerator-Registern vorbereitet wird.
Wäh rend der Verschlüsselung werden die Startpunkt-Zeichen nicht direkt von der Leseschaltung zu den Schlüssel- Generator-Registern übertragen, vielmehr gehen sie über ein Zwischen-Speicher-Register, nämlich Register Y in Block 9, Fig. 1e. Register Y empfängt Schiebeimpulse zugleich mit den Schlüsselgenerator-Registern REG I, REG 1I und dem oben erwähnten Register Z.
Die erforderlichen Torsteuerungs-Funktionen wäh rend des Startvorgangs werden mittels zweier dreistufiger Ringzähler I und J in Block 7, Fig. 2f, h wahrgenom men. Der Zähler I mit den Stufen i2-ii, wird für jeden vollständigen Zyklus des Zählers K, Fig. 2f, um einen Schritt weitergeschaltet. Der Zähler J mit den Stufen j1- j3 wird für jeden kompletten Zyklus des Zählers I um einen Schritt weitergeschaltet.
Die Stecktafel PB, Fig. 1g, h, i, speichert Informatio nen darüber, wie die Register REG I und REG II, Fig. 1e, f, g, h, i, anfänglich zu setzen sind. Es gibt 230 .- ; 109 mögliche Stellungen. .Die Anfangsstellungen dienen für die Verschlüsselung der 6 Zeichen, die ausgewählt werden, um für die besagten Register geeigneten Zyklus längen zu liefern.
Die Zähler i2 - i4 und j1- j3, Block 7, überwachenden Startvorgang und bestimmen den Zeitpunkt, wann die Startinformation in die Register einzugeben ist.
Das sämtliche Funktionen der Anlage steuernde Haupt-Taktsignal wird von einem 25 kHz-Rechteckwel- len-Oszillator in Block 5, Fig. 2a, abgeleitet. Block 5 umfasst auch einen Rückstellkreis, der den für die Rückstellung sämtlicher Flip-Flops der Schlüssel-Gene- rator-Register in die Nullstellung benötigten Strom lie fert, wenn die Anlage in der Lösch- bzw. Ruhe- Betriebsart verharrt.
<I>Betriebsweise bei Entschlüsselung </I> Die Entschlüsselung eines Zeichens beginnt mit der Übertragung eines Zeichens von dem Fernschreiber- Sendekontakt TP in die Anlage in derselben Weise wie bei der Verschlüsselungs -Betriebsweise. Der Startim puls des zu entschlüsselnden Zeichens löst auch in diesem Fall einen Zyklus des Eingabezählers in Block 4, Fig. 2c, aus. Zugleich werden die Informationselemente des zu entschlüsselnden Chiffretext-Zeichens schrittweise in das Register X eingegeben. Dies geschieht mittels des Programmzählers K in seiner Ruhestellung K1.
Die zwei Schritte des Verschlüsselungsvorganges müssen jetzt in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Deshalb wird in der Stellung K2 des Programmzählers K die (mod 2)-Addition des Inhalts der Register X und Z durchgeführt. Ist der Inhalt von Register X nach der (mod 2)-Addition gleich den Codekombinationen<I>sämt-</I> <I>lich</I> Zeichenschritte oder Ziffernumschaltung, so folgt daraus, dass die (mod 2)-Addition während der Ver schlüsselung zweimal ausgeführt wurde.
Somit wird diese Operation hier ebenfalls wiederholt. Dies bedeutet, dass nur der Vorgang von Schritt 1 bei der Verschlüsselung ausgeführt wird. Ein Maximallängen -Rückkopplungs- Register hat eine Zykluslänge von 31 Bits. Bei dieser Anordnung wird die dem Zeichen Zifferumschaltung entsprechende Position automatisch umgangen. Somit beträgt die effektive Länge dieses Registers 30 Bitposi tionen.
Um während des Entschlüsselungsvorganges den anfänglichen Klartext zu reproduzieren, muss man jetzt das Register X um (30 - P) Schritte fortschalten. Dies wird durch geeignetes Setzen des bei der Erläuterung des Verschlüsselungsvorganges erwähnten Zählers P er reicht. Die Verschiebung der Information in Register X während der Entschlüsselung wird in der Porgrammzäh- ler-Position K3 ausgeführt. Schliesslich muss in der Zählerposition K4 eine eventuell mögliche entgegenge setzte Änderung gegenüber der auf der Verschlüsse lungsseite vorgenommenen Abänderung ausgeführt wer den.
Wie oben' erläutert, wurde das Zeichen Zi <I>f f</I> eruin- schaltung in das Zeichen<I>Wagenrücklauf</I> und das Zei chen g'agenrücklauf in das Zeichen<I>Zeilenvorschub</I> abgeändert. Somit muss das in Register X enthaltene entschlüsselte Zeichen, wenn es dem Zeichen<I>Wagen-</I> rücklauf entspricht, in<I>Zeilenvorschub</I> abgeändert wer den. Dies geschieht durch Zufuhr eines Schiebeimpulses an die Stufen des Registers X in der Programmzähler stellung K4.
Entspricht der Inhalt von Register X nach der Rückkopplung dem Zeichen<I>Zeilenvorschub,</I> so kann dies entweder durch ein Zeilenvorschub-Zeichen während der Verschlüsselung oder durch ein umgewan deltes Wagenrücklauf-Zeichen während der Verschlüsse lung verursacht sein.
Wie oben bemerkt, wird angenom men, dass die Zeichen Wagenrücklauf und<I>Zeilenvor-</I> <I>schub</I> paarweise in derselben Reihenfolge auftreten, wie soeben erwähnt. Ergibt sich das Zeilenvorschub-Zei- chen primär aus der Rückkopplungs-Schieberegister- Operation, so wird es bedingungslos abgeändert in das Wagenrücklauf-Zeichen in Stellung K4 des Programm- Zählers. Diese Abänderung wird zugleich durch Setzen des Merk-Flip-Flops in Block 3,
Fig. 2d, gespeichert. Sofern das Wagenrücklauf-Zeichen und das Zeilenvor- schub-Zeichen stets paarweise übertragen werden, wird das nächste, aus der Rückkopplungs-Schieberegister- Operation während der Entschlüsselung resultierende Zeichen wiederum das Zeilenvorschub-Zeichen sein. Da das Merk-Flip-Flop jetzt gesetzt ist, wird die Abände rung des Zeilenvorschub-Zeichens in der Programmzäh ler-Stellung K4 nunmehr weggelassen.
Dies bedeutet, dass das während des nächsten schrittweisen Einschreib- vorganges zum Fernschreibermagnet TP, Fig. 2a, zu übermittelnde Zeichen das Zeilenvorschub-Zeichen sein wird.
Wie unmittelbar ersichtlich, wurde das Wagenrück- lauf-Zeichen auf diese Weise redundant gemacht, und die normalerweise für die Übertragung dieses Zeichens benützte Fernschreibcode-Kombination dient statt des sen für die Übertragung des Zi <I>f f</I> erumschaltungs-Zeichen. Das Weglassen der Codekombination Zifferumschaltung im verschlüsselten Text ist vorgesehen, um eine Ziffern kombination im Schlüsseltext-Alphabet zu vermeiden.
Dies ist notwendig, da es im Falle der Übertragung zu einem unbedienten Fernschreibplatz nicht statthaft ist, dass die Namengeber-Einheit ausgelöst ist, wenn der Schlüsseltext ankommt. Bekanntlich wird die Namenge- ber-Einheit durch die Codekombination D in der Zif fernstellung ausgelöst. Durch völliges Weglassen des Ziff erufnschaltungs-Zeichens im Schlüsseltext wird der Fernschreiber beim Empfang einer verschlüsselten Nach richt niemals in die Ziffernstellung umgeschaltet.
<I>Beschreibung der</I> Haupt-Funktions-Schaltkreise <I>Schlüsselgenerator</I> Der Schlüsselgenerator umfasst zwei nichtlineare Rückkopplungs-Schieberegister, REG I und REG II (Blöcke 10, 11, 12, Fig. 1g, h, i), jedes mit 15 Stufen, REG h_1#, bzw.
REG I11_15, und mit einem Rückkop- kopplungs Signal F(Ai,A.;,A,"Ai) O A1;" wo F(Ai,A;,A1" Ni) eine nichtlineare Funktion ist, deren mit den binären Variablen Ai,Aj,Ai; und AI gebildete Kombinationstabel len die Ausgangssignale von vier der Registerstufen sind, i, j, k und 1 sind sämtlich verschieden und werden mittels Stecker einer Stecktafel PB willkürlich ausgewählt.
Dies ist aus Fig. 1g, h, i ersichtlich, wo das Rückkopplungssignal von REG I den Stufen Nr. 4, 14, 10 und 9 entnommen wird, so dass i, j, k und 1 in diesem Fall jeweils gleich 4, 14, 1.0 und 9 ist. Diese vier Ausgangssignale werden den Torschaltungen B4, Cl, B3 und C2 in Block 12, Fig. 1i, zugeführt, und das kombinierte Signal von der Torschaltung C2 wird in den Torschaltungen E4, F1 mod 2 zum Ausgangssignal Ah der letzten Stufe REG<B>115</B> addiert. Das Rückkopplungssi gnal wird über Torschaltung D1, Block 10 (Fig. 1e, g) dem REG I zugeführt.
Das Rückkopplungssignal für das Register REG 1I wird entsprechend den Stufen Nr. 7, 10, 3 und 6 entnommen, die in den Torschaltungen B1, Al, B2, und A2, Block 12, Fig. 1i, kombiniert sind. Dieses kombi nierte Signal wird in den Torschaltungen E3, F2 mod 2 zum Ausgangssignal der letzten Registerstufe REG 1151 addiert und über Torschaltung D2, Block 11, Fig. 1f, h, dem Registereingang zugeführt.
Dies ist ein Registertyp, der in der Literatur mathe matisch noch nicht völlig erklärt werden konnte, doch ist es augenscheinlich, dass ein langer Zyklus von einem derartigen Register stets eine Pseudo-Zufalls -Konfi- guration darstellen wird. Überdies haben die Signalfol gen gewöhnlich verschiedene Längen; dies bedeutet, dass die physikalischen Längen der Schlüssel-Generator-Re- gister gleich sein können. Es bestehen jedoch gewisse Chancen, dass eine Signalfolge sehr kurz sein kann.
Somit sind in diesem System die Start-(Ausgangs-)- Punkte nicht völlig zufallsbedingt, sondern werden so ausgewählt, dass sie passende Zykluslängen ergeben. In der Anlage, die zwei 15-Bit-Register umfasst, müssen für jede auszusendende Nachricht 6 Zeichen ausgewählt werden. Die Ausgangssignale der beiden Register wer den in den Torschaltungen Dl, D2, D3, und D4, Fig. 1i, mod 2 addiert, was die gewünschte Folge von Pseudo- Zufalls -Schlüsselbits ergibt.
Solche Bitfolgen werden in einem 5-Bit-Register Z1 - Z5, Block 9, Fig. 1e, gespeichert. Die Zahl der verschiedenen Verbindungen ist
EMI0008.0034
In den beiden Registern REG I und REG 1I werden Trigger-Flip-Flops verwendet. Bei einem Trigger-Flip- Flop hängt die gespeicherte Information nach einem Taktimpuls sowohl vom Eingangssignal als auch vom Signal ab, das im Flip-Flop selbst eingespeichert ist.
Somit wird das Verhalten eines Registers durch folgen des Gleichungssystem beschrieben: Ai = F (Ai, A9, Ai;, AI) O A15 O Al Ar = Al O A2 A<B>'</B> =A-,oA ----------------- --------------------------- <B>-----------------</B> <B>A,:-'</B> A1.1 O A15 A1 ist das in der Registerstufe Nr. 1 vor einem Taktimpuls vorhandene Signal, und Ai ist das in derselben Stufe nach dem Taktimpuls vorhandene Si gnal.
Entsprechendes gilt für die anderen Stufen die Eigenschaften der beiden Register sind identisch.
<I>Generator für P </I> P ist eine 5-Bit- Pseudo-Zufalls Zahl, die in der in Block 8, Fig. 2e, g, h dargestellten Weise den beiden Registern REG I und REG II, Block 10, 1.1, 12, Fig. 1g. h, i, entnommen wird. Jedes Bit ist das Ergebnis einer (mod 2)-Addition von Ausgangssignalen von zufallsmäs- sig ausgewählten Bits in beiden Registern.
Block 8, Fig. 2e, g, h, umfasst 5 Torschaltungs-Komplexe, deren jedem zwei Signale von der Stecktafel PB zugeführt werden. Dem ersten Torschaltungs-Komplex mit den Torschal tungen Cl, C2, C3, C4, B1, B2, B3 und D2, Block 8, Fig. 2e, werden Signale von den Stecktafel-Vielfachen PB/A und PB/M zugeführt.
Wie aus Fig. 1g, h ersichtlich, gehört PB; A zu REG I, während PB/M zu REG II gehört. Entsprechende Verbindungen sind den anderen vier Torschaltungs-Komplexen zugeordnet. Die Zahl der verschiedenen brauchbaren Verbindungen ist:
EMI0008.0077
Die Ausgangssignale von jedem der Torschaltungs- Komplexe, die zusammen die Zahl P bilden, werden einem Zähler Cl - C5, Block 7, Fig. 2g, h, zuge führt.
Während der Verschlüsselung wird die Zahl P dem Binärzähler Cl - C5 zugeführt, doch während der Entschlüsselung empfängt dieser Zähler die Zahl 31-P. In beiden Fällen zählt der Zähler auf Null herunter, indem er Impulse von der 25 kHz-Quelle zählt.
Eingabe-Register Das aus den Stufen X,-X5 bestehende REG X (Block 2, Fig. 1e, d). arbeitet auf zweierlei Weise.
a) Es wirkt als normales 5-Bit-Schieberegister, wobei es 50 Hz-Schiebeimpulse empfängt (für 50 Baud-Fern- schreibergeschwindigkeit).
b) Es wirkt als Rückkopplungs-Schieberegister, wo bei jede Stufe eine (mod 2)-Addierer - z. B. die Torschaltung Hl - und ein Flip-Flop enthält (z. B. XI). Jeder Ausgang kann mit jedem Eingang mittels festverlöteter Verbindungen in einem Rangierfeld (PLUG A) verbunden werden, und diese Verbindungen sind gemäss irgendeinem Polynom-Ausdruck ausgeführt, wobei sich eine Maximallängen-Bitfolge von 25 - 1 = 31 ergibt.
Die das Zeichen Zif <I>f</I> erumschaltung darstellen de 5-Bit-Kombination fehlt in diesem Zyklus. Somit läuft REG X durch einen 30-iger-Zyklus, der sämtliche möglichen 5-Bit-Kombinationen mit Ausnahme von <I>sämtlich</I> Zeichenschritte und Zif <I>f</I> erumschaltung enthält. Zur Auswahl stehen etwa 15 000 verschiedene Zyklen.
Die Schiebeimpulse kommen in diesem Fall von der 25 kHz-Quelle, und die Zahl der Impulse entspricht der Anzahl der vom Zähler Cl - G.;, Block 7, gezählten Schritte.
<I>Die Stecktafel</I> Die Stecktafel (PB), Fig. ig, h, i, ist eine Tafel mit horizontalen und vertikalen Klemmleisten, die ge- mäss einer Matrix mit ungefähr 300 Kreuzpunkten (Löchern) angeordnet sind. Ein in einem Kruezpunkt eingeführter leitender Stecker verbindet die horizontale und die vertikale Klemmleiste in diesem besonderen Kreuzpunkt.
Die Strecker auf der Strecktafel bestimmen einmal, welche Ausgänge für die Rückkopplungs-Funk- tionen verwendet werden, ferner, welche Ausgänge für die Erzeugung der Zahl P dienen sollen, und schliesslich, welche Flip-Flops anfänglich gesetzt werden. <I>Monostabiler Impulsgenerator</I> Fig. 3 zeigt das Detail-Schaltbild von Block 6 in Fig. 2a. Dieser Schaltkreis, OS, liefert das zeitliche Bezugssi gnal für die Ein- und Ausgangssignale des Fernschrei bers.
Definierte Zeitintervalle werden mittels eines mon- stabilen Multivibrators gewonnen, der die Transistoren Tsl und Ts2 und zugehörige Schaltungselemente um- fasst. In der Ruhestellung leitet Transistor Ts1, während Ts2 gesperrt ist. Ein über eine Diode D3 zugeführter Triggerimpuls sperrt Transistor Ts1. Infolge der regenra- tiven Wirkung der Schaltung wird jetzt Ts2 leitend.
Dieser Zustand dauert solange, bis der Kondensator Cl sich über den Widerstand R3 entladen hat. Transistor Tsl wird dann erneut stromführend, und Ts2 wird gesperrt. Transistor Ts4 wird für eine kurze Zeit leitend, wenn die Schaltung wieder in den Ruhezustand zurück kehrt. Auf diese Weise wird das kapazitive Zeitglied Cl schnell entladen. Dadurch wird eine sehr kurze Erho lungszeit erzielt. Die Impulslänge der Schaltung wird durch eine hohe relative Einschaltdauer nicht beein trächtigt.
Die Transistoren Ts3 - Ts4 und Ts5 - 6 bilden das Eingabe-Netzwerk. Das Triggern der Schal tung erfolgt jedesmal, wenn der Transistor Ts3 in den EIN-Zustand geschaltet wird. Der mit der Basis von Ts3 verbundene Widerstand R8 dient zur Verhinderung möglicher Triggerimpulse, wenn die Schaltung in ihrem metastabilen Zustand ist. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor des Transistors Ts7 abgenommen. Im Ruhezu stand ist Transistor Ts2, wie oben bemerkt, nicht stromführend.
Somit ist auch Ts7 gesperrt, und der Ausgangspegel ist hoch. Wird die Schaltung in ihren metastabilen Zustand geschaltet, so wird Ts2 und auch Ts7 stromführend. Das Ausgangssignal ist dann niedrig, d. h. ungefähr auf Erdpotential. Das kapazitive Zeitglied C1 umfasst 4 Einzelkondensatoren (Cia - Cid). Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, mittels externer kurzer Drahtverbindungen (Bügel) verschiedene Impuls längen zu erzielen, um die Schaltung an verschiedene Fernschreibgeschwindigkeiten anzupassen.
Die Verbin dung der Klemmen 3-4 ergibt eine Geschwindigkeit von 75 Baud, 6-4 entspricht 50 Baud, und 5-4 entspricht 45 Baud.
<I>Der</I> Taktimpulsgenerator Fig. 4 zeigt ein Detail-Schaltbild von zwei verschie denen Schaltungen in Block 5, Fig. 2a. Die obere Schaltung ist der Taktimpulsgenerator, 25 kHz OSC! Dies ist ein astabiler Multivibrator mit den Transistoren Tsl und Ts2 sowie zugehörigen Schaltungselementen. Die Transistoren Ts3 und Ts4 sind die Ausgangsverstär ker der Schaltung.
Der Zweck der Dioden D1, D2 und des Glättungskondensators C4 ist die Vermeidung eines stabilen Zustandes mit gleichzeitigem Leiten beider Transistoren, was bei einem herkömmlichen astabilen Multivibrator vorkommen kann.
Rückstell-Schaltung Unten in Fig. 4 ist eine Rückstell-Schaltung RES dargestellt, deren Zweck es ist, an die Schlüsselgenera tor-Rückkopplungs-Register ein Gleichstromsignal zuzu führen. Ist einer der Eingangstransistoren Ts6 oder Ts7 stromführend, so leitet auch der Ausgangstransistor Ts5 und liefert Strom an die Belastung. Sind beide Eingangs transistoren im gesperrten Zustand, so ist auch der Ausgangstransistor Ts5 gesperrt.
<I>Leseschaltung</I> Fig. 5 zeigt das Detail-Schaltbild der in Block 14, Fig. 2a, enthaltenen Schaltkreise. Oben in Fig. 5 ist die Leseschaltung RC dargestellt.
Ein Strom von etwa 40 mA fliesst von der + 50 V - Quelle durch die Widerstände R17 über die Klemmen 6 und 3, durch den Fernschreiberkontakt TP und zurück zur Leseschaltung RC. Ist der Fernschreiber-Kontakt geschlossen, so leitet der Transistor Ts9. Bei offenem Fernschreiber-Kontakt leitet Ts9 dagegen nicht.
Das vom Kollektor von Ts9 abgenommene Ausgangssignal ist niedrig, wenn der Fernschreiber-Kontakt geschlossen ist, was einem Trennschritt entspricht, und ist hoch, wenn der Fern schreiber-Kontakt offen ist, was einem Zeichenschritt entspricht. Um die Gegenphase von Ausgangssignalen zur Verfügung zu haben, sind der Leseschaltung noch eine Umkehrstufe mit Transistor Ts8 und zugehörige Schaltungselemente zugefügt.
<I>Treiberverstärker</I> Unten in Fig. 5 sieht man das Detail-Schaltbild des Fernschreiber-Treiberverstärkers DA. Diese Schaltung umfasst Eingangs-Transistoren Ts1, Ts2 und Ts3 mit zu gehörigen Schaltungslementen, zwei Konstantstromgene- ratoren, Ts6 und Ts7, mit zugehörigen Schaltungsele menten und zwei Fernschreiber-Stromübernahme-Tran- sistoren Ts4,
Ts5 mit zugehörigen Schaltungselementen. Mittels externer Verbindungen (S3) kann die Schaltung ein Einfach- und Doppelstrombetrieb und an verschiede ne Strompegel angepasst werden. Beim Einfach-Strom- betrieb sind die zwei Konstantstromgeneratoren parallel geschaltet. Im Trennstrom-Zustand leitet dann Transi stor Ts5, und Ts4 ist gesperrt.
Der Strom aus den Konstantstrorn-Generatoren fliesst dann durch den Fernschreiber-Empfangsmagnet M. Im Zeichenstrom-Zustand leitet dagegen Transistor Ts4, und Ts5 sperrt. Dann fliesst kein Strom durch den Fernschreiber-Empfangsmagneten M. Eingangsseitig entspricht ein Trennschritt einem hohen Eingangssignal und ein Zeichenschritt einem niedrigen Eingangssi gnal.
<I>Logik-Symbole</I> Fig. 6 zeigt die verschiedenen, der Darstellung diverser logischer Funktionen im logischen Hauptdia gramm dienenden Symbole. Es sind dies: eine Umkehr stufe, Nand-Schaltungen mit zwei, drei und fünf Eingängen, ein JK-Flip-Flop mit Voreinstellung und eine Exklusiv-oder-Schaltung.
Eine Detailbeschreibung dieser logischen Symbole und ihrer Funktion findet man z. B. in der von Texas Instruments im Juli 1965 veröffentlichten Broschüre Series 73 Solid Circuit Semi-conductor Networks , Bulletin No. DL-S 567650, Juli 1965.