Schlüsseltextgenerator für eine kryptographische Fernschreibanlage
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schlüsseltextgenerator für eine kryptographische Fernschreibanlage und vorzugsweise auf einen Schlüsseltextgenerator zur Erzeugung von Pseudo-Zufalls-Folgen.
Es bestehen viele Arten von Schlüsseltextgeneratoren mit mechanischen Rotoren oder mit elektrischen Ringzählern. Diese werden jedoch nicht in allen Fällen als zur Abgabe genügend langer Folgen geeignet betrachtet.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Schlüsseltextgenerator, der sich auszeichnet durch eine Anzahl von Schieberegistern, wobei bei jedem Schieberegister die Ausgangssignale einer ausgewählten Anzahl seiner Stufen zu einem resultierenden Signal kombiniert werden, durch einen modulo-2-Addierer, dessen Eingänge direkt mit den Ausgängen der letzten Stufen jedes Schieberegisters verbunden sind, und durch ein Ausgangsregister, dessen Eingang mit dem Ausgang des modulo-2-Addierers verbunden ist, in welchem Ausgangsregister nach Anlegung eine Anzahl von Fortschalteimpulsen an die Schieberegister ein Schlüsseltextwort entsteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise erklärt. In letzterer zeigt die Fig. 1a ein Funktions-Blockschema einer kryptographischen Fernschreibanlage mit Schlüsseltextgenerator;
Fig. 1b ein Blockschema mit Darstellung der Hauptverbindung zwischen den Blöcken; Fig. 1c-ii und 2a-2h Detail-Schaltbilder der meisten in den Fig. la und ib dargestellten Blöcke;
Fig. 3 ein Detail-Schaltbild des in Block 6 von Fig.
2a dargestellten monostabilen Impuls generators (OS);
Fig. 4 ein Detail-Schaltbild des Blockes 5 in Fig. 2a, nämlich eine Rückstellschaltung (RES) und einen Taktimpulsgenerator (25 kHz OSC);
Fig. 5 ein Detail-Schaltbild des Blocks 14 in Fig.
2a, nämlich einen Fernschreiber-Treiberverstärker (DA) und eine Leseschaltung (RC);
Fig. 6 die verschiedenen in den Fig. 1coli und 2a-2h verwendeten Logik-Symbole und
Fig. 7 gibt an, wie die Fig. 1coli und 2a-2h anzuordnen sind, um ein vollständiges Schaltungsdiagramm zu bilden.
Funktions-Blockschema
Fig. la 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. - Ge- nerator für 5-Bit-Zahl P . - Zähler X(2) . -Ein- gangsregister REG X . - Stecktafel. - Rangierfeld.
Danach werden der Startvorgang sowie die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsvorgänge und die Telex Operationen in Verbindung mit dem Funktions-Blockschema ebenfalls erläutert.
Generator für Pseudo-Zufalls-Schlüsselbits
Der Schlüsseltextgenerator umfasst zwei nicht-lineare 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 nicht-lineare 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 nicht-linearen Rückkopplungsfunktionen wird mittels der auf der Stecktafel angeordneten Stecker getroffen. Für die Register I bestimmen die Zeilen F, G, H und K die nicht-lineare Rückkopplungs-Funktion, während dies für das Register II mittels der Zeilen S, T, V, W erzielt wird.
Da im Rückkopplungsweg der Schieberegister eine modulo-W-Addition, welche im übrigen auch mit Antivalenz oder Addition ohne hub ertrag bezeichnet wird (siehe K. Steinbuch: Taschenbuch der Nachrichtenbearbeitung, S. 1098), vorgenommen wird, ergibt sich ein nichtlineares Rückkopplungssignal.
Generator für die 5-Bit-Zahl P 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 befindlichen Setz-Schaltkreisen für den Binärzähler C(F) zugeführt. Jedes von den fünf Setz-Eingangssignalen ist das Resultat einer (mod 2)-Addition eines Ausgangssignales vom REG I und eines Ausgangssignales von REG II. Deshalb sind diese kombinierten Signale naturgemäss gleichfalls Pseudo-Zufalls -Signale.
Der Zähler C(P)
Der Binärzähler in Block 7 zählt stets zurück. Die Funktion dieses Zählers besteht darin, die Anzahl der dem Eingangsregister REG X zugeführten Schiebeimpulse zu steuern. Während der Verschlüsselung wird anfänglich die Zahl P in den Binärzähler gesetzt , und dies bedeutet, dass REG X mit P Schiebeimpulsen beliefert wird; dagegen wird während der Entschlüsselung der Zähler anfänglich auf die Zahl 31- P eingestellt. Überdies stoppt der Zähler bei der Entschlüsselung bei 1 - und nicht bei 0 -; 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.
Eingangsregister REG X
Das Eingangsregister REG X in Block 2 besteht aus 5 gleichen Stufen, für welche die eine in Fig. 1a 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 empfängt. 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 Ausgang 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. Dieses Verhalten ist in Fig. la dadurch versinnbildlicht, dass das Signal X über das links dargestellte Rangierfeld A, über den (mod 2)-Addierer in Block 1 und über die 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.
Die Stecktafel
Die Stecktafel ist eine Tafel mit 10 horizontalen Klemmleisten und 30 vertikalen Klemmleisten, die in einer Matrix mit 300 Arbeitsstellungen (Kreuzpunkten) 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 angeordneten 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 enthalten.
Rangiereinheit A
Arbeitet REG X als Rückkopplungs-Schieberegister, 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 Zähltakten.
Andere in dem Funktions-Blockschema dargestellte Einheiten
Wie aus dem Funktions-Blockschema ersichtlich, kann man REG Z von einem Lochstreifen-Leser aus über die Eingangs-Logik in Block 9 setzen . Diese Betriebsweise kann von denjenigen Gebrauchern angewendet werden, 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/ROCKSTELL-Schaltkreis wird während der Startphase benützt, um das Eingangs register und die beiden Hauptregister zurückzustellen.
3. Der mit K1-K5 bezeichnete Block ist ein normales, zu einem Ringzähler verbundenes Schieberegi ster, das dazu dient, den Verschlüsselungs- und den Entschlüsselungs-Vorgang zu steuern. Bei der Verschlüsselung funktioniert der Programmzähler folgendermassen: In Ki wird das Fernschreibzeichen in das Register REG X eingelesen. In K2 wird der Inhalt dieses Registers geprüft, um herauszufinden, ob es ein ZIFFERNUMSCHALTUNGS-Zeichen oder ein WA GENROCKLAUF-Zeichen enthält. Wird ein ZIF FERNUMSCHALTUNGS-Zeichen erkannt, so wird dieses Zeichen in ein WAGENROCKLAUF-Zeichen umgewandelt. Wird indessen ein WAGENRÜCKLAUF- Zeichen erkannt, so wird dieses Zeichen in ein ZEI LENVORSCHUB-Zeichen umgewandelt.
Der Grund dafür wird bei der Beschreibung der Telex-Operation erkennbar. In Ks wird die Pseudo-Zufalls -5-Bit-Zahl P in den Binärzähler C(P) eingespeist. In K4 wird das Eingangsregister REG X als Rückkopplungs Schieberegister verbunden. Der Zähler C(P) zählt auf Null herunter, und seine Ausgangsimpulse werden über FFSt in Block 4 dem Eingangsregister in Block 2 zugeführt. In Ks 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 i1-i4 bzw. j1-js bezeichnet sind. Die Aufgabe dieser beiden Register besteht in der Steuerung der Startphase. Die beiden Hauptregister sollen stets für jede zu übermittelnde 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 Multivibrator in Block 6 aus, der seinerseits den Eingangszähler in Block 5 triggert. Der monostabile Multivibrator kann mittels eines Selektors auf verschiedene Zeitverzögerungen 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-Betriebsweise zur Rückstellung der beiden Hauptregister im Schlüssel-Generator.
Die in Block 4 dargestellte TP (Teleprinter)-Logik ist eine Schaltlogik, die das der Fernschreiber-Empfangsspule zugeführte Signal bestimmt. Dieses Signal besteht aus einem durch den Eingangszähler gelieferten Start- und Stoppimpuls und fünf Informationsbits, die vom REG X geliefert werden. In der LÖSCH Betriebsweise kommt diese Information von der Registerstufe Nr. 1 und in der SENDE- oder EMPFANGS Betriebsweise von der Pufferstufe des REG X. Diese zwei Eingänge werden im Funktions-Blockschema durch die Buchstaben Xt und Xo versinnbildlicht.
T/erschlüsselungsvorgang
Der Verschlüsselungsvorgang beginnt, wenn der Lese-Schaltkreis infolge einer Operation der Stecktafel oder des automatischen Senders des Fernschreibers den Stopp-Impuls von irgendeinem Klartextzeichen X empfängt. Der Lese-Schaltkreis startet den Eingangszähler, der seinerseits Schiebeimpulse an REG X, REG I und REG II und REG Z über das Flip-Flop FF52 liefert. In dieser ersten Phase des Verschlüsselungsprozesses ist REG X als normales Schieberegister mit Informationseingang auf der ersten Stufe geschaltet; dies bedeutet, dass das Klartextzeichen dem REG X zugeführt wird, während das vorhergehende verschlüsselte Zeichen von der Stufe Nr. X6 über den Fernschreiber Treiber-Verstärker zum Fernschreiber übermittelt wird.
Wenn jetzt REG X die fünf Informations-Bits enthält, dann 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) e Z 63 Z = X(P) ist. In diesem Fall wird X(P) als Verschlüsselungszeichen benutzt.
Entschlüsselungs-Vorgang
Der Entschlüsselungsvorgang beginnt, wenn der Lese-Schaltkreis den Startimpuls des verschlüsselten Zeichens X(P) (3 Z erhält, das dann in das REG X geschoben wird, während das vorhergehende entschlüsselte Zeichen vom Fernschreiber über den Fernschreiber-Treibverstärker gelesen wird. Dann wird die in REG X und REG Z enthaltene Information mod 2 addiert, und das Ergebnis G3 - X(P) O Z 0+ = X(P) wird in REG X zurückgeschrieben. Jetzt kann das Klartextzeichen X theoretisch dadurch zurückgewonnen werden, dass die Information in REG X um P Schritte 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 O REG Z naturgemäss ebenfalls zweimal ausgeführt, wenn ein nicht zugelassenes Zeichen erkannt wird.
Startvorgang
Wie bereits erläutert, werden 6 Zeichen benötigt, um die Haupt-Rückkopplungs-Schieberegister mit Startinformation zu versorgen. Diese 6 Zeichen werden vor jeder zu verschlüsselnden Nachricht eingefügt, und ihre Auswahl erfolgt entweder aufs Geratewohl oder gemäss irgend einer 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.
Telex-Operation
Der Schlüsseltext soll keine Zeichen enthalten, die nicht durch einen normalen Fernschreiber in einer TELEX-Anlage gestanzt werden können, oder aber Zeichen, die die Übertragung über einen TELEX-Kanal stören, wie z. B. der Buchstabe D in der Ziffernstellung (entsprechend dem Zeichen WER DA?). Solche Zeichen werden dadurch vermieden, dass die Zeichen SÄMTLICH ZEICHENSCHRITTE und ZIFFERN UMSCHALTUNG als Schlüsseltext nicht benützt werden. Der Schlüsseltext besteht dann aus 30 Zeichen, während 31 Klartextzeichen zugelassen sind. Deshalb ist eine Eins-zu-Eins-Transformation dieser 31 Zeichen nicht möglich. Dieses Problem wird durch Auferlegung einer Beschränkung bei der Verwendung der Sonderzeichen WAGENRÜCKLAUF und ZEILENVOR SCHUB gelöst.
Es sei bemerkt, dass bei einem Fernschreiber der Operation ZEILENVORSCHUB fast immer ein WAGENROCKLAUF-Zeichen vorausgeht.
Es ist daher notwendig, einem Sonderzeichen ZEILEN VORSCHUB ein WAGENRÜCKLAUF-Zeichen vorausgehen zu lassen. Das Klartextalphabet hat dann tat sächlich nur 30 Zeichen, so dass 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-Schieberegister arbeitet. Somit wird REG X längs eines 30-iger Zyklus fortgeschaltet, der sämtliche möglichen 5-Bit Kombinationen mit Ausnahme der zwei Kombinationen enthält, die den Fernschreibzeichen SAMTLICH ZEICHENSCHRITTE und ZIFFERNUMSCHAL TUNG entsprechen.
Blockschema
Fig. 1b zeigt ein Blockschema mit Einschluss der Haupt-Steuerleitungen, um ein besseres Verständnis der Detail-Schaltbilder zu ermöglichen.
Allgemeine Beschreibung
Die Fig. 1coli und 2a-2h stellen ein Detail Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung dar. Die gezeigte Schaltung verkörpert eine lokale loch streifenlose kryptographische Anlage, die imstande ist, normale Fernschreibnachrichten in einer mit standardmässigen Fernschreibnachrichten vereinbarten Form zu verschlüsseln und zu entschlüsseln. Die Hauptblöcke sind durch unterbrochene Linien bezeichnet, und die Anschlussklemmen jedes Hauptblockes sind mit Zahlen numeriert, die für jeden Hauptblock individuell sind.
Die Anschlussklemmen sind überdies mit Bezeichnungen versehen, so dass ihre wechselseitigen Verbindungen leicht zu verstehen sind.
Bei fast allen Hauptblöcken sind geeignete Prüfpunkte angegeben. Diese Prüfpunkte sind mit TP1...
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 überdies etwa in der Mitte des logischen Symbols mit Funktionsbezeichnungen versehen.
Block 1, Fig. 1c, d umfasst fünf Paare von (mod 2)-Addierern. Sämtliche Addierer ausser dem untersten umfassen eine NAND-Torschaltung und eine EXKLU SIV-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 Steuersignale K'5 und K4 kann entweder der untere oder der obere Addierer jedes Paares mit seinem Ausgang zu den Ausgängen der fünf EXKLU SIV-Schaltungen El, E2, K1, K2, B2 durchverbunden werden. Block 2 in Fig. 1c, d umfasst sechs Flip-Flops, X1-Xs, und zugehörige Schaltkreise. Die Flip-Flops X1-X5 bilden ein Rückkopplungs-Schieberegister (Register X); dieses dient zur Speicherung und Verarbeitung der Informationselemente eines Fernschreibzeichens. Das Flip-Flop X6 dient für Verzögerungszwecke.
Zusätzlich zu den Eingabe-Schaltkreisen der Flip-Flops Xi-X6 enthält Block 2 auch vier NAND-Schaltungen A2, D2, Al, D1, um zu erkennen, wenn der Inhalt der Flip-Flops X1-X5 jeweils den Fernschreibzeichen ZIFFERNUMSCHALTUNG (1...), WAGENRÜCK- LAUF ( < ), ZEILENVORSCHUB () und SAMT LICH ZEICHENSCHRITTE (BL) entspricht.
Block 3 in Fig. 2d, f umfasst verschiedene Torund Flip-Flop-Schaltkreise; deren wichtigste sind das MERK-Flip-Flop für die Speicherung des Zeichens ZEILENVORSCHUB 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 Zählstufen K1-K5.
Block 4 in Fig. 2c, b umfasst den Eingangszähler FFo, FFe, FFa, FFb, FFd, FF52 und zugehörige Schaltkreise. Dies ist ein Binärzähler für die Steuerung des Weiterschaltens von Fernschreibzeichen in die kryptographische Anlage und aus dieser heraus.
Block 5, Fig. 2a, der die Blöcke 25 11Hz OSC (Taktimpulsgenerator) und RES (Rückstellkreis) umfasst, ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt. Der Rückstellkreis 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 dargestellt. Dieser Schaltkreis dient für die Zeitsteuerung des Eingabezählers.
Block 7 in Fig. 2d, f, g, h enthält einen Ringzähler (Zähler I) mit drei Stufen i2-i4 und einen anderen Ringzähler (Zähler J) ebenfalls mit drei Stufen ji-js.
Diese zwei Zähler dienen zur Steuerung des Startvorganges der Anlage. Block 7 umfasst ebenfalls einen Binärzähler (Zähler P) mit fünf Stufen C-Cs. Der Letztere ist ein Binärzähler, der für das Zurückzählen von einem Setz-Zählstand dient, der in Form von Gleichstromsignalen von Block 8 empfangen wird.
Block 8 in Fig. 2e, g, h enthält verschiedenartige Torschaltkreise. Die Torschaltkreise dienen zur Belieferung des Zählers Ci-Cs in Block 7 mit geeigneter Information vom Schlüsseltext-Generator bei der Verschlüsselungs- bzw. Entschlüsselungs-Betriebsweise.
Block 9 in Fig. le, f enthält ein Schlüsselzeichen Register (Register Z) mit fünf Stufen Zi-Zs. Dieses Register empfängt normalerweise an den Klemmen J, K von Stufe Zl seine Information in Serienforrn vom Schlüsselgenerator. Jedoch kann die Information auch von einem externen, mit TR bezeichneten Lochstreifenleser in Parallelform 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) Y1, Y5, das während des Startvorgangs als Zwischen Speicherregister dient.
Die Blöcke 10, 11 und 12 in Fig. le, f, g, h, i bilden den Schlüsselgenerator, der zwei nichtlineare 15-Bit Rückkopplungs-Schieberegister umfasst, nämlich REG Ii - REG Its, REG IIi - REG Ilis 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 einzelnen in Fig. 5 dargestellt ist.
Das Rangierfeld A in Fig. 1c, d enthält kurze Drahtverbindungen (Bügel) zwischen seinen Klemmen, wodurch die Rückkopplungs-Konfiguration im Rückkopplungs-Schieberegister X1-X5 (Block 2) bestimmt wird, das beim Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsvorgang verwendet wird.
Block TR in Fig. 1f ist ein Lochstreifenleser. Diese Vorrichtung ist normalerweise nicht im Betrieb, kann jedoch angeschlossen werden, um die Verwendung eines Einzel-Schlüsselstreifens als Schlüsseltext zu ermöglichen.
Die mit PB (Fig. lg, h, i) bezeichneten Gitter zeigen das Schema einer Stecktafel, 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-Steckers besteht.
In Fig. le, h, 2b sind mehrere, entweder mit S oder mit S bezeichnete Wechselkontakte dargestellt. Dies sind Kontakte an einem Drei-Stellungs-Hebelschalter.
Die Mittelstellung dieses Schalters entspricht der Ruhe- bzw. Rückstellungs-Betriebsweise der Vorrichtung.
Die beiden anderen Stellungen entsprechen jeweils der Sende- und Empfangs- bzw. der Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Betriebsweise.
Block TB 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 Einfachstrom- bzw. Doppelstrom-Betriebsweise des Fernschreibers 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 Vielstellungs-Schalter JB in Fig. 2a wird für die Auswahl der geeigneten Zeitkonstante des monostabilen Impulsgenerators in Block 6, Fig. 2a verwendet.
Funktionsbeschreibung
Einführung
Wie erwähnt, darf der Schlüsseltext keine Zeichen enthalten, die nicht mittels eines normalen Fernschreibers 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 Startimpuls eines Klartext-Zeichens X empfängt. Die Lese Schaltung startet einen Oszillator, der seinerseits Schiebeimpulse an Register X, Fig. 2c, d, I Fig. lg, i, II, Fig. lh, i und Z, Fig. le, 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 Maximallängen-Rückkopplungs-Schieberegister geschaltet, und Schiebeimpulse werden dem Zähler P und dem Register X zugeführt. Die Zufuhr 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 Informationsregister X G3 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 SÄMTLICH ZEICHENSCHRITTE und ZIFFERN UMSCHALTUNG nicht verwendet, und zwar das erste Zeichen deshalb nicht, weil einige Fernschreiber das Zeichen SÄMTLICH ZEICHENSCHRITTE nicht stanzen können. Das Zeichen ZIFFERNUMSCHAL TUNG wird vermieden, weil für gewisse Zeichen in der Ziffernstellung Übertragungsstörungen auftreten können.
Nun wird, wenn eine dieser beiden Kombinationen als Schlüsseltext erkannt wird, das Register X nicht in die Stellung Register X d3 Register Z gesetzt, sondern bleibt unverändert. Somit wird die verschobene Version des Klartextes im Register X als Schlüsseltext ausgesendet.
Wie später erläutert wird, ist dieser Vorgang umkehrbar, so dass eine Entschlüsselung ermöglicht wird.
Betriebsweise bei Verschlüsselung
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-Sendekontakt 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 Ausgangssignal vom Lese-Schaltkreis wird dem Block 4 (Torschaltung A1), Fig. 2c, 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 Impulsgenerator OS im Block 6, Fig. 2a, bestimmt wird. Vom Eingabezähler abgeleitete Signale dienen zur Steuerung des schrittweisen Einschreibens des Zeichens in das Eingaberegister Xi-Xs in Block 2, Fig. 1c, d, und zugleich zum Fortschalten der Schlüsselgenerator-Register in den Blöcken 10, 11 und 12.
Sobald der Eingabezäh ler seinen Zyklus vollendet hat, werden die fünf Informationselemente des Fernschreibzeichens im Eingaberegister gespeichert.
Darauf beginnt der Verschlüsselungsvorgang. Dieser Vorgang wird durch einen Ringzähler ktks 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 hineingeschoben wird - schaltet der Zähler K auf Stellung K2. In dieser Stellung erfolgt die Auswertung und mögliche Abänderung des Klartextes im Register X. Dies ist notwendig, weil der Schlüsseltext, der schliesslich aus dem Verschlüsselungsprozess resultiert, keine Zeichen enthalten darf, die nicht ohne weiteres über einen Telex-Kanal übertragen werden können. In dieser Anordnung sollen die Zeichen SAMTLICH ZEICHENSCHRITTE und ZIFFERNUMSCHAL TUNG in dem verschlüsselten Text nicht auftreten.
Davon ist das erstere im Klartext nicht vorhanden, das letztere tritt jedoch auf. Um das Zeichen ZIFFERN UMSCHALTUNG aus dem verschlüsselten Text auszuschliessen, wird dieses Klartextzeichen in das Zeichen WAGENRUCKLAUF umgewandelt. üm Verwirrung zu vermeiden, muss das WAGENRÜCKLAUF-Zeichen im Klartext in das ZEILENVORSCHUB-Zeichen umgewandelt werden. Dies ist möglich, weil angenommen wird, dass im Klartext die beiden Zeichen WAGEN RÜCKLAUF und ZEILENVORSCHUB stets paarweise auftreten. Wenn erforderlich, werden die oben beschriebenen Abänderungen des Klartextes in der Programmzählerstellung K2 durchgeführt, und zwar durch Zuführung eines Schiebeimpulses an die Eingangs-Registerstufen Xi-Xs. Der Programmzähler K schaltet dann in die Position K3.
In dieser Stellung K3 erfolgt der erste Schritt des Verschlüsselungsvorganges. Das Eingaberegister X ist nun als Maximallängen-Rückkopplungsregister geschaltet. Es empfängt eine Anzahl Schiebeimpulse, die durch den Inhalt des in Fig. 2g, h dargestellten und durch die Flip-Flops Ci-Cs in Block 7, Fig. 2g, h, gebildeten Zählers P bestimmt wird. Dieser Zähler wird durch die Haupt-Taktgebersignale aus seiner anfänglichen Stellung schrittweise auf Null heruntergeschaltet. Die Anfangsposition wird durch eine Pseudo Zufalls -Zahl bestimmt, die vom Schlüsselgenerator REG I, REG II, Fig. lg, 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 Programmzähler 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 Inhaltes des Eingaberegisters X zu einer Zufalls -Zahl, die in paralleler Form vom Register Z in Block 9, Fig. le, geliefert wird. Wie aus der Schaltung ersichtlich, umfasst das Register Z fünf Stufen Zi bis Zs, die als normales, lineares Schieberegister geschaltet sind. Die Information, die in das Register Z eingegeben wird, wird von den Ausgängen der beiden Schlüsselgeneratoren REG I, REG II, über Torschaltung D3 in Block 2, Fig.
li, zugeführt. Register Z wird während des schrittweisen Einschreibens des Klartext-Zeichens in die Programmzähler-Position K1 zugleich mit den beiden Generatorregistern REG I, REG II verschoben. Die oben erwähnte (mod 2)-Addition der Inhalte des Eingaberegisters X und des Schlüsselzeichen-Registers Z wird parallel und ohne irgendeine Ubermittlung von hub er trags-Information zwischen den Stufen ausgeführt. Bevor der Programmzähler K in die Stellung K5 weitergeschaltet, wird der Inhalt des Registers X geprüft, um festzustellen, ob er zur Fernschreibleitung übertragen werden kann. Die Torschaltungen D1 und A2, Block 2, Fig. ld, prüfen, ob das Register die Zeichen SÄMTLICH ZEICHENSCHRITTE bzw. ZIFFERN UMSCHALTUNG enthält, und die (mod 2)-Addition wird dann wiederholt.
Der Inhalt von Register X ist dann derselbe, wie er nach Schritt 1 des Verschlüsselungsprozesses gewesen ist. Da das Zeichen SAMT- LICH ZEICHENSCHRITTE in dem normalen Zyklus eines Maximallänge-Rückkopplungsregisters nicht enthalten ist und die Stellung ZIFFERNUMSCHAL TUNG bei dieser Anordnung automatisch umgangen wird, kann der Inhalt von Register X nach Schritt 1 des Verschlüsselungsvorganges stets zur Fernschreibleitung übertragen werden. Wie ersichtlich, wird der zweite Schritt des Verschlüsselungsvorganges 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 nächsten Klartextzeichens ins Register X zum Fernschreiber Empfangsmagneten TP, Fig. 2a, übermittelt, worauf der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Der vorher erwähnte Startvorgang ist notwendig, um von Nachricht zu Nachricht verschiedene Ausgangspunkte der Schlüssel-Generator-Register REG I, REG II zu gewährleisten. Bei der Verschlüsselungs -Betriebsweise umfasst dieser Startvorgang die schrittweise Eingabe von 6 Fernschreibzeichen, d. h. 30 Bits, in die Schlüsselgenerator-Register. Zugleich werden diese 6 Zeichen verschlüsselt und dem Fernschreiber-Emp fangsmagnet TP zugeführt (und später zur Fernschreibleitung übertragen). Auf der Empfangs- oder Entschlüsselungsseite werden die 6 Zeichen entschlüsselt und den Schlüsselgenerator-Registern der Entschlüsselungs-Anlage zugeführt. Auf diese Weise wird derselbe Ausgangspunkt sowohl bei der Verschlüsselungs- als auch der Entschlüsselungs-Anlage gewährleistet.
Die einen Start Punkt bestirnmenden 6 Zeichen werden während einer normalen Operation einer Startpunkt-Tabelle entnommen, die im voraus für eine besondere Rückkopplungs Konfiguration bei den Schlüsselgenerator-Registern vorbereitet wird. Während 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. te, Register Y empfängt Schiebeimpulse zugleich mit den Schlüsselgenerator-Registern REG I, REG II und dem oben erwähnten Register Z.
Die erforderlichen Torsteuerungs-Funktionen während des Startvorganges werden mittels zweier dreistufiger Ringzähler I und J in Block 7, Fig. 2f, h wahrgenommen. Der Zähler I mit den Stufen i2-i4, 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. lg, h, i, speichert Informationen darüber, wie die Register REG I und REG II, Fig. le, f, g, h, i, anfänglich zu setzen sind. Es gibt 230 100 mögliche Stellungen. Die Anfangsstellungen dienen für die Verschlüsselung der 6 Zeichen, die aus gewählt werden, um für die besagten Register geeignete Zykluslängen zu liefern. Die Zähler i2i4 und j1-js, Block 7, überwachen den 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-Rechteck- wellen-Oszillator in Block 5, Fig. 2a, abgeleitet, Block
5 umfasst auch einen Rückstellkreis, der den für die Rückstellung sämtlicher Flip-Flops der Schlüssel-Generator-Register in die Nullstellung benötigten Strom liefert, wenn die Anlage in der Lösch- bzw. Ruhe-Be triebes art verharrt.
Betriebsweise bei Entschlüsselung
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 Startimpuls 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 Inhaltes der Register X und Z durchgeführt. Ist der Inhalt von Register X nach der (mod 2)-Addition gleich den Codekombinationen SÄMTLICH ZEICHENSCHRITTE oder ZIFFERN UMSCHALTUNG, so folgt daraus, dass die (mod 2) Addition während der Verschlüsselung zweimal ausgeführt wurde. Somit wird diese Operation hier ebenfalls wiederholt. Dies bedeutet, dass nur der umgekehrte Vorgang von Schritt 1 bei der Verschlüsselung ausgeführt wird. Ein Maximallängen -Rückkopplungsregister hat eine Zykluslänge von 31 Bits. Bei dieser Anordnung wird die dem Zeichen ZIFFERNUM SCHALTUNG entsprechende Position automatisch umgangen. Somit beträgt die effektive Länge dieses Registers 30 Bitpositionen.
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 erreicht. Die Verschiebung der Information in Register X während der Entschlüsselung wird in der Programmzähler-Position K3 ausgeführt. Schliesslich muss in der Zählerposition K4 eine eventuell mögliche entgegengesetzte Abänderung gegen über der auf der Verschlüsselungsseite vorgenommenen Abänderung ausgeführt werden. Wie oben erläutert, wurde das Zeichen ZIFFERNUMSCHALTUNG in das Zeichen WAGENRÜCKLAUF und das Zeichen WAGENRÜCKLAUF in das Zeichen ZEILENVOR SCHUB abgeändert.
Somit muss das in Register X enthaltene entschlüsselte Zeichen, wenn es dem Zeichen WAGENRÜCKLAUF entspricht, in ZEILENVOR SCHUB abgeändert werden. Dies geschieht durch Zufuhr eines Schiebeimpulses an die Stufen des Registers X in der Programmzählerstellung K4. Entspricht der Inhalt von Register X nach der Rückkopplung dem Zeichen ZEILENVORSCHUB, so kann dies entweder durch ein ZEILENVORSCHUB-Zeichen während der Verschlüsselung oder durch ein umgewandeltes WA GENRÜCKLAUF-Zeichen während der Verschlüsselung verursacht sein. Wie oben bemerkt, wird angenommen, dass die Zeichen WAGENRÜCKLAUF und ZEILENVORSCHUB paarweise in derselben Reihenfolge auftreten, wie soeben erwähnt.
Ergibt sich das ZEILENVORSCHUB-Zeichen 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 WAGENRtlCKLAUF-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 Abänderung des ZEILENVORSCHUB-Zeichens in der Programmzähler-Stellung K4 nunmehr weggelassen.
Dies bedeutet, dass das während des nächsten schrittweisen Einschreibvorganges zum Fernschreibermagnet TP, Fig. 2a, zu übermittelnde Zeichen das ZEILENVORSCHUB-Zeichen sein wird.
Wie unmittelbar ersichtlich, wurde das WAGEN ROCKLAUF-Zeichen auf diese Weise redundant gemacht, und die normalerweise für die Ubertragung dieses Zeichens benützte Fernschreibcode-Kombination dient statt dessen für die Übertragung des ZIFFERN UMSCHALTUNGS-Zeichens. Das Weglassen der Codekombination ZIFFERNUMSCHALTUNG im verschlüsselten Text ist vorgesehen, um eine Ziffernkombination 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 Namengeber-Einheit durch die Codekombination D in der Ziffernstellung ausgelöst.
Durch völliges Weglassen des ZIFFERNUM SCHALTUNGS-Zeichens im Schlüsseltext wird der Fernschreiber beim Empfang einer verschlüsselten Nachricht niemals in die Ziffernstellung umgeschaltet.
Beschreibung der Haupt-Funktions-Schaltkreise
Schlüsselgenerator
Der Schlüsselgenerator umfasst zwei nichtlineare Rückkopplungs-Schieberegister, REG I und REG II (Blöcke 10, 11, 12, Fig. lg, h, i), jedes mit 15 Stufen, REG 11-15 bzw. REG IIr-t5, und mit einem Rückkopplungs- Signal F(Ai, Aj, Ak, A) O As, wo F(Ai, Aj, Ak, A,) eine nichtlineare Funktion ist, deren mit den binären Variablen Ai, Aj, Ak und Al gebildete Kombinationstabellen 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. ig, 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, 10 und 9 ist. Diese vier Ausgangssignale werden den Torschaltungen B4, C1, B3 und C2 in Block 12, Fig. ii, zugeführt, und das kombinierte Signal von der Torschaltung C2 wird in den Torschaltungen E4, F1 mod 2 zum Ausgangs signal Ats der letzten Stufe REG Its addiert. Das Rückkopplungssignal wird über Torschaltung D1, Block 10 (Fig. le, g) dem REG I zugeführt.
Das Rückkopplungssignal für das Register REG II wird entsprechend den Stufen Nr. 7, 10, 3 und 6 entnommen, die in den Torschaltungen B1, Al, B2 und A2, Block 12, Fig. li, kombiniert sind. Dieses kombinierte Signal wird in den Torschaltungen E3, F2 mod 2 zum Ausgangs signal der letzten Registerstufe REG IIts addiert und über Torschaltung D2, Block 11, Fig.
lr, h, dem Registereingang zugeführt.
Dies ist ein Registertyp, der in der Literatur mathematisch noch nicht völlig erklärt werden konnte, doch ist es augenscheinlich, dass ein langer Zyklus von einem derartigen Register stets eine Pseudo-Zufalls -Konfiguration darstellen wird. Überdies haben die Signalfolgen gewöhnlich verschiedene Längen; dies bedeutet, dass die physikalischen Längen der Schlüssel-Generator-Register 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 Ausgangs signale der beiden Register werden in den Torschaltungen D1, D2, D3 und D4, Fig. li, mod 2 addiert, was die gewünschte Folge von Pseudo-Zufalls -Schlüsselbits ergibt. Solche Bitfolgen werden in einem 5-Bit-Register Zi-Zs, Block 9, Fig. le, gespeichert. Die Zahl der verschiedenen Verbindungen ist (15 ) X (145) z 1 1.86 X 106.
In den beiden Registern REG I und REG II werden Trigger-Flip-Flops verwendet. Bei einem Trigger-Flip Flop hängt die gespeicherte Information nach einem Taktimpuls sowohl vom Eingangs signal als auch vom Signal ab, das im Flip-Flop selbst eingespeichert ist.
Somit wird das Verhalten eines Registers durch folgendes Gleichungssystem beschrieben:
A1, = F(Ai, Aj, Ak, A) O A15 O A
A2' = At A2
A3' = A2 0 A3 Al5' = A14 0+ A15 Ar ist das in der Registerstufe Nr. 1 vor einem Taktimpuls vorhandene Signal, und At' ist das in derselben Stufe nach dem Taktimpuls vorhandene Signal. Entsprechendes gilt für die anderen Stufen; die Eigenschaf ten der beiden Register sind identisch.
Generator für < eP
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, 11, 12, Fig.
lg, h, i, entnommen wird. Jedes Bit ist das Ergebnis einer (mod 2)-Addition von Ausgangssignalen von zufallsmässig ausgewählten Bits in beiden Registern. Block 8, Fig. 2e, g, h, umfasst 5 Torschaltung-Komplexe, deren jedem zwei Signale von der Stecktafel PB zugeführt werden. Dem ersten Torschaltungs-Komplex mit den Torschaltungen C1, 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. lg, 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: (555) X (555) 9 X 106 Die Ausgangssignale von jedem der Torschaltungs Komplexe, die zusammen die Zahl P bilden, werden einem Zähler C1-C5, Block 7, Fig. 2g, h zugeführt.
Während der Verschlüsselung wird die Zahl P dem Binärzähler Ci-Cs 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 XrrXs bestehende REG X (Block 2, Fig. 1c, d), arbeitet auf zweierlei Weise: a) Es wirkt als normales 5-Bit-Schieberegister, wobei es 50 Hz-Schlebeimpulse empfängt (für 50 Baud Fernschreibergeschwindigkeit).
b) Es wirkt als Rückkopplungs-Schieberegister, wobei jede Stufe einen (mod 2)-Addierer - z. B. die Torschaltung Hi - und ein Flip-Flop enthält (z. B. X1).
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-Biffolge von 2 - 1 = 31 ergibt. Die das Zeichen ZIFFERNUMSCHALTUNG darstellende 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 SÄMTLICH ZEICHENSCHRITTE und ZIF FERNUMSCHALTUNG 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 C1-C5, Block 7, gezählten Schritte.
Die Stecktafel
Die Stecktafel (PB), Fig. ig, h, i ist eine Tafel mit horizontalen und vertikalen Klemmleisten, die gemäss einer Matrix mit ungefähr 300 Kreuzpunkten (Löchern) angeordnet sind. Ein in einem Kreuzpunkt eingeführter leitender Stecker verbindet die horizontale und die vertikale Klemmleiste in diesem besonderen Kreuzpunkt. Die Stecker auf der Stecktafel bestimmen einmal, welche Ausgänge für die Rückkopplungs-Funktionen verwendet werden, ferner, welche Ausgänge für die Erzeugung der Zahl P dienen sollen, und schliesslich, welche Flip-Flops anfänglich gesetzt werden.
Monostabiler Impulsgenerator
Fig. 3 zeigt das Detail-Schaltbild von Block 6 in Fig.
2a. Dieser Schaltkreis, OS, liefert das zeitliche Bezugssignal für die Ein- und Ausgangssignale des Fernschreibers. Definierte Zeitintervalle werden mittels eines monostabilen Multivibrators gewonnen, der die Transistoren Tsl und Ts2 und zugehörige Schaltungselemente umfasst In der Ruhestellung leitet Transistor Tsl, während Ts2 gesperrt ist. Ein über eine Diode D3 zugeführter Triggerimpuls sperrt Transistor Tsl. Infolge der regenerativen 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 zurückkehrt. Auf diese Weise wird das kapazitive Zeitglied C1 schnell entladen. Dadurch wird eine sehr kurze Erholungszeit erzielt. Die Impulslänge der Schaltung wird durch eine hohe relative Einschaltdauer nicht beeinträchtigt. Die Transistoren Ts3-Ts4 und Ts5-6 bilden das Eingabe-Netzwerk. Das Triggern der Schaltung 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 metastabilenZustand ist. Das Ausgangssignal wird vom Kollektor des Transistors Ts7 abgenommen.
Im Ruhezustand 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) ver schiedene Impulstängen zu erzielen, um die Schaltung an verschiedene Fernschreibgeschwindigkeiten anzupassen.
Die Verbindung der Klemmen 3-4 ergibt eine Geschwindigkeit von 75 Baud, 6-4 entspricht 50 Baud, und 5-4 entspricht 45 Baud.
Der Taktimpulsgenerator
Fig. 4 zeigt ein Detail-Schaltbild von zwei verschiedenen 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 Ausgangsverstärker der Schaltung. Der Zweck der Dioden Dl, 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 Schlüsselgenerator-Rückkopplungs-Register ein Gleichstromsignal zuzuführen. Ist einer der Eingangstransistoren Ts6 oder Ts7 stromführend, so leitet auch der Ausgangstransistor Ts5 und liefert Strom an die Belastung. Sind beide Eingangstransistoren im gesperrten Zustand, so ist auch der Ausgangstransistor Ts5 gesperrt.
Leseschaltung
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 Ausgangs signal ist niedrig, wenn der Fernschreiber-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.
Treibverstärker
Unten in Fig. 5 sieht man das Detail-Schaltbild des Fernschreiber-Treiberverstärkers DA. Diese Schaltung umfasst Eingangs-Transistoren Tsl, Ts2 und Ts3 mit zugehörigen Schaltungselementen, zwei Konstantstromgeneratoren, Ts6 und Ts7, mit zugehörigen Schaltungselementen und zwei Fernschreiber-Stromübernahme Transistoren Ts4, Ts5 mit zugehörigen Schaltungselementen. Mittels externer Verbindungen (S3) kann die Schaltung an Einfach- und Doppelstrombetrieb und an verschiedene Strompegel angepasst werden. Beim Einfach-Strombetrieb sind die zwei Konstantstromgeneratoren parallel geschaltet. Im Trennstrom-Zustand leitet dann Transistor Ts5, und Ts4 ist gesperrt. Der Strom aus den Konstantstrom-Generatoren fliesst 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 Eingangssignal.
Logik-Symbole
Fig. 6 zeigt die verschiedenen, der Darstellung diverser logischer Funktionen im logischen Hauptdiagramm dienenden Symbole. Es sind dies: eine Umkehrstufe, NAND-Schaltungen mit zwei, drei und fünf Eingängen, ein JK-Flip-Flop mit Voreinstellung und eine EXKLU SIV-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 567 650, Juli 1965.