CH652544A5

CH652544A5 - Verfahren zum kodieren und dekodieren von nachrichten.

Info

Publication number: CH652544A5
Application number: CH670/81A
Authority: CH
Inventors: De Pas Andries Joannes Mar Van; Den Ende Antonius Cornelis Van
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1985-11-15
Also published as: NO152920B; FR2475325A1; NO152920C; SE446364B; NL8000675A; GB2068691A; US4465153A; GB2068691B; FR2475325B1; NL183862B; IT1135249B; IT8119441A0; SE8100761L; NL183862C; DE3103576C2; DE3103576A1; NO800962L

Description

652 544

2

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Nachrichten, bei dem in einer Sendestation Nachrichtenklarimpulse und Kodeimpulse zum Bilden einer kodierten Nachricht gemischt werden und bei dem in einer Empfangsstation die kodierten Nachrichtenimpulse und identische Kodeimpulse zum Erhalten der Nachrichtenklarimpulse gemischt werden, wobei die Kodeimpulse in der Sendestation und in der Empfangsstation von einem Kodegenerator erzeugt werden, dessen Anfangszustand die Kodeimpulsfolge bestimmt und die Anzahl möglicher Anfangszustände sehr gross ist und in der Sendestation sowie in der Empfangsstation der Anfangszustand durch eine in der Sendestation und in der Empfangsstation gespeicherte erste Zustandsinformation, die als Basisschlüssel bezeichnet wird, und durch eine zweite Zustandsin-formatiön bestimmt wird, die als Nachrichtenschlüssel bezeichnet wird und die in einer der Stationen beliebig gewählt und zu der anderen Station übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sendestation eine Anzahl möglicher Basisschlüssel gespeichert sind, dass in der Sendestatiorf und in der Empfangsstation vor der Verarbeitung der Nach-richtenimpulse ein erster Teil eines Nachrichtenschlüssels mit einem gewählten Basisschlüssel zum Bestimmen eines Anfangszustandes des Kodegenerators kombiniert wird und in der Sendestation die klaren Nachrichtenschlüsselimpulse, die eine Folge eines zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl daraus abgeleiteter Prüfzeichen darstellen, mit den Kodeimpulsen zum Erhalten eines kodierten Nachrichtenschlüssels gemischt werden und in der Empfangsstation die kodierten Nachrichtenschlüsselimpulse mit den Kodeimpulsen gemischt werden und dieser letzte Schritt jeweils wiederholt wird, ausgehend von jeweils einem anderen Basisschlüssel, bis als Resultat der Mischung eine Folge eines dekodierten zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl dekodierter Prüfzeichen, die dem in der Empfangsstation aus dem dekodierten zweiten Teil des Nachrichtenschlüssels abgeleiteten Prüfzeichen entsprechen, erhalten wird, wodurch der richtige Anfangszustand des Kodegenerators in der Empfangsstation, der zum einwandfreien Dekodieren der kodierten Nachrichtenimpulse erforderlich ist, durch den zuletzt gewählten Basisschlüssel und die Kombination des ersten und zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels bestimmt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Nachrichten, bei dem in einer Sendestation Nachrichtenklarimpulse und Kodeimpulse zum Bilden einer kodierten Nachricht gemischt werden und bei dem in einer Empfangsstation die kodierten Nachrichtenimpulse und identische Kodeimpulse zum Erhalten der Nachrichtenimpulse gemischt werden, wobei die Kodeimpulse in der Sendestation und in der Empfangsstation von einem Kodegenerator erzeugt werden, dessen Anfangszustand die Kodeimpulsfolge bestimmt und die Anzahl möglicher Anfangszustände sehr gross ist und in der Sendestation sowie in der Empfangsstation der Anfangszustand durch eine in der Sendestation und in der Empfangsstation gespeicherte erste Zustandsinformation, die als Basisschlüssel bezeichnet wird, und durch eine zweite Zustandsinformation bestimmt wird, die als Nachrichtenschlüssel bezeichnet wird und die in einer der Stationen beliebig gewählt und zu der anderen Station übertragen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-Patentschrift 3 291 908 bekannt.

In Fernmeldenetzen, in denen zur Geheimhaltung der

Nachrichten das obengenannte Verfahren angewandt wird, gibt es oft das Bedürfnis, eine Anzahl Basisschlüssel zu verwenden, beispielsweise um die Stationen in Gruppen mit je einem eigenen Basisschlüssel aufteilen zu können oder um Nachrichten in Gruppen mit je einem eigenen Basisschlüssel klassieren zu können. Die Anzahl Basisschlüssel, die aus deutlichen Gründen auch Tagesschlüssel genannt werden, kann einige Zehn betragen. Die Tagesschlüssel werden meistens in abgesicherten Speicherteilen (Kompartimenten) der Kodieranordnung gespeichert, in welchem Zusammenhang die Bezeichnung «Schlüsselkompartimentierung» Eingang gefunden hat.

Die Verwendung einer Vielzahl von Tagesschlüsseln erfordert in einer Empfangsstation die Einstellung des richtigen Tagesschlüssels, der von der Gegenstation und/oder der Art der Nachricht abhängig sein kann. Diese; Einstellung erfolgt bisher von Hand, was eine Tätigkeit einer bedienenden Person erfordert und zugleich Irrtümmern ausgesetzt ist.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren der obengenannten Art zu schaffen, nach dem in der Empfangsstation der richtige Tagesschlüssel (Basisschlüssel) automatisch eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Sendestation eine Anzahl möglicher Basisschlüssel gespeichert sind, dass in der Sendestation und in der Empfangsstation vor der Verarbeitung der Nachrichtenimpulse ein erster Teil eines Nachrichtenschlüssels mit einem gewählten Basisschlüssel zum Bestimmen eines Anfangszustandes des Kodegenerators kombiniert wird und in der Sendestation die klaren Nachrichtenschlüsselimpulse, die eine Folge eines zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl daraus abgeleiteter Prüfzeichen darstellen, mit den Kodeimpulsen zum Erhalten eines kodierten Nachrichtenschlüssels gemischt werden und in der Empfangsstation die kodierten Nachrichtenschlüsselimpulse mit den Kodeimpulsen gemischt werden und dieser letzte Schritt jeweils wiederholt wird, ausgehend von jeweils einem anderen Basisschlüssel, bis als Resultat der Mischung eine Folge eines dekodierten zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl dekodierter Prüfzeichen, die dem in der Empfangsstation aus dem dekodierten zweiten Teil des Nachrichtenschlüssels abgeleiteten Prüfzeichen entsprechen, erhalten wird, wodurch der richtige Anfangszustand des Kodegenerators in der Empfangsstation, der zum einwandfreien Dekodieren der kodierten Nachrichtenimpulse erforderlich ist, durch den zuletzt gewählten Basisschlüssel und die Kombination des ersten und des zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels bestimmt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In Fig. 1 wird eine Sendestation S und eine Empfangsstation R eines Systems zur Übertragung von Nachrichten unter Geheimhaltung, insofern dies zum Erläutern des erfindungs-gemässen Verfahrens notwendig ist, dargestellt.

Es sei bemerkt, dass das erfindungsgemässe Verfahren nur dazu dient, in der Empfangsstation das Finden des richtigen Tagesschlüssels zu ermöglichen. Die darauffolgende Kodierung und Dekodierung der Nachrichtenimpulse kann auf die in der US-Patentschrift 3 291 908 beschriebenen Weise erfolgen. Die Empfangsstation R und die Sendestation S sind nur so weit detailliert dargestellt, wie es zum Erläutern des erfin-dungsgemässen Verfahrens notwendig ist. Die Anordnungen zum Kodieren und Dekodieren der Nachrichtenimpulse ist nur symbolisch angegeben.

Die Sendestation S enthält eine Sendeanordnung 1 für Klartext, beispielsweise einen Fernschreiber; die Empfangsstation R enthält eine Empfangsanordnung 2 für Klartext, beispielsweise ebenfalls einen Fernschreiber.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

652 544

Nachrichten, die von der Sendestation_S zu der Empfangsstation R durch den Übertragungskanal 3 übertragen werden, werden in der Sendestation dadurch kodiert, dass die Nachrichtenimpulse mit einer Reihe von Kodeimpulsen in einer Mischanordnung 4 gemischt werden. In der Empfangsanordnung werden die kodierten Nachrichtenimpulse mit einer identischen Reihe von Kodeimpulsen in einer Mischanordnung 5 gemischt. Die Reihe von Kodeimpulsen, die einen Zufallscharakter hat, wird in der Sendestation von dem Kodeimpulsgenerator 6 und in der Empfangsstation von dem identisch aufgebauten Kodeimpulsgenerator 7 erzeugt. Das Resultat ist eine Reihe Nachrichtenklarimpulse an dem Ausgang der Mischanordnung 5, wenn tatsächlich die Impulsgeneratoren 6 und 7 identische Reihen von Kodeimpulsen liefern.

Eine Reihe von Kodeimpulsen wird durch den Anfangszustand des Kodeimpulsgenerators bestimmt, wobei die Anzahl Anfangszustände im Vergleich zu 10 exp. 10 (10'°) zu gross ist.

Der Anfangszustand des Impulsgenerators 6 wird durch einen Tagesschlüssel und einen Nachrichtenschlüssel bestimmt. Der Nachrichtenschlüssel wird von einem Zufallgenerator 8 geliefert. Der Tagesschlüssel ist in einem gesicherten Speicher 9 gespeichert. Der Nachrichtenschlüssel wird durch den Übertragungskanal 3 zu der Empfangsstation R übertragen. In der Empfangsstation ist der Tagesschlüssel in einem gesicherten Speicher 10 gespeichert. Der Anfangszustand des Impulsgenerators 7 kann also durch den Tagesschlüssel aus dem Speicher 10 und den empfangenen Nachrichtenschlüssel bestimmt werden. Die Verschlüsselung der Nachrichtenübertragung liegt hier in dem Anfangszustand des Impulsgenerators. Die Information über den Anfangszustand wird dadurch erhalten, dass der Tagesschlüssel mit dem Nachrichtenschlüssel in den Mischanordnungen 11 und 12 gemischt wird.

Die Konstruktionen der Mischanordnung 4, 5,11 und 12 und der Impulsgeneratoren 6 und 7 sowie des Zufallsgenerators 8 sind bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 291 908.

Betrachtet wird nun der Fall, dass eine Anzahl Tagesschlüssel verwendet wird, wobei die Empfangsstation aus einer Gruppe von Tagesschlüsseln eine Auswahl machen muss. Die Tagesschlüssel sind in Kompartimenten der Speicher 9 und 10 gespeichert und können daraus durch Abruf erhalten werden. In der Sendestation S wird ein bestimmter Tagesschlüssel gewählt. Es wird vorausgesetzt, dass in der Empfangsstation R dieser Tagesschlüssel in einem der Spei-cherkompartimente des Speichers 10 gespeichert ist. Es werden in bezug auf das Kompartiment, in dem sich dieser Tagesschlüssel befindet, keine Vorkenntnisse vorausgesetzt.

Der Nachrichtenschlüssel wird von dem Zufallsgenerator 8 erzeugt. Ein bestimmtes Verfahren wird nun befolgt,

dass es ermöglichen soll, in der Empfangsstation den Tagesschlüssel automatisch zu bestimmen.

Der Nachrichtenschlüssel, der beispielsweise aus zehn Zeichen besteht, wird in einen ersten Teil I zu fünf Zeichen und einen zweiten Teil II zu fünf Zeichen aufgeteilt. Der Nachrichtenschlüssel wird in einem Umlaufspeicher 13 gespeichert. Der Teil I des Nachrichtenschlüssels wird ausserdem in einem Speicher 14 gespeichert.

Der Teil I des Nachrichtenschlüssels wird mit dem Tagesschlüssel in der Mischanordnung 11 gemischt.

Das Resultat der Mischung bestimmt den Anfangszustand des Kodeimpulsgenerators 6. Weiterhin wird der Teil I des Nachrichtenschlüssels durch den Übertragungskanal 3 zu dem Speicher 15 der Empfangsstation übertragen, wozu die Schalter 16 und 17 in der Stellung (1) eingestellt sind. Diese

Übertragung kann zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und zur Bezeichnung des Anfangs einer neuen Nachricht eine Anzahl Male, beispielsweise fünfmal wiederholt werden, wozu der Speicher 13 mit einer Rückführungsleitung versehen ist.

Nach der Übertragung des Teils 1 des Nachrichtenschlüssels wird eine Folge von Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels durch Mischung mit den Kodeimpulsen des Impulsgenerators 6 kodiert, dessen Anfangszustand durch den Tagesschlüssel und den Teil I des Nachrichtenschlüssels bestimmt ist. Dazu wird der Teil II des Nachrichtenschlüssels eine Anzahl Male, beispielsweise fünfmal, der Mischordnung 4 zugeführt, wozu der Schalter 18 in der Stellung (2) steht. Das Resultat der Mischung ist ein kodierter Nachrichtenschlüssel, der aus einer kodierten Folge von fünf Wiederholungen des Teils II des klaren Nachrichtenschlüssels besteht. Dieser kodierte Nachrichtenschlüssel wird durch den Übertragungskanal 3 zu dem Speicher 19 der Empfangsstation übertragen, wozu die Schalter 16 und 17 in der Stellung (2) stehen.

In der Empfangsstation wird der Tagesschlüssel eines beliebigen Kompartimentes des Speichers 10 mit dem Teil I des Nachrichtenschlüssels in der Mischanordnung 12 gemischt. Das Resultat der Mischung bestimmt den Anfangszustand des Kodeimpulsgenerators 7.

Der kodierte Nachrichtenschlüssel, der im Speicher 19 gespeichert ist, wird durch Mischung mit den Kodeimpulsen des Impulsgenerators 7 dekodiert. Dazu wird der kodierte Nachrichtenschlüssel einer Mischanordnung 5 zugeführt, wozu der Schalter 20 in der Stellung (1) steht. Das Resultat der Mischung wird dem Prüfkreis 21 zugeführt, wozu der Schalter 22 in der Stellung ( 1 ) steht.

Der kodierte Nachrichtenschlüssel besteht aus einer kodierten Folge von fünf Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels, also aus fünfmal fünf bzw. fünfundzwanzig Zeichen. Der Prüfkreis 21 ermittelt nun, ob die fünfundzwanzig dekodierten Zeichen fünf gleiche Gruppen zu fünf Zeichen bilden, dabei eine gewisse Möglichkeit von Übertragungsfehlern berücksichtigend. Dazu wird untersucht, ob das erste Bit jedes Zeichens den ersten Bits aller anderen Zeichen entspricht. Dasselbe wird für das zweite Bit und die folgenden Bits jedes Zeichens wiederholt. Wenn die Anzahl Übereinstimmungen kleiner ist als ein eingestellter Schwellenwert, ist das Resultat der Prüfung negativ und im anderen Fall positiv.

Wenn die von dem Prüfkreis 21 durchgeführte Prüfung negativ ist, wird unter Ansteuerung des Prüfkreises 21 der Tagesschlüssel eines anderen Kompartiments des Speichers 10 gewählt. Weiterhin wird unter Ansteuerung des Prüfkreises 21 abermals der kodierte Nachrichtenschlüssel dem Speicher 19 entnommen und der Mischanordnung 5 zugeführt. Wenn sich danach herausstellt, dass die Prüfung wieder negativ ist, wird wieder ein anderes Kompartiment des Speichers 10 gewählt und das Vorhergehende wiederholt, bis die Prüfung positiv ist. Der gesuchte Tagesschlüssel ist dann der Tagesschlüssel des letztgewählten Kompartiments des Speichers 10.

Nach einer positiven Prüfung kann der Teil II des Nachrichtenschlüssels durch die gestrichelt dargestellte Verbindung vom Prüfkreis 21 dem Speicher 15 zugeführt werden. Der Anfangszustand des Impulsgenerators 7 kann dann dadurch bestimmt werden, das der zuletzt gewählte Tagesschlüssel mit dem vollständigen Nachrichtenschlüssel gemischt wird. Weiterhin kann die Empfangsstation in den Zustand zum Dekodieren der Nächrichtenimpulse gebracht werden, in dem der Schalter 17 in der Stellung (3) und die Schalter 20 und 22 in der Stellung (2) stehen.

In der Sendestation kann nach dem Aussenden des kodierten Nachrichtenschlüssels der Teil II des Nachrichtenschlüssels durch die gestrichelt dargestellte Verbindung von

5

.10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

652 544

4

dem Speicher 13 dem Speicher 14 zugeführt werden. Der Anfangszustand des Impulsgenerators 6 kann dann dadurch bestimmt werden, dass der Tagesschlüssel mit dem vollständigen Nachrichtenschlüssel gemischt wird. Weiterhin kann die Sendestation in den Zustand zum Kodieren der Naehrichten-impulse gebracht werden, in dem der Schalter 16 in der Stelr lung (2) und der Schalter 18 in der Stellung (1) steht.

Das Kodieren und Dekodieren der Nachrichten unter Verwendung des in der Sendestation gewählten Tagesschlüssels und des in der Empfangsstation automatisch gesuchten Tagesschlüssels und des in der Sendestation beliebig gewählten und zu der Empfangsstation übertragenen Nachrichtenschlüssels kann nun auf bekannte Weise erfolgen.

Obenstehend ist beschrieben worden, dass eine kodierte Folge von Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels durch die Sendestation zu der Empfangsstation übertragen wird. Wenn diese Folge mit dem richtigen Tagesschlüssel dekodiert wird, wird eine Folge von Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels erhalten. Wird jedoch ein anderer Tagesschlüssel verwendet, so entsteht eine Folge relativ beliebiger Zeichen, die nicht die charakteristischen Wiederholungen einer Gruppe von Zeichen umfasst, wie dies bei Verwendung des richtigen Tagesschlüssels der Fall wäre. Ein Kriterium kann festgelegt werden, mit dem eine Folge relativ beliebiger Zeichen von einer Folge unterschieden werden kann, in der Wiederholungen einer Gruppe von Zeichen auftreten. Diese Funktion wird vom Prüfkreis 21 durchgeführt.

Statt der Übertragung einer kodierten Folge einer Anzahl Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels kann in dem obenstehend beschriebenen Verfahren die Übertragung einer kodierten Folge des Teils II des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl daraus berechneter Prüfzeichen angewandt werden. In der Empfangsstation werden nach 5 Dekodierung dieser Folge aus dem dekodierten Teil II des Nachrichtenschlüssels Prüfzeichen auf dieselbe Weise wie in der Sendestation berechnet. Diese in der Empfangsstation erzeugten Prüfzeichen werden mit den dekodierten Prüfzeichen verglichen. Wenn dabei die Anzahl Übereinstimmungen io kleiner ist als ein eingestellter Schwellenwert, ist das Resultat der Prüfung negativ und ist bei der Dekodierung offenbar von dem falschen Tagesschlüssel ausgegangen worden. Die Dekodierung wird dann abermals durchgeführt, aber mit einem anderen Tagesschlüssel. Dies wird gegebenenfalls wie-15 derholt, und zwar jeweils mit einem anderen Tagesschlüssel, bis die in der Empfangsstation erzeugten Prüfzeichen (im wesentlichen) den dekodierten Prüfzeichen entsprechen. Auf diese Weise wird mit der Übertragung von Prüfzeichen derselbe Effekt erreicht wie mit der Übertragung der Wiederho-20 lungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels.

Das Berechnen der Prüfzeichen kann auf eine Weise erfolgen, die für fehlerdetektierende oder fehlerkorrigierende Kodes bekannt ist. Es sei bemerkt, dass eine einfache Wiederholung eines Nachrichtenzeichens bereits ein Prüfzeichen bil-25 met in dem Sinne, dass damit ein Fehler in dem Nachrichtenzeichen detektiert werden kann. Durch den Begriff Prüfzeichen wird der Fall einer Zeichenwiederholung sowie eines aus der Nachricht jeweils auf verwickeitere Weise berechneten Prüfzeichens umfasst.

G

1 Blatt Zeichnungen