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Geheimhaltungsgerät Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Bildung des Schlüssels in Geheimhaltungsgeräten, insbesondere in Verschlüsselungsgeräten
für Telegraphiebetrieb.
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Bei der geheimen Übermittlung von Nachrichten verwendet man im allgemeinen
einen sogenannten »Schlüssel«, mittels dessen der Klartext der Nachricht in einen
für Unbefugte unleserlichen Text übergeführt wird. Dieser Schlüssel muß sowohl dem
Absender als auch dem Empfänger der Nachricht bekannt sein. Bei Geheimhaltungsgeräten
erfolgt die Umformung von Klartext in chiffrierten Text maschinell. Die beim Absender
und Empfänger verwendeten Geräte müssen dabei die Umformung und Rückformung nach
dem gleichen Gesetz, d. h. unter Verwen(dun.g identischer Schlüssel, sicherstellen.
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Bei der Chiffrierung von telegraphisch übertragenen Nachrichten sieht
man beispielsweise auf der Senderseite und auf der Empfangsseite Geräte vor, welche
sendeseitig eine Umwandlung der den zu übertragenden Schriftzeichen entsprechenden
Klarschriftkombinationen bewirken und diese empfangsseitig durch einen umgekehrten
Prozeß wieder herstellen. Zu diesem Zweck erzeugt man eine Folge von Stromschrittkombinationen,
welche die gleiche Zahl von Stromschritten je Kombination aufweisen, wie die Klars,chriftkoml),nnat:ionen,
deren Aufeinanderfolge aber so regellos wie möglich ist. Die einzelnen Stromschritte
der Klarschriftkombinationen und der Verschlüsselungskombinationen werden nach der
sogenannten Vorzeichenregel kombiniert. Diese sieht vor, daß gleichnamige, d. h.
gleichzeitig positive oder negative Stromschritte von Klarschrift- und Verschlüsselungskombinationen
wiederum einen positiven, ungleichnamige dagegen einen negativen Stromschritt der
verschlüsselten Kombination ergeben. Die so gebildeten, verschlüsselten Kombinationen
werden zum Empfänger übertragen, wo sie wiederum mit der gleichen Folge von Verschlüsselungskombinationen
kombiniert werden und so die Stromschrittkombinationen der Klarschrift wieder hergestellt
werden. Die vom sendeseitigen und empfangsseitigen Gerät erzeugte Folge der Verschlüsselungskombinationen
stellt den Schlüssel des Systems dar.
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Der Geheimhaltungsgrad solcher Geräte ist dabei um so größer, je »regelloser«
der Schlüssel ist, d. h. je weniger der chiffrierte Text das Gesetz erkennen läßt,
nach welchem die Umformung von Klartext in Chiffriertext erfolgt. Im Idealfall ist
ein Schlüssel völlig »regellos«, d. h., die Aufeinanderfolge beispielsweise der
Verschlüsselungskombination gehorcht nur den Gesetzen des Zufalls, und der Schlüssel
ist somit unendlich lang, d. h., er wiederholt sich nicht. Der Regellosigkeit und
Länge eines maschinell erzeugten Schlüssels sind aber grundsätzlich und darüber
hinaus aus wirtschaftlichen Gründen Grenzen gesetzt. Man muß sich damit begnügen,
das Bildungsgesetz so untdurchsichtig wie möglich zu machen und eine Mindestlänge
des Schlüssels sicherzustellen, innerhalb welcher sich der Schlüssel nicht wiederholt.
Eine weitere Forderung bei solchen Geräten besteht darin, ,daß es auf einfache Weise
möglich sein muß, neue, veränderte Schlüssel sicherzustellen, und zwar soll eine
möglichst geringfügige Änderung an den Geräten eine möglichst starke Abänderung
des Schlüssels bewirken.
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Zur maschinellen Erzeugung der Schlüssel für den vorstehend erwähnten
Zweck sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. Neben der Aufzeichnung der Verschlüsselungskombinationen
auf einem Lochstreifen, der eine bestimmte Mindestlänge aufweisen muß, sind Anordnungen
bekanntgeworden, bei denen eine Anzahl von N ockenrädern verwendet wird, welche
Kontakte betätigen, aus deren Stellung dann die Folge der Verschlüsselungskombinationen
abgeleitet wird. Die Fortschaltung der Nockenräder erfolgt meist schrittweise und
mittels geeigneter Übersetzungen. Zur Erzielung einer möglichst großen Periodenlänge
des Schlüssels sind besondere Maßnahmen erforderlich. Bei bekannten Anordnungen,
zum Beispiel, bei denen die Umfangsteilung sämtlicher Nockenräder gleich ist, bei
denen ferner mindestens ein Teil zu einer kaskadenartig angeordneten Gruppe derart
zusammengefaßt ist, daß die schrittweise Fortschaltung jeweils in der Kaskade höherer
Elemente von der Stellung niederer beeinflußbar ist, ergibt sich trotz der Verwendung
beispielsweise von Zahnradgetrieben mit fehlenden Zähnen am Umfang an mehreren Stellen
der Kaskadpnanordnung die Tatsache, da@ß die mit, solchen Anordnungen erreichte
Schlüssellänge sehr viel geringer
ist als die theoretisch mögliche
Länge, welche gleich der Zahl aller möglichen Stellungskombinationen der Elemente
ist; das ist dadurch bedingt, daß bei dieser bekannten Anordnung innerhalb der kaskadenartigen
Gruppe die Antriebsorgane mechanisch »hintereinandergesclialtet« sind, d. h. unmittelbar
über niedrigere Elemente, also von diesen abhängig, auf jeweils höhere Elemente
der Kaskade einwirken können. Es ist deshalb auch beispielsweise vargeschlagen worden,
\Tockensclieiben mit verschiedener Teilung zu verwenden, welche vorzugsweise verschiedenen
Primzahlen entsprechen oder wenigstens möglichst teilerfremd sind. Solche Bedingungen
stellen jedoch eine außerordentliche konstruktive Erschwerung dar und verteuern
die Geräte unverhältnismäßig stark.
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Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, diese Nachteile zu vermeiden;
sie geht zwar ebenfalls aus von einer Anordnung zur Bildung des Schlüssels in Geheimhaltungsgeräten
durch fortlaufende Permutierung der gegenseitigen Stellung einer Anzahl schrittweise
fortschaltbarer umlaufender, die gleiche Umfangsteilung aufweisender Elemente in
derartiger Anordnung, ,daß abhängig von deren. Stellung der Schlüssel gebildet wird,
und von denen mindestens ein Teil zu einer kaskad@enartig angeordneten. Gruppe derart
zusammengefaßt ist, daß die schrittweise Fortschaltung jeweils in der Kaskade höherer
Elemente von der Stellung niederer beeinflußbar ist. Sie ist jedoch, im Gegensatz
zu der »Hintereinanderschaltung« der Antriebsorgane des bekannten Geräts, dadurch
gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß innerhalb der kaskadenartig angeordneten Elementengruppe
die Antriebsorgane derart parallel geschaltet sind, d. h. unabhängig voneinander
auf jeweils höhere Elemente derart ainwirkungsfähig sind, daß die schrittweise Fortschaltung
des jeweils höheren Elementes abhängig von der Stellung sämtlicher niedrigerer Elemente
steuerbar ist, und zwar in der Weise, daß die Fortschaltung des jeweils höheren
Elementes nur dann um einen Schritt unterbrochen wird, wenn alle niedrigeren Elemente
der Gruppe gleichzeitig eine bestimmte Stellung einnehmen.
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Die Erfindung soll in folgendem an Hand der Zeichnungen erläutert
werden, wobei Fig. 1 als Ausführungsbeispiel eine Anordnung zur Erzeugung einer
Folge von Stromschrittkombinationen zur Verschlüsselung von Telegraphiezei.chen
in teils perspektivischer, teils schematischer Darstellung zeigt; Fig. 2 und 3 zeigen
Abänderungen der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, und Fig. -1 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel
eine Anordnung zur Bildung des Schlüssels in einer Chiffriermaschine in perspektivisch
schematischer Darstellung und Fig.5 die konstruktive Ausgestaltung der in den Geräten
der Fig. 1, 2 und 3 verwendeten Nockenräder. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung
als Ausführungsbeispiel ein Gerät zur Erzeugung einer Folge von Verschlüsselungskombinationen,
bei welchem das Prinzip der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangt. Das Gerät
enthält eine Anzahl, beispielsweise neun 'ockenräder, mit je zwei zugeordneten Kontakten
und dem zugehörigen Fortschaltmechanismus. Das Nockenrad 9 mit den zugehörigen Kontakten
ist perspektivisch dargestellt, die anderen Nockenräder 1 bis 8, welche grundsätzlich
gleich aufgebaut sind wie das Rad 9, sind der Übersichtlichkeit halber nur schematisch
dargestellt. Das Nockenrad 9 ist starr mit einem Klinkenrad 31 gekuppelt und auf
einer Welle 32 drehbar gelagert. Das Rad 9 trägt am Umfang eine Anzahl Schaltnocken
33, welche bei der schrittweisen Fortschaltung des Rades nacheinander unter die
Tastfeder 34 des Kontaktes 19 gelangen und diese betätigen. Die Anzahl der Nocken
und ihre Verteilung entlang des Umfanges des Rades ist für die einzelnen N ockenräder
1 bis 9 verschieden, dagegen weisen, wie schematisch angedeutet, alle Räder gleiche
Teilung auf, d. h., die Zahl der Zähne und damit die Zahl der Stellungen, die ein
jedes Rad bei der schrittweisen Fortschaltung während einer Umdrehung durchläuft,
ist für alle Räder gleich. Neben den Nocken 33 befindet sich am Umfang des Nockenrades
zusätzlich ein Nocken 35, welcher die Tastfeder 36 des zweiten zugeordneten Kontaktes
29 betätigt. Die Tastfeder 36 ist so angeordnet, daß sie durch die Nocken 33 nicht
betätigt werden kann, so daß der Kontakt 29 nur ein einziges Mal während einer Umdrehung
des Rades 9 betätigt wird. Alle anderen Räder besitzen ebenfalls einen solchen zusätzlichen
Schaltnocken, welcher jeweils den zugeordneten Kontakt 21 bis 28 einmal während-
einer vollen Umdrehung des Rades betätigt, Die Nocken 33, zusammen mit dem Kontakt
19, und entsprechend die Kontakte 11 bis 18 der anderen Räder, dienen zur Bildung
der Stromschri.ttkombinationen, die Nocken 35 mit den Kontakten 29 und entsprechend
die Kontakte 21 bis 28 zur Steuerung der schrittweisen Fortschaltung desjenigen
Teils der Nockenräder, welcher zu einer geordneten Gruppe zusainmengefaßt ist.
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Die schrittweiseFortschaltung der einzelnen Nockenräder erfolgt durch
den für das Nockenrad 9 gezeigten Transportmechanismus, der für alle anderen Räder
in der gleichen Form vorhanden ist. Eine Klinke 37 greift in das Klinkenrad 31 .ein.
Diese Klinihe ist auf dein Schwingenhebel 38 drehbar gelagert und wird durch eine
Blattfeder 39 gegen die Zähne des Rades 31 gedrückt. Durch eine Zugfeder 40 wird
der Hebel 38 gegen einen Nocken 41 gedrückt, welcher auf der Welle 42 sitzt. Die
Welle 42 wird durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Kraftquelle mit konstanter
Geschwindigkeit angetrieben. Dadurch wird der Hebel 38 periodisch nach unten gedrückt.
so daß der Klinkenhebel 37 das Rad 9 über das Klinkenrad 31 schrittweise, d. h.
also für jede Umdrehung der Welle 42 um einen Zahn, fortschaltet. An der Klinke
37 befindet sich eine Ankerplatte 43, welche einem Haltemagnet 59 gegenüberliegt.
Wird der Magnet 59,erregt, so hält er bei nach unten gedrücktem Schwinghebel die
Ankerplatte 43 kurzzeitig fest und verhindert so beim Beginn der Aufwärtsbewegung
des Schwinghebels das Einfallen der Klinke in den nächstfolgenden Zahn des Klinkenrades.
Dadurch wird der Transport des Nockenrades für diesen Schritt unterbrochen. Darstellungsgemäß
befindet sich der Nocken 41 auf der gleichen Welle wie die Bürste des (weiter unten
beschriebenen) rotierenden Verteilers 60. Die Flankenform des Nockens wird so bestimmt,
daß die Bewegung des Schwinghebels und damit die schrittweise Fortschaltung der
Nockenräder nur während der Zeitspanne erfolgt, innerhalb welcher sich die Bürste
auf dem sogenannten Ruhesegment 66 des Verteilers befindet.
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Die Fortschaltung der zu einer Gruppe zusammengefaßten Nockenräder
erfolgt durch eine iin folgenden näher beschriebene gegenseitige Zusammenschaltung
der Haltemagneten 52 bis 59 und der Nockenkontakte 21 bis 29. Die als Arbeitskontakte
ausgebildeten Kontakte 21 bis 29 sind hintereinandergeschaltet und mit dem Pluspol
der Stromquelle 45 verbunden. Die Halteniagnete
52 bis 59 sind
an diese Reihenschaltung der Kontakte in der Weise angeschlossen, daß jeweils der
Haltemagnet des nächsthöheren Rades nur über die Kontakte sämtlicher vorhergehenden
Räder mit der Stromquelle 45 verbunden ist.
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Durch die Schaltung wird erreicht, daß innerhalb der geordneten Gruppe
die schrittweise Fortschaltung des jeweils nächsthöheren Rades abhängig von der
Stellung sämtlicher niedrigerer Nockenräder gesteuert wird. Beispielsweise ist der
Haltemagnet 52 des Rades 2 über den Kontakt 21 des Rades 1, der Haltemagnet 53 des
Rades 3 über die Kontakte 22 und 21 der Räder 2 und 1 mit der Stromquelle verbunden
und so fort. Das Rad 2 wird also festgehalten, sobald der Kontakt geschlossen wird.
Das Rad 3 wird nur festgehalten, wenn gleichzeitig die Kontakte 21 und 22 geschlossen
sind, und das Rad 9 wird nur festgehalten, wenn gleichzeitig die Kontakte 21 bis
28 geschlossen sind. Für das Rad 21 ist kein Haltemagnet vorgesehen, dieses wird
also durch den Transportmechanismus dauernd schrittweise fortgeschaltet. Da die
Kontakte 21 bis 29 jeweils nur einmal während einer vollständigen Umdrehung betätigt
werden, wird also beispielsweise die schrittweise Fortschaltung d"s Rades 2 während
einer vollständigen Umdrehung des Rades 1 nur einmal für die Dauer eines Schrittes
unterbrochen. Die Fortschaltung des Rades 3 wird nur dann um einen Schritt unterbrochen,
wenn die Kontakte 21 und 22 gleichzeitig betätigt sind. Dies erfolgt aber nur, sobald
die Räder 1 und 2 sämtliche Möglichkeiten der gegenseitigen Stellung durchlaufen
haben, also nach einer Zahl von Transportschritten, die dem Produkt der Teilungen
der leiden Räder entspricht.
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Durch die Schaltung wird also erreicht, daß innerhalb der geordneten
Gruppe die gleiche Stellungskombination aller Räder erst dann wiederkehrt, wenn
sämtliche anderen möglichen Stellungskombinationen durchlaufen sind, d. h. nach
einer Zahl von Schritten, die gleich dem Produkt der Teilung aller zur Gruppe zusammengefaßten
Räder ist. Im Gegensatz zu einem Zählwerk, wie es z. B. von Addiermaschinen her
bekannt ist. wird aber die Fortschaltung der Nockenräder so wenig wie möglich unterbrochen,
und zwar nach bestimmten Perioden jeweils nur um einen Schritt, nämlich dann, wenn
alle niedrigeren Nockenräder der Gruppe alle nur möglichen zugehörigen Stellungskombinationen
durchlaufen haben. Diese fast ununterbrochene Fortschaltung aller Räder erhöht die
»Regellosigkeit« des aus der Stellung der Räder abgeleiteten Schlüssels außerordentlich
stark, wie weiter unten erläutert wird. Bei einem Zählwerk dagegen stehen die höherwertigen
Räder meist still und werden nur dann um einen Schritt fortgeschaltet, wenn die
niedrigeren Räder alle Kombinationen durchlaufen haben.
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Die Bildung der Stromschrittkombinationen erfolgt über die Kontakte
11 bis 19 mittels des umlaufenden Verteilers 60. Der Verteiler besitzt eine Anzahl
von Segmenten, welche gleich der Stromschrittzahl des für die lThertragung verwendeten
Impulskodes ist. Wird beispielsweise ein 5er-Kode verwendet, so besitzt der Verteiler,
wie in der Zeichnung dargestellt, fünf Segmente 61, 62, 63, 64 und 65 und ein Ruhesegment
66. Die Segmente sind über die Kontakte der Nockenräder mit dem Pluspol der Stromquelle
45 verbunden und werden durch die Bürste 67 nacheinander abgetastet. Die Bürste
67 steht über den Schleifring 68 mit der Ausgangskletnine 69 des Gerätes in Verbindung,
an welcher die Stromschrittkombinationen abgenommen werden können. Die Bürste 67
des Verteilers kann sich, wie bereits erwähnt, beispielsweise auf der gleichen Welle
befinden wie die Nocken, z. B. 41, des Transportmechanismus. Die Flankenform der
Nocken wird so bestimmt, daß die Fortschaltung der Nockenräder während der Zeitspanne
erfolgt, während welcher die Bürste 67 das Ruhesegment 66 überstreicht. Arbeitet
das Gerät nach dein sogenannten Start-Stop-Prinzip, so wird der Verteiler nach jeder
Umdrehung der Bürste wieder angehalten, sobald diese das Ruhesegment erreicht hat.
Die Verstellung der Nockenräder erfolgt dann also jeweils entweder unmittelbar nach
dem Anlaufen des Verteilers, d. h. vor dem Abtasten der Arbeitssegmente 61 bis 65
oder kurz vor dem Anhalten, d. h. nach dem Abtasten. Auf diese Weise werden die
Räder jeweils nach einer Umdrehung des Verteilers um einen Schritt weitergeschaltet,
und damit, entsprechend der zufälligen Stellung der Räder und der Nocken auf den
Rädern, die Kontakte 11 bis 19 betätigt.
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Um die Regellosigkeit der Anordnung zu vergrößern, wird die Zahl der
Kontakte zweckmäßigerweise höher gewählt als die Stellenzahl des verwendeten Impulskodes
und zwischen Kontakten und Verteiler z. B. ein Permutierschalter 46 eingeschaltet.
Bei diesem werden, beispielsweise durch einen drehbaren Kommutator mit der entsprechenden
Anzahl Segmenten, auf welchen eine gleiche Anzahl Bürsten schleift, die Verbindungen
zwischen den Eingängen und Ausgängen laufend vertauscht. Solche Permutierschalter
sind bekannt. Der Antrieb kann beispielsweise durch einen gleichen Transportmechanismus
wie den der Nockenräder erfolgen. Ein Teil der Ausgänge des Permutierschalters ist
mit den Segmenten des Verteilers 60 verbunden. Die restlichen Ausgänge des Permutierschalters
können zur Fortschaltung derjenigen Nockenräder verwendet werden, welche nicht zur
Gruppe gehören. Dies ist durch den Pfeil 70 angedeutet. Die Fortschaltung dieser
Räder hängt dann jeweils nur von der Stellung eines einzigen - wenn auch durch den
Permutierschalter dauernd wechselnden -- anderen Rades ab. Anstatt die Kontakte
11 bis 19, wie dargestellt, parallel an die Stromquelle anzuschließen, kann auch
eine sogenannte »Uinpolerkaskade« verwendet werden, wie dies im deutschen Patent
881060 beschrieben ist, wodurch die Regellosigkeit des Schlüssels ganz erheblich
erhöht wird.
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Es können, wie in der Zeichnung dargestellt, eine Anzahl von Hand
betätigter Umschalter 71, 72, 73 und 74 vorgesehen werden, welche es gestatten,
die Betätigung der Haltemagnete, beispielsweise der Magnete 54, 55, 56 und 57, wahlweise
gruppenartig oder über dien Permutierschalter 46 durch die Nockenkontakte 11 bis
19 erfolgen zu lassen. Befindet sich beispielsweise der Schalter 73 in der gezeichneten
Stellung, so ist der Haltemagnet 56 mit (lern Permutierschalter 46 verbunden. Die
Fortschaltung des Rades 6 hängt also, wie obenerwähnt, nur von der Stellung eines
einzigen Nockenrades ab. Der zugehörige Kontakt 25 ist überbrückt, und die Gruppe
besteht nur aus den Rädern 1, 2, 3, 4, 5, 7. Durch Umlegen der anderen Schalter
71, 72 und 74 kann die Zusammenfassung der Nockenräder zur Gruppe nach Wunsch erfolgen.
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Die beschriebene Anordnung hat einerseits den Vorteil, daß der Aufbau
des Gerätes durch die Verwendung von N ockenrädern und Klinkenschalträdern gleicher
Teilung verhältnismäßig billig wird. Die Zusamnienfassung eines Teils der Nockenräder
zu einer Gruppe andererseits stellt eine Minimallänge der
Periode
sicher, -nach welcher sich frühestens die Folge der Verschlüsselungskombinationen
wiederholt. Die Fortschaltung eines Teils der Räder, d. h. des nicht zur Gruppe
gehörigen Teils dagegen, abhängig von der Stellung jeweils nur eines anderen, Rades,
d;. h. darstellungsgemäß durch. An!sch.lu.ß der Haltemagnete an die Ausgänge dies
Permutierschalters, steigert schließlich die Regellosigkeit des Schlüssels und hat
ferner den Vorteil, daß durch geringe Veränderungen, beispielsweise das Versetzen
nur eines Rades, die Folge der Verschlüsselungskombinationen, d. h. der »Schlüssel«
des Gerätes sehr weitgehend verändert wird. Dieses durch einfache Mittel bewirkte
starke Verändern des Schlüssels erleichtert den Betrieb eines solchen Gerätes und
steigert die Sicherheit gegen unbefugtes Entschlüsseln.
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Im Gegensatz dazu maßten bei bisher bekanntgewordenen Geräten die
Räder verschiedene Teilung besitzen, die außerdem noch möglichst teilerfremd sein
sollen. Würde man dagegen bei solchen Geräten Nockenräder mit gleicher Teilung verwenden
und deren Fortschaltung in der bekannten Weise abhängig von der Nockenstellung jeweils
nur eines anderen Rades steuern, so besteht die Gefahr, daß durch nicht übersehbare
Zufälligkeiten beider Wahl der Lage der Nocken auf den einzelnen Rädern usw. sich
eine erheblich kürzere Minimalperiode ergibt, wodurch die unbefugte Entschlüsselung
der Nachrichten erleichtert und die Geheimhaltung gefährdet wird.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Gerätes, welches das Prinzips der vorliegenden Erfindung anwendet. Dieses
Gerät unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß die schrittweise
Fortschaltung der Nockenräder ohne mechanische Mittel durch die Magnete selbst erfolgt.
Die Nockenräder, der Klinkenmechanismus sowie die Anordnung der Kontakte 11 bis
19 stimmen mixt ,dienen des Gerätes der Fig. 1 überein. Im Gegensatz zu diesem erfolgt
die schrittweise Fortschaltung der Nockenräder durch taktweises Erregen der Magnete
51 bis 59. Die Anerkplatte 43 wird also taktweise angezogen und die Schwinge 38
nach unten bewegt. Nach Unterbrechung des Magnetstromkreises zieht die Feder 40
die Sch`vinge wieder nach oben und schaltet über die Klinke 37 und. das Klinkenrad
31 das Nockenrad 9 um einen Schritt weiter. Die gleiche Anordnung ist für die anderen
Scheiben 1 bis 8 vorgesehen. Da die Fortschaltung durch den Magnet erfolgt, maß
bei dieser Anordnung auch für .das Rad" 1 ein Transportmagnet 51 vorhanden sein.
Zur taktweisen Erregung dient ein Kontakt 80, welcher durch eine auf der Welle des
Verteilers 60 sitzende Exzenterscheibe 81 einmal je Umdrehung geschlossen wird.
Über diesen Kontakt 80 w ird die Reihenschaltung der Kontakte 121 bis 129 mit dem
Pluspol der Stromquelle 45 verbunden. Der Magnet 51 für das Rad 1 ist über den Kontakt
80 unmittelbar an die Stromquelle 45 angeschlossen. Das Rad 1 wird also, wie bei
der Anordnung der Fig. 1, fortlaufend schrittweise fortgeschaltet. Die Kontakte
121 biss 129 sind als Wechselkontakte ausgebildet und werden durch die Schaltnocken
der einzelnen Räder einmal pro Umdrehung betätigt. Beim Rad 9 wird beispielsweise
der Kontakt 129 durch den N ocken 35 betätigt. Die Ruhekontakte der Wechselkontakte
121 bis 129 sind parallel geschaltet und über den Impulskontakt 80 mit der Stromquelle
verbunden. Die Arbeitskontakte sind jeweils mit dem zugehörigen Schaltmagnet und
dem Mittelkontakt des in der Gruppe vorhergehenden Wechselkontaktes verbunden. Wie
man sieht, wird hierdurch wiederum eine zählwerkartige Fortschaltung der Räder bewirkt
in der Art und Weise, daß die schrittweise Fortschaltung des jeweils nächsthöheren
Nockenrades von der Stellung sämtlicher niedrigerer Nockenräder der Gruppe abhängt.
Wie hereits erwähnt, wird das Rad 1 mittels des Magnets 51 laufend schrittweise
fortgeschaltet. Der Magnet 52 ist über den Kontakt 121 in dessen Ruhelage mit dem
Impulskontakt 80 verbunden und wird so schrittweise fortgeschaltet. Die Fortschaltung
wird nur unterbrochen, wenn der Wechselkontakt 121 durch den Schaltnocken dies Rades
1 betätigt wird, also jeweils nur einmal während einer Umdrehung des Rads 1. Die
Fe.r ;schaltu.ng des Rades 3 durch,den@agnet53 wird, nur unterbrochesn, wenn die
Wechselkontakte 121 und 122 gleichzeitig betätigt werden. Ist nur einer der beiden
Kontakte betätigt, so wird der Magnet 53 trotzdem erregt. Ist beispielsweise der
Kontakt 121 betätigt, so ist der Magnet 53 direkt über den in Ruhestellung befindlichen
Kontakt 122 mit dem Impulskontakt 80 verbunden. Ist dagegen der Kontakt 122 betätigt,
so ist der Magnet 53 über den Arbeitskontakt 122, Mittelkontakt und Ruhekontakt
121 mit dem Impulskontakt verbunden. Es ist leicht einzusehen, daß bei dieser Schaltung
der Wechselkontakte der jeweilige Magnet nur dann nicht erregt wird und damit die
schrittweise Fortschaltung des zugehörigen Rades unterbrochen wird, wenn sämtliche
in der Gruppe vorhergehenden Kontakte betätigt sind.
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Auf diese Weise wird auch bei der Anordnung der Fig. 2 durch die Zusammenfassung
eines Teils der Räder zu einer geordneten Gruppe eine Minimallänge der Periode.
sichergestellt, di,- sich als Produkt Bier Teilung aller zur Gruppe zusammengefaßten
Nockenrädier ergibt. Die Kontakte 11 bis 19 zusammen mit dem Permutierschalter 46
und dein Vert: iler 60 dienen in der gleichen Weise wie bei der Anordnung der Fig.
1 zur Erzeugung der \'erschlüsselungskombinationen, welche an den Ausgangsklemmen
69 des Gerätes abgenommen werden können.
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Es ist selbstverständlich nicht erforderlich, daß stets die gleichen
Nockenräder zu der Gruppe zusammengefaßt sind. Beispielsweise können durch Umlegen
der Schalter 83 wahlweise die Magnete 56 bis 59 mit den Ausgängen 82 des Permutierschalters
verbunden und so abhängig von der Stellung über einen durch den Permutierschalter
ausgewählten Kontakt 11 bis 19 fortgeschaltet werden. Dann bilden lediglich die
Räder 1 bis 5 eine kaskadenartige Gruppe. Die Zusammenfassung der Räder 1 bis 5
zu einer geordneten Gruppe dient wieder zur Sich°rstellungeiner Minimallänge der
Periode des Schlüssels, während die Fortschaltung der anderen Räder über den Permutierschalter
hinweg eine Steigerung der Regellosigkeit und vor allem eine möglichst weitgehende
Veränderung des Schlüssels bei nur geringer Verstellung des Gerätes erreicht.
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Bei der Anordnung der Fig. 1 und 2 war für die Steuerung der Fortschaltung
der zur geordneten Gruppe zusammengefaßten Nockenräder ein durch einen besonderen
Schaltnocken betätigter Kontakt vorgesehen, wobei sich am Umfang jedes Rades nur
ein hTocken befand. Im Gegensatz dazu werden bei dein in Fig. 3 gezeigten weiteren
Ausführungsbeispiel die zur Bildung der Impulskombinationen verwendeten Kontakte
selbst zur Fortschaltung innerhalb der Gruppe verwendet. Die in Fig. 3 gezeigte
Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten Anordnung dadurch., daß
auf jedem Nockenrad zwei Kränze von Nocken vorhanden sind. Bei dem Nockenrad
9
z. B. dienen die Nocken 33 des einen Kranzes zur Betätigung des Kontaktes 19, die
Nocken 133 des zweiten Kranzes zur Betätigung des Kontaktes 229. Die Verteilung
der Nocken: entlang der beiden Kränze ist beliebig und für die verschiedenen Nockenräder
1 bis 9 verschieden. Alle Nockenräder besitzen aber wiederum gleiche Teilung. Diese
muß, um die Minimallänge einer Schlüsselperiode sicherzustellen, eine Primzahl sein.
Die neun Nockenräder 1 bis 9 betätigen also 18 Kontakte 11 bis 19 und 18 Kontakte
221 bis 229. Von diesen liegen darstellungsgemäß die Kontakte 11 bis 19 und 225
bis 229 parallel am Pluspol der Batterie 45, und ihre Arbeitskontakte sind zu dem
Eingang des Permutierschalters 46 geführt. Ein Teil der Ausgänge des Permutierschalters
46 ist mit den Segmenten des rotierenden Verteilers 60 verbunden, so daß am Ausgang
69 wiederum die Impulskombinationen abgenommen werden können. Die restlichen Ausgänge
90 des Permutierschalters sind darstellungsgemäß mit den Fortschaltmagneten 56 bis
59 verbunden, so daß die Fortschaltung der zugehörigen Räder 6 bis 9 abhängig von
der Stellung nur eines -durch den Permutierschalter 46 beliebig ausgewählten - Kontaktes
erfolgt. Die Kontakte 221 bis 224 sind dagegen in Reihe geschaltet und über den
Impulskontakt 80 mit dem Pluspol der Stromquelle 45 verbunden. Die Magnete 51 bis
55 sind mit der Reihenschaltung so verbunden, daß der Magnet 51 unmittelbar, die
Magnete der anderen Räder jeweils nur über die Kontakte aller in der Gruppe vorhergehenden
Räder mit dem Impulskontakt verbunden sind. Innerhalb der die Räder 1 bis 5 umfassenden
Gruppe hängt also die schrittweise Fortschaltung des jeweils nächsthöheren Rades
von der Stellung sämtlicher niedrigeren Nockenräder ab.
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Es zeigt sich, daß bei der Verwendung einer Primzahl für die Teilung
der Nockenräder die Minimallänge der Periode sich wiederum als Produkt der Teilung
aller zur Gruppe zusammengefaßten Räder ergibt. Wegen der Verwendung einer Primzahl
werden selbst im ungünstigsten Fall, z. B. bei einer aus zwei Rädern bestehenden
Gruppe, die Räder erst dann wieder in ihre gemeinsame Ausgangsstellung zurückkehren,
wenn das erste Rad eine Zahl von Umdrehungen ausgeführt hat, welche gleich seiner
Teilung ist. Infolge der Hintereinanderschaltung der Kontakte kehren die nächsthöheren
Räder erst dann in ihre Ausgangslage zurück, wenn die in der Gruppe vorhergehenden
Räder sämtliche möglichen Stellungskombinationen durchlaufen haben.
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Wie bereits erwähnt, wird bei den als Ausführungsbeispielen gebrachten
obigen Anordnungen die Zahl der Unterbrechungen der schrittweisen Fortschaltung
der einzelnen Elemente, in dem vorliegenden Fall also der Nockenräder, innerhalb
der gesamten Periode ein Minimum. Das heißt, die Fortschaltung wird für jedes einzelne
Element jeweils nur so oft unterbrochen, wie erforderlich ds't, .damit während der
gesamten Periode der Permutierung alle nur überhaupt möglichen. Stellungskombinationen
durchlaufen werden. Das niederste Element der Gruppe wird ununterbrochen schrittweise
fortgeschaltet, während die Fortschaltung der einzelnen höheren Elemente der Gruppe
jeweils nur dann für einen Schritt unterbrochen wird, wenn sämtliche niedrigeren
Elemente der Gruppe alle möglichen Stellungskombinationen durchlaufen haben. In
dem vorliegend gebrachten Beispiel wurde das dadurch erreicht4, daß innerhalb der
Gruppe die Fortschaltung des jeweils höheren Elementes nur dann um einen Schritt
unterbrochen wird, wenn alle niedrigeren Elemente der Gruppe gleichzeitig eine bestimmte
Stellung einnehmen.
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Wie aus der Kombinationslehre bekannt, ergibt sich die Zahl der möglichen
Kombinationen als Produkt der Stellungszahlen aller Elemente. Die Fortschaltung
der Elemente in der beschriebenen Weise, d. h. daß die Zahl der Unterbrechungen
der Fortschaltung der einzelnen Elemente ein Minimum annimmt, hat den Vorteil, daß
bei jedem Schritt eine möglichst große Anzahl von Elementen verstellt wird. Dadurch
wird eine unbefugte Dechiffrierung ganz erheblich erschwert, da das Gesetz der Schlüsselbildung
um so weniger leicht erkennbar ist, je größer die Anzahl der zur Bildung des Schlüssels
beitragenden Elemente ist, welche von Schritt zu Schritt verstellt werden.
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Weisen beispielsweise die Nockenräder der Fig. 1 26 Stellungen auf,
so ist die Zahl der möglichen Kombinationen, welche gleichzeitig die Periodenlänge
des Schlüssels darstellt: 265. Während dieser Periode macht das niederste Rad 265
Schritte, das höchste Rad der Gruppe 265-264 Schritte.
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Diese Eigenschaft unterscheidet eine solche Anordnung grundsätzlich
von der Fortschaltung, wie sie bei einem gewöhnlichen Zählwerk verwendet wird, wo
das nächsthöhere Rad jeweils nur um einen Schritt fortgeschaltet wird, sobald das
vorhergehende eine ganze Umdrehung ausgeführt hat. Bei einem solchen Zählwerk beträgt
zwar -unterer Voraussetzung von Elementen mit 26 Stellungen - die Periodendauer
wiederum 265 Schritte, innerhalb der gesamten Periode macht dagegen das höchste
Rad nur 26 Schritte.
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Würde man das Prinzip eines gewöhnlichen Zählwerks zur Fortschaltung
innerhalb eines schlüsselerzeugen-len Gerätes verwenden, so wirkt sich. diese verringerte
Zahl der Fortschaltungen der einzelnen Elemente nachteilig auf den Geheimhaltungsgrad
aus. Je geringer nämlich die Zahl der von Schritt zu Schritt vorgenommenen Veränderung
ist, um so einfacher läßt sich aus dem chiffrierten Text das Gesetz der Verschlüsselung
ableiten und damit die verschlüsselte Nachricht entziffern.
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Bei der Anordnung der Fig.3 wird zwar für die einzelnen Elemente nicht
die hohe Schrittzahl erreicht wie bei der Anordnung der Fig. 1 und 2, da hier je
nach der Zahl der zufällig auf den vorhergehenden Elementen der Gruppe vorhandenen
Nocken eine häufigere Unterbrechung der Fortschaltung stattfindet. Trotzdem ist
die Schrittzahl der einzelnen Elemente innerhalb einer Gesamtperiode immer noch
erheblich höher als bei einem gewöhnlichen Zählwerk.
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Die Erfindung ist nun keineswegs eingeschränkt auf Geräte, wie sie
als Ausführungsbeispiele in den Fig. 1 bis 3 beschrieben sind, auf Geräte also,
mit denen eine Folge von Stromschrittkomb@inationen zur Verschlüsselung von Telegraphiezeichen
erzeugt wird.
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Die Erfindung kann vorteilhafterweise auch verwendet werden bei Chiffriermaschinen,
wie diese mehrfach bekanntgeworden sind. Solche Maschinen besitzen eine schreibmaschinenartige
Tastatur. Schlägt man auf diesen den Klartext an, so wird durch eine laufende oder
periodische Vertauschung der Zuordnung von Tasten und Drucktypen der chiffrierte
Text niedergeschrieben.
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Dies wird erreicht, wie dies in der Fig. 4 in perspektivisch schematischer
Darstellung gezeigt ist, beispielsweise durch Verwendung einer Anzahl vors
Permutierschaltern,
welche zwischen Tasten und Typen eingeschaltet sind. Der Schlüssel ergibt sich dann
aus der gegenseitigen Stellung der hintereinandergeschalteten Permutierschalter,
die nach einem möglichst komplizierten Gesetz verändert wird. Die Stellung der Permutierschalter
kann ebenfalls unter Verwendung des Prinzips der vorliegenden Erfindung verändert
werden.
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Die Maschine besitzt einen Satz von Tasten 201, welcher der Tastatur
einer gewöhnlichen Schreibmaschine ähnelt. Die einzelnen Tasten sind mit Drucktypen
gekuppelt und drucken bei Betätigung der Tasten wie bei einer Schreibmaschine den
Klartext ab. Ferner ist jede Taste mit einem Kontakt des Kontaktsatzes 204 gekuppelt.
Diese Kontakte sind einzeln mit den Magneten 205 verbunden. Die Magnete 205 ihrerseits
betätigen ein zweites Druckwerk, so daß immer ein Typenhebel des zweiten Druckwerks
betätigt wird, wenn der mit den entsprechenden Magneten 205 verbundene Kontakt 204
geschlossen wird. Die Kontakte 204 und die Magnete 205 sind nun über fünf hintereinandergeschaltete
Permutierschalter miteinander verbunden. Jeder dieser Schalter 206 bis 210 besteht
darstellungsgemäß aus einer Scheibe 211, welche auf beiden Seiten mit gegeneinander
isolierten Segmenten 212 und 213 versehen ist. Die Zahl der Segmente auf jeder Seite
entspricht der Zahl der Kontakte 204 bzw. der Magnete 205. Den Segmenten 212 bzw.
213 gegenüber steht die gleiche Anzahl Schleifbürsten 214 und 215. Die Segmente
auf den beiden Seiten einer Scheibe sind nun möglichst regellos paarweise untereinander
verbunden, so daß immer eines der Segmente 212 mit einem beliebigen der Segmente
213 verbunden ist. Alle Permutierschalter 206 bis 210 sind in gleicher Weise aufgebaut,
und sämtliche Permutierschalter sind hintereinander geschaltet, d. h., die auf der
rechten Seite des Schalters 206 schleifenden Bürsten sind mit den auf der linken
Seite des Schalters 207 schleifenden Bürsten verbunden und so fort. Der Bürstensatz
214 ist mit den Kontakten 204, der Bürsteinsatz 217 mit den Magneten 205 verbunden.
Es ist leicht einzusehen, daß je nach der Stellung der fünf hintereinandergeschalteten
Schalter 206 bis 210 ein beliebiger Kontakt des Satzes 204 mit einem beliebigen
Magnet des Satzes 205 verbunden ist. Schlägt man eine Taste des Satzes 201
an, so wird durch den zufällig in diesem Augenblick mit dieser Taste verbundenen
Magnet der entsprechende Typenhebel betätigt. Der Schlüssel eines solchen Gerätes
wird also durch die gegenseitige Stellung der fünf Schalter gebildet. Zur fortlaufenden
Permutierung werden nun in gewissen Abständen, beispielsweise nach jedem Anschlag
einer oder mehrere der Permutierschalter um eine oder mehrere Segmentteilungen,
d. h. schrittweise fortgeschaltet.
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Um einen ausreichenden Geheimhaltungsgrad sicherzustellen, muß, wie
bereits erwähnt, die Permutierung der Zuordnung zwischen Tasten und Typen möglichst
regellos sein, wobei auch in diesem Falle eine minimale Periodenlänge gewährleistet
sein soll. Würde man nach jedem Tastenanschlag alle Schalter um einen Schritt fortschalten,
so würde die Periode nicht größer sein als die Teilung der Räder. Um nun eine wesentlich
größere Minimallänge der Periode sicherzustellen, sind die Scheiben oder wenigstens
eine gewisse Anzahl davon wieder zu einer kaskadenartigen Gruppe derart zusammengefaßt,
daß in dieser die schrittweise Fortschaltung der jeweils höheren Schalter der Gruppe
von der Stellung sämtlicher in der Gruppe vorhergehenden Schalter gesteuert wird.
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In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird dies mit rein mechanischen
Mitteln bewerkstelligt. Ein Motor 220 treibt mittels eines Malteserkreuzgetriebes
221 eine Welle 222 an. Auf dieser Welle befinden sich die Zahnräder 223 bis 227
fest aufgekeilt. Die Räder 223 bis 227 befinden sich im festen Eingriff mit den
Zahnrädern 228 his 232. Die Räder 229 bis 232 sind mittels der Schwinge 233 bis
236 um die Welle 222 drehbar gelagert und können so mit den Zahnrädern 241 bis 244
in Eingriff oder außer Eingriff gebracht werden. Die Zahnräder 240 bis 244 wiederum
greifen in einen Zähnekranz der Permutierschalter 206 bis 210 ein. Die Zahnräder
241 bis 244 sind außerdem noch durch die Klauenkupplung 245 bis 247 verbunden. Dreht
sich, wie durch die Pfeile angedeutet, eines der Zahnräder 241 bis 244 (von rechts
betrachtet) entgegen dem Uhrzeigersinn, so kann durch die Klauenkupplung 245 bis
247 ein Drehmoment nur von links nach rechts, aber nicht in der umgekehrten Richtung
übertragen werden. Faßt man die Räder 206 bis 210 als eine Gruppe auf, wobei 206
das niedrigste, 210 das höchste Rad der Gruppe ist, so wird durch die Klauenkupplung
245 bis 247 ein Drehmoment nur vom niedrigeren zum höheren Rad übertragen.. Die
Schwingen 233 bis 236 sind nun mit Kulissen 250 bis 253 verbunden, welche durch
die auf den Rädern befestigten Stifte 254 bis 257 nach unten gedrückt werden können.
Die Länge der Kulissen 250 bis 253 und ihre Anordnung im Verhältnis zu den Stiften
254 bis 257 ist dabei so gewählt, daß die Kulisse durch den zugehörigen Stift jeweils
nur während eines einzigen Schrittes der Schalter nach unten gedrückt wird. Befindet
sich beispielsweise, wie in der Zeichnung gezeigt, der Stift 256 des Rades 208 in
dieser ausgezeichneten Stellung, so wird die zum Rad 209 gehörige Schwinge 235 nach
unten gedrückt. Die entsprechenden Räder 231 und 243 sind außer Eingriff, und die
Fortschaltung des Rades 209 wird unterbrochen. Die höheren Räder der Gruppe werden
aber trotz dieser Entkupplung der Räder 231 und 243 fortgeschaltet, solange mindestens
eines der niedrigeren Räder der Gruppe fortgeschaltet wird, da dann ein Drehmoment
über die Klauenkupplung 245 bis 247 übertragen wird. Die Fortschaltung des Rades
210 wird also nur dann unterbrochen, wenn sämtliche Räder außer Eingriff sind. Mit
anderen Worten, die Fortschaltung eines Rades der Gruppe wird nur dann unterbrochen,
wenn sämtliche vorhergehenden, d. h. niedrigeren Räder der Gruppe eine bestimmte
Stellung einnehmen. Bei den zum Antrieb des Schalters 206 dienenden Zahnrädern 228
und 240 fehlt die Schwinge, sie befindet sich also dauernd im Eingriff, so daß der
Schalter 206 - als niederstes Element der Gruppe - ununterbrochen fortgeschaltet
wird. Diese rein mechanische Anordnung der Fig. 4 wirkt also genauso wie die Anordnung
der Fig. 1 und 2.
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Fig.5 zeigt ein Nockenrad, wie es in den Anordnungen .der Fig. 1 bis
3 verwendet werden kann und bei dem auf einfache Weise eine beliebige Verteilung
der Nocken entlang dem Umfang hergestellt werden kann. Das beispielsweise aus Preßstoff
hergestellte Rad besteht aus der Scheibe 301, an deren Umfang sich eine Anzahl
von Nocken 302 befindet. Dia Zahl der Nocken stimmt mit -der Zähnezahl des zum Transport
verwendeten Klinkenrades 303 überein, ist also gleich der »Teilung«. Die Nocken
302 sitzen mit einem dünnen Fuß auf der Scheibe 301, so
daß sie,
wie in der Zeichnung angedeutet, beliebig ausgebrochen werden können. Diese Nockenräder
sind nun auswechselbar auf dem Lagerkörper 304 zu befestigen, welcher seinerseits
fest mit dem Klinkenrad 303 verbunden ist, und werden durch den Stift 306 mitgenommen.
Soll jetzt der Schlüssel des Gerätes grundsätzlich geändert werden, so können die
Scheiben entfernt und durch andere ersetzt werden, bei welchen die Nocken in anderer
Art ausgebrochen wurden.