DE1183724B - Anordnung zur Feststellung von Regelwidrigkeiten beim Betrieb einer Chiffriermaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 09 c

Deutsche Kl.: 42 η-14

Nummer: 1183 724

Aktenzeichen: C 29893 IX a/42 η

Anmeldetag: 9. Mai 1963

Auslegetag: 17. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung von Regelwidrigkeiten beim Betrieb einer Chiffriermaschine, insbesondere zur Feststellung von Regelwidrigkeiten, welche dazu führen könnten, daß die Maschine eine leicht zu entziffernde Nachricht aussendet, d. h. Regelwidrigkeiten, in deren Folge der Schlüssel nicht mehr ausreichend zufällig ist.

Die Anordnung enthält Einrichtungen, die erfindungsgemäß dauernd an den Ausgängen für den Schlüssel eine statistische Erhebung anstellen und eine Regelwidrigkeit anzeigen, sobald die Übereinstimmung zwischen dieser statistischen Erhebung und dem statistischen Gesetz, welches sich aus der Wahrscheinlichkeitstheorie für vollkommen zufällige Ereignisse ergibt, nicht mehr ausreichend gut ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 Wahrscheinlichkeitskurven, welche dem Betrieb einer nach der Erfindung ausgeführten Anordnung entsprechen, ao

Fig. 2 das Prinzipschema einer nach der Erfindung ausgeführten Anordnung,

F i g. 3 eine Ausführungsform eines Teils der Anordnung von F i g. 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der An-Ordnung von Fig. 3 und

F i g. 5 eine Rechenanordnung zur Ermittlung der Quadratwurzel, die bei der Anordnung von F i g. 4 verwendbar ist.

In F i g. 1 ist für verschiedene Werte von η als Funktion einer Zahl N von nacheinander an den Schlüsselausgängen abgenommenen Buchstaben die Wahrscheinlichkeit P_n Vo dargestellt, die dafür besteht, daß man an den Schlüsselausgängen wenigstens η verschiedene Buchstaben des vom Schlüssel gelieferten Alphabets mit 32 Buchstaben erhält. Diese Kurven sind theoretisch; es handelt sich darum, nachzuweisen, daß der Betrieb des in Betracht gezogenen Generators davon nicht zu weit abweicht.

F i g. 2 zeigt, wie diese Überprüfung bei einem elektronischen Schlüsselgenerator bekannter Art durchgeführt werden kann.

Ein derartiger Generator enthält mehrere binäre Fortschaltezähler, von denen beispielsweise der Zähler 1 dargestellt ist, der den höchsten maximalen Zählerstand hat. Dieser Schlüsselgenerator liefert an seinen fünf Ausgangsleitungen O₁ bis b_s insgesamt 32 Buchstaben, da dies die Zahl der Kombinationen ist, welche mit fünf Binärziffern erhalten werden können.

Gemäß der Erfindung beobachtet man die statistische Verteilung der Zahl n₀ von verschiedenen Anordnung zur Feststellung von Regelwidrigkeiten beim Betrieb einer Chiffriermaschine

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale des Telegraphie

Sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Jean Pierre Vasseur, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 10. Mai 1962 (897 078)

Buchstaben, welche in N₀ aufeinanderfolgenden Schlüsselbuchstaben enthalten sind.

Diese verschiedenen Schlüsselbuchstaben werden durch einen Zähler 3 mittels einer Anordnung gezählt, welche einen Entschlüßler c, 32 Speicheranordnungen d_x bis J₃₂ und eine Oder-Schaltung e enthält. Der Entschlüßler c gibt ein Signal auf derjenigen seiner 32 Ausgangsleitungen ab, deren Nummer der Binärzahl entspricht, welche durch die auf den Leitungen O₁ bis b₅ erscheinenden Ziffern definiert ist. Die 32 Ausgangsleitungen des Entschlüßlers sind mit den Eingängen der 32 Speicheranordnungen d_± bis d._i% verbunden, deren Ausgänge über die Oder-Schaltung e parallel den Fortschalteeingang des Binärzählers 3 steuern. Wenn der Zähler 3 von seinem maximalen Zählerstand 31 zu dem Zählerstand 0 übergeht, erscheint ein Signal auf der Leitung /, welches die 32 Kippschaltungen d auf Null zurückstellt. Von diesem Augenblick an kippt eine Speicheranordnung d dann um, wenn die entsprechende Ausgangsleitung des Entschlüßlers zum ersten Mal erregt wird. Dadurch wird ein Signal erzeugt, das über die Oder-Schaltung e zu dem Zähler 3 übertragen wird, der um einen Schritt weitergeschaltet wird. Wenn die gleiche Ausgangsleitung des Entschlüßlers c erneut erregt wird, kann

«9 758/«

die entsprechende Speicheranordnung d, die bereits umgekippt ist, kein weiteres Signal erzeugen, so daß nichts geschieht. Der Zähler 3 schaltet also jedesmal dann um einen Schritt weiter, wenn der Schlüsselgenerator einen Buchstaben erzeugt, der seit der Löschung sämtlicher Kippschaltungen d noch nicht erschienen war.

Bei der Anordnung von F i g. 2 dient das Signal auf der Leitung / auch zur Löschung des Zählers 1 und einer nachstehend noch beschriebenen Kippschaltung 5. Der Klarheit halber wird im folgenden als »Chiffrierzyklus« die Gesamtheit aller Operationen bezeichnet, welche zwischen zwei auf der Leitung / erscheinenden Löschsignalen enthalten sind.

Bei einer gleichwertigen Anordnung, die in F i g. 2 nicht dargestellt ist, wird ein Löschsignal dann erzeugt, wenn der Zähler 1 von seinem höchsten Zählerstand zum Zählerstand 0 übergeht. Dieses Signal löscht die Kippschaltungen J₁ bis d₃₂, den Zähler 3 und die Kippschaltung 5. Auch in diesem Fall wird als Chiffrierzyklus die Gesamtheit der Operationen bezeichnet, welche zwischen zwei Löschsignalen enthalten sind.

Nach der Erfindung werden dem Eingang eines Entschlüßlers 2 die vom Zähler 1 abgegebenen Binärsignale in der Weise zugeführt, daß ein Signal jedesmal dann erzeugt wird, wenn der Zählerstand des Zählers 1 einen vorgegebenen Wert N₀ erreicht.

Bei einem bekannten Schlüsselgenerator entspricht jede Fortschaltung des Zählers 1 der Ausgabe eines Schlüsselbuchstabens, so daß der Entschlüßler 2 also jedesmal ein Signal abgibt, wenn der Schlüsselgenerator im Verlauf des betreffenden Chiffrierzyklus N₀ Buchstaben erzeugt hat.

Gemäß der Erfindung werden dem Eingang eines Entschlüßlers 4 die vom Zähler 3 abgegebenen Binärsignale in der Weise zugeführt, daß ein Signal jedesmal dann erzeugt wird, wenn der Stand des Zählers 3 einen vorgegebenen Wert n₀ erreicht.

Der Schlüsselgenerator hat dann im Verlauf des betreffenden Chiffrierzyklus n₀ verschiedene Buchstaben erzeugt.

Die Ausgänge der Entschlüßler 2 und 4 sind mit den beiden Eingängen einer bistabilen Kippschaltung 5 verbunden, von der ein Ausgang eine Anordnung 6 steuert, weiche einen Alarm abgibt und/ oder das Stillsetzen der Chiffriermaschine auslöst. Diese Kippschaltung wird durch das auf der Leitung / am Beginn jedes Chiffrierzyklus erscheinende Signal gelöscht.

Die beschriebene Anordnung arbeitet in folgender Weise:

Zu Beginn jedes Chiffrierzyklus wird die Kippschaltung 5 in den Zustand 0 gebracht, so daß bei der Darstellung in der Zeichnung die linke Hälfte Strom führt. Die Kippschaltung behält diesen Zustand bis zum Ende des Zyklus, wenn das Ausgangssignal des Entschlüßlers 4 früher als das Ausgangssignal des Entschlüßlers 2 erscheint. In diesem Fall wird während des betreffenden Zyklus kein Signal zu der Anordnung 6 übertragen. Im entgegengesetzten Fall wird der Anordnung 6 während des betreffenden Zyklus ein Signal zugeführt. Diese Anordnung 6 enthält Einrichtungen zur Auslösung eines Alarms und/oder zum Stillsetzen der Maschine jedesmal dann, wenn die Zähler 1 und 3 nicht entsprechend den Gesetzen weitergeschaltet werden, welche sich aus den Wahrscheinlichkeitskurven von Fig. 1 ergeben.

Umgekehrt ist es möglich, die Verbindungen zwischen der Kippschaltung 5 und den Entschlüßlern 2 und 4 zu vertauschen, so daß ein Alarmsignal dann erhalten wird, wenn das Ausgangssignal des EnL-schlüßlers 2 früher als das Ausgangssignal des Entschlüßlers 4 erscheint. Dadurch kann experimentell nachgeprüft werden, ob die theoretischen Kurven

ίο von Fig. 1 erfüllt sind, ob also die Schlüsselbuchstaben mit guter Zufälligkeit erscheinen. Wenn man beispielsweise N₀ = 50 und /I₀ = 32 wählt, erkennt man aus Fig. 1, daß eine Wahrscheinlichkeit von etwa 0,05 °/o dafür besteht, daß der zweiunddreißigste verschiedene Buchstabe innerhalb von 50 Schlüsselbuchstaben erscheint. In diesem Fall tritt das Ausgangssigna! des Entschlüßlers 2 praktisch stets vor dem Ausgangssignal des Entschlüßlers 4 auf.

Der umgekehrte Fall tritt ein, wenn man beispielsweise N₀= 120 und /I₀ = 28 wählt. Die Wahrscheinlichkeit, daß der achtundzwanzigste verschiedene Buchstabe innerhalb von 120 Schlüsselbuchstaben erscheint, beträgt 99,95%, so daß das Ausgangssignal des Entschlüßlers 4 praktisch stets vor dem Ausgangssignal des Entschlüßlers 2 auftritt.

Es ist möglich, den Alarm direkt durch den Zustand der Kippschaltung 5 am Ende des Zyklus auszulösen, wobei die Werte von iV₀ und n₀ so gewählt werden, daß der Alarmzustand eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit hat, wenn die Schlüsselbuchstaben mit guter Zufälligkeit erscheinen.

Es ist auch möglich, die Werte von N₀ und /i„ so zu wählen, daß die Wahrscheinlichkeit theoretisch größer, jedoch immer noch klein ist, und den Alarm nur dann auszulösen, wenn die Kippschaltung 5 ziemlich oft in den Zustand geringer Wahrscheinlichkeit geht.

Diese letzte Maßnahme wird bei der Ausführungsform von F i g. 3 angewendet. Es wird beispielsweise ein Eingriff jedesmal dann ausgelöst, wenn die Anordnung 6 während zehn Zyklen der Maschine vier Signale an ihrem mit der Kippschaltung 5 verbundenen Eingang 8 empfängt.

Diese Erscheinung hat beispielsweise die folgende Bedeutung: Die Kurven von F i g. 1 zeigen, daß beim hundertsten Schritt des Zählers 1 eine Wahrscheinlichkeit von etwa 0,7:100 besteht, daß wenigstens achtundzwanzig verschiedene Buchstaben von der Maschine erzeugt worden sind. Wenn man die An-Ordnung von Fig. 1 so ausführt, daß iV₀=100 und /i₀ = 28, besteht eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, daß die Anordnung 6 in zehn aufeinanderfolgenden beliebigen Zyklen der Maschine vier Alarmsignale empfangen hat. Diese Tatsache bedeutet also das Vorhandensein einer beträchtlichen Regelwidrigkeit Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung 6 enthält zwei Stufenzähler der Kapazität 10, welche mit den Bezugszeichen 9 bzw. 10 bezeichnet sind.

Der Eingang des Stufenzählers 9 ist mit der Klemme 8 verbunden, während seine vier Ausgänge mit einem Entschlüßler 11 verbunden sind.

Der Stufenzähler 10 empfängt an seinem Eingang für jeden Chiffrierzyklus einen Fortschalteimpuls; jedesmal, wenn sein Zählerstand von 9 auf 0 übergeht, liefert er einen Löschimpuls einerseits zu dein Stufenzähler 9 und andrerseits zu einer Und-Schaitung 12, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des Entschlüßlers 11 verbunden ist, während ihr Aus-

gang einen Alarm und/oder das Stillsetzen der Maschine auslöst.

Der Entschlüßler 11 ist so angeschlossen, daß er jedesmal dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Zähler 9 eine Zahl anzeigt, die größer als 4 ist. Dieses Signal wird über die Und-Schaltung 12 übertragen, wenn der Stufenzähler 10 von 9 nach 0 geht.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Anordnung 6 dargestellt, mit welcher experimentell die Punkte der Kurven von F i g. 1 nachgeprüft werden können, falls die Wahrscheinlichkeiten weder sehr groß noch sehr klein sind.

Diese Anordnung enthält einen reversiblen Dezimalzähler 13 mit einem Zähleingang 14 und einem Rückwärtszähleingang 15, welche mit den beiden Ausgängen der Kippschaltung 5 von F i g. 2 verbunden sind, eine Rechenanordnung 16, welche an ihrem Eingang für jeden Chiffrierzyklus einen Fortschalteimpuls empfängt, und eine Vergleichsschaltung 17, welche mit den Ausgängen der Anordnungen 13 und 16 verbunden ist.

Die Vergleichsschaltung 17 vergleicht die Zahlen Zi₁ und n₂, welche durch die Anordnungen 13 · bzw. 16 angegeben werden. Sie liefert ein Alarmsignal, wenn n_x > k ■ n₂, wobei k eine zuvor gewählte konstante Zahl ist. Die Ausbildung einer derartigen numerischen Vergleichsschaltung liegt im Rahmen des Fachwissens und erfordert keine nähere Beschreibung.

Die Rechenanordnung 16 erzeugt, wie nachstehend noch zu sehen sein wird, ein Signal, das in jedem Zeitpunkt annähernd dem Wert }/Q proportional ist (also U₂=OiYQ), wenn Q die Zahl der ihrem Eingang zugeführten Impulse ist. Diese Beziehung entspricht der Verteilung der Abweichungen im Falle eines Gaußschen Wahrscheinlichkeitsgesetzes.

Die Entschlüßler 2 und 4 von Fig. 2 sind so ausgeführt, daß sie einen Impuls abgeben, wenn ihre Zählerstände N bzw η die Werte N₀ und n₀ erreichen, die von vornherein so gewählt sind, daß die Wahrscheinlichkeit für n^>n₀ bei N=N₀ weder zu groß noch zu klein ist, beispielsweise zwischen 0,2 und 0,8 liegt. n_x entspricht daher der Differenz zwischen der Zahl der Fälle, in denen n~>n₀ bei N=N₀, und der Zahl der Fälle, in denen n<Cn₀ bei N = N₀.

Außerdem gilt n_z=ot\'Q,

Der Alarm wird also jedesmal dann ausgelöst, wenn gilt:

H₁ > k(x]/Q.

Die Zahl k ist von vornherein gegeben und berücksichtigt das theoretische Wahrscheinlichkeitsgesetz sowie die Wahrscheinlichkeit, die dafür angenommen werden muß, daß der Alarm im Falle einer Panne nicht ausgelöst wird bzw. beim Fehlen einer Panne ausgelöst wird.

Die Ausbildung einer Rechenanordnung für J/ß erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzipschema von F i g. 5.

Diese Rechenanordnung enthält zwei Zähler 18 und 19, deren Ausgänge mit einer Vergleichsschaltung 20 verbunden sind.

Der Zähler 18 empfängt an seinem Eingang Impulse, und es handelt sich darum, in jedem Zeitpunkt die Quadratwurzel der Zahl Q der Impulse zu errechnen, welche seit der vorhergehenden Löschung der Anordnung empfangen worden sind.

Die Vergleichsschaltung 20 erzeugt an ihrem Ausgang jedesmal dann ein Signal, wenn die Zählerstände der Zähler 18 und 19 gleich sind.

Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 20 wird dem Zähler 18 so zugeführt, daß dieser gelöscht wird, und dem Zähler 19 in der Weise, daß dieser um einen Schritt weiterschaltet.

Da die Zähler 18 und 19 im Anfangszustand beide den WertO zeigen, erzeugt die Vergleichsschaltung auf Grund dieser Identität ein Signal, das den Stand des Zählers 19 auf den Wert 1 übergehen läßt. Der Zähler 18 empfängt dann einen Impuls, durch den sein Stand auf den Wert 1 gebracht wird. Somit besteht wieder eine Identität zwischen den Ständen der beiden Zähler, und die Vergleichsschaltung erzeugt ein neues Signal. Dieses Signal läßt den Stand des Zählers 19 auf den Wert 2 gehen und stellt den Zähler 18 auf 0 zurück. Erst wenn der Zähler 18 zwei weitere Impulse empfangen hat, besteht wieder eine Identität zwischen den Ständen der Zähler 18 und 19, so daß der Zähler 18 gelöscht wird, während der Zählerstand des Zählers 15 auf den Wert 3 übergeht. Somit ist zu erkennen, daß der Zähler 19 schließlich die Zahl q anzeigt, wenn die Zahl Q der dem Zähler 18 zugeführten Impulse folgendem Betrag entspricht:

1 + 2 + 3-1 + q.

Die Summe der Glieder dieser Reihe entspricht einer ausreichenden Annäherung an q -y.
Dies bedeutet also:

9 φ v'2 ye

Bis auf einen Faktor α=1/2 zeigt der Zähler 18 also den Wert \'Q an.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Feststellung von Regelwidrigkeiten im Betrieb einer Chiffriermaschine, insbesondere von Regelwidrigkeiten, welche dazu führen können, daß die Maschine eine leicht zu entziffernde Nachricht aussendet, also von Regelwidrigkeiten, in deren Folge der Schlüssel nicht mehr ausreichend zufällig ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche dauernd eine statistische Erhebung an den Ausgängen des Schlüsselgenerators durchführen und eine Regelwidrigkeit anzeigen, sobald die Übereinstimmung zwischen dieser statistischen Erhebung und dem statistischen Gesetz, das sich aus der Wahrscheinlichkeitstheorie für vollkommen zufällige Ereignisse ergibt, nicht mehr ausreichend gut ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige ausgelöst wird, wenn N₀ aufeinanderfolgende verschiedene oder gleiche Schlüsselbuchstaben n₀ verschiedene Buchstaben enthalten bzw. nicht enthalten, je nach der Wahl von N₀ und n₀.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß N₀ und n_ft so gewählt sind, daß

die Wahrscheinlichkeit für «=«„ vor N=N₀ klein ist, und daß der Alarm ausgelöst wird, wenn n=n₀ vor N=N₀.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß N₀ und n₀ so gewählt werden, daß die Wahrscheinlichkeit für n=n₀ nach N = N₀ klein ist, und daß der Alarm ausgelöst wird, wenn η = n₀ nach N = N₀.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarm erst dann ausgelöst wird, wenn die angegebenen Signale mit ausreichend großer Häufigkeit auftreten.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß N₀ und n₀ derart gewählt sind, daß die Wahrscheinlichkeit für n~> n₀ bei N=N₀ weder zu groß noch zu klein ist, beispielsweise zwischen 0,2 und 0,8 liegt, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche bei einer ausreichend großen Zahl Q von Chiffrierzyklen die Differenz U₁ zwischen der Zahl der Fälle, für welche n^>n₀ bei N=N₀, und der Zahl der Fälle, für welche n<n₀ bei N=N₀ bilden, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche eine Zahl n_t erzeugen, welche in der Nähe von \Q liegt, und

daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Alarm und/oder das Stillsetzen der Maschine auslösen, wenn n_y > k \^rQ auslösen, wobei k eine von vornherein gegebene Zahl ist, welche das theoretische Wahrscheinlichkeitsgesetz sowie die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt, welche man dafür annehmen muß, daß der Alarm im Falle einer Panne nicht ausgelöst wird bzw. daß der Alarm beim Fehlen einer Panne ausgelöst wird.

7. Rechenanordnung zur Ermittlung der Quadratwurzel einer Zahl Q zur Verwendung in einer Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen ersten Zähler, der eine Zahl Q von Impulsen empfängt, einen zweiten Zähler und eine Vergleichsschaltung, welche einen Impuls jedesmal dann erzeugt, wenn die Zählerstände der beiden Zähler identisch sind, wobei dieser Impuls einerseits den ersten Zähler löscht und andrerseits den zweiten Zähler um eine Einheit weiterschaltet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1271 626.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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