DE1211427B - Anordnung zur Erzeugung von mehrstelligen binaeren Schluesselzahlen fuer Chiffrieranordnungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G09c

Deutsche Kl.: 42 η -14

Nummer: 1211427

Aktenzeichen: C 24732IX a/42 η

Anmeldetag: 28. Juli 1961

Auslegetag: 24. Februar 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung von mehrstelligen binären Schlüsselzahlen für Chiffrieranordnungen unter Verwendung von binären Zählanordnungen, die von einem Taktgenerator fortgeschaltet werden, und deren Ausgangsssignale zur Bildung der Schlüsselsignale verwürfelt werden.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art sind die binären Zählanordnungen Ringzähler mit teilerfremden Periodenlängen, die jeweils dann ein Ausgangssignal abgeben, wenn der vollständige Ringzähler durchlaufen ist. Dieses einzige Ausgangssignal jedes Ringzählers wird über eine vom Taktgenerator gesteuerte Ausblendschaltung einer von Hand einstellbaren Verwürfelungsschaltung zugeführt, über die es in ein Speicherregister für die Schlüsselzahl gelangt.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung dieser Art, die ein Schlüsselalphabet mit so großer Periode liefert, daß praktisch von rein zufälligen Schlüsselzahlen gesprochen werden kann, so daß eine sehr gute Entzifferfestigkeit erreicht wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die binären Zählanordnungen Stufenzähler sind, deren Stufenausgänge wenigstens zum Teil nach außen geführt sind, daß ein Teil dieser Ausgänge mit den Eingängen einer Permutationsschaltung mit η Eingängen und η Ausgängen zugeführt wird, daß die Ausgänge der Permutationsschaltung in Gruppen unterteilt sind, daß die Ausgänge jeder Gruppe mit den Eingängen einer Verwürfelungsschaltung verbunden sind, die in Kaskade eine Entschlüsselungsschaltung mit ρ Eingängen und 2" Ausgängen, eine Permutationsschaltung mit ρ Eingängen und ρ Ausgängen und eine Verschlüsselungsschaltung mit 2" Eingängen und ρ Ausgängen enthält, und daß die Ausgänge der Verwürfelungsschaltungen mit den Eingängen einer die binäre Schlüsselzahl bildenden logischen Schaltung verbunden sind.

Die nach der Erfindung ausgeführte Anordnung ergibt folgende Wirkung: Jeder binäre Stufenzähler liefert in jedem Augenblick eine vollständige Binärzahl. Diese Binärzahlen werden vollständig oder wenigstens zum Teil den Eingängen einer Permutationsschaltung zugeführt. Dies ist eine Schaltung mit η Eingängen und η Ausgängen, wobei jeweils ein Eingang mit einem Ausgang in regelloser Weise verbunden ist. Somit entsteht an den Ausgängen der Permutationsschaltung eine Binärzahl, welche von den augenblicklichen Zählerständen der binären Stufenzähler sowie von der inneren Verdrahtung der Permutationsschaltung abhängt.

Anordnung zur Erzeugung von mehrstelligen
binären Schlüsselzahlen für Chiffrieranordnungen

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie Sans FiI,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,

Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Jean-Pierre Vasseur, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 2. August 1960 (834 731)

as Diese Ausgangssignale werden in Gruppen aufgeteilt und Verwürfelungsschaltungen zugeführt, die in Kaskade jeweils eine Entschlüsselungsschaltung, eine Permutationsschaltung und eine Verschlüsselungsschaltung enthalten. Eine Entschlüsselungsschaltung ist eine Schaltung mit ρ Eingängen und 2" Ausgängen, die für jede zugeführte p-stellige Binärzahl einen und nur einen Ausgang erregt. Durch die innere Verdrahtung der sich anschließenden Permutationsschaltung wird dieser erregte Ausgang verwürfelt, so daß ein anderer Eingang der sich anschließenden Verschlüsselungsschaltung erregt ist. Die Verschlüsselungsschaltung enthält 2" Eingänge und ρ Ausgänge und ist so ausgeführt, daß sie bei Erregung eines ihrer 2^P Eingänge eine entsprechende Binärzahl an ihren ρ Ausgängen abgibt. Die Ausgänge der Verschlüsselungsschaltungen werden dann wieder zusammengefaßt und mit der logischen Schaltung verbunden, welche die binäre Schlüsselzahl aus den ihr zugeführten Eingangssignalen bildet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindimg besteht darin, daß die Permutationsschaltungen austauschbar sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache und schnelle Änderung der Schlüsselalphabete durch Austausch der Permutationsschaltungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigen

609 509/22

Fig. la und 1 b eine nach der Erfindung ausgeführte Anordnung,

Fig. 2 eine Anordnung zur Verminderung der Stellenzahl der mit der Anordnung von Fig. la und Ib erzeugten Schlüsselzahlen und

Fig. 3a, 3b eine andere Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung.

Fig. la und Ib sind entlang der LinieA-B aneinanderzufügen. Der in dieser Figur dargestellte Schlüsselgenerator enthält zehn binäre Stufenzähler 1 bis 10, von denen jeder sechs Stufen hat. Die Ausgänge der sechs Stufen sind einzeln nach außen geführt, wobei zwei Ausgänge (die den Ziffern mit den höchsten Stellenwerten entsprechen) nicht beschaltet sind, während die vier übrigen Ausgänge an eine Permutationsschaltung 11 angeschlossen sind (mit Ausnahme von acht Ausgängen, die mit acht Entschlüsselungsschaltungen 13 bis 20 direkt verbunden sind). Der binäre Stufenzähler 1 ist so ausgebildet, daß sich sein Zählerstand jeweils um eine Einheit erhöht, wenn er einen Impuls empfängt, der von einem Taktgenerator 12 geliefert wird, bis der Höchstzählerstand 29 erreicht wird; der folgende Impuls stellt den Zähler auf 0 zurück. Der Taktgenerator 12 ist so ausgebildet, daß er entweder allein periodisch weiterläuft oder daß er jedesmal dann einen Impuls liefert, wenn er ein äußeres Synchronisationssignal empfängt.

Die binären Stufenzähler 2 bis 10 arbeiten in der gleichen Weise, und ihre maximalen Zählerstände betragen 31, 37, 41, 43, 47, 53, 57, 59 bzw. 61.

Es ist zu erkennen, daß die maximalen Zählerstände der binären Stufenzähler 1 bis 10 teilerfremden Zahlen entsprechen, die kleiner als 63 sind, was dem maximalen Zählerstand eines sechsstufigen Binärzählers entspricht.

Der geschilderte Aufbau hat zur Folge, daß die Periode der am Eingang der Permutationsschaltung 11 erscheinenden Binärzahl mit 32 Stellen gleich dem Produkt der zuvor angegebenen zehn Höchstzählerstände ist.

Die 32 Ausgänge der Permutationsschaltung 11 sind in acht Gruppen von je vier unterteilt, von denen jede Gruppe mit vieren der Eingänge einer der Entschlüsselungsschaltungen 13 bis 20 verbunden ist. Die Permutationsschaltung 11 ist eine Schaltung mit 32 Eingängen und 32 Ausgängen, von denen je ein Eingang mit je einem Ausgang durch eine innere Leitung willkürlich verbunden ist. Der fünfte Eingang jeder der Entschlüsselungsschaltungen 13 bis 20 ist direkt jeweils mit einem der Ausgänge der binären Stufenzähler 1 bis 10 verbunden.

Die Entschlüsselungsschaltungen sind Schaltungen bekannter Art (beispielsweise Diodenmatrizen) mit η Eingängen und 2" Ausgängen (für die Entschlüsselungsschaltungen 13 bis 20 gilt η — 5), die so aufgebaut sind, daß bei Zuführung von «Binärimpulsen an ihren Eingängen jeweils ein Signal an dem Ausgang geliefert wird, dessen Nummer der Zahl entspricht, die im Binärcode durch die Eingangsimpulse ausgedrückt ist.

Es ist zu erkennen, daß im allgemeinen die Eingangssignale einer beliebigen Entschlüsselungsschaltung von mehreren Zählern kommen, so daß die fünfstellige Binärzahl am Eingang jeder Entschlüsselungsschaltung eine sehr lange Periode hat.

Das Signal, das an einem der 32 Ausgänge irgendeines Entschlüßlers erscheint, wird einer zugeordneten Permutationsschaltung 21 bis 28 zugeleitet. Diese Permutatoren sind mit Verschlüsselungsschaltungen 29 bis 36 verbunden. Die Verschlüsselungsschaltungen sind Schaltungen bekannter Art mit 2"Eingängen und «Ausgängen, welche die umgekehrte Operation wie die Verschlüsselungsschaltungen durchführen. Sie setzen ein Signal, das an einem ihrer Eingänge ankommt in eine Gruppe von Binärsignalen an ihren Ausgängen um, wobei diese Binärsignale in binärer Zahlendarstellung die Nummer des Eingangs darstellen, dem das Signal zugeführt worden ist.

Jede Kaskadenschaltung aus einer Entschlüsselungsschaltung, einer Permutationsschaltung und einer Verschlüsselungsschaltung ist somit eine Verwürfelungsschaltung, welche eine ihr zugeführte «-stellige Binärzahl in eine willkürlich andere «-stellige Binärzahl umwandelt.

Jede der Verschlüsselungsschaltungen 29 bis 36 besitzt fünf Ausgänge, von denen derjenige mit dem höchsten Rang nicht beschaltet ist. Die vier übrigen Ausgänge sind mit den Eingängen einer Permutationsschaltung 38 verbunden, die der Permutationsschaltung 11 analog ist.

Die Permutationsschaltung 38 bildet einen Teil einer Anordnung 39, die der soeben beschriebenen Anordnung 37 analog ist. Sie enthält jedoch nur sechs Verwürfelungsschaltungen, während in der Anordnung 37 acht Verwürfelungsschaltungen vorhanden sind. Ferner sind zwei der von den Permutationsschaltungen 38 ausgehenden Leitungen direkt

. mit je einem Eingang einer nachgeschalteten Permutationsschaltung 40 verbunden.

Natürlich kann eine beliebige Zahl von Verwürfelungsanordnungen nach Art der Anordnungen 37 und 39 in Kaskade geschaltet werden. Die 32 Ausgänge der letzten derartigen Anordnung sind mit den Eingängen einer Permutationsschaltung 40 verbunden, der der Permutationsschaltung 11 analog ist.

Dreißig der Ausgänge der Permutationsschaltung 40 sind über logische Und-Schaltungen 41 bis 70 mit den Ausgängen des Schlüsselgenerators verbunden. Die beiden übrigen Ausgänge der Permutationsschaltungen 40 sind an eine Entschlüsselungsschaltung 71 angeschlossen. Die beiden Ausgangspaare der Entschlüsselungsschaltung 71 sind jeweils mit einer logischen Oder-Schaltung 72 bzw. 73 verbunden.

Der Ausgang der Oder-Schaltung 72 ist mit einem Eingang jeder der Und-Schaltungen 41 bis 70 verbunden, während der Ausgang der Oder-Schaltung 73 einerseits an eine elektronische Torschaltung 74 und andererseits an einen 1: 8-Impulsteiler 75 angeschlossen ist. Der Ausgang dieses Impulsteilers ist wiederum einerseits mit einem dritten Eingang der Oder-Schaltung 72 und andererseits mit einem Sperreingang der Torschaltung 74 verbunden.

Der Ausgang dieser Torschaltung ist mit einem Auslöseeingang des Taktgenerators 12 verbunden.

Wenn also ein Signal auf einem der beiden Ausgänge der Entschlüsselungsschaltung 71 vorhanden ist, die mit der Oder-Schaltung 72 verbunden sind, wird dieses Signal zu den Entsperrungselektroden der Und-Schaltungen 41 bis 70 übertragen, deren anderen Eingängen jeweils gleichzeitig ein von der Permutationsschaltung 40 kommendes Signal zugeführt wird. Diese Signale werden somit zu den Ausgangsklemmen des Schlüsselgenerators übertragen. Wenn

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dagegen ein Signal an einem der beiden Ausgänge In F i g. 3 a und 3 b (die entlang der Linie c-d zu-

der Entschlüsselungsschaltung 71 erscheint, die mit sammenzufügen sind) ist eine andere Ausführungs-

der Oder-Schaltung 73 verbunden sind, gibt der form der Anordnung von Fig.! und 2 dargestellt.

Schlüsselgenerator kein Ausgangssignal ab, und das Die Schaltung dieser Ausführungsform wird nicht im

Signal wird über die normalerweise offene Torschal- 5 einzelnen beschrieben, da sie in großen Zügen der

tung 74 zu dem Taktgenerator 12 übertragen, wo- Schaltung von F i g. 1 und. 2 analog ist und in ähn-

durch es einen neuen Arbeitszyklus der binären Stu- licher Weise arbeitet.

fenzähler auslöst. Das Gerät setzt also seinen zyk- Die Zahl der binären Stufenzähler 106 bis 113 be-

lischen Betrieb so lange fort, wie die neuen Zyklen trägt hier acht, und jeder dieser Zähler hat sechs

ein Signal an einem der Eingänge der Oder-Schal- ίο Ausgänge. Die Höehstzählerstände betragen 37, 41,

tung 73 erzeugen. Jedoch ist die Zahl der so ausge- 43, 47, 53, 57, 59 bzw. 61.

lösten neuen Zyklen durch den 1: 8-Impulsteiler 75 Gemäß einer Besonderheit dieser Ausführungsauf acht begrenzt. Wenn nämlich acht aufeinander- form erfolgt die Permutation von 32 der Ausgangsfolgende Signale dem Eingang dieses Impulsteilers ziffern der binären Stufenzähler mittels vier Permuzugeführt worden sind, erzeugt dieser ein Sperrsignal 15 tationsschaltungen 114 bis 117 mit 16 Eingängen; die für die Torschaltung 74. Dieses Signal entsperrt an- Ausgänge jeder der Permutationsschaltungen 114 dererseits die Ausgänge des Schlüsselgenerators über und 115 sowie die Eingänge jeder der Permutationsdie Oder-Schaltung 72, deren Ausgang die Und- schaltungen 116 und 117 sind in zwei Gruppen von Schaltungen 41 bis 70 öffnet. Vorzugsweise haben je acht unterteilt, wobei die Verbindungsleitungen alle in dem Schlüsselgenerator vorhandenen Permu- 20 von zwei dieser Gruppen in der dargestellten Weise tationsschaltungen alle den gleichen Rang, und für überkreuzt sind.

jede dieser Permutationsschaltungen ist ein Satz von Die Anordnung 118 ist aus Entschlüsselungseinsteckbaren Elementen vorgesehen, mit denen ver- schaltungen 120 mit vier Eingängen und 16 Ausgänschiedene Verbindungen zwischen den Eingängen gen, Permutationsschaltungen 130 des Ranges 16 sound den Ausgängen hergestellt werden können, wo- 25 wie Verschlüsselungsschaltungen 140 mit 16 Eingändurch es möglich ist, die Permutationen und damit gen und vier Ausgängen aufgebaut, wobei die Verdas Schlüsselalphabet augenblicklich zu ändern. bindungen dieser Organe und ihre Wirkungsweise

Die beschriebene Anordnung liefert eine fast voll- derjenigen der entsprechenden Anordnung von

kommen zufällige Folge von 30-stelligen Schlüssel- Fig. la analog sind,

zahlen mit einer verhältnismäßig einfachen Schaltung. 30 Die aus der Anordnung 118 kommenden Signale

Das Gerät besitzt einen äußeren Schlüssel, der werden einer Permutationsschaltung 119 des Ranges

durch die relative Anfangsstellung der verschiedenen 32 zugeführt, der aus vier Permutationsschaltungen

binären Stufenzähler gebildet ist, und einen inneren des Ranges 16 gebildet ist, welche miteinander wie

Schlüssel, der durch die Wahl der Permutations- die Permutationsschaltungen 114 bis 117 verbunden

schaltungen gegeben ist. 35 sind.

In verschiedenen Fällen, insbesondere bei einer Von den 32 an den Ausgängen der Permutations-Chiffrierung durch Addition ohne Beibehaltung von schaltung 119 (Fig. 3b) erscheinenden Signalen Klarziffern und Schlüsselziffern, muß der Schlüssel- werden vier dem Eingang einer Entschlüsselungsgenerator Schlüsselzahlen erzeugen, deren Stellenzahl schaltung 121 mit vier Eingängen und 16 Ausgängen sehr viel kleiner als 30 ist, beispielsweise 5 beträgt. 40 zugeführt, auf die eine Permutationsschaltung 124

Man schließt dann an den Ausgang des Geräts folgt. Die 16 Ausgänge dieser Permutationsschaltung von F i g. 1 eine Anordnung der in F i g. 2 gezeigten sind in zwei Gruppen unterteilt, die mit Oder-Schal-Art an. tungen 125 bzw. 126 verbunden sind. Der Ausgang

Diese Anordnung enthält bei dem gezeigten Bei- der Oder-Schaltung 125 entsperrt die 28 Und-Schal-

spiel sechs Entschlüsselungsschaltungen 76 bis 81, 45 tungen 127, welche in die Ausgangsleitungen einge-

von denen jede fünf Eingänge hat, welche mit fünf fügt sind.

der Ausgänge des Geräts von F i g. 1 verbunden Der Betrieb dieser Anordnung ist demjenigen der

sind. gleichartigen Anordnung von Fig. Ib analog; dies

Die 32 Ausgänge jeder Entschlüsselungsschaltung bedeutet, daß die Und-Schaltungen entsperrt werden,

sind mit den 32 Eingängen einer Permutationsschal- 50 wenn ein Signal an einem der Eingänge der Oder-

tung 82 bis 87 verbunden. Die Ausgänge jeder dieser Schaltung 125 erscheint. Wenn das Signal an einem

Permutationsschaltungen sind in zwei Gruppen von der Eingänge der Oder-Schaltung 126 erscheint, blei-

je 16 unterteilt, die jeweils mit einer der Oder-Schal- ben die Und-Schaltungen 127 gesperrt, und der Zy-

tungen 88 bis 99 verbunden sind. klus des Geräts beginnt erneut. Dieser Vorgang ist

Jedes Paar von zwei aufeinanderfolgenden Oder- 55 jedoch, in ähnlicher Weise wie bei der Anordnung Schaltungen ist mit einer der bistabilen Kippschal- von Fig. Ib, mit Hilfe eines 1:4-Impulsteilers 123 tungen 100 bis 105 verbunden. Jede dieser Kipp- und der Torschaltung 128 auf eine viermalige Wieschaltungen nimmt den Zustand 0 oder den Zu- derholung beschränkt.

stand 1 an, je nachdem, ob das Signal am Ausgang Die 28-stelligen Schlüsselzahlen, die von den Und-

der entsprechenden Permutationsschaltung in der 60 Schaltungen 127 abgegeben werden, können direkt

einen oder der anderen der beiden Gruppen von je verwendet oder in der in Fig. 2 gezeigten Weise

16 Ausgangsleitungen erscheint. konzentriert werden. Der zuletzt genannte Vorgang

Die sechs Ausgänge der Anordnung werden erfolgt mittels der Anordnung, die durch das Recht-

schließlich an sechs von den Ausgängen der Kipp- eck 130 dargestellt ist. In dieser Anordnung werden

schaltungen abgegriffen. 65 die 28 Ziffern in sieben Gruppen von je vier Ziffern

Es ist zu erkennen, daß die Anzahl der 30-stelligen zusammengefaßt, wobei jede Gruppe in einer EntSchlüsselzahlen, die am Ausgang die gleiche 6-stel- schlüsselungsschaltung 122 entschlüsselt und dann in lige Schlüsselzahl ergeben, außerordentlich groß ist. einer Permutationsschaltung 131 permutiert wird.

Die Ausgänge dieser Permutationsschaltungen sind in zwei Gruppen von je acht unterteilt, die jeweils mit Oder-Schaltungen 132 bzw. 133 verbunden sind. Diese Oder-Schaltungen sind jeweils mit einer bistabilen Kippschaltung 134 verbunden, die den Zustand 0 oder den Zustand 1 annimmt, je nachdem, ob das aus der Permutationsschaltung 131 kommende Signal am Eingang der Oder-Schaltung 132 oder am Eingang der Oder-Schaltung 133 erscheint.

Von den sieben Kippschaltungen 134 werden schließlich 7-stellige Schlüsselzahlen abgegeben.

Natürlich können bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen verschiedene Änderungen vorgenommen werden. Insbesondere ist es möglich, das Weiterzählen von verschiedenen der binären Stufenzähler 1 bis 10 bzw. 106 bis 113 von gewissen Ausgangsziffern oder von gewissen Kombinationen dieser Ziffern abhängig zu machen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von mehrstelligen binären Schlüsselzahlen für Chiffrieranordnungen unter Verwendung von binären Zählanordnungen, die von einem Taktgenerator fortgeschaltet werden, und deren Ausgangssignale zur Bildung der Schlüsselsignale verwürfelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Zählanordnungen (1 bis 10; 106 bis 113) Stufenzähler sind, deren Stufenausgänge wenigstens zum Teil nach außen geführt sind, daß ein Teil dieser Ausgänge mit den Eingängen einer Permutationsschaltung (11, 114 bis 117) mit η Eingängen und η Ausgängen zugeführt wird, daß die Ausgänge der Permutationsschaltung (11; 114 bis 117) in Gruppen unterteilt sind, daß die Ausgänge jeder Gruppe mit den Eingängen einer Verwürfelungsschaltung (13, 22, 29; ... 20, 28, 36; 120, 130, 140) verbunden sind, die in Kaskade eine Entschlüsselungsschaltung (13 bis 20; 120) mit ρ Eingängen und 2» Ausgängen, eine Permutationsschaltung (22 bis 28; 130) mit ρ Eingängen und ρ Ausgängen und eine Verschlüsselungsschaltung (29 bis 36; 140) mit IP Eingängen und ρ Ausgängen enthält, und daß die Ausgänge der Verwürfelungsschaltungen mit den Eingängen einer die binäre Schlüsselzahl bildenden logischen Schaltung (40, 41, 42, 70 bis 75; 76, 81, 82, 87, 88, 98, 99, 100, 105; 121 bis 127, 130) verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ausgänge der Verwürfelungsschaltungen und die Eingänge der logischen Schaltungen wenigstens eine weitere gleichartige Anordnung (39) mit einer Permutationsschaltung (38) und Verwürfelungsschaltungen (60, 80, 90; 64, 84, 94; 65, 85, 95) eingefügt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permutationsschaltungen (11, 22, 27, 28, 38, 80, 84, 85, 40, 114,115, 116,117,130) austauschbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 054 491.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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