DE1216921B - Verfahren zur Synchronisierung der Ver- und Entschluesselung von impulsfoermigen, binaer codierten Nachrichten, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklarimpulse mit Schluessel-impulsen gemischt werden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H04k

Deutsche Kl.: 21 al - 21

G 42226 VIII a/21 al 9. Dezember 1964 18. Mai 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung der Ver- und Entschlüsselung von impulsförmigen, binär codierten Nachrichten, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklarimpulse mit Schlüsselimpulsen gemischt, unter Verwendung einer geeigneten Modulationsart übermittelt und empfangsseitig durch Mischung mit identischen Schlüsselimpulsen zurückgewonnen werden und bei welchem diese sende- und empfangsseitig nach identischen Regeln mittels je eines Schlüsselimpulsgenerators erzeugten Schlüsselimpulsfolgen »pseudozufallsmäßigen Charakter« aufweisen und wobei die Schlüsselimpulsfolgen durch die Anfangszustände der Schlüsselimpulsgeneratoren festgelegt sind, welche Anfangszustände unter Verwendung mindestens eines geheimen Grundschlüssels und vorzugsweise mindestens eines Zusatzschlüssels erzeugt werden und die Ver- und Entschlüsselung der impulsförmigen Nachrichten sowie der Ablauf der Schlüsselimpulsgeneratoren sende- und empfangsseitig durch je einen Taktgeber gesteuert werden.

Anlagen, die nach diesem Verfahren arbeiten, bestehen auf der Sendeseite aus einem Klarinformation-Klarimpuls-Wandler, einem Schlüsselimpulsgenerator und einem Chiffriermischer.

Der KJarinformation-Klarimpuls-Wandler setzt die anfallende Information in eine binär codierte Klarimpulsfolge um. Diese Klarimpulsfolge wird in den Chiffriermischer geleitet, welcher gleichzeitig vom Schlüsselimpulsgenerator mit einer Schlüsselimpulsfolge in binärer Form gespeist wird. Im Chiffriermischer erfolgt die Chiffrierung der Klarimpulse mit den Schlüsselimpulsen, wobei dies vorzugsweise durch »Modulo-2-Addition« ausgeführt wird. Die so gewonnene Chiffratimpulsfolge (Mischung der Klarimpulsfolge mit der Schlüsselimpulsfolge) wird unter Verwendung einer geeigneten Modulationsart zum Informationsempfänger (Empfangsseite), übertragen.

Die Klarinformation kann beispielsweise bei Telefonieübertragung ein (analoges) Sprachsignal sein. Das Sprachsignal wird dann in bekannter Weise periodisch abgetastet und in einem Analog-Digitalwandler in eine Folge von (digitalen) Binärimpulsen umgewandelt wie dies in der bekannten Pulscodemodulation üblich ist. Der Klarinformations-Klarimpuls-Wandler besteht hier aus der Abtasteinrichtung sowie dem Analog-Digitalwandler.

Bei einem weiteren Beispiel, der Fernschreibübermittlung, besteht die Klarinformation aus den in den Fernschreiber eingegebenen Buchstaben und Zahlen. Diese werden im Fernschreiber selbst in Binärimpulse von normalerweise 5 Bits (Information) pro

Verfahren zur Synchronisierung der Ver- und Entschlüsselung von impulsförmigen, binär codierten Nachrichten, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklarimpulse mit Schlüsselimpulsen gemischt werden

Anmelder:

Gretag Aktiengesellschaft, Regensdorf (Schweiz)

Vertreter:

Dr. M. Eule, Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg und Dipl.-Ing. O. F. Stapf, Patentanwälte, München 2, Hilblestr. 20

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Kurt Ehrat, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 24. Dezember 1963 (15 938)

Buchstabe umgewandelt, wozu für die Übermittlung normalerweise noch ein Start- und ein Stopimpuls hinzu kommt. Diese Binärimpulse können in einem Codewandler in einen für Chiffrierung und Übermittlung günstigeren Code umgewandelt werden, wobei auch Start- und Stopimpulse unterdrückt werden können. In diesem Fall besteht der Klarinformations-Klarimpuls-Wandler aus Fernschreiber und Codewandler.

Auf der Empfangsseite sind analoge Einrichtungen notwendig, die jedoch teilweise in ihrer Funktion umgekehrt arbeiten. Es sind dies Demodulator, Dechriffriermischer, Schlüsselimpulsgenerator und Klarimpuls-Klarinformations-Wandler.

Die empfangene, demodulierte Chiffratimpulsfolge sowie die Schlüsselimpulsfolge des empfangsseitigen Schlüsseümpulsgenerators werden dem Dechiffriermischer zugeführt, welcher aus diesen beiden Impulsfolgen wieder die Klarimpulsfolge zurückgewinnt.

Zur Chiffrierung und Dechiffrierung müssen natürlich identische Schlüsselimpulse verwendet werden, d. h., der sende- und empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator müssen im Schlüsselgleichlauf arbeiten. Die vom Dechiffriermischer abgegebene Klarimpulsfolge wird vom Klarimpuls-Klarinformations-Wandler wieder in die ursprüngliche Informationsform zurückgewandelt.

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3 4

Die bei solchen Verfahren verwendeten Schlüssel- zahl Schlüsselimpulse — entsprechend der Bitzahl impulsgeber sind identisch aufgebaute Geräte mecha- der Klarimpulskombination — angeben (Schlüsselnischer, elektromechanischer und/oder elektronischer impulskombination), mit welchem die Klarimpulse Art. Sie weisen eine große Anzahl von im Zustand chiffriert werden. Start- und Stopimpulse werden und in der gegenseitigen Zuordnung änderbaren 5 unverschlüsselt übertragen.

Schlüsselbildungselementen auf, beispielsweise Gemäß Voraussetzung sind vor Beginn der Nach-Nockenscheiben, Permutierschalter und/oder elek- richtenübermittlung sende- und empfangsseitiger ironische Elemente usw. Die Schlüsselimpulsfolge ist Schlüsselimpulsgenerator in den gleichen Anfangsdemgemäß abhängig vom Aufbau und dem Zusam- zustand gebracht worden. Somit werden auf der menspiel der einzelnen Elemente sowie von der Stel- io Sende- und Empfangsseite auf jeden Startimpuls von lung dieser Elemente bei Beginn der Nachrichten- den beiden Schlüsselimpulsgeneratoren je eine Übermittlung. Dieser sogenannte Anfangszustand identische ScHüsselimpulskombination erzeugt, welmuß vor Beginn der Übermittlung bei Sender und ehe zum Chiffrieren bzw. Dechiffrieren verwendet Empfänger eingestellt werden, worauf dann bei wird. Desgleichen werden die sende- und empfangssynchronem Start und Ablauf die sende- und emp- 15 seitigen Schlüsselimpulsgeneratoren durch jeden fangsseitigen Schlüsselimpulsgeber identische Schlüs- Startimpuls um einen oder mehrere Schritte fortselimpulsfolgen liefern. Die Schlüsselimpulsfolgen geschaltet.

weisen dabei »pseudozufallsmäßigen« Charakter auf, Dieses bekannte Verfahren hat mehrere Nach-

d. h. ähnliche statistische Verteilung der Schlüssel- teile. So können auf der Übertragungsstrecke ein-

impulse wie richtige Zufallsfolgen, jedoch determi- 30 fällende Störungen oder Fading den empfangsseitigen

niert und maschinell hergestellt. Schlüsselimpulsgenerator im falschen Zeitpunkt aus-

Normalerweise werden die Anfangszustände der lösen und weiterschalten bzw. das gleichlaufrichtige

Schlüsselimpulsgeneratoren durch einen geheimen Auslösen und Weiterschalten verhindern. In einem

Grundschlüssel sowie durch einen (nicht geheimen) solchen Fall sind die zum Chiffrieren und Dechiffrie-

und beispielsweise von Übermittlung zu Übermitt- 25 ren verwendeten· Schlüsselimpulskombinationen nicht

lung ändernden Zusatzschlüssel bestimmt, welcher mehr identisch, und es ist somit ohne vorherige Kor-

z. B. von jeder Übertragung nicht chiffriert übermit- rektur der Zustände der sende- oder empfangsseitigen

telt wird. Es kann jedoch auch ohne Zusatzschlüssel, Schlüsselimpulsgeneratoren eine chiffrierte · Über-

d. h. mit geheimem Grundschlüssel allein ausgekom- mittlung unmöglich. Ein weiterer Nachteil besteht

men werden, sofern dieser genügend oft geändert 30 darin, daß die Lage der Start- und Stopimpulse und

wird. dadurch natürlich auch die Lage der Informations-

Bei Verfahren der vorliegenden Art ist — wie impulse von Unbefugten relativ einfach festgestellt schon erwähnt — ein genauer Schlüsselgleichlauf werden kann. Unbefugten wird dadurch einerseits der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpuls- das Dechiffrieren der geheimen Nachricht erleichtert generatoren erforderlich, d.h., auf der Sende- und 35 und anderseits die Möglichkeit gegeben, durch Ein-Empfangsseite müssen gleichzeitig gleiche Schlüssel- streuen von Startimpulsen auf der Übertragungsimpulse an den Chiffriermischer bzw. Dechiffrier- strecke den Gleichlauf der sende- und empfangsmischer abgegeben werden. Genau genommen muß seitigen Schlüsselimpulsgeneratoren zu stören und der empfangsseitige ScMüsselimpulsgenerator um die somit eine chiffrierte Übermittlung unmöglich zu Laufzeit des Signals (Chiffratimpulse) vom sende- 40 machen.

seitigen Chiffriermischer zum empfangsseitigen Nach einem weiteren bekannten Vorschlag, dem

Dechiffriermischer nachlaufen. Dieser Nachlauf er- sogenannten Synchronsystem, werden Sender und

gibt sich aber automatisch, da die Signale, welche Empfänger mit je einem Taktgeber von möglichst

zur Herstellung des Schlüsselgleichlaufes der Schlüs- gleicher Frequenz ausgerüstet, mit welchem der Ab-

selimpulsgeneratoren benutzt werden, ebenfalls diese 45 lauf (Fortschaltung) der SchlüsseUmpulsgeneratoren

Laufzeit haben. sowie die Ver- und Entschlüsselung gesteuert wer-

Bisher bekanntgewordene Verfahren bzw. Ein- den. Zu Beginn der Übermittlung werden vorerst die

richtungen zur chiffrierten Nachrichtenübermittlung sende- und empfangsseitigen ScMüsselimpulsgeber

benutzen zur Aufrechterhaltung des Schlüsselgleich- in den gleichen Anfangszustand versetzt. Anschlie-

laufes zwischen dem sende- und empfangsseitigen 50 ßend erfolgt während einer Einlaufphase die Syn-

Schlüsselimpulsgenerator zusätzliche, vom über- chronisierung des empfangsseitigen Taktgebers auf

tragenen Informationsinhalt unabhängige Synchroni- den sendeseitigen und das gleichzeitige Einschalten

sierimpulse. des empfangs- und sendeseitigen Schlüssemnpuls-

Bei einem dieser bekannten Verfahren, dem so- generators, so daß beide identische Schlüsselimpulsgenannten Start-Stop-System, werden zur Synchroni- 55 folgen abgeben.

sierung (als sogenannte Synchronisierimpulse) Start- Während der Übermittlung schalten die Taktgeber

impulse verwendet. Die Klarinformation folgt jeweils die Schlüsselimpulsgeneratoren laufend weiter, wobei

auf jeden Startimpuls als eine kleinere oder größere die sende- und empfangsseitigen identischen Schlüs-

Anzahl von Informationsimpulsen (Informations- selimpulsfolgen zum Chiffrieren und Dechiffrieren

bits). Die Zeitspanne zwischen dem letzten Informa- 60 der Klarimpulskombination Ürwendet werden. Die

tionsbit und dem nächsten Startimpuls wird als Klarimpulskombinationen müssen im gleichenTakt wie

Stopimpuls bezeichnet. Dieses Verfahren wird bei- die ScUüsselimpulskombinationen in den Chiffrier-

spielsweise bei der bekannten Fernschreibübermitt- mischer bzw. Dechiffriermischer eingegeben werden,

lung angewandt. Bei verschlüsselter Übermittlung Im Fernschreibbetrieb z. B. kann die Frequenz des

können für die Synchronisierung der Schlüsselimpuls- 65 Taktgebers so gewählt werden, daß zwischen zwei

generatoren diese Startimpulse verwendet werden. aufeinanderfolgenden Taktimpulsen (Synchronisier-

Auf jeden Startimpuls muß dann der sende- und impulse) die Kombination von 5 Informationsbits

empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator eine An- (Klarinformation) eines Buchstabens gesendet wird.

Es ist klar, daß in diesem Falle die Taktgeberfrequenz mindestens so groß wie die schnellste Buchstabenfolge des Fernschreibers sein muß. Außerdem erfordert dies meistens einen Puffer-Synchronspeicher, der dem Chiffriermischer auf der Sendeseite vorgeschaltet wird und die Klarimpulskombination mit der richtigen Phasenlage in den Chiffriermischer speist. Zur Aufrechterhaltung des Synchronismus während der Übermittlung dienen die unchiffriert übermittelten Synchronisierimpulse. Dazu wird in einer möglichst störunempfindlichen Schaltung die Phasenlage der übermittelten Synchronisierimpulse im Empfänger mit jenen des empfängerseitigen Taktgebers verglichen und eine allfällige Phasendifferenz ausgeglichen. Damit ist wohl der Schlüsselgleichlauf der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeber bei Störungen oder Unterbrechung der Übertragungsstrecke für eine gewisse Dauer gewährleistet, jedoch hat auch dieses Verfahren die Nachteile, daß Unbefugte ohne weiteres einen Einlauf in den Impulssynchronismus auslösen oder durch Einstreuen von Synchronisierimpulsen mit einer von den ausgesendeten Synchronisierimpulsen gering abweichenden Frequenz den richtig synchronisierten empfängerseitigen Taktgeber von seiner ursprünglich richtigen Phasenlage wegziehen können, wodurch eine chiffrierte Übermittlung unmöglich werden kann. Weiter wird durch die Erkennbarkeit der periodisch ausgesendeten Synchronisierimpulse die Lagebestimmung der dazwischenliegenden Informationsimpulse erleichtert.

Die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß zur Synchronisierung zwischen den sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren sowie den Taktgebern auf der Empfangsseite zwischen mindestens einem Teil der vom sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerator erzeugten und ausgesendeten Schlüsselimpulsfolge und mindestens einem als Korrelationsintervall wirksamen Teil der vom empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator erzeugten Schlüsselimpulsfolge mindestens ein Korrelationsfaktor gebildet wird und mit diesem Korrelationsfaktor die Schrittsynchronisierung und/ oder Schrittphasensynchronisierung zwischen den sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren sowie die Anpassung des empfangsseitigen an den sendeseitigen Taktgeber auf der Empfangsseite gesteuert wird.

Der Hauptgedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die an sich bekannten Korrelationseigenschaften von Zufallsfolgen zur Synchronisierung der Ver- und Entschlüsselung zu verwenden. Dies wird weiter unten ausführlich erläutert. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Synchronisierung direkt mit den Pseudozufallscharakter aufweisenden Schlüsselimpulsfolgen erfolgt und nicht mittels spezieller periodischer Synchronisierimpulse. Dieser grundsätzliche Unterschied gegenüber dem bekannten Stand der Technik gewährleistet eine einwandfreie Freund-Feind-Erkennung. Insbesondere ist es Unbefugten nicht möglich, den Einlauf in den Schlüsselgleichlauf zu stören bzw. nach Herstellung dieses Gleichlaufes den Empfänger aus der richtigen Phasenlage wegzuziehen. Außerdem wird durch Vermeidung spezieller, unverschlüsselt übertragener Synchronisierimpulse und dadurch bedingter Erkennbarkeit zusammengehöriger Klarimpulskombinationen die Chiffrierfestigkeit erhöht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind für die Speicherung des empfangsseitigen Korrelationsintervalls mindestens ein Empfangsintervallspeicher und für die Speicherung der sendeseitigen Korrelationsintervalls mindestens zwei Sendeintervallspeicher vorgesehen, wobei in den letzteren Speichern die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge mit

ίο verschiedener Phasenverschiebung eingespeichert wird und zwischen dem Informationsinhalt des Empfangsintervallspeichers einerseits sowie des ersten und zweiten und gegebenenfalls der weiteren Sendeintervallspeicher anderseits je ein Korrelationsfaktor gebildet wird, wobei beim Überschreiten eines Schwellenwertes mindestens eines dieser Korrelationsfaktoren der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators angeglichen wird.

Zur zusätzlichen Erhöhung der Chiffrierfestigkeit ist es vorteilhaft, daß vor dem Beginn der Schrittsynchronisierung die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren von dem eingestellten Anfangszustand aus eine bestimmte Anzahl Schritte (Distanzschritte) fortgeschaltet werden. Die Anzahl der Schritte (Distanzschritte) kann vom Anfangszustand oder von einem geheimen Grundschlüssel und/oder einem Zusatzschlüssel abhängig gemacht werden. ■ -

Weiter kann die Stellung der Schlüsselimpulsgeneratoren nach ihrem synchronen Einschalten in Abhängigkeit vom geheimen Grundschlüssel und/

oder mindestens einen Zusatzschlüssel geändert werden.

Bei jeder Schlüsseleinstellung ist es erforderlich, einen neuen Anfangszustand zu setzen. Das Wesentliche solcher Verfahren besteht darin, daß der Anfangszustand der Schlüsselimpulsgeneratoren in Abhängigkeit vom geheimen Grundschlüssel und/oder mindestens einem Zusatzschlüssel gebildet wird.

Es ist bekannt, diesen Zusatzschlüssel mittels eines Zufallsgenerators (Rauschgenerator od. dgl.) zu erzeugen und vom Sender zum Empfänger zu übermitteln. Auch wurde bereits vorgeschlagen, die Übermittlung des Zusatzschlüssels dadurch zu vermeiden, daß dieser sende- und empfangsseitig nach identischen Regeln von Datum und Uhrzeit abgeleitet wird.

Nach Durchführung der Schrittsynchronisierung kann zwischen der vom Sender eintreffenden und der empfangsseitig erzeugten Schlüsselimpulsfolge noch eine Schrittphasenabweichung bestehen, die jedoch kleiner als eine Bitperiode ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird daher nach der Schrittsynchronisierung zur Schrittphasenkorrektur bzw. zur Aufrechterhaltung des Schrittphasengleichlaufs zwischen Sender und Empfänger mindestens ein Korrelationsfaktor zwischen den Zeitfunktionen mindestens eines Teils der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge oder durch Phasenverschiebung erzeugten weiteren empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolger und mindestens eines Teils der übertragenen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge oder durch auf der Empfangsseite durch Phasenverschiebung erzeugten weiteren sendeseitigen Schlüsselimpulsfolgen gebildet und die Phase auf Grund dieses Korrelationsfaktors nachgeregelt. Vorzugsweise wird hierbei zur Bestimmung der Richtung der Schrittphasenabweichung des Taktes des

empfangsseitigen Taktgebers gegenüber dem Takt wie sie vom Chiffriermischer 2 abgegeben wird. In des sendeseitigen Taktgebers auf der Empfangsseite Zeile b ist dieselbe Chiffratimpulsfolge amplitudenzwischen sende- und empfangsseitigen Schlüssel- moduliert und in Zeile c frequenzmoduliert gezeichimpulsfolgen, die zueinander verschiedene, relative net. Bei Amplitudenmodulation entspricht die bi-Phasenlagen haben, mehr als ein Korrelationsfaktor 5 näre L einer Wechselspannung mit der Frequenz / gebildet. ^UQd der Amplitude ü und die binäre 0 der Span-

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine nach nung 0. Bei Frequenzmodulation wird dauernd eine diesem Verfahren arbeitende Anlage werden im fol- Wechselspannung konstanter Amplitude ü ausgegenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es sendet, jedoch die Frequenz gewechselt. Beispiels_zeigt ίο weise sei der binären 0 die Frequenz /₀ und der bi-

F ig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer nach den närenL die Frequenz Z₁ zugeordnet, neuen Verfahren arbeitenden Anlage im Blockschalt- Das übertragene Signal (Chiffratimpulsfolge) ge-

bild, langt auf der Empfangsseite in den Demodulator 6,

Fig. 2 Diagramme zweier Modulationsarten b, c welcher die Chiffratimpulsfolge wieder in Form von für die Übertragung der Chiffratimpulsfolge a, 15 binären Gleichstromimpulsen an den Dechiffrier-

Fig. 3 bis 5 verschiedene gegenseitige Lagen der mischer 7 abgibt. Gleichzeitig wird der Dechiffriersende- α und empfangsseitigen b Schlüsselimpulsfolge mischer 7 mit der gleichen Schlüsselimpulsfolge wie in Diagrammdarstellung, der Chiffriermischer 2 auf der Sendeseite gespeist,

Fig. 6 bis 8 Diagramme zur Erklärung des erfin- welche vom empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenedungsgemäß angewandten Korrelationsprinzips, 20 rator 9 erzeugt wird. Im Dechiffriermischer 7 erfolgt Fig. 9a und 9b Zeitpläne für zwei Einlaufmög- die Entschlüsselung der empfangenen Chiffratimpulslichkeiten in den Schrittsynchronismus, folge, und die dabei zurückgewonnene Klarimpuls-Fi g. 10 bis 12 Diagramme zur Erläuterung der folge wird dem Klarimpuls-Klarsignal-Wandler 8 zuautomatischen Schrittsynchronisierung, geführt, welcher sie wieder in die ursprüngliche Infor-

Fig. 13 eine Einrichtung zur Durchführung der 25 mationsform zurückwandelt.

erfindungsgemäßen Schrittsynchronisierung, Die Anlage arbeitet im Synchronbetrieb, d. h., der

Fig. 14 bis 17 vier grundsätzliche Konstellationen Ablauf der Schlüsselimpulsfolge der sende- und der Signale, die bei der Schrittsynchronisierung nach empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren wird Fig. 13 auftreten können, in Form von Diagrammen, von je einem Taktgebers bzw. 10 gesteuert. Dabei Fig. 18 eine vollständige Anlage zur Durchfüh- 30 läuft normalerweise der Taktgeber5 auf der Senderung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Block- seite mit konstanter Taktfrequenz, während der Taktschaltbild, geber in der Synchronisiereinheit 10 der Empfangs-Fig. 19 Diagramme zur Erläuterung der Wir- seite für den Einlauf in den Schlüsselgleichlauf sowie kungsweise der in Fig. 18 mit SyI bezeichneten deren Aufrechterhaltung beeinflußt werden kann. Zu Schrittsynchronisiervorrichtung, 35 diesem Zweck wird bei der Korrelationssynchronisie-Fig. 20 eine weitere Variante der Schrittsynchro- ruag der Synchronisiereinheit 10 die übertragene nisiereinrichtungSyI der Fig. 18, sendeseitige Schlüsselimpulsfolge über die Leitung 11 Fig. 21 Diagramme zur Erläuterung der Wir- und die selbstproduzierte empfangsseitige Schlüsselkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 20, impulsfolge über die Leitung 12 zugeführt, welche Fig. 22 und 23 Diagramme zur Erläuterung der 40 mit diesen beiden Kriterien selbständig den Schlüssel-Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei gleichlauf herstellt.

Nachrichtenklarübermittlung. Die Schlüsselimpulse des sendeseitigen Schlüssel-

An Hand des Blockschemas der Fig. 1 soll zu- impulsgenerator und die Klarimpulse des Klarnachst das Zusammenspiel der verschiedenen Teile signal-Klarimpuls-Wandlers 1 müssen in Phase sein, einer Anlage für chiffrierte Nachrichtenübermittlung 45 Die Phasenlage der Schlüsselimpulse ist festgelegt im »Synchronbetrieb« mit der erfindungsgemäßen durch den Taktgebers. Es ist deshalb notwendig, Korrelationssynchronisierung erläutert werden. Solche daß die Klarimpulse mit der gleichen Phasenlage in Anlagen werden verwendet zur chiffrierten Übertra- den Chiffriermischer 2 eingespeist werden. Dies ergung von binär codierten Informationen, z. B. Daten, folgt in einer Anlage nach dem Blockschema der Sprache in Pulscodemodulation, Fernschreibsignale 50 Fig. 1 dadurch, daß die Klarimpulse des Klarsignalusw. Klarimpuls-Wandlers 1 durch den Taktgeber 5 abge-

Die zu übermittelnde Klarinformation wird vom rufen werden. In den Fällen, wo diese Variante nicht Klarinformations-Klarimpuls-Wandler 1 in Form möglich ist, wird ein sogenannter Puffer-Synchroneiner binär codierten Klarimpulsfolge dem Chiffrier- speicher zwischen Klarsignal-Klarimpuls-Wandler 1 mischer 2 zugeführt. Gleichzeitig wird der Chiffrier- 55 und Chiffriermischer 2 geschaltet. Dieser speichert mischer 2 mit einer Schlüsselimpulsfolge des die vom Klarsignal-Klarimpuls-Wandler abgegebenen Schlüsselimpulsgenerators 4 gespeist. Der Chiffrier- Klarimpulse bzw. Klarimpulskombinationen kurzmischer 2 mischt die Klarimpulse mit den Schlüssel- zeitig und gibt sie — gesteuert durch den Taktimpulsen, wobei dies vorzugsweise mittels »Modulo- geber 5 — mit der richtigen Phasenlage an den 2-Addition« erfolgt. Die so erzeugten Chiffratimpulse 60 Chiffriermischer 2 ab.

bzw. Chiffratimpulsfolgen gelangen in den Modu- Der Einlauf in den Schlüsselgleichlauf erfolgt bei

lator 3. Im Modulator 3 wird die Chiffratimpulsfolge der Korrelationssynchronisierung in zwei Phasen, in die für die Übertragung geeignete Modulationsart Nach Abschluß der ersten Phase, welche als

umgewandelt, z. B. Amplitudenmodulation, Fre- Schrittsynchronisierung bezeichnet wird, laufen der quenzmodulation usw. 65 sende- und empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator

In Fi g. 2 sind als Beispiele diese beiden erwähnten je am eigenen Taktgeber, wobei die beiden Schlüssel-Modulationsarten dargestellt. Die Zeile α stellt ein Impulsfolgen gegeneinander eine maximale Verschie-Stück einer Chiffratimpulsfolge in binärer Form dar, bung von einer Bitlänge b aufweisen können, welche

ίο

als Schrittphasenverschiebung oder auch Schrittphasenfehler bezeichnet wird. Diese Verhältnisse sollen an Hand der F i g. 3 und 4 folgend genauer erläutert werden.

Die F i g. 3 zeigt in den Zeilen α und b eine sende- und empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge, welche schrittsynchronisiert sind. Die Schrittphasenverschiebung ν zwischen den beiden Schlüsselimpulsfolgen ist kleiner als die Bitlänge b (auch Schrittlänge oder

Der Korrelationsfaktor r von zwei identischen und zeitlich übereinstimmenden Zufallsfolgen ist Eins, dagegen strebt dieser Faktor bei nicht identischen oder zeitlich nicht übereinstimmenden Folgen gegen Null. Das gleiche gilt für sogenannte Pseudozufallsfolgen. Hierunter versteht man Folgen mit ähnlicher statistischer Verteilung wie richtige Zufallsfolgen, jedoch determiniert und maschinell hergestellt.

Streng mathematisch wird der Korrelationsfaktor

lim

• Wi

Impulslänge genannt). Die Zahlen über den einzelnen 10 von zwei Wertefolgen nach der folgenden Formel ge-Schlüsselimpulsen sollen angeben, nach welchem bildet: Schritt des Schlüsselimpulsgenerators von einem bestimmten eingestellten Anfangszustand aus dieser Schlüsselimpuls abgegeben worden ist. Die F i g. 4 zeigt zwei nicht schrittsynchronisierte Schlüsselimpulsfolgen.

Zur Herstellung der Schrittsynchronisierung (Schrittgleichlauf) wird bei der Korrelationssynchronisierung der Korrelationsfaktor zwischen dem Infor-

Hierin bedeutet v = jc—χ und w = y—y, wobei χ und 5? die arithmetischen Mittelwerte der Folgen χ und y sind. Bei elektrischen Signalen ist χ und y die

mationsinhalt eines Teiles der sende- und empfangs- 20 Gleichstromkomponente, seitigen Schlüsselimpulsfolge benutzt. Die Eigen- Technische Bedeutung hat jedoch nur die Kurzschaften dieses Korrelationsfaktors und die Anwen- zeitkorrelation, bei welcher das Intervall, in welchem dung zur Steuerung des Schritteinlaufes werden der Mittelwert gebildet wird, eine endliche Größe weiter unten ausführlich beschrieben. hat. Die Formel für den Korrelationsfaktor geht so-

Während der zweiten Phase, der sogenannten 25 mit in die folgende Form über:. Schrittphasensynchronisierung, wird anschließend an die Schrittsynchronisierung der noch bestehende Schrittphasenfehler zwischen der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge ausgeregelt. Bei zwei Schlüsselimpulsfolgen, welche Schritt- 30 phasensynchronisiert sind, besteht keine Verschiebung zwischen der sende- und empfangsseitigen

1 η

η Ä

Schlüsselimpulsfolge. Der letztere Fall ist in Fig.5 gezeigt.

ist gleich Eins. In diesem Fäll reduziert sich die obige Formel in die folgende Form:

I /*

(1)

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Korrelationsprinzips liegen die Werte in binärer Form vor. Sie können somit nur zwei Zustände, die binäre NuIl=O und die binäre Eins=L, einnehmen. Be-

Zur Herstellung der Schrittphasensynchronisation 35 wertet man die beiden Zustände »0« und »L« mit (Schrittphasengleichlauf) wird bei der Korrelations- —1 und +1, so haben die beiden Wertefolgen synchronisierung der Korrelationsfaktor zwischen — Zufallscharakter vorausgesetzt — keinen Gleichden Zeitfunktionen eines Teiles der sende- und Stromanteil (x und -J=O), und der Effektivwert empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen benutzt, worauf später noch ausführlich eingegangen wird. 40

Durch die — wenn auch kleinen Ungenauigkeiten der Taktgeber — werden mit der Zeit die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen wieder eine Verschiebung erhalten. Auch diese Phasenverschiebung wird durch die Schrittphasensynchronisierung ausgeregelt.

Während der Informationsübermittlung steht auf der Empfangsseite die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge nicht zur Verfügung, und somit kann auch ein allenfalls entstehender Schrittphasenfehler während 50 F i g. 6 dargestellt. Bei zwei nicht korrelierten Folgen der Informationsübermittlung nicht ausgeregelt strebt der Korrelationsfaktor r gegen Null, wie dies werden. Da jedoch auf der Sende- und auf der Empfangsseite sehr genaue Taktgeber, vorzugsweise quarzgesteuerte Taktgeber verwendet werden, ist es ohne weiteres möglich, während einer gewissen Zeit, 55 ohne Schrittphasensynchronisierung Informationen zu übermitteln. Während der natürlichen und — wenn notwendig — während künstlich erzeugter Pause der Informationsübermittlung wird wieder nur die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge übertragen, und 60 wobei diese spezielle Formel wieder nur für binäre die Empfängerstation hat Zeit, den inzwischen ent- Signale mit Zufallscharakter und den beiden mit +1 standenen Schrittphasenfehler auszukorrigieren.

Anschließend soll auf die Korrelationseigenschaften von Zufallsfolgen oder Pseudozufallsfolgen eingegangen werden, unter welchem Begriff die Schlüsselimpulsfolgen von Schlüsselimpulsgeneratoren, wie sie bei der Korrelationssynchronisierung verwendet werden, fallen.

Wie oben dargelegt, ist der Korrelationsfaktor von zwei identischen Folgen Eins, Dieser Fall ist in

F i g. 7 veranschaulicht.

Liegen die Wertefolgen χ und y als Zeitfunktionen vor, so geht die Formel (1) in die Integralform über:

τ =*■=- x(t)y(.t)dt,

und — 1 bewerteten Zuständen gilt.

Wird y(t) mit einer Variablen verzögert, so gibt sich die Korrelationsfunktion ψ (τ):

ψ(τ)

■ι

-rf

x(t)y{t-x)at.

(2)

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11 12

Bei identischen Zeitfunktionen, also χ = y, ergibt laufend bezeichnet. In diesem Fall befindet sich dei sich die Autokorrelationsfunktion ψ (τ) nach Fig. 8, empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator, von einen: die bei Verschiebung Null (r=0) einen Maximalwert für beide Schlüsselimpulsgeneratoren gleichen Anhat und symmetrisch ist. fangszustand aus gezählt, vor dem Erreichen des Die oben beschriebenen Eigenschaften des Korre- 5 Kreuzungszeitpunkts t_i in einer höheren Schrittzahl lationsfaktors zweier Wertefolgen [Formel (I)] sowie als der sendeseitige Schlüsselimpulsgenerator. In der Korrelationsfunktion [Formel (2)] werden bei der Fig. 9 a ist z.B. im Zeitpunkt t_z der sendeseitige erfindungsgemäßen Korrelationssynchronisierung zur Schlüsselimpulsgenerator im 16. Schritt, während Ausführung der Schritt- und Schrittphasensynchroni- der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator im sierung angewendet. io 30. Schritt steht.

Bei synchroner Übermittlung, wie dies beim Er- Den umgekehrten FaU, d. h. empfangsseitig nach-

findungsgegenstand der Fall ist, werden die Schlüssel- laufend, zeigt die Fig. 9b. In diesem Fall befindet

impulsgeneratoren von je einem eigenen Taktgeber sich der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator,

auf der Sende- und der Empfangsseite mit praktisch von einem für beide Schlüsselimpulsgeneratoren der gleichen Taktfrequenz fortgeschaltet. Die Peri- 15 gleichen Anfangszustand aus gezählt, vor dem Er-

odendauer dieser Taktfrequenz entspricht dabei der reichen des Kreuzungspunktes t_t in einer niederen

Klarimpulslänge. Zu Beginn der Verbindungsauf- Schrittzahl als der sendeseitige Schlüsselimpulsgene-

nahme stellt sich somit die Aufgabe, diese beiden rator. In Fig. 9b ist z. B. im Zeitpunkt t_& der sende-

Schlüsselimpulsgeneratoren in den Schrittgleichlauf seitige Schlüsselimpulsgenerator im 42. Schritt, wähzu bringen. eo rend der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator im

Die Herstellung des Schrittgleichlaufs ist grand- 27. Schritt steht.

sätzlich auf zwei Arten möglich. Bei beiden Bei der erfindungsgemäßen Korrelationssynchroni-Varianten werden die sende- und empfangsseitigen sierung erfolgt die Schrittsynchronisierung nach der Schlüsselimpulsgeneratoren zuerst in den gleichen zweiten Variante, weil mittels der Korrelation der Anfangszustand gebracht. Von diesem Anfangszu- 25 Gleichlaufzeitpunkt auch bei gestört übertragenen stand ausgehend, werden gemäß der ersten Variante sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge eindeutig detekbei beiden Schlüsselimpulsgeneratoren die Taktgeber jjert werden kann. Dieser Detektor arbeitet wie nachgleichzeitig eingeschaltet, und man erhält offensicht- folgend beschrieben.

lieh im Schrittgleichlauf arbeitende Schlüsselimpuls- Von den in Sequenzform auf der Empfangsseite generatoren. Bei der zweiten Variante müssen die _3o vorliegenden sende- und empfangsseitigen Schlüssel-Taktgeber nicht gleichzeitig, jedoch in einer vorher Impulsfolgen wird laufend ein Intervall — sogefestgelegten Reihenfolge eingeschaltet werden. Bei- nannter Korrelationsintervall Z₀ — bestehend aus den spielsweise wird der Empfängertaktgeber vor dem letzten η Bits, im Sende- bzw. Empfangsintervall-Sendertaktgeber eingeschaltet. Durch entsprechende speicher, vorzugsweise Schieberegister, gespeichert Wahl der Ablaufgeschwindigkeit der empfangs- _{35 un}d davon der Korrelationsfaktor nach Formel (1) seitigen Schlüsselimpulsfolge kann immer erreicht berechnet. Die Berechnung des Korrelationsfaktors werden, daß beide Schlüsselimpulsgeneratoren in erfolgt derart, daß die Information der gleichen Bits einem späteren Zeitpunkt in der gleichen Stellung des sende- und empfangsseitigen Korrelationsinterstehen. Die Schlüsselimpulsfolgen kreuzen sich bei _Valls — sogenanntes Wertepaar — miteinander verihrem Ablauf. Im oben angenommenen Beispiel ₄₀ glichen (multipliziert) wird und durch anschließende müßte der Empfängertakt langsamer sein als Summation des Vergleichsresultates aller η Werteder des Senders. Auf der Empfangsseite wird _paare der Korrelationsfaktor r gebildet wird. Dieser mittels geeigneter Mittel festgestellt, wann diese Faktor wird um Null herumpendeln, solange die Kreuzung stattfindet und in diesem Zeitpunkt beiden Intervalle nicht identisch sind. In jenem Modie Empfängertaktfrequenz sprunghaft auf jene des _{45 men}t jedoch, in welchen zwei identische Intervalle Senders umgeschaltet. Von diesem Moment an gespeichert sind, d. h. beide Schlüsselgeneratoren in sind beide Schlüsselimpulsgeneratoren im Schritt- der gleichen Stellung stehen, steigt der Korrelationsgleichlauf. faktor r sprunghaft gegen Eins. Mit diesem Kriterium, Der zeitliche Ablauf für die oben angenommenen d. h. beim Übersteigen des Korrelationsfaktors r über Verhältnisse ist im Diagramm der Fig. 9 a darge- _5o einen bestimmten, vorgegebenen Wert, densogenannstellt. In diesem Diagramm ist der Ablauf der _ten Schwellenwert SW, wird der empfangsseitige Takt-Schlüsselimpulsfolgen auf der Ordinatenachse S über _geb_er auf die Sendetaktfrequenz umgeschaltet. Die der Zeitachse t aufgetragen. Die Linie SE symbolisiert beiden Schlüsselgeneratoren laufen von diesem Zeitden Ablauf der Empfänger-Schlüsselimpulsfolge und punkt an schrittsynchron weiter,
die strichlierte Linie SS den Ablauf der Sender- ₅₅ Nach Herstellung des Schrittsynchronismus kann Schlüsselimpulsfolge. Der Empfängertaktgeber und zwischen den beiden Schlüsselimpulsfolgen noch eine damit die Empfänger-Schlüsselimpulsfolge SE be- Schrittphasenverschiebung von maximal + V2 Bit beginnt im Zeitpunkt ^₁ zu laufen. Der Sender-Takt- stehen, da die beiden Taktgeber diesbezüglich noch geber und damit die Sender-Schlüsselimpulsfolge SS nicht synchronisiert wurden. Dieser Phasenfehler beginnt im Zeitpunkt i₂ zu laufen. Darstellungsgemäß 60 wird mittels der Schrittphasensynchronisierang ausläuft der Empfängertaktgeber zunächst langsamer als geregelt, die weiter unten ausführlich besehrieben der Sendertaktgeber. Die beiden Linien ÄS" und SE _wi_rd.

kreuzen sich im Zeitpunkt^. In diesem Zeitpunkt Die Größe des SchwellenwertesSW richtet sich

wird die Frequenz des Empfängertaktgebers sprung- _nach dem Störungsgrad der Übermittlung, bei

haft mit der Frequenz des Sendertaktgebers in Über- 65 welchem die Schrittsynchronisierung noch einwand-

einstimmung gebracht. frei arbeiten soll. Ist für richtigen Einlauf die maxi-

_ Die Konstellation vor dem Schrittgleichlauf, wie mal zulässige Fehlerquote?, so sind k = q-«Bits im

sie Fig. 9a darstellt, wird als empfangsseitig vor- Korrelationsintervall gestört, wobei k nur ganzzahlig

I 216 921

sein kann. Der Korrelationsfaktor erreicht in diesem Fall den Wert

n — 2k

r =

sind (k + 1) Bits gestört, so soll kein Einlauf mehr erfolgen. Somit ist der Schwellenwert SW wie folgt festgelegt:

Anderseits steigt bei kleinerem Schwellenwert die Wahrscheinlichkeit für einen Schritteinlauf auf eine Zufallsfolge. Diese sogenannte Fehleinlaufwahrscheinlichkeit Wp berechnet sich zu

W_F =

η
Jfc-1

2»

Durch entsprechende Wahl der Korrelationsintervallängen (Bit) sind jedoch beliebige Fehlerquoten und Fehleinlaufwahrscheinlichkeiten möglich. Zwei Zahlenbeispiele sollen dies noch genauer zeigen, wobei durch die Wahl einer extrem hohen Fehlerquote demonstriert werden soll, wie störungsunempfindlich ein Einlauf in den Schrittsynchronismus gemacht werden kann.

Beispiel 1

Intervallänge η = 40

Fehlerquote = 20% k = 8

Wf =

2⁴⁰

n-2(k

n-2k

WF =

92 24

40 40

Beispiel 2

Intervallänge η = 60

Fehlerquote = 20% k = 12

60

12

(S)

2⁶⁰

< sw <

W_F = 1,82 · 10-⁶.

n-2k

60

Aus diesen beiden Beispielen ist unter anderem ersichtlich, daß durch Erhöhen der Korrelationsintervallänge η von 40 auf 60 Bits die Fehleinlaufwahrscheinlichkeit trotz gleicher Fehlerquote von 10~⁴ auf 1,82·10-^β sinkt.

Die Forderung der Freund-Feind-Erkennung wird dadurch erfüllt, daß für den Einlauf in den Schrittsynchronismus direkt die Schlüsselimpulsfolge verwendet wird. Somit ist ein Einlauf nur auf eine Gegenstation möglich, welche die richtige Impulsfolge liefert. Hierzu ist erforderlich, daß die Schlüsselimpulsgeneratoren bei beiden Stationen vom gleichen Anfangszustand ausgehen. Die Erzeugung des Anfangszustandes kann beispielsweise durch Mischung eines geheimen Grundschlüssels mit mindestens einem Zusatzschlüssel erfolgen. Eine andere Art, bei welcher keine Übermittlung des Zusatzschlüssels erfolgen muß, ist die Mischung des geheimen Grundschlüssels mit dem Datum-Zeit-Zusatzschlüssel.

Wie bereits erwähnt, kann nach dem Schritteinlauf zwischen dem sende- und empfangsseitigen Taktgeber noch eine Schrittphasenverschiebung von maximal

is +¹Ii Bit bestehen. Weiter kann sich auch infolge der, wenn auch sehr kleinen Ungenauigkeit der Taktgeber mit der Zeit eine Schrittphasenverschiebung ergeben. Diese Schrittphasenfehler verschiedenen Ursprungs müssen auskorrigiert werden. Dies erfolgt in beiden

Fällen mittels der Schrittphasensynchromsierung, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Korrelationssynchronisierung benutzt man zur Schrittphasensynchromsierung die Eigenschaften der in F i g. 8 dargestellten

as Autokorrelationsfunktion im Bereich von — 16 bis + 16 (6 = Bitlänge), welche bei Schrittphasenübereinstimmung (τ = 0) ein Maximum hat. Korreliert man auf der Empfangsseite die Zeitfunktionen der sendeseitig produzierten Schlüsselimpulsfolge mit der empfängerseitig erzeugten Schlüsselimpulsfolge, so erhält man gemäß der Autokorrelationsfunktion einen Funktionswert, der vom Betrag der Schrittphasenverschiebung abhängig ist. Durch Verschieben der Phase des empfangsseitigen Taktgebers derart, daß

der Funktionswert sein Maximum erreicht, wird der Schrittphasenfehler zwischen Sender- und Empfängertaktgeber zu Null gemacht. In diesem Fall stimmen die empfangenen, sendeseitige produzierten Schlüsselimpulse phasenmäßig genau mit den empfangsseitigen überein.

Die Vorteile des Korrelationsprinzips liegen in der Freund-Feind-Erkennung und der Unempfindlichkeit gegen statisch verteilte Störungen.

Die Freund-Feind-Erkennung, d.h. nichtreagieren auf feindliche Impulsfolgen, die ein langsames Herausziehen der Empfangsstation aus dem Schrittphasensynchronismus bezwecken, um dadurch die Übertragung von Nachrichten unmöglich zu machen, erfolgt analog zur Schrittsynchronisierung dadurch, daß, um irgendeinen Einfluß auf die Schrittphasensynchronisierung auszuüben, die richtige Schlüsselimpulsfolge zur Verfügung stehen muß. Da diese Schlüsselimpulsfolge geheim ist, ist eine Einflußnahme Unbefugter auf die Schrittphasensynchronisierung mit Sicherheit ausgeschaltet.

Statistisch verteilte Störungen in der empfangenen Schlüsselimpulsfolge bewirken, daß der Korrelationsfaktor nicht mehr auf den Wert Eins ansteigen kann, da die beiden korrelierten Impulsfolgen nicht mehr (100%) identisch sind. Die Störungen verändern jedoch den Charakter der Autokorrelationsfunktion nicht, d. h., das Maximum dieser Funktion liegt immer bei Schrittphasenverschiebung Null, und der Abfall nach —16 und +16 bleibt linear. Es ist lediglich durch Wahl einer genügend langen Integrationszeit zu vermeiden, daß die durch Störungen hervorgerufenen statistischen Schwankungen des Korrelationsfaktors in genügend kleinen Grenzen gehalten werden.

Diese Schwankungen müssen so klein sein, daß sich das Maximum der Autokorrelationsfunktion mit der gewünschten Genauigkeit feststellen läßt. In F i g. 8 ist die Autokorrelationsfunktion bei einer mittleren Fehlerquote von 25% gestrichelt eingezeichnet.

Bei der Beschreibung einer Schaltung zur Schrittphasensynchronisierung wird an Hand der Figuren nochmals auf den Einfluß auf Störungen eingegangen werden.

Soll die Schrittphasensynchronisierung automatisch durchgeführt werden, so muß, da die Autokorrelationsfunktion — ausgenommen beim Nullpunkt — zweideutig ist, das Vorzeichen der Abweichung bzw. die Richtigkeit der Korrektur bestimmt werden. Dies ist möglich, wenn man beispielsweise die empfangene — sendeseitig erzeugte — Schlüsselimpulsfolge mit zwei zueinander verschobenen, empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen korreliert. Diese Schlüsselimpulsfolgen sollen symmetrisch zu der zur Dechiffrierung verwendeten Schlüsselimpulsfolge liegen und vorzugsweise eine Verschiebung von +¹Iz und -¹Iz Bit aufweisen. Die Fig. 10 zeigt drei solche empfangsseitige identische Schlüsselimpulsfolgen, wobei die Schlüsselimpulsfolge der Zeile α zum dechiffrieren verwendet wird und die beiden anderen Impulsfolgen b und c für die Schrittphasensynchronisierung benötigt werden. Letztere haben eine Phasenverschiebung von -¹Ii. bzw. -¹T¹Iz Bit zur Impulsfolge der Zeile a. Wie bereits oben erwähnt, werden die empfangsseitigen SchlüsseHmpulsfolgen b und c der F i g. 10 mit der empfangenen, sendeseitig erzeugten Schlüsselimpulsfolge korreliert und aus den dabei gewonnenen Korrelationsfaktoren, die in den Fig. 11 und 12 mit ^₁ und ψ₂ bezeichnet sind, die Differenz gebildet. Diese Differenz ist, wie an Hand der folgenden Beispiele gezeigt wird, ein geeignetes Kriterium zur automatischen Steuerung der Schrittphasensynchronisierung.

Ist die empfangsseitige, zur Dechiffrierung benutzte Schlüsselimpulsfolge (Zeile α in Fig. 10) in Phase mit der empfangenen, sendeseitigen erzeugten Schlüsselimpulsfolge, so sind die beiden Korrelationsfaktoren Ip₁ und ψ₂ gleich groß und somit die Differenz gleich Null. Diese Verhältnisse sind in F i g. 12, aufgezeichnet, worin die Abszissen a, b und c die Phasenlagen der drei empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen bezeichnen.

In Fig. 11 sind die Verhältnisse für nacheilenden Empfängertaktgeber, d. h. positive Schrittphasenverschiebung, dargestellt. Wie aus dieser Figur herausgelesen werden kann, ist der Korrelationsfaktor ψ₁ größer als der Korrelationsfaktor ψ₂. und somit die Differenz positiv.

Bei voreilendem Empfängertaktgeber, d. h. negative Schrittphasenverschiebung, liegen, wie ohne weiteres einzusehen ist, die Verhältnisse umgekehrt, und somit ist die Differenz negativ.

Die Kriterien zur Steuerung der Impulssynchronisation lauten zusammenfassend wie folgt:

1. Impulssynchronismus
(Phasenverschiebung Null) ψ₁ — ψ₂ = 0

2. Empfängertaktgeber nacheilend
(positive Schrittphasenverschiebung) ψ₁ — ψ₂>0

3. Empfängertaktgeber voreilend
(negative Schrittphasenverschiebung) yj_t — ψ₂ < 0

Die beiden Werte ψ₁ und ψ₂ sind bekanntlich Integrale [vgl. Formel (2)]. Da die Differenz zweier Integrale gleich dem Integral der Differenzen ist, kanu die Differenzbildung auch vor der Integration erfolgen. Führt man zudem noch eine feste Integrationszeit ein, so kann das Integral direkt als normierten Mittelwert angesehen werden. Unter Berücksichtigung dieser beiden Gesichtspunkte ist die in F i g. 13 dargestellte Schaltung zur Impulssynchronisation aufgebaut, welche auch im Blockschaltbild der F i g. 18 angewendet wird und anschließend beschrieben wird. Gemäß dem in F i g. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Schrittphasensynchronisierung werden zwei Korrelationsmultiplikatoren 806 und 807 einerseits über die Leitung 805 mit der gleichen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge und andererseits übet die Leitungen 113 und 804 mit je einer empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge gespeist. Die beiden empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen haben im impulssynchronisierten Zustand eine Phasenverschiebung von -¹Iz und +V2Bit bezüglich der auf dei Leitung 805 eintreffenden sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge. Dieser Zustand ist im Diagramm der Fig. 14 aufgezeichnet, wobei die Zeilen a, b, c die Schlüsselimpulsfolgen auf den Leitungen 805, 113, 804 wiedergeben. Die Fig. 15 bis 17 zeigen drei weitere Konstellationen. In den Fig. 14 bis 17 sind die beiden binären Zustände der Impulsfolgen der Zeilen α bis e entsprechend der für die Korrelation zweckmäßigen Bewertung wieder mit +1 und —1 bezeichnet. ' . -

Die Korrelationsmultiplikatoren 806, 807 führen die Multiplikation der beiden eingespeisten Schlüssel-Impulsfolgen aus. Die dabei gebildeten Produktfolgen sind jeweils in den Zeilen d und e der F i g. 14 bis 17 dargestellt. Diese Produktfolgen gelangen über die Leitung 820 bzw. 821 in den Differenzverstärker 808, wo eine neue Folge entsprechend der Differenz der beiden Produktfolgen gebildet wird. Diese neue Impulsfolge ist jeweils in Zeile / der F i g. 14 bis 17 dargestellt. Die neue Impulsfolge, am besten als Differenzfolge bezeichnet, wird im Integrator 809 integriert. Der Wert des Integrals entspricht — bei einer definierten, konstanten Integrationszeit — der Differenz des Korrelationsfaktoren' zwischen der sendeseitigen und je einer empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge und ist somit ein Maß für den Schrittphasenfehler der beiden an der Verbindung teilnehmenden Taktgeber. Dieses Fehlersignal ist jeweils in Zeile h der Fig. 14 bis .17 dargestellt. Das Fehlersignal h gelangt über die Leitung 822 in den Schwellenwertdetektor 812, wo ein Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert SW stattfindet, der dem Schwellenwertdetektor von einem einstellbaren Schwellenwertgeber 811 zugeführt wird. Der Schwellenwertdetektor 812 schaltet die beiden Ausgänge 813 und 814 nach folgenden Steuerkriterien:

6o Schrittphasen verschiebung	Fehlersignal h	Zustände der Leitungen 813 I 814	0 0 L
positiv 0 5 negativ	h>SW SW>h>-SW h<-SW	L 0 0

Die Größe des Schwellenwertes SW ist durch die Forderung bestimmt, daß die Korrelation mit irgend-

17 18

einer empfangenen Zufallsimpulsfolge keine Korrek- erfolgt jeweils die Nachsynchronisation der während

tür der Schrittphasenlage des empfangsseitigen Takt- der Nachrichtenübermittlung entstandenen kleinen

gebers zur Folge haben darf. In diesem Falle schwankt Schrittphasenverschiebung. Am Schluß der Beschrei-

das Fehlersignal h um den Wert Null, und der bung wird zudem noch auf eine Anordnung eingegan-

Schwellenwert ist so groß zu wählen, daß er praktisch 5 gen, welche eine Schrittphasenkorrektur auch wäh-

nie erreicht wird. Dieser Fall ist im Zeitplan der rend der Informationsübennittlung gestattet.

Fig. 17 Schritt für Schritt dargestellt. Die Fig. 18 zeigt zwei als Sender und Empfänger

Bei der minimalen Schrittphasenverschiebung, die zusammenarbeitende Stationen, die mit einer nach noch auskorrigiert werden soll, muß jedoch das dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Syn-Fehlersignal h den Schwellenwert SW erreichen. Durch io chronisiereinrichtung ausgestattet sind. Bei beiden die Integration wird der Fehler laufend addiert, so Stationen befindet sich je ein Klarinformations-Klardaß durch die Wahl einer entsprechend langen Inte- impuls-Wandler 1 bzw. 8. Mittels dieser Wandler wird grationszeit das Fehlersignal h für beliebig kleine die Klarinformation in Klarimpulsfolgen umgewanminimale Schrittphasenfehler ereicht werden kann. delt (Sender) oder umgekehrt (Empfänger). Wie Dies ist auch der Fall, wenn die sendeseitige Schlüs- 15 schon früher erwähnt, müssen die Klarimpulse die selimpulsfolge auf dem Übertragungsweg gestört gleiche Phasenlage wie die Schlüsselimpulse aufwurde, denn der Anteil der Störungen im Fehlersignal weisen. Zu diesem Zweck werden im beschriebenen ist im Mittel Null. Die Zeitpläne der Fig. 15 und 16 Beispiel die Taktimpulse des sendeseitigen Taktzeigen den Fall mit positiver bzw. negativer Schritt- gebers 40 dem Klarinfomations-Klarimpuls-Wandphasenverschiebung. 20 ler 1 zugeführt, damit dieser die Klarimpulse in der

Die Integrationszeit wird durch periodisches Setzen richtigen Phasenlage abgeben kann. Auf die Mögder Anfangsbedingung Null des Integrators 809 be- lichkeit mit dem Puffer-Synchronspeicher wurde ebenstimmt. Dies erfolgt durch einen Impuls auf der Lei- falls schon früher hingewiesen,
tung 810, welcher in den Fig. 14 bis 17 jeweils in Der Ausgang 71. des sendeseitigen Wandler 1 speist Zeile g eingezeichnet ist. Kurz vor dem Setzen einer 25 die Klarimpulse in einem Chiffriermischer 16, dessen neuen Anfangsbedingung wird der Integrator 809 ab- Ausgang 17 mit der durch den Pfeil 100 angedeutegelesen bzw. die Entscheide des Schwellenwertdetek- ten Ubertragungsstrecke verbunden ist, die beispielstors 812 ausgetastet. Durch einen periodischen Im- ' weise eine Kabel-, Draht- oder Funkverbindung sein puls auf der Leitung 815 werden die Tore 816 und kann. Der Übertragungsweg mündet auf der Emp-

817 geöffnet, so daß ein allfälliges Korrektursignal 30 fängerseite in den dort befindlichen Dechiffrierauf der Leitung 813 oder 814 über Leitung 818 bzw. mischer 160, dessen Ausgang 171 den Wandler 8 819 die entsprechende Korrektur des empfangsseiti- speist. Zum Zweck der Verschlüsselung werden an gen Taktgebers mit bekannten Mitteln ausführt, Ein die Mischer 16 und 160 durch die Schlüsselimpuls-Impuls auf der Leitung 818 bewirkt eine negative Ver- generatoren 10 und 110 SchlüsseUmpulsfolgen geschiebung der Phase des Empfängertaktgebers, wo- 35 liefert, die im sendeseitigen Mischer 16 mit den vom gegen ein Impuls auf der Leitung 819 eine positive Ver- Wandler 1 erzeugten Klarimpulsfolgen gemischt werschiebung zur Folge hat. In den Fi g. 14 bis 17 ist der den. Nach Übertragung der so verschlüsselten Impuls-Leseimpuls der Leitung 815 jeweils in Zeile i und die folgen über die Ubertragungsstrecke 100 werden im resultierenden Korrekturimpulse auf den Leitungen Mischer 160 durch Mischung mit der identischen,

818 und 819 jeweils in den Zeilen k und I dargestellt. 40 vom Schlüsselimpulsgeber 110 erzeugten Schlüssel-Es ist zu beachten, daß bei der vorstehend beschrie- impulsfolge wieder Nachrichtenklarimpulse her-

benen Anordnung gemäß F i g. 13 die Schrittphasen- gestellt, die den Wandler 8 steuern,

verschiebung nicht quantitativ erfaßt wird und die Jeder der Schlüsselimpulsgeneratoren 10 bzw. 110

Korrektur in kleinen, konstanten Schritten erfolgt. ist über die Leitungen 31, 21 bzw. 131, 121 von je

Die Korrektur einer größeren Schrittphasenverschie- 45 einem Grundschlüsselgeber 30 bzw. 130 und zumin-

bung, z. B. nach dem Schritteinlauf, erfolgt somit in dest je einen Zusatzschlüsselgeber 20 bzw. 120

mehreren, hintereinanderfolgenden Messungen und steuerbar. Durch die kombinierte Anwendung dieser

Korrekturschritten, bis die gesamte Schrittphasen- Schlüsselgeber kann auch bei Verwendung eines ein-

verschiebung korrigiert ist. zigen Grundschlüssels bei jeder Verbindungsaufnahme

Eine Schrittphasensynchronisierung, wie sie an 50 eine neue Schlüsselanfangsstellung produziert wer-

Hand der F i g. 13 beschrieben wurde, kann eine den. Als Zusatzschlüssel kann ein sogenannter Zu-

Schrittphasenverschiebung bis zu ± IV2 Bit ausregeln. falls- und/oder ein Datum-Zeit-Schlüssel verwendet

Dieser Bereich ist größer als erforderlich, da nach werden.

dem Schritteinlauf eine Schrittphasenverschiebung Weiter ist jede Station mit einem Taktgeber 40 bzw.

von maximal ± V2 Bit besteht und bei einer Schritt- 55 900 ausgestattet. Jeder dieser Taktgeber besitzt einen

phasenverschiebung von mehr als 1 Bit keine Nach- Frequenzgenerator 902, wobei die Frequenzen aller

richten mehr übermittelt werden können. dieser Generatoren möglichst genau übereinstimmen.

Die Schrittphasensynchronisierung gemäß F i g. 13 Zumindest der Taktgeber der Empfangsstation ist

arbeitet nur dann, wenn die sendeseitige Schlüssel- weiter mit einer Impuls-Einstreu-Unterdrückerstufe

Impulsfolge übermittelt wird. Hingegen will man 60 905 ausgestattet.

Nachrichten chiffriert übermitteln, steht die sende- Zumindest bei der Empfangsstation befindet sich seitige Schlüsselimpulsfolge auf der Empfangsseite eine Synchronisiereinrichtung Sy.
nicht dauernd zur Verfügung. Da aber die Taktgeber In der Regel ist jede Station so eingerichtet, daß sehr genau sein müssen (quarzgesteuert), ist es ohne sie sowohl als Sender als auch als Empfänger (wahlweiteres möglich, eine bestimmte Zeit Nachrichten zu 65 weise) eingesetzt werden kann. Es sind dann alle übermitteln, ohne daß die Schrittphasensynchronisie- Stationen gleich aufgebaut, wobei natürlich auch jede rung arbeiten muß. Während der natürlichen und, Station eine gleiche Synchronisiereinrichtung und wenn nötig, künstlich erzeugten Ubermittlungspausen einen gleichen Taktgeber besitzt.

19 20

Darstellungsgemäß besteht die Synchronisierein- Tor 52 den Takt freigibt. Die Taktimpulse stammen

richtung Sy aus zwei Teilen Sy I und Sy II. Der Teil vom Taktgeber 40 und werden über die Leitung 41,

SyI dient zur Steuerung des Schritteinlaufes, d. h. das Tor 52 und die Leitung 53 zum Schlüsselimpuls-

zur Schrittsynchronisation. Der Teil Sy II dient zur generator 10 geleitet. Die Anzahl der Distanzschritte

Schrittphasenkorrektur bzw. zur Aufrechterhaltung 5 kann fest oder variabel sein. Diese Schritte werden

des Gleichlaufes, d. h. zur Schrittphasensynchronisa- vom Schlüsselimpulsgenerator 10 gezählt. Das Ende

tion. wird über die Steuerleitung 12 der Kommandoeinheit

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Variante 50 signalisiert, die ihrerseits über die Leitung 51 das

der Erfindung besteht der Teil Sy I der Synchronisier- Tor 52 wieder sperrt und somit den Ablauf der

einrichtung im wesentlichen aus drei Schieberegistern io Schlüsselimpulsfolge stoppt.

200, 300 und 400 (Sende- und Empfangsintervall- Bei einer bevorzugten Variante mit einer variablen

speicher), zwei Korrelatoren 500 und 600, zwei Anzahl von Distanzschritten wird die Schrittzahl vom

Schwellenwertdetektoren 701 und 703, einem Schwel- geheimen Grundschlüssel/oder Datum-Zeit-Schlüssel,

lenwertgeber 700 sowie zwei Verstärkerstufen 702 der periodisch wechselt, abgeleitet,

und 704. Der Teil Sy II besteht in Übereinstimmung 15 Die Distanzschritte dürfen nicht auf die Über-

mit der in Fig. 13 dargestellten und weiter oben aus- tragungsstrecke 100 gelangen. Deshalb sperrt die

führlich beschriebenen Anordnung aus zwei Korre- Kommandoeinheit 50 über die Leitung 54 das Tor 14

lationsmultiplikatoren 806 und 807, einem Differenz- während des Setzvorganges und des Ablaufs der

verstärker 808, einem Integrator 809, einem Schwel- Distanzschritte. Somit gelangt keine Information aus

lenwertdetektor 812 und einem Schwellenwertgeber ao dem Gerät, von welcher relativ leicht der geheime

811. Dieser Anordnung sind zur Bereitstellung der Grundschlüssel gewonnen werden könnte,

nötigen Schlüsselimpulsfolgen in der gewünschten Findet keine Übermittlung statt, d.h., das Gerät

Phasenlage zwei Verzögerungsschaltungen 801 und ist immer noch im Rühezustand, so wiederholt sich

802 sowie eine Speicherstufe 803 vorgeschaltet. dieser Setzvorgang bei jedem Wechsel des Datum-

Jede der Stationen ist mit einer Kommandoeinheit 25 Zeit-Schlüssels.

50 bzw. 150 ausgestattet, die den Ablauf der ver- Soll nun eine Meldung chiffriert übermittelt wer-

schiedenen Einzelphasen steuert. Um die Übersicht- den, so wird die Sendeseite von »Klar« auf »Syn-

lichkeit des Blockschemas nicht zu stören, sind die Krypto« umgeschaltet. Dies erfolgt mittels eines

Steuerleitungen zwischen der Kommandoeinheit und Schalters 60, welcher über die Leitung 61 der Kom-

den einzelnen Geräteteilen nicht eingezeichnet, son- 30 mandoeinheit 50 den Befehl zur Auslösung der

dem durch die Bezeichnung mit S als solche markiert. Synchronisierphase erteilt.

Der zugehörige Pfeil gibt jeweils die Richtung des Es besteht jedoch für den Einlauf die Bedingung,

Signalflusses — zu oder von der Kommandoein- daß bei beiden Schlüsselimpulsgeneratoren der gleiche

heit — an. Anfangszustand gesetzt wurde. Diese Bedingung ist

Einzelheiten und die Wirkungsweise der im Block- 35 — infolge der Ungenauigkeit der Uhren auf der schema der Fig. 18 dargestellten Einrichtung werden Sende- und Empfangsseite — während des Wechsels nachstehend ausführlich beschrieben. Hierbei wird des Datam-Zeit-Scblüssels nicht unbedingt erfüllt, zum Setzen des Anfangszustandes ein Datum-Zeit- Somit muß ein Einlaufbefehl während des Zusatz-Schlüssel verwendet, schlüsselwechsels für kurze Zeit gesperrt bzw. ver-

Bei der Erzeugung des Anfangszustandes der 40 zögert werden.

Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und 110 nach der Unter der Annahme, daß die Uhren einmal pro

Methode »Datum-Zeit-Schlüssel« wird in regelmäßi- Tag gerichtet werden und die Ganggenauigkeit min-

gen Intervallen, z. B. jede Minute, ein neuer Zusatz- destens 10~⁵ beträgt, berechnet sich die maximale

schlüssel nach dem Datum und der Zeit erzeugt. Im Differenz der Uhren zu

vorliegenden Ausführungsbeispiel sind daher die Zu- 45 -

satzschlüsselgeneratoren 20 und 120 mit je einer Uhr At- ±2·24 ·3600· 10~⁵ == 1,73 Sekunden,
ausgestattet.

Auf der Sendeseite wird der Datum-Zeit-Schlüssel Die eigentliche Sperrzeit muß hingegen noch etwas

über die Leitung 21 in den Schlüsselimpulsgenerator größer sein, damit ein kurz vor Beginn der Sperrzeit

10 übertragen. Bei jedem Wechsel des Datum-Zeit- 50 ausgelöster Einlauf noch sicher stattfinden kann und

Schlüssels signalisiert der Zusatzschlüsselgenerator 20 am Ende der Sperrzeit das neue Korrelationsintervall

über die Leitung 22 diesen Wechsel der Kommando- auf der Empfangsseite schon gesetzt ist. Als Richtwert

einheit 50. Solange sich das Gerät im Ruhezustand kann die Sperrzeit für größere Taktfrequenzen zu

befindet, veranlaßt die Kommandoeinheit 50 über die ± Sekunden angenommen werden.

Leitung 11, daß der neue Anfangszustand im 55 Auf den vom Schalter 60 ausgelösten Einlaufbefehl

Schlüsselimpulsgenerator 10 gesetzt wird, d. h. die leitet die Kommandoeinheit 50 sofort oder, falls die-

Mischung von Datum-Zeit-Schüssel auf der Leitung ser zufällig in die Sperrzeit gefallen ist, nach Ablauf

21 mit dem geheimen Grundschlüssel, der aus dem derselben die Schrittsynchronisierphase ein. Über die

Grundschlüsselgenerator 30 über die Leitung 31 Leitung 51 wind wieder das Tor 52 geöffnet, so daß

übertragen wird. 60 der Schlüsselimpulsgenerator 10 mit der Taktfrequenz

Damit von der Schlüsselimpulsfolge, die in einem des Taktgebers 40 ' rhythmisch fortgeschaltet wird, späteren Zeitpunkt ausgesendet wird, praktisch keine Der Schlüsselimpulsgenerator gibt somit auf der Lei-Rückschlüsse auf den geheimen Grundschlüssel ge- tung 13 idie Schlüsselimpulsfolge ab, welche in einem zogen werden kann, wird der Schlüsselimpulsgenera- bestimmten Abstand das Korrelationsintervall enthält tor 10 anschließend an den Setzvorgang um eine be- 65 und nachher, bei geringeren Ansprüchen, auch zur stimmte Schrittzahl, sogenannte Distanzschritte, Chiffrierung verwendet werden kann. Die Schlüsselweitergeschaltet. Dies erfolgt dadurch, daß die impulsfolge gelangt über das Tor 14, den Mischer 16 Kommandoeinheit 50 über die Leitung 51 und das und die Leitung 17 auf die Übertragungsstrecke 100.

21 22

Damit während der gesamten Einlaufphase, d. h. des Schieberegisters 200 (Empfangsintervallspeicher) während der Schrittsynchronisation und der anschlie- geleitet. Über die Leitung 252 gibt die Kommandoßenden Sdhrittphasensynchronisation, die weiter einheit 150 — ebenfalls während des gesamten Abunten ausführlich behandelt wird, keine Klarinforma- laufvorganges — das Tor 250 frei, so daß die Takttion in den Mischer 16 gelangen kann, wird durch die 5 impulse auf der Leitung 906 über das Tor 250 sowie Kommandoeinheit 50 über 'die Leitung 55 das Tor 56 die Leitung 251 an alle Stufen des Schieberegisters während dieser Zeit gesperrt. Diese Zeit beginnt mit 200 gelegt werden und die gesamte Schlüsselimpulsder Aussenidung der Schlüsselimpulsfolge und endet folge bis zu diesem Zeitpunkt in das Schieberegister mit 'dem Ablauf eines Verzögerungsgliedes, das durch 200 eingetastet wird. Da aber das Schieberegister 200 einen zweiten Impuls auf der Steuerleitung 12, io voraussetzungsgemäß nur eine Speicherkapazität von welcher Impuls die Aussendung des letzten Bits des η Bits aufweist, sind schlußendlich nur die letzten η Korrelationsintervalls signalisiert, getriggert wird. Die Bits, d. h. das Korrelationsintervall Z₀ der Schlüssel-Verzögerungszeit ist so groß gewählt, daß auf der impulsfolge gespeichert.

Empfangsseite die Korrektur des maximal möglichen Es ist noch zu ergänzen, daß die Taktimpulse auf Schrittphasenfehlers ausgeführt weiden kann (Schritt- 15 der Leitung 906 eine Verzögerung von 0,5 Bit gegenphasensynclhronisation). über den Taktimpulsen auf der Leitung 904 auf-Die Verbindung ist jetzt bereit für chiffrierte Über- weisen. Die einzelnen Schlüsselimpulse werden somit mittlung im Synohronibetrieb. Die Klarimpulsfolge immer in der Mitte zwischen zwei Schritten des fließt über die Leitung 71 und das Tor 56 in den Schlüsselgenerators 150 in das Schieberegister 200 Chiffriermischer 16. Dort wird die Klarimpulsfolge 20 eingetastet. Die Verzögerung wird durch die Stufe mit der Schlüsselimpulsfolge gemischt (chiffriert), und 905 des Taktgebers 900 erzeugt,
die Chiffratimpulsfolge gelangt über die Leitung 17 Solange kein Einlauf in den Schrittsynchronismus auf die Ubertragungsstrecke 100. stattgefunden hat, wird die Produktion und Speiche-Anschließend folgt die Beschreibung der Emp- rung des Korrelationsintervalls Z₀ bei jedem Wechsel fangsseite des Blockschaltbildes der Fig. 18, 25 des Datum-Zeit-Schlüssels wiederholt, so daß auf der wiederum mit dem Setzen des Anfangszustandes des Sende- und Empfangsseite die Schlüsselimpulsgene-Schlüsselimpulsgenerators beginnend. ratoren zur Produktion des Korrelationsintervalls

Wie bereits ausführlich erläutert, werden bei der stets von dem gleichen Anfangszustand ausgehen.
Schrittsynchronisierung der Beginn sowie die Ablauf- Neben der periodischen Erzeugung des Korregeschwindigkeit der beiden Schlüsselimpulsfolgen so 30 lationsintervalls wird dauernd der Korrelationsfaktor gewählt, daß sie sich in einem späteren Zeitpunkt zwischen den letzten η empfangenen Bits und dem kreuzen. Als Beispiel wunde die Variante gemäß im Schieberegister 200 gespeicherten — empfangs-Fig. 9a mit dem langsameren Empfängertakt be- seitig produzierten ■— Korrelationsintervall gebildet, schrieben. Bei dieser Variante ist im Grenzfall der Es ist somit für die empfangene Impulsfolge ein Spei-Empfängertakt gleich Null, d. h. nach dem Eintasten 35 eher (Sendeintervallspeicher) notwendig, wozu im des Korrelationsintervalls Z₀ von η Bits in den Emp- erfindungsgemäßen Beispiel gleichfalls ein Schiebefangsintervallspeicher, muß der Schlüsselgenerator register verwendet wird. Die Schiebeimpulse müssen wieder angehalten werden, d. h. der empfangsseitige dabei die gleiche Taktfrequenz haben wie der Takt-Schlüsselimpulsgeneriator wind vorlaufend stillgesetzt. geber 40 auf der Sendeseite, mit welchem die sende-Für idiesen Spezialfall ist das Blockschaltbild der 40 seitige Schlüsselimpulsfolge erzeugt wird. Da jedoch Fig. 18 ausgelegt. vor dem Einlauf in den Schrittsynchronismus die Gesteuert durch die Uhr des Zusatzschlüsselimpuls- Taktgeber eine beliebige Phasenbezeichnung haben generators 120 und die Kommandoeinheit 150 findet können, ist es möglich, daß die Schiebeimpulse mit auf der Empfangsseite gleichzeitig der analoge Setz- dem Bitende bzw. Bitanfang der empfangenen Imvorgang des Anfangszustandes des Schlüsselimpuls- 45 pulse zusammentreffen und deshalb die Eintastung in generators 110 sowie die Ausführung der Distanz- die erste Stufe des Schieberegisters nicht eindeutig schritte wie auf der Sendeseite statt. Im Gegensatz bestimmt ist. Aus diesem Grund werden beim vorliezur Sendeseite wird dieser Ablaufvorgang nach dem genden Ausführungsbeispiel zwei Schieberegister letzten Distanzschritt nicht unterbrochen, sondern (Sendeintervallspeicher) verwendet, deren Schiebeanschließend das Korrelationsintervall produziert. 50 impulse gegenseitig um eine halbe Bitperiode versetzt Die Steuerung dieses Vorganges erfolgt dadurch, daß sind, so daß mindestens ein Schieberegister die empnach dem ersten Impuls auf der Leitung 112, d.h. fangene Impulsfolge richtig speichert. Es sind dies nach dem letzten Distanzschritt, die Kommando- die Schieberegister 300 und 400, deren Schiebeeinheit 150 den Ablauf nicht unterbricht, sondern impulse auf den Leitungen 904 und 906 durch die bis zum zweiten Impuls auf dieser Leitung weiter- 55 Verzögerungsstufe 905 um eine halbe Bitperiode laufen läßt. Die Schritte zwischen dem letzten Di- gegeneinander verschoben sind. Die von der Uberstanzschritt und dem letzten Bit des Korrelations- tragungsstrecke 100 eintreffenden Impulse gelangen Intervalls werden somit auch vom Schlüsselimpuls- über die Leitung 117 an die Stufen 301 und 401 der generator 150 gezählt und können wiederum fest Schieberegister 300 und 400, wo, wie schon weiter oder variabel sein, z. B. abgeleitet vom geheimen 60 oben gesagt wurde, immer die letzten η empfangenen Grundschlüssel und Datum-Zeit-Schlüssel oder Bits gespeichert werden.

irgendeiner Einrichtung, die eine Zufallszahl liefert. In Fig. 19 sind die Verhältnisse für den oben-

Die einzige Bedingung besteht darin, daß mindestens erwähnten Sonderfall aufgezeichnet. Die Zeile α stellt

η Schritte (Länge des Korrelationsintervalls Z₀) ge- irgendeine über die Leitung 117 empfangene Schlüs-

macht werden müssen. 65 selimpulsfolge dar. In der Zeile b sind die über die

Während des gesamten oben beschriebenen Ab- Leitung 904 eintreffenden Schiebeknpulse gezeichnet,

laufvorganges wird über die Leitung 113 die dabei die zufällig (darstellungsgemäß) mit dem Bitende

erzeugte Schlüsselimpulsfolge -an die erste Stufe 201 bzw. Bitbeginn der empfangenen Schlüsselimpuls-

folge zusammenfallen. Die Zeile c zeigt die zum Teil falsch gespeicherte Impulsfolge in der Schieberegisterstufe 301. Für das Schieberegister 400 sind die Verhältnisse in den Zeilen d und e aufgezeichnet, woraus ersichtlich ist, daß in der Schieberegisterstufe 401 die empfangene Impulsfolge richtig gespeichert wurde.

Da die empfangene Schlüsselinipulsfolge zweimal gespeichert werden muß, benötigt man auch zwei Korrelatoren. Es sind dies die Korrektoren 500 und 600, die den Korrelationsfaktor zwischen den in den Schieberegistern 200 und 300 bzw. 200 und 400 gespeicherten Schlüsselimpulsfolgen bilden.

Jeder Korrelator besteht aus η Multiplikationsstufen entsprechend den zwei aus je η Bits bestehenden Schlüsselimpulsfolgen und aus einer Stufe zur Mittelwertbildung (Summierung). Beim Korrelator 500 sind dies die Multiplikationsstufen 501, 502, 503 ..., die von den zugehörigen Schieberegisterstufen 201 und 301, 202 und 302 ... gespeist werden. Die Produkte der η Multiplikatoren werden über die Leitungen 551, 552, 553 ... zur Mittelwertbildung der Stufe 598 zugeführt, welche an ihrem Ausgang auf der Leitung 599 den Korrelationsfaktor T₁ abgibt.

Genau gleich ist der Korrelator 600 aufgebaut, dessen Ausgang den Korrelationsfaktor r₂ auf die Leitung 699 abgibt.

Solange die empfangene Impulsfolge irgendeine Zufallsfolge oder ein Intervall der Schlüsselimpulsfolge vor_; dem im Empfangsintervallspeicher 200 gespeicherten empfangsseitigen Korrelationsintervall Z₀ ist, werden die beiden Korrelationsfaktoren, wie weiter oben" gezeigt, um Null pendeln. Wurden aber die η Bits des Korrelationsintervalls Z₀ von der sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge empfangen und somit in mindestens einem, der beiden Schieberegister 300 und 400 richtig gespeichert, so steigt der Korrelationsfaktor mindestens eines der beiden Korrelatoren r_v r₂ sprungartig gegen Eins an. Das Ansteigen des Korrelationsfaktors über einen gegebenen Schwellenwert SW, der durch die maximal zulässige Fehlerquote bestimmt ist, wird, wie ebenfalls weiter oben gezeigt, als Kreuzungspunkt des Ablaufes der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge (vgl. Fig. 9a) detektiert und als Signal zum Wiedereinschalten des Schlüsselimpulsgenerators 110 benutzt. Diese Detektion erfolgt für je einen Korrelator in den Schwellenwertdetektoren 701 und 703, die einerseits mit dem vorgegebenen Schwellenwert aus dem Schwellenwertgeber 700 und anderseits mit dem Korrelationsfaktor der beiden Korrelatoren 500 und 600 gespeist werden. Die Schwellenwertdetektoren geben an ihren Ausgängen einen Impuls ab, sobald der Korrelationsfaktor den Schwellenwert übersteigt. Dieser Impuls wird in der nachfolgenden Stufe 702 bzw. 704 verstärkt und gelangt über die Leitung 705 bzw. 706, das Tor 707 sowie 708 und die Signalleitung 711 in die Kommandoeinheit 150, die ihrerseits über die Leitung 151 das Tor 152 wieder öffnet, so daß der Schlüsselimpulsgenerator 110 mit der Taktfrequenz des Taktgebers 900 fortgeschaltet wind. Von diesem Moment an sind die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und 110 im Schrittgleichlauf (schrittsynchronisiert).

Nach dem Einlauf in den Schrittsynchronismus wird durch die Kommandoeinheit 150 über die Steuerleitung 709 das Tor 708 gesperrt, so daß der Schrittsynchronisierteil SyI keinen Einfluß mehr auf die Kommandoeinheit 150 ausüben kann.

Wie schon mehrmals erwähnt, kann nach dem Schritteinlauf noch ein Schrittphasenfehler von maximal + Va Bit bestehen. Ebenso entsteht wegen der Ungenauigkeit der Taktgeber mit der Zeit ein Schrittphasenfehler. Diese beiden Schrittphasenfehler — verschiedenen Ursprungs — werden mittels der Schrittphasensynchronisierung ausgeregelt.

ίο Im Ausführunigsbeispiel der F i g. 18 gelangt zur Schrittphasensynchronisierung eine gleiche Einrichtung SyII zur Anwendung, wie in Fig. 13 dargestellt. Diese Einrichtung wurde weiter oben eingehend behandelt. Es muß somit an dieser Stelle nur noch die Bereitstellung der nötigen Schlüsselimpulsfolgen in der gewünschten Phasenlage sowie die Weiterführung der Korrektursignale beschrieben werden. Die beiden Korrelationsmultiplikatoren'806 und 807 müssen bekanntlich mit der sendeseitigen und je einer empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge gespeist werden. Dabei haben die empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen im impulssynchronisierten Zustand eine Phasenverschiebung von -Va und +Va Bit zur sendeseitigen. Die Konstellation dieser drei Impulsfolgen werden mittels den beiden Verzögerungsstufen 801 und 802 sowie der Speicherstufe 803 erzeugt. Über die Leitung 113 wind ,die empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge direkt an den Korrelationsmultiplikator 806 und die Verzögerungsstufe 802 geleitet.

Die Verzögerungssrufe hat eine Verzögerungszeit von etwa V2Bit. Dies hat zur Folge, daß die Schlüsselimpulsfolge auf der Leitung 113 um IBit verzögert durch die Taktimpulse auf Leitung 904 in· die Speicherstufe 803 eingetastet wird. Die Speicherstufe 803 speist diese um 1 Bit verzögerte empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge in· den Korrelationsmultiplikator 807.

Damit alle Schlüsselimpulsfolgen die richtige Phasenlage haben, muß noch die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge, welche über die Leitung 117 zugeführt wird, in der Verzögerungsstufe 801 um Va Bit verzögert werden. Diese verzögerte Impulsfolge gelangt über die Leitung 805 in die beiden Korrelationsmultiplikatoren 806 und 807.

Die Gewinnung der Korrektursignale, die in Form von Impulsen auf den beiden Leitungen 818 und 819 abgegeben werden, ist weiter oben an Hand der F i g. 13 ausführlich beschrieben worden. Es sei hier lediglich in Erinnerung gerufen, daß auf der Leitung 818 periodisch Impulse abgegeben werden, solange der empfangsseitige Taktgeber eine positive Schrittphasenverschiebung aufweist. Bei negativer Schrittphasenverschiebung werden analoge Impulse auf der Leitung 819 abgegeben.

Diese Korrektursignale bewirken in der kombinierten Untersetzer-Einstreu- und Unterdrückerstufe 903 des Taktgebers 900 eine entsprechende Korrektur der Phasenlage der Taktimpulse auf den Leitungen 904 und 906.

Während der Nachtrichtenübermittlung fließt die empfangene Chiffratimpulsfolge über die Leitung 117 in den Mischer 160, wird dort mit der Schlüsselimpulsfolge der Leitung 113 gemischt und die dabei entstehende Klarimpulsfolge über Leitung 171 dem Wandler 8 zugeführt.

Maschinell erzeugte Schlüsselimpulsfolgen sind immer periodisch. Nach chiffriertechnischen Gesichtspunkten ist jedoch eine periodenfreie Schlüssel-

25 26

impulsfolge vorzuziehen. Eine solche periodenfreie gen 393 und 493 dar, welche kurzzeitig während dem

Schlüsselimpulsfolge kann mit einer Anlage nach Taktimpulsen die Leitung 117 an die Schieberegister-

Fig. 18 dadurch erzeugt werden, daß man auf der eingänge schaltet.

Sende- und Empfangsseite einen periodenfreien Da- Somit sind dauernd die letzten η Bits der emp-

tum-Zeit-Schlüssel, welcher durch die Uhren der Zu- 5 fangenen Impulsfolge in den beiden Schieberegistern

satzschlüsselgeneratoren 20 und 120 erzeugt wird, 320 und 420 gespeichert.

laufend auf die Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und Wie bereits erwähnt, wird bei der in F i g. 20 dar-

110 einwirken läßt. gestellten Ausführungsart der Korrelationsfaktor in

Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Sequenz gebildet. Jeder der beiden Korrektoren

Korrelationsfaktors zwischen zwei Impulsfolgen stellt io weist daher nur eine einzige Multiplikationsstufe 590

eine Anordnung nach Fig. 20 dar, welche anschlie- bzw. 690 auf (nicht η wie im Beispiel nach Fig. 18).

ßend beschrieben wird. Jedem dieser beiden MuMplikationsstuf en ist ein

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist im Zähler 791 bzw. 792 nachgeschaltet. Zur Bildung des Prinzip gleich wie jene des Synchronisierteiles SyI Korrelationsfaktors werden nacheinander alle η Bitder Fig. 18. Um jedoch den Aufwand an Multipli- 15 paare an« die Multiplikationsstufe geschaltet und im katoren zu vermindern, arbeitet diese Vorrichtungs- nachfolgenden Zähler die Anzahl +1 und — 1 gevariante in Sequenz. Des weiteren kann die Summie- zählt und davon die Differenz gebildet. Im Ausführung digital erfolgen. rungsbeispiel nach F i g. 20 ist dies ein Zähler, des-

AIs Speicher für die η Bits des Korrelationsinter- sen Zählrichtung durch den Multiplikator vorwärts

vallsZg dienen wieder Schieberegister. Es sind dies 20 bei +1 und rückwärts bei —1 gesteuert wird. Pro

die drei Schieberegister 220, 320 und 420. korreliertes Bit wird von außen ein Impuls einge-

Das empfangsseitig erzeugte Korrelationsintervall geben, welcher dann in der vom Multiplikator gewird analog wie bei Verwendung des Synchronisier- steuerten Zählrichtung gezählt wird. Weil je empteilesSy/ der Fig. 18 bei jedem Wechsel des Da- fangen Impuls der sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge tum-Zeit-Schlüssels in Schieberegister 220 gespei- 25 zweimal der Korrelationsfaktor gebildet werden muß, chert. Die Schlüsselimpulsfolge gelangt über die Lei- steht dafür nur eine Zeitspanne zur Verfügung, die rung 113, das UND-Tor 290, welches von der Korn- kleiner als die halbe Bitperiode der empfangenen mandoeinheit 150 (Fig. 18) über die Leitung293 Impulseist.

geöffnet wurde, und das Oder-Tor 292 an die Stufe Die sequentielle Anschaltung aller Bitpaare (Werte-221 des Schieberegisters 220. Durch Taktimpulse mit 30 paare) des Korrelationsintervalls an den einzigen gleicher Frequenz wie die Impulse, mit welchen der Multiplikator pro Korrelator erfolgt dadurch, daß die Schlüsselimpulsgenerator geschaltet wird, jedoch Schieberegister 220, 320 und 420 über die Rückkoppeiner Phasenverschiebung von +VzBit, erfolgt die lungsleitungen 299, 399 und 499 zu einem Ring zu-Eintastung in das Schieberegister 220. Die Schiebe- sammengeschaltet werden und der gesamte im impulse gelangen von der Leitung 232 über das 35 Schieberegister gespeicherte Informationsinhalt durch Oder-Tor 231 und die Leitung 230 gleichzeitig an η Schiebetakte einmal im Kreis, herum getastet wird, alle Stufen des Schieberegisters 220. Dabei kommen alle Bitpaare einmal in die letzte

Die empfangene Impulsfolge wird aus den genau Stufe ihrer Schieberegister (Stufen 229,329 und 429),

gleichen Gründen wie im Ausführungsbeispiel der wo die Korrelationsmultiplikatoren 590 und 690 an-

Fig. 18 in zwei Schieberegistern· mit einer Phasen- 40 geschlossen sind und mit den Zählern791 und 792

verschiebung von V2 Bit eingetastet. Dazu gelangen zusammen die beiden Korrelatiönsfaktoren bilden,

die über die Leitung 117 empfangenen Impulse Die η Schiebekontakte werden von der Leitung

einerseits über die Tore 390 und 392 an die Schiebe- 782 über die Tore 231, 331 und 431 sowie die Lei-

registerstufe 321 und anderseits über die Tore 490 tungen 230, 330 und 430 den drei Schieberegistern

und 492 an die Schieberegisterstufe421. Durch die 45 zugeführt. Diese Schiebetakte sind in Fig. 21 in

um V2 Bit phasenverschobenen Taktimpulse auf den Zeile / eingezeichnet.

Leitungen 904 und 906 wird die empfangene Impuls- Aus dieser Figur kann auch entnommen werden,, folge mit der gleichen Phasenverschiebung in den daß durch die Steuerleitungen 393 und 493 (Zeilen d Schieberegistern 320 und 420 gespeichert. Die oben- und e) die Schieberegister während der η Schiebeerwähnten Tore 390 und 490 werden von der Korn- 50 takte im Ring zusammengeschaltet sind. Das Schiebemandoeinheit 150 (F i g. 18) über eine Steuerleitung register 220 mit dem empfangsseitig produzierten 393 und 493 im richtigen Zeitpunkt — kurz vor dem Korrelationsintervall ist, ausgenommen bei derProzum Schieberegister gehörenden Taktimpuls — ge- duktion eines neuen Korrelationsintervalls, immer öffnet, so daß die Information der Leitung 117, wie im Ring zusammengeschaltet, und das Korrelationsbeschrieben, in die Schieberegister 320 und 420 ge- 55 Intervall wird dauernd im Kreis herumgetastet, wolangen kann. Die gleichen Steuerleitungen bewirken bei am Ende einer Serie von Schiebetakten auf der durch die Tore 391 und 491 'die Abtrennung der Leitung 782 die gleichen Bits wieder in den gleichen Rückkopplungsleitungen 399 und 499 von den Stufen gespeichert sind.

Schieberegistereingängen, so daß 'die Eintastung der Vor dem Beginn einer Zählung werden die Zähler

empfangenen Impulse von dieser Seite nicht gestört 60 791 und 792 durch einen Impuls auf der Steuerlei-

werden kann. tung 783 auf Null gestellt. Die Phasenlage dieses

Die zeitlichen Zusammenhänge sind aus dem Zeit- Impulses ist aus Zeile g der F i g. 21 ersichtlich.. Die

plan der F i g. 21 ersichtlich. Die Zeilen b und c zei- nachfolgenden η Schiebetakte auf der Leitung 782

gen die Taktimpulse auf den Leitungen 904 und 906 gelangen über die Verzögerungsstufe 784 mit einer

mit einer Phasenverschiebung von ¹Ze Bit, jedoch be- 65 Verzögerung, die ungefähr der halben Periodendauer

liebiger Phasenlage zur empfangenen Schlüsselkn- der Impulse auf der Leitung 782 entspricht, in die

pulsfolge, die in Zeile α dargestellt ist. Die Zeilen d beiden Zähler 791 und 792, wo sich entsprechend

und e stellen die Steuerimpulse auf den Steuerleitun- der Steuerung der Multiplikatoren 590 bzw. 690

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addiert oder subtrahiert werden. Am Ende der Zäh- empfangene — auch feindliche — Impulsfolge an,

lung geben die Zähler den Korrelationsfaktor der in sofern sie deren Taktfrequenz folgen kann,

den Schieberegistern gespeicherten Intervalle in digi- Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die

taler Form an die Schwellenwertdetektoren 794 und Erfindung nicht auf die chiffrierte Übermittlung im

795 ab, wo der Vergleich mit dem vom Schwellen- 5 Synchronbetrieb beschränkt ist. Es ist auch bei klarer

wertgeber 790 eingespeisten Schwellenwert statt- Übermittlung zweckmäßig, im Synchronbetrieb zu

findet. arbeiten, da in diesem Fall gestört übermittelte Start-

Der gesamte vorstehend beschriebene Vorgang, impulse keine zusätzliche Störung der übermittelten d. h. die Eintastung eines neuen empfangenen Impul- Information zur Folge haben. Die empfangenen Klarses in eines der beiden Schieberegister 320 und 420, io impulse werden, solange der sende- und empfangssowie die Bildung des neuen Korrelationsfaktors in seitige Taktgeber im phasensynchronismus sind, geSequenz wird so lange wiederholt, bis der Korre- steuert durch den empfangsseitigen Taktgeber immer lationsfaktor den vorgegebenen Schwellenwert er- an der richtigen Stele detektiert, auch wenn zufällig reicht hat, d.h., bis in einem der beiden Schiebe- der vorangegangene Startimpuls gestört wurde. Der register 320 und 420 das sendeseitige Korrelations- 15 erfindungsgemäße Synchronbetrieb bringt somit auch Intervall gespeichert ist. Dies ist der Zeitpunkt zur bei klarer Übermittlung Vorteile.
Wiedereinschaltung des empfangsseitigen Schlüssel- Es stellt sich somit die Aufgabe, vor der Klarimpulsgenerators, welches durch ein Ausgangssignal Übermittlung die beiden Taktgeber bezüglich der eines der beiden Schwellenwertdetektoren 794 und Phase zu synchronisieren. Eine Schrittsynchronisie- 795 bewirkt wird. Dieses Ausgangssignäl gelangt über 20 rung ist in diesem Falle nicht notwendig, und es fällt die Tore 798, 799 und Steuerleitung 781 in die Korn- somit der Einlauf in den Schrittsynchronismus weg. mandoeinheit 150 (Fig. 18), die ihrerseits die Takt- Zur Phasensynchronisierung — die hier ausdrückimpulse zur Fortschaltung des empfangsseitigen Hch nicht Schrittphasensynchronisierung genannt Scrllüsselimpulsgebers freigibt (Kommandoeinheit wird, weil der Phasensynchronismus in diesem Fall und Schlüsselimpulsgenerator sind in Fig. 20 nicht 25 periodisch ist — muß mittels des sende- und empeingezeichnet). fangsseitigen Taktgebers an Stelle der Schlüssel-

Von diesem Zeitpunkt an sind die an der Verbin- impulsfolge eine neue Folge erzeugt und die sende-

bindung teilnehmenden Schlüsselgeneratoren schritt- seitige Folge zur Empfangsseite übertragen werden,

synchronisiert. Mit dem Korrelationsfaktor dieser beiden Folgen

Die Beziehung zwischen Schwellenwert, Fehler- 30 wird in.analoger Weise wie bei der schon beschriebe-

quote, Länge des Korrelationsintervalls und der Fehl- nen chriffrierten Übermittlung der empfangsseitige

einlaufwahrscheinlichkeit sind genau gleich wie bei Taktgeber phasensynchronisiert

der Ausführung nach Fig. 18 und wurden weiter Die Periodendauer der Taktgeber entspricht der

oben ausführlich erläutert. Länge der Klarimpulse, welche nach der Phasen-

Sollen mit einer Anlage nach Fig. 18 Fern- 35 synchronisation zu übermitteln sind. Soll es möglich schreibsignale, weiche normalerweise aus einem sein,.daß auf jeden Taktimpuls des sendeseitigen Startimpuls, fünf Informationsimpulsen und einem Taktgebers synchronisiert werden kann, so muß die Stopimpuls von anderthalbfacher Länge bestehen und Impulsfolge, welche zur Phasensynchronisation vernormalerweise arhythmisch anfallen, chiffriert und wendet wird, die Periodendauer der Taktimpulse mittels Korrelationssynchronisierung snchronisiert 40 aufweisen, d. h., es können direkt die sendeseitigen werden, so müssen sie mit geeigneten Mitteln einer- Taktimpulse übermittelt werden. Diese Taktimpulse seits in den Takt des Taktgebers und andererseits in benötigen aber zur Übertragung die doppelte Bandkonstante Impulslänge umgewandelt werden. Dies breite als die nach der Phasensynchronisation zu kann mit. an sich bekannten Mitteln geschehen. , übermittelnden Klarimpulse und werden normaler-

Wie weiter oben bei Beschreibung der Korrela- 45 weise zur Phasensynchronisation nicht in Frage

tionssynchronisierung erwähnt, ist die Schrittphasen- kommen. Man wird somit mit einer Impulsfolge mit

synchronisierung während der Informationsübermitt- mindestens der doppelten Periodendauer arbeiten,

lung normalerweise nicht möglich, weil dazu die wie dies F i g. 22 zeigt. In Zeile α sind die Takt-

sendeseitige Schlüsselimpulsfolge auf der Empfangs- impulse mit einer Periodendauer b eines Klarimpulses

seite zur Verfugung stehen muß. Dies ist offensicht- 5° aufgezeichnet und in Zeile b die Impulsfolge mit der

lieh während der Informationsübermittlung nicht der doppelten Periodendauer zur Phasensynchronisation.

Fall. Da jedoch auf der Empfangsseite nach der Normalerweise wird die Information in Gruppen

Dechiffrierung die Klarinformation vorliegt, ist es (Impulskombinationen) übermittelt, z.B. Gruppen

möglich, mit dieser Klarinformation und der emp- von sieben Impulsen (Bits). Wenn man der Impuls-

fangsseitigen Schlüsselimpulsfolge eine empfangs- 55 folge zur Phasensynchronisierung die Periodendauer

seitige Chiffratimpulsfolge zu erzeugen, welche die der Gruppe gibt, so können gleichzeitig noch Anfang

Phasenlage des Empfängertaktgebers besitzt. Durch und Ende der Impulsgruppe synchronisiert werden.

Bildung des Korrelationsfaktors zwischen dieser F i g. 23 zeigt in Zeile α wieder die Taktimpulse und

empfangsseitigen Chiffratimpulsfolge und der über- in Zeile δ die Impulsfolge zur Phasensynchronisie-

tragenen, sendeseitigen Chüfratimpulsfolge, welche 60 rung mit einer Periodendauer von sieben Klar-

um die Zeit zur Bildung der empfangsseitigen Chiff- impulsen, mit welcher die Phase des Taktgebers und

ratimpulsfolge verzögert wurde (sogenannte Verfah- der Gruppe mittels der Korrelationssynchronisie-

renskonstante), kann dann — auch während der rung synchronisiert werden kann.

Informationsübermittlung — der Empfängertakt- Genau gleich wie bei der chiffrierten Übermittlung

geber wieder schrittphasensynchronisiert werden. 65 kann bei der Klarübermittlung nur zur Beginn der

Hierbei geht jedoch die Möglichkeit der sogenannten Übermittlung und während der Übermittlungspausen

Freund-Feind-Erkennung verloren, d. h., die Schritt- die Phasensynchronisierung wirksam sein. Während

phasensynchronisierung spricht auf jede beliebige, der Übermittlung selbst arbeiten die sehr genauen

Taktgeber auf der Sende- und Empfangsseite, ohne nachsynchronisiert werden zu müssen. Ebenso kann aber auch mit der gleichen Methode wie bei der chiffrierten Übermittlung die Phasensynchronisierung während der Informationsübermittlung wirksam gemacht werden.

Claims (32)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Synchronisierung der Ver- und Entschlüsselung von impulsförmigen binär codierten Nachrichten, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklarimpulse mit Schlüsselimpulsen gemischt, vorzugsweise unter Verwendung einer geeigneten Modulationsart übermittelt und empfangsseitig durch Mischung mit identischen Schlüsselimpulsen zurückgewonnen werden und bei welchem diese sende- und empfangsseitig nach identischen Regeln mittels je eines Schlüsselimpulsgenerators erzeugten ScMüsselimpulsfolgen »pseudozuf allsmäßigen Charakter« aufweisen, wobei die Schlüsselimpulsfolgen durch die Anfangszustände der Schlüsselimpulsgeneratoren festgelegt sind, welche Anfangszustände unter Verwendung mindestens eines geheimen Grundschlüssels und vorzugsweise mindestens eines Zusatzschlüsseis erzeugt werden und wobei die Ver- und Entschlüsselung der impulsförmigen Nachrichten sowie der Ablauf der Schlüsselimpulsgeneratoren sende- und empfangsseitig durch je einen Taktgeber gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisierung zwischen den sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren sowie den Taktgebern auf der Empfangsseite zwischen mindestens einem Teil der vom sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerator erzeugten und ausgesendeten Schlüsselimpulsfolge und mindestens einem als Korrelationsintervall wirksamen Teil der vom empfangsseitigen ScMüsselimpulsgenerator erzeugten Schlüsselimpulsfolge mindestens ein Korrelationsfaktor ge- 4<* bildet wird und mit diesem Korrelationsfaktor die Schrittsynchronisierung und/oder Schrittphasensynchronisierung zwischen den sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator sowie die Anpassung des empfangsseitigen an den sendeseitigen Taktgeber auf der Empfangsseite gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schrittsynchronisierung mindestens ein Korrelationsfaktor zwischen dem Informationsinhalt mindestens eines Teiles der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge und dem Informationsinhalt mindestens eines Teiles der übertragenen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Korrelationsfaktors auf der Empfangsseite der als Korrelationsintervall wirksame Teil der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge in mindestens einen Speicher (Empfangsintervallspeicher) eingegeben wird und daß ebenfalls auf der Empfangsseite der als Korrelationsintervall wirksame Teil der empfangenen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge in mindestens einen weiteren Speicher (Sendeintervallspeicher) annähernd gleicher Speicherkapazität gespeichert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Übermittlung zur Herstellung des Schrittsynchronismus zwischen den sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren zwischen. dem Informationsinhalt des Empfangsintervallspeichers und dem Informationsinhalt desSendeintervallspeichers der Korrelationsfaktor gebildet wird und daß der empfangsseitige Taktgeber und somit der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators an den sendeseitigen Taktgeber bzw. den Ablauf des sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators angepaßt wird, sobald der Korrelationsfaktor einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlauf in den Schrittsynchronismus die sende- und empfangsseitigen Taktgeber voneinander abweichende Taktfrequenzen aufweisen und der Korrelationsfaktor zwischen Sende und Empfangsintervall periodisch gebildet wird mit einer Frequenz, welche mindestens so groß ist wie die höhere der beiden Taktfrequenzen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorlaufendem empfangsseitigem Schlüsselimpulsgenerator die empfangsseitige Taktfrequenz vor dem Einlauf in den Schrittsynchronismus kleiner als die sendeseitige Taktfrequenz ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei nachlaufendem empfangsseitigem Schlüsselimpulsgenerator die empfangsseitige Taktfrequenz vor dem Einlauf in den Schrittsynchronismus größer als die sendeseitige Taktfrequenz ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator vorlaufend stillgesetzt wird (Taktfrequenz Null) und der sendeseitige ScMüsselimpulsgenerator mit vorgegebener (bekannter) Taktfrequenz abläuft und daß bei Überschreiten des Schwellenwertes des Korrelationsfaktors der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators mit der gleichen Taktfrequenz wie der sendeseitige gestartet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Speicherung des empfangsseitigen Korrelationsintervalls mindestens ein Empfangsintervallspeicher und für die Speicherung des sendeseitigen Korrelationsintervalls mindestens zwei Sendeintervallspeicher vorhanden sind, wobei in den letzteren Speichern die übertragene, sendeseitige Schlüsselimpulsfolge mit verschiedener Phasenverschiebung eingespeichert wird und zwischen dem Informationsinhalt des Empfangsintervallspeichers einerseits sowie des ersten und zweiten und gegebenenfalls weiteren Sendeintervallspeichers anderseits je ein Korrelationsfaktor gebildet wird, wobei beim Überschreiten des Schwellenwertes mindestens eines dieser Korrelationsfaktoren der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators an den Ablauf des sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators angeglichen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

als Empfangsintervall- und Sendeintervallspeicher Schieberegister verwendet werden.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Korrelationsfaktors die Multiplikation (Vergleich) der Wertepaare des Korrelationsintervalls simultan (gleichzeitig) erfolgt.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Korrelationsfaktors die Multi- ίο plikation (Vergleich) der Wertepaare des Korrelationsintervalls in Sequenz (nacheinander) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Scfirittphasensynchronisierung mindestens ein Korrelationsfaktor zwischen den Zeitfunktionen mindestens eines Teiles der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge oder durch Phasenverschiebung erzeugten weiteren empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen und mindestens eines Teiles der übertragenen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge oder durch auf der Empfangsseite durch Phasenverschiebung erzeugten weiteren sendeseitigen Schlüsselimpulsfolgen benutzt wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Richtung der Schrittphasenabweichung des Taktes des empfangsseitigen Taktgebers gegenüber dem Takt des sendeseitigen Taktgebers auf der Empfangsseite zwischen mindestens einer sendeseitigen und einer empfangsseitigen sowie zwischen einer weiteren, zur ersten phasenverschobenen sendeseitigen und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge mindestens je ein Korrelationsfaktor gebildet wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Richtung der Schrittphasenabweichung des Taktes des empfangsseitigen Taktgebers gegenüber dem Takt des sendeseitigen Taktgebers auf der Empfangsseite zwischen mindestens einer empfangsseitigen und einer sendeseitigen sowie zwischen einer weiteren, zur ersten phasenverschobenen empfangsseitigen und der sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge mindestens je ein Korrelationsfaktor gebildet wird.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je einer von zwei empfangsseitigen Schlüssel-Impulsfolgen, welche zueinander eine Phasenverschiebung von vorzugsweise einer Schrittlänge aufweisen und im schrittphasensynchronisierten Zustand symmetrisch zur sendeseitigen, übertragenen Schlüsselimpulsfolge liegen, und der übertragenen, sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge je ein Korrelationsfaktor gebildet wird und mit der Differenz dieser beiden Korrelationsfaktoren die Taktfrequenz und Taktphase des empfangsseitigen Taktgebers geregelt wird.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je einer von zwei sendeseitigen Schlüsselimpulsfolgen, welche zueinander eine Phasenverschiebung von vorzugsweise einer Schrittlänge aufweisen und im schrittphasensynchronisierten Zustand symmetrisch zur empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge liegen, und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge je ein Korrelationsfaktor gebildet wird und mit der Differenz dieser beiden Korrelationsfaktoren die Taktfrequenz und Taktphase des empfangsseitigen Taktgebers geregelt wird.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbildung vor der Korrelationsintegration (Mittelwertbildung) erfolgt und die Differenz in einem einzigen Integrator integriert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Taktfrequenz und Taktphase des empfangsseitigen Taktgebers erst dann erfolgt, wenn der Betrag der Differenz der beiden Korrelationsfaktoren einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittphasensynchronisierung nur vor dem Beginn der Informationsübermittlung sowie während der Übermittlungspausen vorgenommen wird, wogegen während der eigentlichen Informationsübermittlung die Ver- und Entschlüsselung sowie der Ablauf der Schlüsselimpulsgeneratoren sende- und empfangsseitig durch je einen vorzugsweise quarzgesteuerten Taktgeber gesteuert werden.

21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite die zurückgewonnene Klarimpulsfolge mit der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge wieder chiffriert und auf diese Weise eine empfangsseitige Chiffratimpulsfolge mit der Phase des Empfängertaktgebers erzeugt wird und durch Korrelation dieser empfangsseitigen Chiffratimpulsfolge mit der übertragenen sendeseitigen Chiffratimpulsfolge, welche auf der Empfangsseite um eine laufzeitabhängige Verfahrenskonstante verzögert wurde, die Schrittphase des empfangsseitigen Taktgebers auch während der Informationsübermittlung synchronisiert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrelationsintervall für die Schrittsynchronisierung vor der Verbindungsaufnahme sowohl sende- als auch empfangsseitig gespeichert wird.

23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Schrittsynchronisierung die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren vom eingestellten Anfangszustand aus eine bestimmte Anzahl Schritte (Distanzschritfe) fortgeschaltet werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schritte (Distanzschritte) vom Anfangszustand der Schlüsselimpulsgeneratoren abhängig gemacht wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schritte (Distanzschritte) vom geheimen Grundschlüssel und/ oder mindestens einem Zusatzschlüssel abhängig gemacht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 8 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Schritte, nach welchen der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator vorlaufend stillgesetzt wird,

vom geheimen Grundschlüssel und/oder mindestens einem Zusatzschlüssel abhängig gemacht wird.

27. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem synchronen Einschalten des empf angsseitigen Schlüsselimpulsgenerators und dem Beginn der Nachrichtenübermittlung ein Abstand eingeschaltet wird, dessen Länge (in Bit) vom geheimen Grundschlüssel und/oder mindestens einen Zusatzschlüssel abhängig gemacht wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zusatzschlüssel in an sich bekannter Weise durch einen Zufallsgenerator (Rauschgenerator) erzeugt- und vom Sender zum Empfänger übermittelt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zusatzschlüssel sende- und empfangsseitig nach identischen Regeln von Datum und Uhrzeit abgeleitet wird, wobei vorzugsweise keine Übertragung des Zusatzschlüssels zwischen Sender und Empfänger vorgenommen wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß Datum und Uhrzeit binär umgesetzt werden und diese Binärzeichenfolge als Zusatzschlüsselimpulsfolge verwendet wird.

31. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Schlüsselimpulsgeneratoren nach deren synchronen Einschalten in Abhängigkeit vom geheimen Grundschlüssel und/oder mindestens einen Zusatzschlüssel geändert wird.

32. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangszustände der Schlüsselimpulsgeneratoren unter Verwendung eines geheimen Grundschlüssels und eines durch Datum und Uhrzeit bestimmten Zusatzschlüssels eingestellt werden und daß ferner nach vollzogener Synchronisierung der Schlüsselimpulsgeneratoren die vorzugsweise mittels eines Rauschgenerators erzeugten Informationsimpulse zur Bildung eines weiteren Zusatzschlüssels übermittelt werden, welcher sende- und empfangsseitig zur Erzeugung eines zweiten Anfangszustandes der Schlüsselimpulsgeneratoren dient.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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