DE1537062C3 - Schlüsselgenerator - Google Patents

Description

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Es sind bereits sehr komplizierte Schlüsselgenera- kann, eine digitale Verknüpfungsschaltung mit an toren bekannt, welche diese Bedingungen mehr oder die Ausgänge verschiedenen Registerstufen angeweniger gut erfüllen. schlossenen Eingängen und eine dem Eingang des Bei den Schlüsselgeneratoren der eingangs ange- Verschieberegisters vorgeschaltete »modulo b«-Adgebenen Art sind die in der Eingangsschaltung ent- 5 dierstufe mit einem an einen Ausgang der digitalen haltenen Zähler meist so ausgebildet, daß ihre Zähl- Verknüpfungsschaltung angeschlossenen Eingang entkapazitäten ziemlich groß und zueinander teilerfremd hält, daß ein weiterer Eingang der »modulo b«-Addiersind. Die an verschiedenen Ausgängen der Zähler ab- stufe jedes der q Verschieberegisterwandler mit gegriffenen Signale werden in der sich anschließenden einem der η Primärausgänge der digitalen Schaltung digitalen Schaltung, die beispielsweise Codeumsetzer, io verbunden ist, und daß jeder Verschieberegister' Permutatoren und digitale Verknüpfungsschaltungen wandler einen Ausgang hat, der einer der ρ Sekundärenthalten kann, verwürfelt und/oder verknüpft. Die ausgänge ist.

für jede Stellung der Zähler, d. h. für jedes Takt- Bei dem erfindungsgemäßen Schlüsselgenerator ersignal des Taktgebers an den Ausgängen der digi- gibt die besondere Ausbildung der in der Umsetzertalen Schaltung erscheinenden Signale stellen eine 15 schaltung verwendeten Verschieberegisterwandler die primäre Schlüsselzahl dar, und die Folge dieser pri- Wirkung, daß die jeweils gebildete sekundäre Schlüsselmären Schlüsselzahlen hat bereits eine ziemlich zahl nicht nur in komplizierter Weise von der gerade lange Periode und einen quasi-zufälligen Charakter. den Eingängen zugeführten primären Schlüsselzahl, In der sich anschließenden Umsetzerschaltung wird sondern auch von den vorhergehenden primären jede dieser primären Schlüsselzahlen in eine sekun- ao Schlüsselzahlen abhängt. Dadurch ergibt sich eine däre Schlüsselzahl derart umgesetzt, daß die Periode äußerst lange Periode, in deren Verlauf die sekun-„ der Folge der sekundären Schlüsselzahlen noch sehr dären Schlüsselzahlen nach sich ständig ändernden ' J viel langer ist. Diese sekundären Schlüsselzahlen wer- Bildungsgesetzen in praktisch unvorhersehbarer Weise den dann zum Chiffrieren bzw. Dechiffrieren der entstehen.
Nachrichten verwendet. 25 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Es ist bereits bekannt, zur Erzeugung von Schlüssel- Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

signalfolgen in Schlüsselgeneratoren Verschiebe- F i g. 1 eine Ausführungsform eines erfindungs-

register in Verbindung mit digitalen Verknüpfungs- gemäßen Schlüsselgenerators und

schaltungen zu verwenden. So ist in der schweize- F i g. 2, 3 und 4 schematische Ausführungsformen

rischen Patentschrift 408109 ein Schlüsselgenerator 30 der Verschieberegisterwandler, die in den erfindungs-

beschrieben, bei dem ein oder mehrere in sich ge- gemäßen Schlüsselgeneratoren verwendet werden,

schlossene binäre Verschieberegister vorgesehen sind, Das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel

deren Registerstufen über sogenannte »Mischer« mit- betrifft den Fall eines Schlüsselgenerators für die Er-

einander verbunden sind; diese Mischer sind digitale zeugung von binären Schlüsselsignalen in Form von

Verknüpfungsglieder, die beispielsweise durch »mo- 35 mehrstelligen Binärzahlen, deren Ziffernsignale par-

dulo 2«-Addierstufen oder aus UND-Schaltungen und allel auftreten.

ODER-Schaltungen gebildet sind. Ferner ist eine Die Anordnung von F i g. 1 enthält eine Eingangsbinäre Zählkette vorgesehen, deren Stufenausgänge schaltung 1, die an den Ausgang eines Taktgebers 2 über Torschaltungen mit zweiten Eingängen der angeschlossen ist, Die Eingangsschaltung 1 enthält Mischer verbunden sind; die Torschaltungen werden 40 eine gewisse Anzahl von Zählern mit unterschieddurch einen Schaltverteiler gesteuert. Bei diesem licher Zählkapazität, die durch die vom Taktgeber 2 Schlüsselgenerator läuft somit in dem Verschiebe- gelieferten Taktsignale gesteuert werden,
register eine Codegruppe um, die durch die den zwei- Die N Ausgänge der Eingangsschaltung 1 sind je- (J) ten Ausgängen der Mischer zugeführten Ausgangs- weils mit einem der N Eingänge einer digitalen Schalsignale der Zählkette dauernd geändert wird, wobei 45 tung 3 verbunden, welche ein Netzwerk von EIedie Art der Änderung einerseits von dem jeweiligen menten wie Decodieren!, Permutatoren, Codierern Zählerstand der Zählkette, andererseits von den je- und Toren enthält und η Ausgänge 7 hat. Bei jedem weils geöffneten Torschaltungen und schließlich von Taktsignal des Taktgebers 2 treten an den N Ausder Ausbildung der Mischer abhängt. Die an einem gangen der Eingangsschaltung 1 jeweils N Binär-Punkt der Zählkette abgegriffenen Signale stellen 50 ziffern auf, und die digitale Schaltung 3 gibt auf dann entweder direkt oder nach Verknüpfung mit Grund dieser ihren Eingängen zugeführten NBinärden Ausgangssignalen weitere-Verschieberegister eine ziffern η Binärziffern an die η Ausgänge 7 ab. Diese ! Folge von binären Schlüsselziffern mit sehr langer κ Binärziffern, von denen jede Quasi-Zufalls-Cha- ! Periode dar, die einen quasi-zufälligen Charakter rakter hat, bilden eine Quasi-Zufalls-Binärzahl, j haben. 55 welche Primärzahl genannt wird. Die η Ausgänge 7 j Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu- werden entsprechend Primärausgänge genannt.
gründe, einen Schlüsselgenerator der eingangs an- Die Schaltungen X und 3 können beispielsweise so j gegebenen Art so auszubilden, daß die Umsetzung ausgebildet sein, wie das an Hand von Fig. 1 der j der primären Schlüsselzahlen in die sekundären französischen Zusatz-Patentschrift 79 634 beschrieben Schlüsselzahlen nach sehr komplizierten und un- 60 ist, wobei die Ausgänge des dort gezeigten Organs 10 durchschaubaren Gesetzen erfolgt, die eine sehr lange die Primärausgänge darstellen; eine andere Ausbil-Periode ergeben. dung entspricht der Anordnung der Teile 1 bis 4 und Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, 10 bis 33 der Schaltung gemäß Fig. 1 der frandaß die Umsetzerschaltung q Verschieberegisterwand- zösischen Patentschrift 1 302 480, wobei die Primärj ler (q = positive ganze Zahl ^Ln) enthält, von denen 65 ausgänge durch die Ausgänge der Teile 19 bis 21, 23 jeder ein vom Taktgeber gesteuertes Verschiebe- bis 25, 27 bis 29 und 31 bis 33 dieser Figur geregister mit mehreren in Kaskade geschalteten Re- bildet sind,
gisterstufen, von denen jede b Zustände annehmen Bei dem Schlüsselgenerator von F i g. 1 ist jeder

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Primärausgang 7 mit dem Signaleingang eines Ver- Bildung des Signals S ist vorzugsweise in dieser Schieberegisterwandlers 4 verbunden, welcher außer- Weise ausgebildet. Man kann in diesem Zudem einen mit dem Taktgeber 2 verbundenen Ein- sammenhang die Tabellen des Anhangs C des gang6 hat. Jeder Verschieberegisterwandler4 hat Buches von W. Wesley Peterson »Erroreinen Ausgang 5, der Sekundärausgang genannt wird 5 Correcting-Codes«, Verlag John Wiley and Sons, und einen der Ausgänge des Schlüsselgenerators dar- benutzen,
stellt.

Auf Grund der ihren Eingängen zugeführten Aus- c) In Wirklichkeit ist aber die Arbeitsweise der

gangssignale der digitalen Schaltung 3 geben die Ver- Verschieberegisterwandler noch sehr viel kom-

schieberegisterwandler 4 an ihren Ausgängen 5 an- io plizierter, weil vor dem Auftreten jedes von dem

dere Signale ab, welche in quasi-zufälliger Weise von Taktgeber 2 gelieferten Fortschaltimpulses dem

den Ziffern der Primärzahl abhängen und eine sekun- Eingang 7 der Addierstufe 14 ein Quasi-Zuf alls-

däre Quasi-Zufalls-Binärzahl darstellen. Binärsignal zugeführt wird (F i g. 1).

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel

eines der Verschieberegisterwandler 4. Der Verschie- 15 Man sieht also, daß die endlich am Ausgang 5 erberegisterwandler 4 enthält ein Verschieberegister, das haltene Schlüsselziffer in sehr komplizierter Weise aus einer bestimmten Anzahl von Registerstufen 10 von der dem Eingang 7 des Verschieberegisterwandbesteht, die in Kaskade geschaltet sind. Jede Register- lers 4 zugeführten Ziffer und von den diesem Einstufe 10 hat zwei stabile Zustände. gang früher zugeführten Ziffern abhängt.

»modulo 2«-Addierstufen 11 gestatten es, die 20 Bezüglich der Entzifferfestigkeit ergibt sich ein beSumme »modulo 2« der in einer vorbestimmten deutender Vorteil der Verwendung solcher VerGruppe der Registerstufen (10) stehenden Binär- Schieberegisterwandler in dem Schlüsselgenerator, ziffern zu bilden. Hierzu empfängt die erste Addier- wie ein Vergleich zwischen den Ziffern-Umsetzungen stufe 11 die Signale der beiden letzten Registerstufen zeigt, die einerseits durch einen Verschieberegisterder Gruppe. Jede der übrigen Addierstufen 11 emp- 25 wandler mit der Periode P = 2¹^"¹ (im unabhängigen fängt das Ausgangssignal der vorhergehenden Addier- Betrieb) und andererseits durch einen Zähler derstufe und das Ausgangssignal der vorhergehenden selben Periode P durchgeführt werden.
Registerstufe der Gruppe. Der Ausgang der letzten Für beide Fälle soll allgemein die z-te Binärziffer, Addierstufe 11, der ein die Summe »modulo 2« dar- welche dem Eingang des Verschieberegisterwandlers stellendes Binärsignal 5 liefert, ist an den zweiten 30 oder des Zählers zugeführt wird, mit e_t bezeichnet Eingang 12 einer weiteren »modulo 2«-Addierstufe .werden. Das von der betreffenden Anordnung ge-14 angeschlossen, deren Ausgang mit dem Eingang lieferte z-te Ausgangssignal soll mit s_t bezeichnet der ersten Registerstufe 10 verbunden ist. Der erste werden. Bei dem Zähler ist s_t eine Zahl mit m Binär-Eingang der Addierstufe 14, welche den Eingang des ziffern, so daß 2^m = P ist.

Verschieberegisterwandlers darstellt, ist mit dem ent- 35 Im Falle des Zählers wird für jeden noch so großen sprechenden Ausgang 7 der digitalen Schaltung 3 ver- Wert von r das /-te Ausgangssignal stets gemäß der bunden. Der Ausgang der Addierstufe 14 bildet folgenden Beziehung gebildet:
außerdem den Ausgang 5 des Verschieberegisterwandlers. In dieser Figur sind die herkömmlichen /=r
Verbindungen zwischen den einzelnen Registerstufen 40 s_r = *^^ei> modulo P.
und dem Ausgang des Taktgebers 2 nicht dargestellt /=1
(vergleiche F i g. 1).

Diese Anordnung hat die folgende Wirkungsweise: Was jedoch den Verschieberegisterwandler betrifft,

so zeigt die Erfahrung und theoretische Betrachtungen

a) Wenn zunächst angenommen wird, daß nur das 45 bestätigen, daß P aufeinanderfolgende Ausgangs-Verschieberegister mit den Registerstufen 10 signale

vorhanden ist, so wird bekanntlich eine am Ein- ί bis s 4-gang des Verschieberegisters auftretende Infor- ^{r r p}-i
mation in der Eingangsstufe gespeichert, während die darin zuvor enthaltene Information an 50 gemäß P verschiedenen Bildungsgesetzen in Abdie folgende Registerstufe weitergegeben wird, hängigkeit von den entsprechenden Eingangssignalen usf.; unter dem Einfluß der von dem Taktgeber2 und den früheren Eingangssignalen gebildet werden, abgegebenen Fortschaltesignale durchlaufen so- Hinsichtlich der Entzifferfestigkeit stellt diese Tatmit die Informationen aller Registerstufen nach- sache offensichtlich einen unschätzbaren Vorteil dar. einander von der ersten bis zur letzten. 55 Dabei ist festzuhalten, daß ein Vorteil dieser Art

augenscheinlich nicht auftreten würde, wenn man un-

b) Es sei nun angenommen, daß der Verschiebe- mittelbar ein Verschieberegister mit Gegenkoppregjsterwandler im Zusammenwirken mit den lungsschaltung bei unabhängigem Betrieb (mit an-Addierstufen 11 und 14 unabhängig arbeitet, deren Worten eine Anordnung wie diejenige von d. h., daß die Klemme 7 ein Signal empfängt, 60 Fig. 2, wobei jedoch der Eingang 12 unmittelbar mit das ständig gleich Null ist. Wenn von einem dem Registereingang verbunden wäre) dazu verwenden Anfangszustand ausgegangen wird, bei dem würde, unmittelbar eine Quasi-Zufalls-Folge mit der nicht alle Registerstufen den Zustand »Null« Periode P zu liefern.

haben, kann offensichtlich die Periode des Re- Es ist hervorzuheben, daß die Ausgangsziffer des

gisters bei geeigneter Ausbildung der das Binär- 65 Verschieberegisterwandlers nicht nur am Eingang der

signal S erzeugenden Verknüpfungsschaltung ersten Registerstufe abgenommen werden kann, wie

den Höchstwert 2^^-1 erreichen, wobei K die das in Fig. 2 gezeigt ist, sondern auch am Eingang

Anzahl der Registerstufen ist. Die Schaltung zur oder Ausgang irgendeiner anderen Registerstufe; sie

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kann ferner bei verschiedenen Verschieberegister- Stufe mit einer digitalen Schaltung 16 verbunden,

wandlern an verschiedenen Stellen abgenommen welche mit den Eingangssignalen eine stets gleiche

werden. digitale Operation durchführt und welche davon ein

Da der Schlüsselgenerator mehrere Verschiebe- Signal S ableitet, das in der Addierstufe 14 dem Si-

registerwandler 4 enthält, hängen die Beziehungen, 5 gnal hinzugefügt wird, welches dem Eingang 7 zu-

nach denen die Ausgangssignale jedes Verschiebe- geführt wird.

registerwandlers zustande kommen, von der Länge Es läßt sich zeigen, daß in diesem Fall ein Ver-

des Verschieberegisters und der Anschlußart der Schieberegisterwandler mit einer beliebigen Periode

Addierstufen ab. Man kann daher vorteilhaft für bis zu 2^K erzielbar ist. Hierzu wird auf den Artikel

jeden Verschieberegisterwandler 4 eine andere Aus- io »Counting with non-linear binary feedback shift

bildung benutzen, wodurch die Sekundärzahl in sehr registers«, I.E.E. Transactions on Electronic Com-

komplizierter Weise von der entsprechenden Primär- puters, E. C. 12. 8.1963, S. 357 f. verwiesen,

zahl und von den früheren Primärzahlen abhängt. Das beschriebene Prinzip ist auch dann anwendbar,

F i g. 3 stellt eine andere Ausführungsform eines wenn die Basis b des Zahlensystems, in welchem die Verschieberegisterwandlers 4 dar. Bei diesem Aus- 15 Primär- und die Sekundärzahlen ausgedrückt sind, führungsbeispiel ist eine Addierstufe 15 zu erkennen, größer als 2 ist. Die Registerstufen der Verschiebeweiche zwischen zwei Registerstufen 10 vom Range 7 register müssen dann b stabile Zustände haben und und /+I eingefügt ist und deren zweiter Eingang mit die Addierstufen oder andere digitale Schaltungen dem Ausgang einer der Addierstufen 11 verbunden ist. müssen »modulo b« arbeiten. Im allgemeinen wird

F i g. 4 stellt noch eine andere Ausführungsform 20 jedoch die Verwendung eines Binärcodes aus tech-

dar. Bei dieser Anordnung sind die Ausgänge jeder rüschen Gründen bevorzugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 7. Schlüsselgenerator nach einem der vorher- . gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Patentansprüche: daß die digitale Verknüpfungsschaltung so ausgebildet ist, daß jeder Verschieberegisterwandler

1. Schlüsselgenerator zur Erzeugung von mehr- 5 (4) für sich allein betrachtet die Periode P = 2^K~^l stelligen digitalen Schlüsselsignalen für die Chif- hat, wobei K die Anzahl seiner Registerstufen friereinrichtung einer Nachrichtenverbindung, mit (10) ist.

einem Taktgeber, einer Eingangsschaltung mit -———■"', ■
einer vom Taktgeber gesteuerten Gruppe von digitalen Zählern, einer digitalen Schaltung, deren io Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlüssel-Eingänge an Ausgänge der Zähler angeschlossen generator zur Erzeugung von mehrstelligen digitalen sind und die an η Primärausgängen (n = positive Schlüsselsignalen für die Chiffriereinrichtung einer ganze Zahl) parallel digitale Signale liefert, welche Nachrichtenverbindung, mit einem Taktgeber, einer die Ziffern einer n-stelligen primären quasi-zufaiii- Eingangsschaltung mit einer vom Taktgeber gesteuergen Schlüsselzahl in einem digitalen Zahlensystem 15 ten Gruppe von digitalen Zählern, einer digitalen mit der Basis b darstellen, und mit einer Aus- Schaltung, deren Eingänge an Ausgänge der Zähler gangsschaltung mit wenigstens einer an Ausgänge angeschlossen sind und die an n-Primärausgängen der digitalen Schaltung angeschlossenen Um- („ = positive ganze Zahl) parallel digitale Signale setzerschaltung zur Umsetzung jeder n-stelligen liefert, welche die Ziffern einer n-stelligen primären primären Schlüsselzahl in eine p-stellige (p = po- 20 quasi-zufälligen Schlüsselzahl in einem digitalen Zahsitive ganze Zahl) sekundäre quasi-zufällige lensystem mit der Basis b darstellen, und mit einer Schlüsselzahl, wobei die Umsetzerschaltung ρ Se- Ausgangsschaltung mit wenigstens einer an Ausgänge kundärausgänge hat, an denen sie parallele digi- der digitalen Schaltung angeschlossenen Umsetzertale Signale liefert, welche die Ziffern der p-stel- schaltung zur Umsetzung jeder n-stelligen primären ligen sekundären Schlüsselzahlen im Zahlen- 35 Schlüsselzahl in eine p-stellige (p = positive ganze system mit der Basis b darstellen, dadurch Zahl) sekundäre quasi-zufällige Schlüsselzahl, wobei gekennzeichnet, daß die Umsetzerschal- die Umsetzerschaltung ρ Sekundärausgänge hat, an tung q Verschieberegisterwandler (4) (q = posi- denen sie parallele digitale Signale liefert, welche die tive ganze Zahlen) enthält, von denen jeder ein Ziffern der p-stelligen sekundären Schlüsselzahlen im vom Taktgeber gesteuertes Verschieberegister mit 30 Zahlensystem mit der Basis b darstellen,
mehreren in Kaskade geschalteten Registerstufen Die von solchen Schlüsselgeneratoren erzeugten (10), von denen jede b Zustände annehmen kann, Schlüsselsignale dienen vor allem zum Chiffrieren eine digitale Verknüpfungsschaltung (11; 16) mit _und Dechiffrieren von Nachrichten, die in digitaler an die Ausgänge verschiedenen Registerstufen Form, beispielsweise im Fernschreibcode, übertragen (10) angeschlossenen Eingängen und eine dem 35 werden. Das Chiffrieren kann beispielsweise dadurch Eingang des Verschieberegisters vorgeschaltete erfolgen, daß sendeseitig zu jeder Codegruppe des »modulo b«-Addierstufe (14) mit einem an einen Klartextes eine Schlüsselzahl addiert wird; daß DeAusgang der digitalen Verknüpfungsschaltung chiffrieren geschieht dann dadurch, daß empfangs-(11; 16) angeschlossenen Eingang (12) enthält, seitig die gleiche Schlüsselzahl von der entsprechendaß ein weiterer Eingang der »modulo b«-Addier- 40 den Codegruppe des Geheimtextes subtrahiert wird, stufe (12) jedes der q Verschieberegisterwandler Dieses Verfahren setzt voraus, daß sendeseitig und (4) mit einem der η Primärausgänge (7) der digi- empfangsseitig die gleichen Schlüsselsignalfolgen vertalen Schaltung (3) verbunden ist, und daß jeder fügbar sind. Wenn diese Schlüsselsignalfolgen auf der Verschieberegisterwandler (4) einen Ausgang hat, Sendeseite und auf der Empfangsseite jeweils durch der einer der ρ Sekundärausgänge (5) ist. 45 einen Schlüsselgenerator erzeugt werden, müssen

2. Schlüsselgenerator nach Anspruch 1, da- offensichtlich diese Schlüsselgeneratoren so aufdurch gekennzeichnet, daß die digitale Verknüp- gebaut sein, daß sie, ausgehend von dem gleichen fungsschaltung aus »modulo b«-Addierstufen (11) Ausgangszustand, exakt gleiche Schlüsselsignalfolgen besteht, deren Eingänge mit den Ausgängen von liefern; dies hat zwangläufig zur Folge, daß die Registerstufen (10) und/oder den Ausgängen an- 50 Schlüsselsignalfolgen periodisch sind, d. h. sich nach derer »modulo b«-Addierstufen (11) verbunden einer gewissen Anzahl von Schlüsselzahlen in idensind. tischer Weise wiederholen.

3. Schlüsselgenerator nach Anspruch 1 oder 2, Für die Entzifferfestigkeit solcher Nachrichtenverdadurch gekennzeichnet, daß zwischen bestimmte bindungen ist es wesentlich, daß die Schlüsselzahlen Registerstufen (10) weitere »modulo b«-Addier- 55 in möglichst unvorhersehbarer Weise auftreten, so stufen eingefügt sind, die Eingänge haben, die mit daß sie für den nicht eingeweihten Mitempfänger weiteren Ausgängen der digitalen Verknüpfungs- einen quasi-zufälligen Charakter haben. Damit dieses schaltung (11) verbunden sind. Ziel erreicht wird, sind verschiedene Bedingungen zu

4. Schlüsselgenerator nach einem der An- erfüllen:
spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die 60 .

Basis b gleich 2 ist. *■· ^^ie Penode der Schlusselsignalfolge muß mog-

5. Schlüsselgenerator nach einem der An- liehst lang sein;

sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die 2. die Schlüsselzahlen und/oder deren Ziffern

Zahlen q, η und ρ einander gleich sind. müssen innerhalb der Periode mit gleicher Wahr-

6. Schlüsselgenerator nach einem der An- 65 scheinlichkeit auftreten;

sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 3. die Bildung der Schlüsselzahlen innerhalb der

die q Verschieberegisterwandler verschiedenen Periode muß nach möglichst komplizierten und

Aufbau haben. undurchschaubaren Bildungsgesetzen erfolgen.