DE2131129A1

DE2131129A1 - Mehrweg-Schiebespeicher

Info

Publication number: DE2131129A1
Application number: DE19712131129
Authority: DE
Inventors: Schuster Stanley Everett; Rocher Edouard Yves
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-23
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2096582B1; DE2131129B2; CA929237A; DE2131129C3; GB1295572A; FR2096582A1; US3657699A; JPS5416165B1

Description

Böblingen, 21. Juni 19 71 ru-ba

Änmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Änmelderin: Docket YO 969 086

Mehrweg-Schiebespeicher

Die Erfindung betrifft einen Mehrweg-Schiebespeicher, insbesondere eine Mehrweg-Codier/Decodier-Schaltung, die aus mehreren einzelnen Speichereinheiten besteht, in denen gespeicherte Daten in mindestens zwei Richtungen verschoben werden können.

Schiebespeicher in Form von hintereinander geschalteten Schieberegistern aus Ferritkernen oder aus Speicherzellen mit bipolaren Transistoren bzw. Feldeffekttransistoren sind prinzipiell bekannt. So ist z.B. in der deutschen Auslegeschrift 1 198 599 ein Schieberegister beschrieben, das eine Parallelverschiebung einer mehrstelligen Information um mehr als eine Stelle in mehreren Einzelschritten vornehmen kann. Der Nachteil eines derartigen Schieberegisters besteht jedoch darin, daß es die gespeicherten Informationen entweder nur nach links und rechts verschieben kann.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 179 399 ist eine Anordnung von magnetischen Schieberegistern bekannt geworden, die so miteinander verbunden sind, daß mit ihnen gleichzeitig stellenverschiebende, rechnende und speichernde Funktionen durchgeführt werden können. Gekennzeichnet ist diese Anordnung dadurch, daß

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die Schieberegister mit Magnetkernen derart zu einem Netzwerk vereinigt sind, daß sie sich mit verschiedenen Koordinateneinrichtungen in den einzelnen Registerstufen kreuzen und daß steuerbare Schaltglieder solcher Art vorgesehen sind, daß eine Information aus einer Registerstufe in einer wählbaren Koordinateneinrichtung zur nächstfolgenden Registerstufe weitergegeben wird. Dabei sind insbesondere die Schieberegister der Zeilen und/oder' der Spalten je für sich zu geschlossenen Ringen zusammengeschaltet. Obwohl durch diese Anordnung gezeigt ist, daß mehrere Schieberegister miteinander verbunden werden können, so daß sowohl horizontale als auch vertikale Verschiebungen möglich sind, hat diese Anordnung jedoch den Nachteil, daß zur Verwirklichung Ferritkernmatrizen erforderlich sind, die sich schaltungstechnisch und im Aufbau völlig von den dazwischenliegenden logischen Elementen unterscheiden, daß sie wenig flexibel ist und außerdem einen geringen Sicherheitskoeffizienten aufweist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Mehrweg-Schiebespeicher, insbesondere eine Mehrweg-Codier/Decodier-Schaltung zu schaffen, die einen homogenen Aufbau in integrierter Halbleitertechnik ermöglicht, und mit der es möglich ist, gleichzeitig Verschiebeoperationen in vertikaler und horizontaler Richtung für ganze Worte oder nur Teilen davon vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht nun darin, daß zwischen den Speichereinheiten steuerbare Umschalter angeordnet sind, die die Ausgänge der Speichereinheiten wahlweise entweder mit den Eingängen der nächstfolgenden Speichereinheit in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung verbinden.

Der wesentliche Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß die steuerbaren horizontalen und vertikalen Verschiebungen durch einfache Schaltersteuerung der zwischenliegenden Schalter erfolgt und eine gleichmäßige Struktur der gesamten Schaltung erreicht wird.

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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erklärt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagrainm eines Mehrweg-Schieberegisters

mit mehreren Speicherelementen, deren Anordnung als vertikarizontale Zickzackwege bezeichnet sind;

Fig. T~ ein Blockdiagramm eines anderen Mehrweg-Schieberegisters , in welchem die Speicherelemente durch Schalter und feste Verbindungen miteinander verbunden sind und als horizontale und vertikale Serpentinenkonfiguration bezeichnet sind;

Fig. 3 ein Schaltschema für FET-Registerzellen mit den

zugehörigen Umschaltern;

Fig. 4 ein Blockdiagramm für ein Mehrweg-Schieberegi

ster in der Verwendung als Datenmischer mit den zugehörigen Steuerschaltungen für die Verschiebung und Umschaltung, der Rückkopplungseinrichtung sowie eine Einrichtung zur Schlüsselmodifikation und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Modifikation der in Fig.

4 gezeigten Schaltung.

In Fig. 1 sind die als Blocks 1 bis 15 bezeichneten verschiebbaren Speicherelemente in einem Koordinatensystem angeordnet. Die Speichereinheiten 1 bis 15 können aus jedem geeigneten Speicherelement, wie z. B. einem Magnetkern oder einer FET-Speicherzelle, bestehen und eine von mindestens zwei möglichen Konfigurationen durch die Schalter Sl bis S14 einnehmen, die an die Ausgänge der Speichereinheiten 1 bis 14 entsprechend angeschlossen sind. Wenn die Schalter Sl bis S14 mit den Kontakten Hl bis Hl4 verbunden

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sind, sind die Speichereinheiten 1 bis 15 seriell in horizontaler Zickzackanordnung verbunden und über den Eingang 16 eingegebene Informationen nehmen eine Ordnung ein, in welcher das erste Informationsbit in der Speichereinheit 15 und das 15. Informationsbit in der Speichereinheit 1 gespeichert wird. Obwohl das in Fig. 1 nicht besonders dargestellt ist, bilden die Speichereinheiten 1 bis 15 ein serielles Schieberegister, welches durch Anlegen von Schiebeimpulsen an jede der Speichereinheiten Informationen um jeweils eine Speichereinheit durch die horizontale Zickzackanordnung der Fig. 1 verschiebt. Wenn die Schalter Sl bis S14 so betätigt werden, daß sie von den Kontakten Hl bis Hl4 auf die Kontakte Vl bis V14 umschalten, nehmen die Speichereinheiten 1 bis 15 eine andere serielle Konfiguration ein, die als vertikale Zickzack-Reihenkonfiguration gekennzeichnet werden kann. Wenn die Speichereinheiten 1 bis 15 nach der Umschaltung eine Verschiebung vornehmen, so daß alle Speichereinheit geleert werden, erscheinen die gespeicherten Informationen am Ausgangsanschluß 17 in einer anderen Reihenfolge, als sie in die horizontale Zickzackkonfiguration eingegeben wurden.

Die Eingabeordnung war: 15 ... 10 ... 5 ... 1. Die Ausgabereihenfolge ist:

15, 12, 9, 6, 3, 14 11, 8, 5, 2, 13, 10, 7, 4, 1.

Daraus ist zu ersehen, daß durch einfache Umschaltung die Reihenfolge der Ausgabedaten verändert und eine neue Ordnung erreicht werden kann, mit anderen Worten, es wurde eine Verschachtelung erzielt.

Aus der Betrachtung der Fig. 1 ist zu ersehen, daß ein neuer Datenblock über den Eingang 16 vertikal eingegeben werden kann, während gleichzeitig Daten über die vertikale Zickzackkonfiguration ausgegeben werden und nachdem das letzte Bit des neuen Datenblocks in das Register eingegeben wurde, wird durch Umschaltung auf die horizontale Zickzackkonfigiiration,. Uf^-Verschiebung der Daten in

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horizontaler Richtung der neue Datenblock verschachtelt heraufgenommen. Somit wird die Datenbehandlung nur durch die zum Umschalten und Verschieben benötigte Zeit verzögert. Die Größe der Speichereinheiten ist nicht begrenzt. Die Schalter Sl bis S14 brauchen nicht nur auf zwei Anschlüsse begrenzt zu sein, sondern es können mehrere Anschlüsse ähnlich den Anschlüssen Vl bis Vl4 und Hl bis Hl4 so angeordnet sein, daß die Speichereinheiten 1 bis 15 mit mehreren seriellen Wegen verbunden werden können. Die Speichereinheiten 1 bis 15 brauchen nicht in einem Koordinatensystem angeordnet zu sein und das Ausgangssignal einer Speichereinheit kann mit dem Eingang einer anderen Speichereinheit solange in Verbindung stehen, wie die serielle Beziehung der Konfiguration aufrechterhalten wird.

Fig. 1 zeigt weiterhin einen Rückkopplungsweg 18, welcher den Ausgang 17 über einen Schalter 19 mit dem Eingang 16 verbindet. Ein seriell in den Rückkopplungsweg 18 gelegter Inverter IO kehrt die Polarität der Daten um, die vom Speicher 15 auf den Eingang der Speichereinheit 1 umlaufen gelassen werden. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit dem Rückkopplungsweg 18 und dem seriell dort hineingelegten Inverter 20 zum Umlauf der Daten ermöglicht eine Datenmischung. Ein Datenblock gelangt zuerst in das Register einer der seriellen Konfigurationen. Als nächstes wird der Rückkopplungsweg 18 geschlossen und über den Schalter 19 Daten auf einer anderen seriellen Konfiguration verschoben, indem man eine Anzahl von Schiebeimpulsen anlegt, die durch einen noch genauer zu beschreibenden Schlüssel bestimmt sind. Diese Operation läuft abwechselnd mit den seriellen Konfigurationen weiter und die Anzahl der Schiebeimpulse für jede Konfiguration wird durch den Schlüssel bestimmt. In jeder seriellen Konfiguration wird die ursprüngliche Polarität nur des Datenteiles umgekehrt, welcher durch den Rückkopplungsweg 18 und den Inverter 20 läuft. Nach einer Anzahl von Schiebeoperationen in abwechselnden seriellen Konfigurationen unterscheidet sich die gemischte Information in ihrer relativen Lage und Polarität von der Eingabeinformation sehr wesentlich. Die gemischte Information läuft zwecks übertra-

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- 6 gung jetzt zum Ausgangsanschluß 17 in Fig. 1

Wenn die Mischung nach einem festgelegten Muster erfolgt, wird die in eine gegebene Speichereinheit in einer seriellen Konfiguration eingeschobene Information immer in dieselbe andere Speichereinheit geschoben unmittelbar vor dem Ausschieben der Information. Diese Betriebsart wird Linearbetrieb genannt.Dieser Betrieb hat den Vorteil, daß Ubertragungsfehler sich nicht fortpflanzen (in der entmischten Nachricht befinden sich genausoviel Fehler wie in der gemischten), vom Gesichtspunkt der Informationsmischung bietet diese Betriebsart jedoch keinen großen Si-™ cherheitsgrad. Die vorliegende Anordnung kann jedoch dahingehend angepaßt werden, daß ein hoherSicherheitsgrad geliefert wird und ein derartiges System wird nachfolgend beschrieben.

In Fig. 2 sind mehrere Speichereinheiten 1 bis 15 dargestellt, die unter Verwendung mehrerer zu bestimmten Speichereinheiten und festen Verbindungen zwischen bestimmten anderen Speichereinheiten gehöriger Schalter eine von mindestens zwei möglichen seriellen Konfigurationen einnehmen können. Die in Fig. 2 gezeigten Serienanordnungen können als horizontale und vertikale Serpentinen-Serienkonfigurationen oder -Wege gekennzeichnet werden. Die Speichereinheiten der Fig. 2 sind in jeder Hinsicht ähn-P lieh wie die in Fig. 1 gezeigten. Der einzige Unterschied besteht in der Anzahl der verwendeten Schalter und der Art, in welcher die Speichereinheiten verbunden werden. Die Speichereinheiten 2 und 3 in Fig. 2 sind durch feste Verdrahtungen 21 verbunden, die Speichereinheiten 3 und 4 über feste Verbindung 22, die Speichereinheiten 6 und 7 über die feste Verbindung 23, die Speichereinheiten 9 und 10 über die feste Verbindung 24, die Speichereinheiten 11 und 12 über die feste Verbindung 15 und die Speichereinheiten 13 und 14 über die feste Verbindung 26. Alle übrigen Speichereinheiten sind mit ihren Ausgängen über die Schalter Sl, S4, S5, S7, S8, SlO, SIl und S14 mit dem Eingang der folgenden Speichereinheit über horizontale oder vertikale Kontakte verbunden, die zu jedem Schalter gehören.

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Daten können in die Speichereinheiten 1 bis 15, die in Fig. 2 in einem Koordinatensystem angeordnet sind, über den Eingang 16 eingegeben werden. Wenn alle Schalter mit ihren horizontalen Kontakten verbunden sind, bilden diese Einheiten einen horizontalen Serpentinen-Serienweg. 15 Datenbits nehmen dieselbe Ordnung an wie die nummerierten Schieberegister, wobei das erste eingegebene Datenbit im Speicher 15 und das letzte Datenbit in der Speichereinheit 1 gespeichert werden. Beim Umschalten aller Schalter auf ihre vertikalen Kontakte wird ein neuer vertikaler Serpentinenserienweg gebildet und Daten laufen von der vertikalen Serpentinenkonfiguration über den Ausgang 18 in folgender Reihenfolge:

15, 10, 9, 4, 3, 2, 5, 8, 11, 14, 13, 12, 7, 6, 1.

Somit erreicht man eine Verschachtelung ebenfalls durch Verwendung von Schaltern und festen Verdrahtungen zwischen den in Serpentinenform angeordneten Speichereinheiten. Daraus folgt, daß die Verwendung der Rückkopplungsschleife 18 zum Umlauf und zur Umkehrung von in der Serpentinenform gespeicherten Daten eine Datenmischung möglich ist. Wegen der Serpentinenanordnung erhält man jedoch einen höheren Mischungsgrad auch beim Linearbetrieb. Wie in Fig. 1 wurde die Fig. 2 mit einer bestimmten seriellen Konfiguration beschrieben, es sollte jedoch berücksichtigt werden, daß die Speichereinheiten 1 bis 15 in jeder Weise miteinander verbunden werden können, solange serielle Konfigurationen erreicht werden und Daten zwischen diesen Konfigurationen umgschaltet und in diesem Serienanordnungen verschoben werden können.

Durch Verwendung der in den Fign. 1 und 2 gezeigten Konfigurationen können beispielsweise bei der Datenübertragung auftretende kurze Fehlerbündel, die normalerweise auf einem Datenblock konzentriert sind, über mehrere Blocks verteilt und dadurch die Fehlerzahl in einem gegebenen Block reduziert werden. Außerdem lassen sich durch Verwendung der beiden Ausführungsbeispiele die Daten

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mischen und somit ein hoher Sicherheitsgrad erzielen.

Die bisher für die Senderseite in der Datenübertragung beschriebenen Anordnungen der Fign. 1 und 2" können natürlich auf umgekehrt auf der Empfängerseite verwendet werden, da hier die Daten genau umgekehrt bearbeitet werden wie auf der Senderseite. Somit werden beim Verschachtelungsbetrieb Daten, welche aus einer vertikalen Serpentinenkonfiguration gesendet wurden, nachdem sie in einer horizontalen Serpentinenkonfiguration eingegeben wurden, in vertikaler Serpentinenkonfiguration empfangen und beim Umschalten auf die horizontale Serpentinenkonfiguration ausgeschoben und erscheinen dann genauso wie sie am Eingang des Sender-Codierers eingegeben wurden. Solange Verschiebungs- und Umschaltoperationen auf der Empfängerseite in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden wie auf der Senderseite kann die Originalinformation vollständig wiedergewonnen werden.

In Fig. 3 ist ein Teil eines Mehrweg-Schieberegisters gezeigt, in welchem die verschiebbaren Speichereinheiten aus zwei FET's und vier Dioden bestehen. Außerdem sind FET-Schalter zur Umschaltung der Speicherzellen von einer in die andere serielle Konfiguration gezeigt.

Die oberste linke Speicherzelle in Fig. 3 besteht aus den Dioden Dl bis D4 und den Feldeffekttransistoren Tl und T2, die Schieberegisterstufe 30 aus den beiden Schaltungen 31 und 32. Die Schaltung 31 enthält den Feldeffekttransistor Tl, der an die Dioden Dl und D2 angeschlossen ist. Die Diode Dl ist mit einer Impulsspannungsquelle über die Leitung 33 verbunden und in Fig. 3 als 0 1 dargestellt. Die Diode D2 ist an eine Impulsspannungsquelle über die Leitung 34 angeschlossen und in Fig. 3 als 0 2 dargestellt. Ein Tor 35 des Transistors Tl ist darstellungsgemäß an einen Eingangsanschluß 36 angeschlossen, der mit einer digitalen Datenquelle oder dem Ausgang einer mit der Stufe 30 identischen Schieberegisterstufe sein kann. Der Transistor Tl ist außerdem über einen Knotenpunkt N3 mit einem Tor 37 des Transistors T2 der Schaltung

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32 verbunden, auf diese Weise ist die Torkapazität des Transistors T2 an den Knotenpunkt N3 gelegt.

Gemäß Darstellung in Fig. 3 ist der Transistor T2 an die Dioden D3 und D4 angeschlossen, welche ihrerseits wieder über die Leitungen 38 bzw. 39 mit den Impulsspannungsquellen verbunden und in der Zeichnung mit 0 3 und 0 4 bezeichnet sind. Ein zwischen die Diode D3 und den Transistor T2 gelegter Knotenpunkt N4 ist mit den Eingängen der Schalttransistoren T3 und T4 verbunden, die nachfolgend genauer beschrieben werden.

Die Transistoren Tl bis T4 können N- oder P-leitend sein. Sind die Transistoren Tl und T2 N-leitende Verstärker, werden die Dioden Dl bis D4 so in die Schaltung gelegt, daß sie in Richtung ihres Symbolpfeiles leiten. Sind dieselben Transistoren jedoch P-leitende Verstärker, werden die Dioden Dl bis D4 umgekehrt. Durch Anlegen entsprechend gepolter Impulse von den Spannungsquellen 0 1 bis 0 4 gemäß Darstellung in Fig. 3, erscheint eine an den Eingang 36 angelegte Information am Knotenpunkt N4, wo sie in eine der beiden möglichen Bahnen über die FET's T3 oder T4 geschaltet werden kann. Wenn also der Transistor T3 durch einen Impuls auf sein Tor über die Leitung 40 betätigt wird, wird die am Knotenpunkt N4 der Schaltung 32 anliegende Information über den betätigten FET T3 auf das Tor 41 der Schieberegisterstufe 30 unmittelbar rechts von der am weitesten links liegenden Schieberegisterstufe 30 geleitet. Wenn jedoch der Transistor T4 durch einen Impuls auf sein Tor über die Leitung 42 betätigt wird, wird die am Knotenpunkt N4 der Schaltung 32 erscheinende Information über den FET T4 auf das Tor 43 der Schieberegisterstufe 30 unmittelbar unterhalb der äußersten linken Schieberegisterstufe übertragen. Daraus ist zu ersehen, daß die Schieberegisterstufen 30 für die Blocks 1 bis 15 in den Fign. 1 und 2 gesetzt werden können und daß Einheiten wie die FET's T3 und T4 bei Bedarf für die Schalter eingesetzt werden können. Durch entsprechende Betätigung der Impulsquellen 0 1 bis 0 4 können Daten in einer gegebenen seriellen Konfiguration verschoben werden und eine Um-

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schaltung zwischen seriellen Konfigurationen durch entsprechende Erregung der Tor der Umchalttransistoren ähnlich den Transistoren T3 und T4 erfolgen.

In Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Mehrweg- Schieberegisters gezeigt, welches als Datenmischer verwendet wird. Das Schieberegister ist in Verbindung mit einer Schaltung zur Steuerung der Verschiebung und Umschaltung gezeigt sowie mit einer Rückkopplungseinrichtung zum Datenumlauf unter Steuerung eines Schlüssels. Außerdem sind Einrichtungen zur Modifizierung des Schlüssels unfc ter Verwendung eines Verknüpfungselementes gezeigt, welches den Benutzerschlüssel mit vorher übertragenen Daten kombiniert und so einen hohen Sicherheitsgrad für die Informationsübertragung liefert.

Bei dem in Block 15 der Fig. 4 gezeigten Mehrweg-Schieberegister handelt es sich vorzugsweise um eine horizontale und vertikale ·' Serpentinenanordnung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Daten werden entweder auf den horizontalen oder den vertikalen Serpentinenweg über den Eingang 16 eingegeben. Ein Schalter 19 verbindet den Ausgang 17 des Mehrweg-Schieberegisters des Blockes 50 mit dem Eingang 16 über einen Rückkopplungsweg 18 ^ und einen Inverter 20. Unter Steuerung eines Schlüssels 52 gibt ™ die Steuerschaltung 51 Schiebe- und Umschaltimpuls auf das Schieberegister des Blockes 50 und den Schalter 19 über Leitungen. Die Steuerschaltung 51 kann aus einem Zähler bestehen, der entsprechend getaktete Impulse unter Steuerung eines Schlüssels 52, der die Erscheinungszeit der Impulse auf den Ausgangsleitungen der Steuerschaltung 51 bestimmt, auf jeden seiner Ausgänge gibt. Ein Schalter 53 koppelt eine Einrichtung 54 zur Modifizierung des Schlüssels 52 entsprechend einem vorgegebenen Muster.

Bei geöffnetem Schalter 53 ist der Schlüssel in 52 gespeichert und es werden Daten über den Eingangsanschluß 16 in das Schieberegister des Blockes 50 eingegeben und folgendermaßen gemischt:

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1. Ein Block von m · m Bits wird in das Schieberegister in der horizontalen Serpentinenkonfiguration eingegeben, während ein vorher gemischter Datenblock vom Ausgang 17 über den Schalter 19 an einen Sender (nicht dargestellt) übertragen wird.

2. Die Rückkopplungsschleife 18 wird durch Betätigung des Schalters 19 über die Rückkopplungsverbindung zur Steuerschaltung 51 geschlossen, die ihrerseits wieder durch den Schlüssel 52 gesteuert wird.

3. Die Daten werden durch eine Reihe von mit hoher Geschwindigkeit ausgeführten vertikalen und horizontalen Verschiebe- und Umschaltoperationen nach Angabe des Schlüssels 52 in ihrer Lage und Polarität gemischt und durch die Steuerschaltung 51 über die Verschiebe- und Umschaltleitungen auf das Schieberegister 50 geleitet.

4. Der gemischte Block wird dann durch öffnen der Rückkopplungsschleife 18 über den Schalter 19 z. B. in den Horizontalbetrieb übertragen.

5. Die gemischten Daten werden in einem Decodier-Schieberegister empfangen, welches in jeder Hinsicht ähnlich aufgebaut ist wie das Schieberegister des Blockes 50 in der horizontalen Serpentinenanordnung.

6. Die Entmischung kann durch Umkehrung der Mischoperation erfolgen.

Um die umgekehrte Transformation der Mischoperation zu bestimmen, kann die Mischoperation durch die folgende Transformation dargestellt werden:

h ν h ₁ v_o h V₁

M· = H ⁿ V ⁿ H ^n-1 V²H¹V¹M (1)

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worin:

M¹ der gemischte Block

M der Anfangsblock

^vi ^hi
V oder H sind v.(h.) aufeinanderfolgende vertikale

oder horizontale Verschiebungen

darstellen. Das X-Y-Schieberegister in Fig. 2 ist so aufgebaut, daß die Grundtransformationen V und H sich nicht ersetzen. Demzufolge ist die Entmischungsoperation folgende:

-v -h -h

M = V ¹H ^λ H ⁿ M¹ (2)

worin:

-v 2mxn-v.
V ^λ = V ^X (3)

weil 2m · η vertikale (horizontale Verschiebungen gleichwertig sind einer Einheitstransformation mit dem Inverter in der Rückkopplungsschleife (m · n) Verschiebungen nur ohne Inverter.

Für den kontinuierlichen Betrieb sind zwei X-Y-Schieberegister zu verwenden bei der Reihenfolgemischung (1) und der Eingabe/Ausgabe von Daten (2). Der durch v. und h. von (1) vorgeschriebene Schlüssel ist begrenzt d.urch die Anzahl der horizontalen und vertikalen Hochgeschwindigkeitsverschiebungen, die in der Zeit ausgeführt werden können, in welcher das andere Register gefüllt (und/oder) geleert wird.

Die Leistung der Mischoperation wird gezeigt durch Zuordnung der folgenden typischen Werte zur Anordnung der Fig. 4:

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m = 31, η = 15, η χ m = 465

Eingaberate R_T = 2kb/s

Il

Interne Taktrate R„ = 1 MHz,

Im gewählten Beispiel sind _H χ m χ η = 500 χ 465 derartige Ope-

rationen möglich. Da eine Entmischung bis zu zwei m · η = 930 Verschiebungen erfordern kann, ist die Höchstzahl von Schlüsselzeichen (v., h. = 1 bis 930) K = ^H = 520 und somit beträgt die

2R

entsprechende Anzahl von Mischungsmöglichkeiten

(2x2xmxn)^K= (2x2x 465)²⁵° £ 10⁸⁰⁰

die also wesentlich höher liegt als der Informationsgehalt des Registers (2⁴⁵⁶ % ΙΟ¹⁵⁰). In der Praxis benötigen die Schlüssel eine wesentlich geringere Zeichenzahl (z. B. 20 Zeichen von 10 Stellen).

Das in Fig. 4 gezeigte System ist sehr einfach, wenn die Einrichtung 54 zur Veränderung des Schlüssels 52 durch öffnen des Schalters 53 abgetrennt ist. Die gelieferte Sicherheit sollte für ungefähr alle kommerziellen Zwecke ausreichen, kann jedoch bei Bedarf durch Benutzung eines anderen Schlüssels für jede Nachricht wesentlich erhöht werden. Mit der Einrichtung 54 läßt sich der Schlüssel 52 nach einem vorgegebenen Muster verändern. Die Einrichtung 54 in Fig. 4 besteht aus einer Datenquelle 55, z. B. einem Schieberegister, welches vorher eingegeben Daten speichert. Die Ausgabe der Datenquelle 55 wird mit einem Benutzerschlüssel kombiniert, dem man von einem in Fig. 4 als Block 56 gezeigten Speicherelement erhält, welches mit einem Verknüpfungselement 57

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verbunden ist, das z. B. aus einem UND-Glied oder einem ODER-Glied bestehen kann. Der Schlüssel 52 kann jetzt durch die Ausgabe des Verknüpfungselementes 57 gesteuert werden, die durch eine Verknüpfung von Daten von der Quelle 55 und dem bekannten Benutzerschlüssel vom Block 56 durch einfaches Schließen des Schalters 53 abgeleitet werden kann. Auf diese Weise wird ein neuer Schlüssel jedesmal erzeugt, wenn ein Datenblock übertragen wird. Diese Information kann dann auf der Empfängerseite durch den Decodierer wiedergewonnen werden, da der Benutzerschlüssel an jede Empfängerstation geliefert wird. Diese Technik liefert einen hohen Sicherheitsgrad, da der Schlüssel und die vorhergehende Nachricht erforderlich sind, um die hereinkommende Information zu entziffern. Ein System, in welchem ein vom vorhergehenden Datenblock abhängig veränderlicher Schlüssel benutzt wird, kann als nichtlineares System bezeichnet werden. In einem linearen System mit bekanntlich festliegendem Schlüssel erscheint ein in eine Schieberegisterposition eingegebenes Datenbit immer wieder an derselben anderen Schieberegisterstufe vor der Übertragung nach einer Reihe von Verschiebe- und Umschaltoperationen. In einem nichtlinearen System erscheint ein gegebenes Datenbit, welches an einer gegebenen Schieberegisterposition erscheint, nach der Mischung und vor der Übertragung immer an einer anderen Schieberegisterstufe. Eine vereinfachte Beschreibung eines nichtlinearen Systems wird nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 5 geliefert.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines nichtlinearen übertragungssystemes mit hohem Sicherheitsgrad, welches Mehrweg-Schieberegister benutzt, in denen der Schlüssel entsprechend einem vorgegebenen Muster verändert wird.

Fig. 5 zeigt mehrere als Blocks 50 dargestellte Schieberegister, die weiterhin durch die römischen Zahlen I bis IV unterteilt sind. Jede Mehrweg-Schieberegisterstufe enthält m · η Bit. Die Verschiedenen Schlüssel erhält man durch Modulo-2-Addition des Benutzerschlüssels zum vorhergehenden Datenblock und durch Mischung. Die Eingabedaten werden folgendermaßen codiert:

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1. Ein Datenblock aus m · η Bit B3 wird in das Register III über den Eingang 16 und den Kontakt 1 des Zweistellungsschalters S20 eingegeben. Gleichzeitig laufen folgende Vorgänge ab:

a) Ein vorher chiffrierter Datenblock (Bl^s wird vom Schieberegister III über den Kontakt 2 eines Zweistellungsschalters S21 und den Kontakt 1 eines Zweistellungsschalters S22 an den Ausgang 17 übertragen.

b) Der im Register II festgehaltene Block B2 und der im Register I gehaltene Block (B2 Φ K) werden mit einem gemischten Schlüssel (Bl Φ K) gemischt, der im Register IV gespeichert ist. Diese Mischung erfolgt durch Anlegen des Ausganges des Registers IV über die Leitung 60 parallel an die Register I und II über die Steuerleitungen 61 bzw. 62. Die Steuerleitungen 61 und 62 sind an die Schiebe- und Umschaltsteuerungen für die Register I und II angeschlossen. Die Mischung erzeugt einen neuen Schlüssel im Register I, nämglich (B2 Φ K)^S.

2. Wenn das letzte Bit des Blockes B3 in das Register III eingegeben wurde, laufen zwei Vorgänge gleichzeitig ab:

a) Schalter 20 wird auf den Kontakt 2 gestellt und ein Datenblock B4 läuft in das Register II. Der chiffrierte Block B2 wird über den Kontakt 1 des Schalters S23 und den Kontakt 2 des Schalter S22 übertragen. Der Takt ist gleich der Datengeschwindigkeit.

b) Der Rückkopplungsweg 18 des Registers III wird über den Schalter 19 geschlossen und der Schalter S21 wird auf den Kontakt 1 umgeschaltet. Der Block B3

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läuft dann über eine Leitung 64 bei Stellung des Schalters S24 auf Position 2 in einen Modulo-2-Addierer (Antivalent) 63«, Der Ausgang des Addierers 63 wird auf das Register IV gegeben und nach m · η Verschiebungen mit einer sehr hohen Taktgeschwindigkeit wird der Inhalt des Registers III in der Schaltung 63 antivalent mit dem in Block 56 gezeigten und im Register IV gespeicherten Benutzerschlüssel kombiniert.

3. Wenn das letzte Informationsbit in das Register IV eingelaufen ist, werden die Register III und IV gleichzeitig mit dem Schlüssel (B2 + K)^s gespeichert im Register I, über die Leitung 65 und die Steuerleitungen 66 und 67j, welche die Verschiebung und Umschaltung dieser Register steuern, gleichzeitig gemischt.

Bei der Dechiffrierung eines Blockes (B2^S) muß z. B. der Schlüssel (Bl -5- K) rekonstruiert werden. Da der gemischte Block Bl gleich dem Block (Bl ) bereits empfangen und entziffert wurde, ist der Anfangsblock Bl bereits bekannt und der Schlüssel (Bl +

IQ kann rekonstruiert werden«, Die Entmischungsoperation erfolgt dann direkt und kann genauso ausgeführt werden, wie es im Zusammenhang mit Figο 4 beschrieben wurde.

Für jede Nachricht läßt sich also relativ einfach ein veränderlicher Schlüssel erzielen« Unter Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Anordnung steht eine große Anzahl von Kombinationen der Benutzer-

schlüssel zur Verfügung. Wenn z. B. m · η = 63 ist, liegen 10 verschiedene Schlüsselkombinationen vor. Außerdem erhält man einen hohen Grad an Sicherheit, da ein Schlüssel und eine vorhergehende Nachricht erforderlich sind, um die empfangene Nachricht zu entziffern»

Die in Fig. 5 gezeigte Schaltungsanordnung kann in integrierter · ausgeführt werden» Das ganse Sjscem_B in welchem die Re-

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gister identisch sind, kann auf einem Halbleiterchip integriert werden. Wenn die Register z. B. 63 Bits groß sind, sind ungefähr 300 Schaltungen (Bits) erforderlich. Für Register mit einer Größe von 135 Bits sind etwa 700 Schaltungen (Bits) erforderlich.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Mehrweg-Schiebespeicher, insbesondere Mehrweg-Codier/Decodier-Schaltung, die aus mehreren einzelnen Speichereinheiten besteht, mit denen gespeicherte Daten in mindestens zwei Richtungen verschoben werden können, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Speichereinheiten (1 bis 15) steuerbare Umschalter (Sl bis S14) angeordnet sind, die die Ausgänge der Speichereinheiten (1 bis 15) wahlweise k entweder mit den Eingängen der nächstfolgenden Speichereinheit in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung verbinden.

2c Mehrweg-Schiebespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil von Speichereinheiten (1) einer horizontalen Reihe auf Speichereinheiten (6) einer anderen Reihe oder auf mehrere Reihen umschaltbar ist.

3» Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheiten (1 bis 15) Speicherzellen mit einer Kapazität von nur einem Bit sind.

Λ. Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang und dem Ausgang der zu Reihen miteinander verbundenen Speicherzellen (1 bis 15) eine Rückkopplungsschleife (18) zur Veränderung der in dem Mehrweg-Schiebespeicher gespeicherten Informationen angeordnet ist.

5« Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein neuer Datenblock vertikal auf den Eingang (16) des Mehrweg-Schiebespeichers gegeben wird, während gleichzeitig Daten über die vertikal eingestellte Schiebespeicherkonfiguration

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ausgegeben werden.

6. Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkopplungsweg (18), der den Ausgang (17) über einen Schalter (19) mit dem Eingang (16) verbindet, ein Nicht-Glied oder Inverter (10) angeordnet ist, der die Polarität der Daten, die von der Speichereinheit (15) auf den Eingang (16) der Speichereinheit (1) laufen, umkehrt.

7. Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder seriellen Bitfolge die ursprüngliche Polarität nur des Datenteils umgekehrt wird, der durch den Rückkopplungsweg (18) und den Inverter (20) läuft.

8. Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Speichereinheiten

(z. B. 2 und 3 in Fig. 2) über eine Leitung (21) fest miteinander verbunden sind.

9. Mehrweg-Schiebespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (51) Schiebe- und Umsehaltimpulse auf die Speicherzellen (1 bis 15) bzw. die Schalter (Sl bis S14) unter Steuerung eines Schlüssels (52) abgibt, der über eine Schaltung (54) modifizierbar ist.

109882/1686

Docket YO 969 086

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