DE2154019B2

DE2154019B2 - Zufallskodegenerator

Info

Publication number: DE2154019B2
Application number: DE2154019A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Mirza Dallas Branscome; George Edgar Richardson Goode
Original assignee: Datotek Inc Dallas Tex (vsta)
Current assignee: Datotek Inc Dallas Tex (vsta)
Priority date: 1971-04-15
Filing date: 1971-10-29
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2154019C3; CH572688A5; NO142797B; NO142797C; CA950360A; IT939641B; GB1361850A; NL7115278A; US3781473A; FR2133395A5; DE2154019A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zufallskodegenerator gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-AS 10 54491 ist es bereits bekannt, so Schieberegister zur Erzeugung digitaler Zufallssignale vorzusehen, deren Arbeitsperioden keinen gemeinsamen Teiler haben. Ferner ist eine Kombinationsschaltung zur Aufnahme und Zusammenfassung der Zufallssignale für die Erzeugung von statistischen digitalen Schlüsselsignalen vorgesehen. Ein Nachteil der bekannten Anordnung besteht jedoch darin, daß die Zusammenschaltung der Schieberegister unveränderbar ist, so daß einer Entschlüsselung von verschlüsselten Daten keine unüberwindbaren Hindernisse entgegengesetzt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen bekannten Zufallskodegenerator derart weiterzubilden, daß eine noch größere Sicherheit gegen Entschlüsselung erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Der erfindungsgemäße Zufallskodegenerator läßt sich im Fernschreibbetrieb in vorteilhafter Weise einsetzen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der zugehörigen Figurenbeschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert:

F i g. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine typische Verschlüsselungsanordnung, in der der erfindungsgemäße Kodegenerator verwendbar ist,

Fig.2 zeigt in einem Blockschaltbild eine der Verschlüsselungseinrichtungen aus Fig.), welche den erfindungsgemäßen Kodegenerator enthält,

F i g. 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Kodegenerator.

In F i g. 1 ist ein Blockschaltbild einer Verschlüsselungsanordnung gezeigt, in der ein Fernschreibnetzwerk verwendet wird. Eine erste Verschlüsselungseinrichtung 10, ist an einer Stelle mit einem üblichen Fernschreiber 12 verbunden, während eine zweite identische Verschlüsselungseinrichtung 14 an einer entfernten zweiten Stelle mit einem Fernschreiber 16 verbunden ist.

Die beiden Fernschreiber 12 und 16 sind in üblicher Weise über einen Fenrschreibkanal miteinander verbunden. Im vorliegenden Fall läßt sich beispielsweise ein Achterlochstreifen verwenden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeiten die Fernschreiber 12 und 16 in Funferkode, wie bei einer Übertragung über eine konventionelle Verbindung.

Jede der Verschlüsselungseinrichtungen 10 und 14 enthält einen Hauptschalter 20 und einen Alarmschalter 22. Zum Kodieren von Daten kann ein Kodierschalter 24 betätigt werden, während ein Dekodierschalter 26 zum Dekodieren von Daten betätigt wird. Hinter jedem der Schalter 20 bis 26 können Lampen angeordnet sein, um die Betriebsweise der Einrichtung anzuzeigen. Eine Lampe 28 leuchtet, wenn das System im kodierten Betrieb arbeitet, während eine Lampe 30 den umkodierten bzw. den Betrieb in Klarschrift anzeigt.

Im Betrieb kann eine der Verschlüsselungseinrichtungen in den Kodierzustand und die andere in den Dekodierzustand gebracht werden. Die beiden Einrichtungen sind indirekt mit den Fernschreibern verbunden und stören daher deren normalen Betrieb nicht. Die Datenübertragung über die Verbindungsleitung 18 ist jedoch verschlüsselt und ohne die genau synchronisierte zugehörige Verschlüsselungseinrichtung an der Empfangsseite unlesbar.

Eine Klappe 32, die sich in der Einrichtung 14 in ihrer normalen Lage befindet, ist an jeder der Vorderseiten der Einrichtung 10 und 14 vorgesehen und weist ein Schloß 34 auf, das zur Entfernung der Klappe mit einem zugehörigen Schlüssel entriegelt werden muß. Diese Klappe verdeckt eine Vielzahl von Wahlschaltern 36 mit mehreren Stellungen, wie in der Einrichtung 10 zu erkennen ist. Die Wahlschalter 36 können einzeln von Hand gedreht werden, um irgendeine einer Vielzahl von unterschiedlichen Kombinationen zu erhalten, wodurch eine bestimmte Kodierung für den Tag ausgewählt wird, an dem der Verschlüsselungsvorgang vorgenommen wird. Die identische Kodierung für diesen Tag muß in beiden Einrichtungen 10 und 14 eingestellt werden, bevor Daten von dem System verschlüsselt und entschlüsselt werden.

Fig.2 zeigt in einem Blockschaltbild die Grundelemente der Verschlüsselungseinrichtungen 10 und 14. Eine Synchronisierungsschaltung 40 liefert eine Vielzahl

von Synchronisierungstaktimpulsen zur Steuerung des Verschlüsselungsvorganges. Die Taktimpulse der Synchronisierungsschaltung 40 werden der Schlüssel-Kodierschaltung 42 zugeleitet, wehhe pseudo-zufällige Schlüsseldaten von dem Kodegenerator 44 erhält, der s ebenfalls durch die Taktimpulse von der Synchronisierungsschaltung 40 gesteuert v/ird Die Schlüssel-Kodierschaltung 42 arbeitet in Abhängigkeit von den Schlüsseldaten, um ein Begrenzungssignal zu erzeugen, welches der Datcn-Kodiersciiahung 46 zugeführt wird. Diese isnpfängt offene Textdaten und verschlüsselt diese in Abhängigkeit vom Begrenzungssignal der Schlüssel-Kodierschaltung 42. Die verschlüsselten Daten sind die Ausgangssignale der Daten-Kodierschaltung 46. ι ^r>

Im Dekodierbetrieb arbeitet die Daten-Kodierschaltung 46 umgekehrt und empfängt verschlüsselte Daten und erzeugt unverschlüsselte Textdaten am Ausgang. Eine Datenschalt- und Steuerschaltung 48 liefert eine zeitlich abgestimmte Wellenform zur Steuerung des Betriebszustandes des Systems. Ein Folgedetektor 50 prüft den Betrieb, um sicherzustellen, daß nicht infolge eines "Fehlers offener Text erzeugt wird. Tritt dieser Fehler auf, so erzeugt der Folgedetektor 50 ein Alarmsignal, durch welches die Datenschalt- und Steuerschaltung 48 das System in den Alarmzustand bringt.

Eine genauere Beschreibung des Aufba js und der Betriebsweise der Verschlüsselungsanordnung gemäß den F ig. 1 und 2 findet sich in der DE-AS 21 54 018.1. jo

Fig.3 zeigt schematisch den Zufalls-Kodegenerator gemäß der Erfindung. Dieser verwendet eine Vielzahl von selbständigen Schrittfolgeschaltungen, beispielsweise Schieberegister, die in willkürlicher Wege in verschiedenen Steuerzuständen miteinander verbunden werden, um eine Folge von linearen Zufallszahlen zu erzeugen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden fünf Schieberegister verwendet, obwohl selbstverständlich zusätzliche Schieberegister sowie Schieberegister mit größerer Kapazität benutzt werden können, um sowohl die Komplexität als auch die Arbeitsperiode der von dem System erzeugten Zufallsworte zu vergrößern.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 enthält ein Paar achtstufiger Schieberegister 100 und 102, die in unterschiedlichen Arten miteinander verbunden werden, um einen willkürlichen Betrieb zu ermöglichen. Das Register 104 ist ein fünfzehnstufiges Schieberegister, welches als Laderegister verwendet wird. Das Register 106 besteht aus einem siebzehnstufigen Schieberegister und dient als Register für die Tageskodierung, während das Register 108 ein achtstufiges Schieberegister aufweist, das als Betriebssteuerregister verwendet wird. Das Betriebssteuerregister 108 steuert direkt die Anordnung der Register 100 und 102 in vier verschiedenen Betriebsarten sowie in einem Vorbereitungsbetrieb und einem Leerlaufbetrieb.

Im Arbeitsbetrieb 1 (Mode 1) ist das Register 100 als sechsstufiger Schieberegistergenerator und das Register 102 als siebenstufiger Schieberegistergenerator geschaltet. Im Betriebszustand 2 (Mode 2) arbeitet das Register 100 als siebenstufiger Schieberegistergenerator, während das Register 102 als sechsstufiger Schieberegistergenerator arbeitet. Im Betriebszustand 3 (Mode 3) sind die Register 100 und 102 als ein fünfzehnslufiger Schieberegistergenerator maximaler Länge geschaltet, während im Betriebszustand 4 (Mode 4) die Register 100 und 102 als sechzehnstufiges Umlaufregister arbeiten.

Im Vorbereitungsbetrieb sind die Register 100 und 102 als sechzehnstufiges Umlauiregister geschaltet, wobei eine digitale »1« in das Register gepreßt wird, um zu verhindern, daß dieses durch die gesamten binären »0« »hängenbleibt«. Im Leerlaufbetrieb sind die Register 100 und 102 in der gleichen Weise wie im Arbeitsbetrieb 3 geschaltet, so daß ein fünfzehnstufiger Schieberegistergenerator vorhanden ist.

Bei der Beschreibung des Kodegenerators an Hand von Fig.3 werden eine Anzahl von Eingangs- und Ausgangssignale beschrieben. Um das Verständnis der Schaltungsanordnung zu erleichtern sind die Symbole für diese Signale im folgenden erklärt:

PLC — Vorbereitungs- und Ladebetrieb beendet

RK — Anforderung des Schlüssels

PVT — Verschlüsselter Betrieb

P — Vorbereitungsbetrieb

FC — schnei'erTakt

COPP — Schaltet den Nur-Lese-Speicher (ROM) dem System zu und von ihm ab.

SWL — Lieferung der Ladung von den Wahlschaltern 36

LOAD— Eingeben der Tageskodierung vom Schaltpult

CGD — Kodegenerator-Daten (laden oder vorbereiten)

IP — Beginn der Vorbereitung

RP — Aufnahme der Vorbereitung

FSS — Sicherstellung, daß die Register durch mehr als sieben aufeinanderfolgende Nullen nicht »hängen bleiben«

PD — Vorbereitungsdaten

KEY — Ausgangsstrom von Zufall-Schlüsselsignalen

Gemäß Fig. 3 sind Und Gatter 110 bis 118 mit dem Eingang eines Oder-Gatters 120 verbunden, um eine Betriebssteuerung für das Register 100 zu liefern. Der Ausgang des Gatters 120 liegt an einem Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters 122, welches mit einer Klemme des Registers 100 verbunden ist. Die CGD- und /?P-Signale werden von der externen Steuerung 48 direkt den Eingängen des Und-Gatters 116 zugeführt. Das /P-Signal gelangt zu einem Eingang eines Und-Gatters 124, dessen Ausgang mit einem Oder-Gatter 126 verbunden ist Der Ausgang dieses Gatters liegt am Eingang des Gatters 118. Die Ausgänge der Und-Gatter 130 und 134 und des Oder-Gatters 136 sind jeweils mit Eingängen der Gatter 110,112,114 und 126 verbunden, um eine Zufallsbetrieb-Steuerung für das Register 100 zu liefern.

Die Und-Gatter 140 bis 144 und die Oder-Gatter 146 bis 148 erhalten Eingangssignale von den Betriebssteuergattern 130 bis 136, um über das Exklusiv-Oder-Gatter 150 die verschiedenen Betriebszustände des Registers 102 zu steuern. Eingangssignale für die Betriebssteuerung werden außerdem einem Oder-Gatter 152 und einem Und-Gatter 154 zugeleitet, um den Betrieb des Registers 100 zu steuern. In gleicher Weise erhält das Oder-Gatter 156 ein BetriebEsteuer-Eingangssignal, und es ist mit einem Und-Gatter 158 verbunden, so daß sich eine zusätzliche Betriebssteuerung für das Register 102 ergibt.

Die Betriebssteuerung für die Register 100 und 102 wird von den Zufalls-Ausgangssignalen des Betriebssteuerregisters 108 abgeleitet. Diese Ausgangssignale steuern die Zustände der Flip-Flops 160 und 162. Die Q- und (^-Klemmen des Flip-Flops 160 sind direkt mit den

Eingängen der Gatter 130, 132 und 134 sowie über ein Und-Gatter 164 mit dem Eingang des Gatters 136 verbunden. Die Q- und (^-Klemmen des Flip-F!ops 162 liegen unmittelbar an den Eingängen der Gatter 130, 132 und 134 sowie über ein Und-Gatter 164 am Eingang des Oder-Gatters 136. Die PLC- und ÄK-Signale werden der Cß-Klemme des Flip-Flops 160 über ein Und-Gatter 166 zugeführt.

Das Laderegister 104 ist so geschaltet, daß es die Tageskodierung von den Wahlschaltern 136 aufnimmt, welche unmittelbar mit den Eingängen 170 des Registers 104 verbunden sind. Die binär kodierten Wahlschalter werden von Hand betätigt, um eine Einstellung auf die binären Zahlen 0 bis 7 an den Eingängen 170 zu erhalten. )i:de aufeinander folgende Gruppe von drei Eingängen 170 weist eine Binärzahl auf. Wird beispielsweise die iSinärzahl J mit dem ersten Wahlschalter eingestellt, so wird die Binärzahl 001 an den ersten drei Eingängen des Registers 104 eingestellt. Durch richtigen Betrieb der Wahlschalter 36 werden fünf Binärzahlen aus drei Bit in das Register 104 eingegeben.

Es ist auch möglich, das Laderegister 104 unmittelbar von dem Schaltpult des Fernschreibers zu speisen, indem man diese Schaltpullinformation dem CCD-Eingang zuführt und über das Und-Gatter 182 und das Oder-Gatter 184 zum Serieneingar.g des Registers 104 leitet. Man erkennt, daß eine große Anzahl unterschiedlicher Kodierungen zu Anfang in das Register 104 eingegeben werden können. Ferner ist zu erkennen, daß durch Vergrößerung der Kapazität des Laderegisters 104 sowie der übrigen Register der Anordnung ein Betrieb mit größeren Digitalworten möglich ist, wodurch sich eine zusätzliche Komplexität und Sicherheit ergibt.

Das Und-Gatter 176 ermittelt den Zustand der Q 1-Klemme des Registers 100, um sicherzustellen, daß das Register eine binäre »1« erhält, bevor die Anordnung in den Vorbereitungsbetrieb gelangt. Der Ausgang des Gatters 176 steuert die /-Klemme eines Flip-Flops 178. Die <?-Klemme des Flip-Flops 178 erzeugt ein Vorbereitungssteuersignal, welches einem Eingang des Oder-Gatters 172 zugeführt wird.

Die im Laderegister 104 enthaltene Information muß in Serienbetrieb in das Register 106 für die Tageskodierung übertragen werden. Das Ausgangssignal des Registers 104 wird einem Eingang eines Und-Gatters 180 zugeführt, das von dem Vorbereitungszustandssignal von der (J-Klemme des Flip-Flops 178 gesteuert wird. Das LOAD-Signal wird einem Eingang eines Und-Gaiters 182 zugeleitet. Die Ausgangssignale der Gatter 180 und 182 gelangen durch ein Oder-Gatter 184, welches zur Steuerung des Registers 104 dient. Das Ausgangssignal des Und-Gatters 180 wird durch ein Oder-Gatter 188 geführt, welches mit dem Eingang des Registers 106 verbunden ist.

Die Einstellklemme des Registers 104 liegt am Ausgang eines Und-Gatters 190, welches das SlVL-Signal aufnimmt. Die andere Klemme des Gatters 190 liegt an der Einstellklemme des Registers 106. Die Tageskodierungsinformation, die zunächst in das Laderegister 104 eingegeben wurde, kann in Serie über die Gatter 180 und 188 in das Register 106 für die Tageskodierung übertragen werden. Gleichzeitig gelangt die Information vom Register 104 über die Gatter 180 und 184 zurück zum Eingang des Registers 104. Auf diese Weise wird nach dem Einbringen in das Register 104 kein zusätzliches Einbringen mehr benötigt bis die Tageskodierung geändert werden soll, um eine vom Bedienungspult aus eingegebene Tageskodierung zu verwenden.

Die Q\4- und (?17-Klemmen des Registers 106 für ■; die Tageskodicrung werden mittels eines Exklusiv-Oder-Gatters 194 nach Art einer Modulo-2-Addition zusammengefaßt. Das Ausgangssignal des Gatters 194 wird dem Eingang eines Gatters 1% zugeführt, dessen Ausgang an dem Eingang des Gatters 188 liegt. Das

κι Register 106 kann somit als ein Schieberegistergenerator maximaler Länge geschaltet werden, um in Abhängigkeit von der Tageskodierung zu arbeiten. Die (?7-Klemme des Registers 106 ist mit einem Eingang eines Und-Gatiers 198 und über einen Inverter 200 mit

is dem Eingang eines Und-Gatters 202 verbunden, welches drei Eingänge aufweist.

Die (?5-Klemme des Registers iOO ibt an einen Eingang eines Und-Gatters 204 und über einen Inverter 206 an einen Eingang des Gatters 202 angeschlossen.

Die Q S- Klemme des Registers 102 liegt am Eingang des Gatters 202 und über einen Inverter am Eingang des Gatters 204. Die Ausgangssignale der Gatter 198. 202 und 204 werden den Eingängen eines Oder-Gatters 208 zugeführt, dessen Ausgangssignal an ein Flip-Flop 210

j-, und den Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters 212 gelangt.

Die CORP- und flOM-Signale werden über ein Und-Gatter 214 dem zweiten Eingang des Exklusiv-Oder-Gatters 212 zugeleitet. Die Anordnung ROM

in enthält einen Nur-Lese-Speicher, der wahlweise dem Kodegenerator zugeschaltet wird, falls eine Vergrößerung der Zufallsverteilung gewünscht ist. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel weist der Nur-Lese-Speicher eine kleine Einschubeinheit auf, die in den

j-, hinteren Teil des Gehäuses der Verschlüsselungseinrichtung (Fig. 1) eingesteckt werden kann, leder Benutzer kann eine eindeutige Kodierung verwenden, um den Nur-Lese-Speicher zu verschlüsseln, um damit gegebenenfalls eine Individualisierung der Verschlüsselungseinheiten zu erreichen. Die (^-Klemme des Flip-Flops 210 erzeugt das zufällige KEK-Signal zur Zufuhr zur Schlüssel-Kodierschaltung 42 gemäß F i g. 2.

Die Gatter 198, 202, 204 und 208 arbeiten als

nicht-lineare Kombinationslogik zur Erzeugung eines

A=, kombinierten Logik-Ausgangssignals (CLO). welches das wirkliche Schlüsselbit darstellt, das vom Flip-Flop 210 geliefert wird. Die nicht lineare Kombinationslogik ist entsprechend einem Karnaugh-Diagramm geschaltet, das die gleiche Anzahl von Einsen und Nullen

so aufweist, so daß die Wahrscheinlichkeitsverteilung im /C£K-Ausgangssignal für eine Eins und eine Null gleich ist. Das Flip-Flop 210 verhindert ein übermäßiges Rauschen im Schlüssel-Ausgangssignal.

Das ÄK-Signal wird über ein Oder-Gatter 220 geleitet, das mit der Einstellklemme eines dreistufigen, voreinstellbaren Binärzählers 222 verbunden ist Die QS- und (?7-Klemmen des Registers 108 sind mit den Eingängen des Zählers 222 verbunden, um sicherzustellen, daß dieser immer mindestens ein »0«-Eingangssignal hat. Der Zähler 222 dient zur Erzeugung einer willkürlichen Anzahl von Schritten zwischen den SchlüFseibits, welche von der Anordnung gemäß F i g. 3 erzeugt werden. Diese willkürliche Anzahl liegt zwischen 4 und 7 Schritten und hängt vom Zustand an den Klemmen Q5 und Q7 des Registers 108 ab. Die Q1-, Q 2- und <?3-Klemmen des Zählers 222 sind an das Und-Gatter 226 angeschlossen, welches das Vorhandensein einer binären 7 (oder drei digitaler Einsen) im

Zähler 222 anzeigt.

Das Gatter 226 ist zur Steuerung über einen Inverter 228 mit einem Und-Gatter 230 verbunden, das außerdem das FC-Signal aufnimmt. Das FC-Signal gelangt auch an einen Eingang eines Und-Gatters 232, dessen Ausgang mit einem Oder-Gatter 234 verbunden ist. Der zweite Eingang des Gatters 232 liegt am Eingang eines Oder-Gatters 236. Das Ausgangssignal des Gatters 230 wird einem Und-Gatter 238 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Gatter 234 verbunden ist.

Die RK- und PC-Signale werden den Eingängen eines Und-Gatters 240 zugeleitet, dessen Ausgang an das Gatter 234 angeschlossen ist. Die Gatter 232, 234, 238 und 240 steuern den Betrieb des Systemtaktes sowohl im Leerlauf als auch im Kodier- und Vorbereitungsbetrieb, und liefern Taktimpulse für den Betrieb der Anordnung in den verschiedenen Zuständen.

Das PVT-Signal wird einem Eingang eines Und-Gatters 250 zugeleitet, dessen Ausgang mit den Eingängen der Gatter 132,134 und 164 verbunden ist. Dieses Signal gelangt außerdem direkt an den Eingang eines Und-Gatiers 252 und über einen Inverter 254 an einen Eingang des Gatters 236. Das Vorbereitungssignal wird über einen Inverter 256 einem anderen Eingang des Gatters 252 zugeführt.

Die Ausgangsklemmen des Registers 102 sind über eine Anzahl von Invertern 260 mit den Eingängen eines Und-Gatters 262 verbunden. Das Ausgangssignal dieses Gatters 262 enthält das FSS-Signal, welches sicherstellt, daß nicht mehr als sieben aufeinander folgende Nullen im Ausgangssigna! des Registers 102 vorhanden sind. Das /P-Signal wird einem Und-Gatter 270 zugeleitet, das das PD-Signal erzeugt, welches die Vorbereitungsinformation für die entfernte Verschlüsselungseinrichtung ist. Das Ausgangssignal des Registers 102 und des Flip-Flops 178 wird ebenfalls einem Eingang des Gatters 270 zugeleitet.

Zu Beginn des Betriebes des Zufalls-Kodegenerators gemäß Fig.3 wird die Tageskodierung in der vorstehend beschriebenen Weise entweder vom Bedienungspult des Fernschreibers über die Gatter 182 und 184 oder durch Betätigung der Wahlschalter 36 in das Laderegisler 104 eingegeben. Werden die Wahlschalter benutzt, so führen die 5WL-lmpulse fünf Zeichen aus jeweils drei Bit in das Register 104 ein, so daß dieses die Tageskodierung enthält.

Während dieser Zeit werden die Register 100 und 102 als fünfzehnstufige Schieberegister im Leerlauf betrieben und lassen so das Ausgangssignal vom Register 100 in das Register 102 und das Ausgangssignal des Registers 102 in das Register 100 umlaufen. Im Anfangs-Vorbereitungsbetrieb unterbricht das /P-Signal den Leerlauf der Register 100 und 102, und die im Register 102 enthaltene Digitalinformation wird von der Klemme C? 8 des Registers 102 über die Gatter 118,120 und 122 dem Eingang des Registers 100 zugeführt. Die ersten fünfzehn Bits, die auf diese Weise dem Register 100 zugeführt werden, enthalten die Zufalls-Vorbereitungsdaten. Diese werden dem Register 100 vom Register 102 getaktet durch die PC-und /P-Signale zugeleitet

Außerdem werden während des Anfangs-Vorbereitungsbetriebes die im Register 104 vorhandenen Daten für die Tageskodierung serienmäßig über die Gatter 180 und 188 in das Register 106 verschoben. Das Gatter 180 wird durch das Vorbereitungssignal P gesteuert, das dem Flip-Flop 178 zugeführt wird. Außerdem laufen die Daten für die Tageskodierung durch die Gatter 180 und

184 zurück in das Laderegister 104, um zu verhindern, daß eine erneute Eingabe erforderlich wird, wenn nicht die Tageskodierung geändert werden soll.

Man erkennt, daß die vorliegende Anordnung automatisch ein Zufalls-Vorbereitungssignal erzeugt, da die Register 100 und 102 während des Leerlaufbetriebes anfänglich einen Umlauf in Form eines fünfzehnstufigen Schieberegistergenerators maximaler Länge bilden. Wird der Leerlaufbetrieb beendet, so haben die fünfzehn im Register 102 enthaltenen Bits willkürliche Bedeutung. Wird der Kodegenerator im Anfangs-Vorbereitungsbetrieb (IP) betrieben, so werden die Vorbereitungsdaten als PD-Signal über das Gatter 270 geleitet. Das PD-Signal wird von einer entsprechenden Verschlüsselungseinrichtung aufgenommen, die im Empfangsvorbereitungsbetrieb arbeitet, um eine Synchronisierung des Betriebes der beiden Verschlüsselungseinrichtungen zu erhalten.

Wenn der Zufalls-Kodegenerator gemäß Fig. 3 im Aufnahme-Vorbereitungsbetrieb (RP) arbeitet, so wird das dem Gatter 124 zugeführte /P-Signal weggeschaltet, wodurch das Ausgangssignal des Registers 102 nicht zum Register 100 zurückgeführt wird, sondern lediglich aus dem Ausgang des Registers 102 herausgeschoben wird. Die Vorbereitungsdaten (PD), die fünfzehn von der entfernten Verschlüsselungseinrichaung übermittelte Vorbereitungsbits enthalten," werden als Eingangssignale, etwa als CCD-Signal durch die Gatter 116, 120 und 122 geführt, um in den Registern 100 und 102 als Vorbereitungsdaten gespeichert zu werden. Auf diese Weise werden die Register 100 und 102 beider Verschlüsselungseinrichtungen beide mit den gleichen Vorbereitungsdaten gefüllt. Dadurch beginnen die Zufalls-Kodegeneratoren beider Verschlüsselungseinrichtungen ihren Betrieb mit dem gleichen Tageskodierungseingangssignal und den gleichen Vorbereitungsdaten und erzeugen danach weiterhin identische Zufallsfolgen von digitalen Schlüsselsignalen.

Um sicherzustellen, daß die Register 100 und 102 korrekt vorbereitet werden, wird der Klemme Q 8 des Registers 102 eine digitale »1« zugeführt. Um dieses zu erreichen, darf der Kodegenerator nicht für den Vorbereitungsbetrieb angelassen werden, bevor nicht eine digitale »1« an der Klemme <?1 des Registers 100 festgestellt worden ist. Wurde diese »1« festgestellt, nachdem fünfzehn Schritte nach dem Empfang der Vorbereitungsinformation vergangen sind, so befindet sich die Klemme Q 8 des Registers 102 immer im Zustand der »1«.

Die Anzeige einer digitalen »1« an der Klemme Q1 des Registers 100 wird mittels des Gatters 176 und des Flip-Flops 178 erreicht. Das Signal P, das dem Gatter 176 zugeführt wird, wird positiv, um das Gatter 176 zu aktivieren sobald an der Klemme Q1 des Registers 100 eine digitale »1« auftritt. Dadurch wird der /-Eingang des Flip-Flops 178 positiv und der nächste schnelle Taktimpuls schaltet das Flip-Flop 178 um. Dadurch wird das Signal PC von der φ-Klemme des Flip-Flops 178 erzeugt um den Generator in der. Vorbereitungsbetrieb übergehen zu lassen. Das Flip-Flop 178 bjeibt in dem genannten Zustand solange wie das P-Signal positiv ist

Um die Anordnung in den Vorbereitungsbetrieb zu bringen wird das Signal PVT atm Gatter 250 und das Signal P dem Gatter 176 von der Schaltung gemäß F i g. 2 zugeführt Trifft das Signal P ein, so wird das Gatter 176 aktiviert um die Rückstellung des Flip-Flops 178 zu schalten. Sobald an der Klemme QX des Registers 100 eine digitale »1« auftritt wird das Gatter

176 aktiviert, um den Eingang des Flip-Flops 178 in einen positiven Zustand zu bringen. Der nächste schnelle Taktimpuls (FC) schaltet dann das Flip-Flop 178 »ein«, um dadurch die gesamte Anordnung in den Vorbereitungsbetrieb übergehen zu lassen.

Während der Zeit, in der die Anordnung im Vorbereitungsbetrieb ist und das Flip-Flop 178 eingeschaltet ist und im Vorbereitungszustand arbeitet, wird das FSS-Signal unterbrochen und beeinflußt daher nicht die Daten in der Anordnung. Das FSS-Signal kann nur wirksam werden, wenn die Anordnung Daten verschlüsselt, nachdem der Vorbereitungszustand erreicht ist.

Es sei angenommen, daß die Anordnung gemäß F i g. 3 Daten kodiert und daß die entfernte, dekodierende Verschlüsselungseinrichtung mit den Vorbereitungsdaten genau synchronisiert worden ist, worauf dann beide Kodegeneratoren mit der Erzeugung willkürlicher Schlüsseldaten beginnen. Ist der Vorbereitungsbetrieb beendet, so wird das Register 106 ein siebenzehnstufiger Schieberegistergenerator, wobei das Exklusiv-Oder-Gatter 194 die QU- und (?17-Ausgänge des Registers 106 zusammenfaßt und die Daten über das Gatter 188 in das Register 106 zurückleitet. Somit wirkt das Register 106 während aller Kodisrvorgänge als maximaler Schieberegistergenerator.

Die Gatter 198, 202, 204 und 208 arbeiten als nicht-lineare Kombinationslogik, um die von den Registern 100, 102 und 106 erzeugten linearen Ausgangsdaten in nicht-linearer Weise zusammenzufassen und dadurch ein nicht-lineares willkürliches Signal CLO zu erzeugen, das zur Erzeugung von Schlüsselsignalen dem Flip-Flop 210 zugeführt wird. Wie vorstehend bereits erwähnt, arbeitet die nicht-lineare Kombinationslogik gemäß einem Karnaugh-Diagramm, welches so aufgebaut ist, daß es die gleiche Anzahl von Einsen und Nullen enthält, um eine gleichmäßige Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Eins oder einer Null zu erhalten. Diese nicht-lineare Kombination von Ausgangssignalen einer Vielzahl von willkürlich erzeugten linearen Schaltkreisen bildet ein sehr sicheres, willkürliches Ausgangssignal für die Anordnung.

Ein Merkmal der Anordnung besteht darin, daß der Betriebszustand des Betriebssteuerregisters 108 verwendet wird, um sowohl die Wiederherstellung des Inhaltes der Register 100 und 102 als auch des dreistufigen voreinstellbaren Binärzählers 222 zu steuern. Das CLO-Ausgangssignal wird direkt vom Ausgang des Gatters 208 über das Gatter 212 dem Eingang des Registers 108 zugeführt. In einigen Fällen ist es erwünscht, den Nur-Lese-Speicher (ROM) zu benutzen, um das Eingangssignal des Registers 108 gemäß einer Modulo-2-Addition durch das Gatter 212 weiter willkürlich zu verändern. Wie vorstehend bereits erwähnt, arbeiten die Flip-Flops 160 und 162 als Speicher für den Zustand der Klemmen Q1 und Q 2 des Registers 108. Diese Flip-Flops werden gemäß dem Ä/k-Signal getaktet Die Ausgangssignale der Flip-Flops 160 und 162 entsprechen somit der letzten willkürlichen Bit-Folge wie sie vom KEY-S\gaa\ erzeugt wurde. Die Ausgangssignale der Flip-Flops 160 und 162 werden zur Steuerung der Betriebssteuergatter 130 bis 136 verwendet, um den Betriebszustand der Register 100 und 102 zu bestimmen.

Die vier möglichen Betriebsweisen der Register 100 und 102 wurden vorstehend bereits beschrieben. Somit stellen die Ausgangssignale der Flip-Flops 160 und 162 willkürlich die Register 100 und 102 als getrennte Schieberegistergeneratoren, als ein einzelner großer Schieberegistergenerator oder als ein einzelnes Umlaufschieberegister ein. Dieses Willkürmerkmal der Anordnung dient zur Erzeugung eines besonders sicheren, willkürlichen Stroms von Schlüsselsignalen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die willkürlichen digitalen Bits, die an den Klemmen Q 5 und Q 7 des Registers auftreten, zur Steuerung des Betriebes des dreistufigen voreinstellbaren Binärzählers

ίο 222 verwendet werden. Dieser Zähler 222 dient zur Erzeugung einer willkürlichen Anzahl von Schritten, die die Kodegeneratoranordnung zwischen der Erzeugung der Kodebits durchläuft. Mit anderen Worten, der Kodegenerator durchläuft nicht nur einen einzelnen Schritt in jedem Register zwischen der Erzeugung der Schlüsselbits, sondern eine willkürliche Anzahl von Schritten. Diese willkürliche Anzahl liegt abhängig vom Zustand der Klemmen Q5 und Q7 des Registers 108 zwischen vier und sieben Schritten. Die Zahl der willkürlichen Schritte kann vergrößert werden, indem man den Zähler 222 vergrößert.

Im Betrieb zeigt der Λ/ί-Impuls dem Kodegenerator an, daß ein anderes Schlüsselbit benötigt wird. Die Erzeugung des Ä/C-Signals läßt den Zähler 222 in seinen drei Stufen den Zustand der Klemmen Q5 und Q7 des Registers 108 aufnehmen. Die dritte Klemme des Zählers 222 hat immer eine Null-Einstellung, um sicherzustellen, daß dann, wenn die beiden anderen Klemmen auf Eins gestellt werden, der Zähler 222 mindestens vier Schritte durchläuft. Nachdem der /?K-Impuls angezeigt hat, daß ein Schlüsselbit geliefert werden soll, erzeugt der Zähler 222 entweder vier, fünf, sechs oder sieben Impuls»*. Diese Impulse werden gleichzeitig den Registern 100, 102, 106 und 108 zugeführt, damit jedes dieser Register die vier, fünf, sechs oder sieben Schritte durchläuft.

Im Betrieb des Zählers 222 werden seinen ersten beiden Klemmen willkürliche Zahlen zugeführt, während die dritte Klemme auf Null gehalten wird. Das Gatter 220 taktet die Vorbereitungszustands- und /?K-Signale in den Zähler 222. Solange diese Signale vorhanden sind, wird die Voreinstellung des Zählers hochgehalten, um den Zähler am Weiterschalten zu hindern. Somit wird also der Zähler 222 sobald die Vorbereitungszustands- oder ΛΚ-Signale enden mit der Binärzahl voreingestellt, die den Zuständen an den Klemmen Q 5 und Q 7 des Registers 108 entsprechen, und er durchläuft automatisch die Zahl von Schritten, die erforderlich sind, um alle »1« in den Zähler zu bringen.

Die richtige Anzahl der Schritte wird dadurch sichergestellt, daß das Gatter 226 den Zustand der drei Ausgänge des Zählers 222 anzeigt Wenn die Ausgänge des Zählers alle eine digitale »1« aufweisen, sperrt das Gatter 226 das Gatter 230, wodurch dann das schnelle Taktsignal (FC) beendet wird. Dieses schnelle Taktsignal ist ein schneller Taktimpuls von der Steuerung gemäß Fig.2. Das Gatter 230 taktet diesen Impuls in den Zähler 222, um zwischen den Schlüsselbits eine willkürliche Anzahl von Schritten zu erzeugen.

Befindet sich die Anordnung nicht im Vorbereitungszustand oder im Kodierzustand, so läßt das Gatter 136 die Register 100 und 102 im Leerlaufzustand arbeiten.

Ferner arbeitet das Signal kurzzeitig im Leerlaufzustand innerhalb der Umschaltzeit in den Vorbereitungszustand, uno das Flip-Flop 178 schaltet, um vor der Vorbereitung eine willkürliche Verteilung zu erzeugen.

Das Gatter 240 wird für die Taktung der Anordnung im Vorbereitungsbetrieb aktiviert. Das Gatter 238 aktiviert den Taktbetrieb der Anordnung für den Kodierzustand. Das Gatter 232 aktiviert den Takt für den Betrieb der Anordnung im Leerlauf, wobei die Register 100 und 102 unmittelbar unter dem Einfluß des FC-Signals arbeiten.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schieberegister 100, 102 und 106 in einem Zustand arbeiten, in dem sie keinen gemeinsamen Teiler haben. Somit sind während des Kodiervorganges in den Betriebsarten 1 bis 4 die verschiedenen Längen der Schieberegister 100, 102 und 106 gleich 6, 7, 15, 16 und 17. Während der verschiedenen Betriebsweisen haben die Arbeitsperioden der Register keinen gemeinsamen Teiler. Dieser Zustand stellt eine maximale Periode für den Schlüsselsignalstrom dar, welcher durch die zusammengesetzten Schieberegistergeneratoren gemäß der Erfindung erzeugt wird.

Durch die Erzeugung des FSS-Signals durch das Gatter 262 wird sichergestellt, daß die Register nicht wegen einer Gesamteinsteilung auf Null »hängenbleiben«. Sind die ersten sieben Stufen des Registers 102 Null, so bringt das FSSSignal beim nächsten Taktimpuls eine Eins an den Eingang des Registers 102.

ι Durch die nicht-lineare Kombination der linearen Ausgangssignale der Schieberegistergeneratoren gemäß der Erfindung erhält man ein besonders sicheres und willkürliches Ausgangssignal. Der Nur-Lese-Speicher (ROM) stellt eine sehr flexible Möglichkeit für die

in Erhöhung der Sicherheit des willkürlichen Signals dar. Die willkürliche Wiederherstellung der Verbindung und der Betriebsweise der Register 100,102 und 106 ergibt eine besonders willkürliche und sichere Schlüsselbiterzeugung der Anordnung. Außerdem stellt die willkürli-

i^r) ehe Anzahl von Schritten, die die Register zwischen der Erzeugung der Schlüsselbits durchlaufen, eine zusätzliche willkürliche Verteilung für die Schlüsselausgangssignale dar. Die Tageskodierung kann einfach und sicher durch die Verwendung von Wahlschaltern 36 geändert werden, oder sie kann gegebenenfalls direkt mit dem Bedienungspult eingegeben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Zufallskodegenerator mit einer Anzahl von Schieberegistern für die Erzeugung digitaler Zufallssignale, wobei die Arbeitsperioden der Schieberegister keinen gemeinsamen Teiler haben, und die digitalen Zufallssignale in einer Koinbinationsschaltung zur Erzeugung statistischer digitaler Schlüsselsignale zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister (100, 102) während der Erzeugung der Zufallssignale zur Bildung unterschiedlicher Registerlängen willkürlich miteinander verbindbar sind, und daß diese Verbindungen der Schieberegister (100, 102) außerdem während der Erzeugung der Zufallssignale automatisch in willkürlicher Weise veränderbar sind.
2. Zjifallskodegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsperioden der Schieberegister (100,102) in jeder Zusammenschaltung zu Registern keinen gemeinsamen Teiler haben.
3. Zufallskodegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister (100, 102) zur Bildung von Schieberegistergen jratoren zusammenschaltbar sind.
4. Zufallskodegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister (100, 102) zu einem Ringbetrieb zusammenschaltbar sind.
5. Zufallskodegenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zähler (222), der die Anzahl der Schritte in den Schieberegistern (100,102) zwischen der Erzeugung aufeinanderfolgender digitaler Zufallssignale in willkürlicher Weise steuert.
6. Zufallskodegenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (222) ein Binärzähler mit Zufallssignalansteuerung ist.
7. Zufallskodegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister (100, 102) zur Erzeugung langer Folgen von digitalen Zufallssignalen als Schieberegister maximaler Länge verbindbar sind.