DE2321902C2 - Verfahren und Einrichtung zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung

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DE2321902C2
DE2321902C2 DE2321902A DE2321902A DE2321902C2 DE 2321902 C2 DE2321902 C2 DE 2321902C2 DE 2321902 A DE2321902 A DE 2321902A DE 2321902 A DE2321902 A DE 2321902A DE 2321902 C2 DE2321902 C2 DE 2321902C2
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Description

37. Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit 7Ί der Verzögerer mit der Elementlängi übereinstimmt
38. Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit 7i der Verzögerer mit einem ganzzahligen Vielfachen der Elementlänge übereinstimmt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführurag dieses Verfahrens.
Die fortlaufend numerierten Elemente ei, ft, ej,... des Klarsignals χ haben übereinstimmende Länge T0 (vgl. Fi g. 1), und ihre zeitliche Vertauschung führt beispielsweise zum verschlüsselten Signal y, dessen erstes Element e« unverzögert im Zeitpunkt t. — 3 T0 erscheint, während die übrigen Elemente mit wechselnder Verzögerung auftreten. Nach Übertragung des Signals y werden die Elemente zur Rückgewinnung des ursprünglichen Klarsignals durch Rücktauschung wieder in die ursprüngliche Lage gebracht.
!Bei den Elementen ei, ej, ... kann es sich gemäß Fig.2 um Impulse der Länge T0 handeln, die enilsprechend einer telegraphischen Nachricht zwischen — I und +1 oder zwischen 0 und 1 getastet sind. Gemäß Fig.3 kann jedes Element aber auch mehrere Einzelimpulse eines Datensignals s umfassen. Die Impulse können auch mehrstufig quantisiert sein. Die Bildung von Elementen, deren Amplitude den °,n Abständen 7ö gebildeten Abtastwerten eines stetig veränderlichen Klarsignals 5(t)entspricht, ist in Fig.4 gezeigt Statt dessen können als Elemente «ι, ei,... aber auch Ausschnitte des Klarsignals s (t) mit gleichbleibender Länge T0 gemäß F i g. 5 gebildet werden. In F i g. 5 ist auch angedeutet, daß anstelle dieser stetig veränderlichen Signalausscunitte eine Folge von kurzen Einzelimpulsen c(t)zur Bildung der Elemente geeignet ist (vgl. Element es). Durch den Verschlüsselungsprozeß wird nun die zeitliche Reihenfolge solcher Elemente verändert, während die Beschaffenheit der einzelnen Elemente unverändert bleiben kann.
Ein solches Verfahren ist aus Druckschrift US-PS 24 01 464 bekannt. Das kontinuierliche Nachrichtensignal, z. B. eine Sprachschwingung, wird in Paare von Elementen bestimmter zeitlicher Länge unterteilt. Die
beiden Elemente eines Paares werden dann, für alle Paare gleichzeitig, vertauscht, so daß sich eine verhältnismäßig einfache Verschlüsselungsstruktur ergibt Weitere Verfahren und Einrichtungen zur Zeitschlüsselung, d. h. zur zeitlichen Vertauschung von Nachrichtenelementen, sind z. B. durch die schweizerischen Patentschriften 2 12 742 und 2 32 786 bekanntgeworden. Dabei wurde bereits angegeben, wie durch periodisch betätigte Schalter Auslassungen und auch Wiederholungen einzelner Elemente zu vermeiden sind. Eine in kurzen Abständen erfolgende periodische Wiederholung des Vertauschungsprogramms ist aber aus kryptologischen Gründen unerwünscht. In der schweizerischen Patentschrift 5 18 658 wurde deshalb ein Verfahren beschrieben, welches die Steuerung des Vertauschungsprozesst s durch Zufallssignale ermöglicht, wodurch periodische Wiederholungen des Vertauschungsprogrammes während einer Übertragung ver- mipHon u/prHpn Hiocp QtpiiArunc? ti/irH Hnrrh pin gen in Verbindung mit Permutierungen nach festem Programm und zur Entschlüsselung durch paarweise Element-Tauschungen in Verbindung mit Permutierungen.
Eine Erläuterung der Erfindung erfolgt nun zunächst anhand von F i g. 6, welche eine einfache Schaltung zur Durchführung der paarweisen Tauschung von Elementen zeigt. Die Schaltung enthält einen Verzögerer R mit der Durchlaufzeit 7Ό, welche der Länge eines Nachrich tenelementes entspricht Dieser Verzögerer kann durch die Schalter Hu W? (gezeichnete Stellung) mit der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung der Schaltung verbunden werden, so daß jeweils ein Element des Klarsignals χ dem Verzögerer zugeführt wird, während gleichzeitig ein gespeichertes oder verzögertes Element daraus als Ausgangssignal y entnommen wird. Durch einen Impuls des Steuersignals a mit der Dauer T0 werden die Schalter dagegen in die mit I bezeichnete
Ctolliino opNrarht cn Hart pin Flpmpnl Hpc Finaancrc.ci-
besonderes Belegungsregister erzielt, das den erforderlichen Gesamtaufwand allerdings erheblich vergrößert Der Gesamtaufwand bekannter Einrichtungen ist zudem auch verhältnismäßig groß, weil die verwendeten Speicher gewöhnlich nur teilweise mit Nachrichtenelementen gefüllt sind, während mindestens 50% der Speicherplätze in jedem Zeitpunkt unbelegt bleiben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verschlüsselung mittels paarweiser Vertauschung durchzuführen, die ohne periodische Wiederholung des Vertauschungsprogramms auskommt und gleichzeitig den erforderlichen Gesamtaufwand erhebiich verringert Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zur Vertauschung oder Rücktauschung kommenden Elementpaare sendeseitig und empfangsseitig durch beidseitig übereinstimmende unregelmäßige Folgen von Steuerimpulsen bestimmt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der F i g. 6—23 beispielsweise näher erläutert Es zeigt
F i g. 6 eine Schaltung zur Durchführung der paarweisen Tauschung von Nachrichtenelementen,
F i g. 7 und 8 schematische Darstellungen der Tauschung benachbarter Elemente,
F i g. 9 und 11 Schaltungen zur Gewinnung von Steuersignalen für die Betätigung der Vertauschungsschalter aus Schlüsselsignalen,
Fig. 10 und 12 Beispiele von Schlüsselsignaien und daraus gewonnenen Steuersignalen,
F i g. 13 eine Schaltung zur paarweisen Vertauschung von nicht benachbarten Elementen mit zugehöriger Schaltung zur Gev. innung der Steuersignale,
Fig. 14 und 15 schematische Darstellungen der paarweisen Tauschung nichtbenachbarter Elemente,
Fig. 16 und 17 eine Schaltung zur wiederholten paarweisen Tauschung mit Schlüsselsignal-Aufbereitung sowie eine Schaltung zur wiederholten paarweisen Rücktauschung mit Schlüsselsignal-Aufbereitung,
F i g. 18 eine schematische Darstellung der wiederholten paarweisen Tauschung,
Fig. 19 eine Darstellung der bei wiederholter paarweiser Tauschung auftretenden Verzögerungszeiten,
Fig.20 eine Schaltung zur Permutierung nach gleichbleibendem Programm,
Fig.21 und 22 schematische Darstellungen von Permutierungen nach gleichbleibendem Programm,
Fig.23 ein Blockschaltbild von Einrichtungen zur Zeitschlüsselung durch paarweise Element-Tauschun gnals χ jeweils direkt wieder als Element des Ausgangssignals y auftritt, während das vorausgehende Eingangselement durch Rückführung vom Ausgang auf den Eingang des Verzögerers weiter gespeichert wird. Die Lage des Elementanfanges im Verzögerer ist durch die veränderliche Länge Jangedeutet
Bei fehlendem Impuls des Steuersignals a wird also ein Element ei des Eingangssignals χ gemäß F i g. 7 nach der Ze»' To wieder als Element ei des Ausgangssignals y erscheinen. Während der Dauer des Elementes es erscheint dagegen beispielsweise ein Impuls des Steuersignals a, so daß dieses Element unverzögert über den Schalter H\ zum Ausgang gelangt (in F i g. 7 gestrichelt angedeutet), während das vorausgehende Element es über den Schalter H2 auf den Eingang des Verzögerers zurückgeführt wird und deshalb erst nach einer zusätzlichen Verzögerungszeit To bzw. mit einer Gesamtverzögerung 2 T0 zum Ausgang der Schaltung gelangt. Der zweimalige Durchlauf ist durch die aus Fig. 7 ersichtliche Lage d der Anfangskante des <o Elementes erkennbar. Während das Element ei lediglich um die Zeit T0 verzögert wird, ist also beim Element es eine auf 0 verminderte Verzögerung und beim Element es eine auf 2 T0 vergrößerte Verzögerung eingetreten, so daß diese beiden letzteren Elemente in zeitlicher Vertauschung im Ausgangssignal y erscheinen. In analoger Weise wird gemäß F i g. 7 auch das Elementenpaar e2, C3 zeitlich vertauscht, während z. B. das Element ei ohne Vertauschung übertragen wird. Die gleichen Vertauschungen sind nun in Fig.8 nochmals schematisch angedeutet Dabei ist zu beachten, daß der Zeit-Nullpunkt zur Erzielung einer anschaulii-ireren Darstellung beim Signal y um 7ö vorverschoben wurde. Es ist zu beachten, daß bei der beschriebenen paarweisen Vertauschung die Schalter H\, Hi nie länger als während der Dauer T0 eines Elementes betätigt sein dürfen, damit kein Element langer als 2 7ö gespeichert wird. Beim Steuersignal a sind deshalb unmittelbare Wiederholungen (z.B. 00II0) der Schaltimpulse nicht erlaubt Zur Gewinnung der Steuersignale äo aus einer quasi-zufällig verlaufenden Schlüsselsignal-Impulsfolge »Ό ist deshalb ein Schlüsselsignal-Zusatz SZo nach F i g. 9 geeignet Durch Verzögerung jedes Einzelimpulses des Schlüsselsignals ho um die Elementlänge 7ö im Verzögerer V0 entsteht dabei ein Sperrsignal vo, welches einen allfälligen nachfolgenden Impuls des Schlüsselsignals im Unterbrecher Lh unterdrückt Die Wirkung dieser Unterdrückung ist in F i g. 10 beispielsweise gezeigt Die unterdrückten Impulse sind dabei durch Unterstrei-
chiing bezeichnet. Nachteilig ist dabei allerdings, daß bei einer ununterbrochenen Folge von 3 oder mehreren Impulsen alle Impulse außer dem ersten gelöscht werden. Dieser Nrchteil wird beim Schlüsselsignal-Zusatz SZ\ nach F i g. 11 vermieden, in dem der Unterbrecher U\ durch die in Vi verzögerten Impulse des Steuersignals fli betätigt wird. Bei einer ununterbrochenen Volge mehrerer impulse des Schlüsselsignals w\ wird dabei nur jeder zweite Impuls unterdrückt, so daß beispielsweise das in Fig. 12 angedeutete Steuersignal a\ entsteht, das den Forderungen einer paarweisen Elementtauschung genügt. In Fig. 11 ist außer der bereits erläuterten Einrichtung PT\ zur paarweisen Elementtauschung ein Schlüsselsignal-Erzeuger SG angedeutet, dessen Aufbau und Wirkungsweise bekannten Ausführungen entsprechen kann. Einrichtungen zur Erzeugung von Schlüsselsignalen mit Digitalschaltungen sind z. B. in der schweizerischen Patentschrift 3 61 839 beschrieben.
Ie nach Beschaffenheit der Klarsignale * sind als Verzögerer R zur Elementtauschung im Paartauscher /^TDigital- oder Analogspeicher bekannter Ausführung einzusetzen. Es kann sich dabei um Verzögerungsleitungen oder Leitungsnachbildungen, elektromechanische Verzögerer (ζ. B. akustische Systeme) oder auch um elektromagnetische Speicher (z. B. Magnettonaufzeichnung mit bewegtem Träger) handeln. Besonders geeignet sind elektrische Schieberegister, mit welchen digital getastete Signale (z, B. nach Fig.2 und 3) bei Betrieb mit entsprechender Taktfrequenz ohne weiteres zu spechern sind. Bei Analogsignalen (z. B. nach F i g. 4 und 5) ist periodische Abtastung und Speicherung der Abtast werte (c(t) in Fig. 5) erforderlich. Diese Abtastwerte können auch durch Binärcodierung in entsprechende Impulsgruppen umgewandelt werden, deren Speicherung dann mit Digitalspeichern entsprechend größerer Stufenzahl erfolgt. Beim Paartauscher PTi nach F i g. 11 ist in diesem Fall die Vorschaltung eines Analog/Digital-Umsetzers zur Gewinnung digitaler Eingangssignale aus dem Klarsignal Af sowie Nachschaltung eines Digital/Analog-Umsetzers zur Gewinnung von Ausgangssignalen y in Analogform erforderlich. Anstelle der Binärcodierung ist aber auch Deltamodulation möglich. Die Umschalter Wi, Hj werden zweckmäßig durch entsprechend gesteuerte Halbleiter-Schaltelemente realisiert, ebenso der Unterbrecher U\ im Schlüsselsignal-Zusatz SZ\.
Die Wirksamkeit der Zeitschlüsselung wird gesteigert durch paarweise Vertauschung von Elementen, die nicht unmittelbar benachbart sind. In Fig. 13 ist eine Einrichtung PTi zur paarweisen Vertauschung von je 2 Elementen gezeigt, deren Anfänge einen gegenseitigen Abstand von 3 Elementlängen T0 aufweisen, und in Fig. 14 und 15 sind entsprechende Elementfolgen zur beispielsweisen Erläuterung der Funktion dargestellt. Bei der gezeigten Normalstellung der Schalter Wj. Ht erscheinen die Elemente des Ausgangssignals y gegenüber dem Eingangssignal χ um 3 7ö verzögert, wenn die Laufzeit des Verzögerers Ri ebenfalls 3 T0 beträgt Dies ist beispielsweise der Fall beim Element e? 60 (vgl. Fig. 14), da die erwähnten Schalter sowohl bei Zuführung als auch bei Entnahme dieses Elementes in der gezeigten Ruhestellung sind Das Element ei wird zwar über den Schalter Hy ebenfalls dem Verzögerer zugeführt doch wird es nach einem ersten Durchlauf durch diesen Verzögerer über den Schalter Ht nochmals auf den Eingang des Verzögerers zurückgeführt weil dieser Schalter zu dieser Zeit durch einen Impuls des Steuersignals ai in die (nicht gezeichnete) Arbeitsstellung gebracht wird. Gleichzeitig wird ein Element es des Eingangssignals χ über den ebenfalls betätigten Schalter Hi unverzögert zum Ausgang geleitet (in Fig. 14 gestrichelt angedeutet). Erst 3 Elementlängen später erscheint schließlich das gespeicherte Element ei über den wieder in Normalstellung gebrachten Schalter Ht im Ausgangssignal y. In analoger Weise werden z. B. auch die Elemente ei, et sowie ei, eio vertauscht, während es und eg mit einfacher Verzögerung unvertauscht weitergeleitet werden. Dieser Prozeß ist mit den zugehörigen Steuersignalen nochmals in F i g. 15 dargestellt. Die Vorverschiebung des Zeit-Nullpunktes ist bei dieser vereinfachten Darstellung wieder zu beachten. Durch Betrieb mit Steuerimpulsen mit der einheitlichen Länge To wird erreicht, daß stets mehrere Elemente entsprechender Länge den Verzögerer durchlaufen.
Zur Vermeidung einer nochmaligen Rückführung aller bereits zweimalig verzögerten Elemente ist dafür zu sorgen, daß nach einem Impuls des Steuersignals aj kein weiterer Impuls im Abstand 3 To folgt. Aus diesem Grunde ist im Schlüsselsignal-Zusatz SZi ein Sperrschalter Ui vorgesehen, der durch die in V3 um 3 Elementlängen To verzögerten Impulse des Steuersignals ä3 betätigt wird, so daß allfällige nachfolgende unerlaubte Steuerimpulse ausfallen. Auch hier werden die Schlüsselsignale wi, aus denen die Steuersignale aj durch Unterdrückung unerlaubter Impulse gewonnen werden, einem Schlüsselsignal-Erzeuger SG entnommen.
Zur weiteren Erhöhung der Wirksamkeit einer Zeitschlüsselung empfiehlt sich Zusammenschaltung mehrerer Paartauschungsprozesse, so daß eine Vermehrung der Verschiebungsmöglichkeiten jedes Elementes zustande kommt. In Fig. 16 ist eine Einrichtung ZT ersichtlich, bei der eine erste paarweise Vertauschung von Elementen des Klarsignals χ durch den Verzögerer Rj und die Schalter Wj, Ht erfolgt, wodurch ein Signal y entsteht, dessen Elemente analog zu Fig. 13 und 15 zusätzliche Verschiebungen von 3 To oder 6 To aufweisen können. Eine zweite paarweise Vertauschung erfolgt dann durch den Verzögerer R1 und die Schalter Wi und W2 mit kleineren Verschiebungen analog zu F i g. 6 und 8. Auch der Schlüsselsignal-Zusatz SZ ist entsprechend den ungleichen Verschiebungszeiten mit Verzögerern Vi bzw. Vi entsprechend Fig. 13 bzw. F i g. 11 ausgerüstet. Diese Kaskadenschaltung von 2 paarweisen Vertauschungsprozessen ergibt aus einem iClarsignal x, dessen Element-Nummern in Fig. 18 mit n(x) bezeichnet sind, zunächst das Zwischensignal y, dessen Element-Nummern n(y) in Fig. 18 ebenfalls angegeben sind, und durch nochmalige paarweise Elementtauschung schließlich das Ausgangssignal ζ mit den Element-Nummern π (ζ). Während im Zwischensignal Verschiebungen von 0 bzw. ±3 Elementlängen auftreten, bringt die zweite Tauschung weitere Verschiebungen von 0 bzw. ± 1 Elementlänge, so daß im Ausgangssignal ζ Verschiebungen von 0, ± To, ± 2 7ö, ±3 T0, ±4 To gegenüber einer Mittellage der Elemente auftreten können. Im Hinblick darauf, daß auch diese Mittellage eine Verschiebung von 4 T0 aufweist da negative Zeitverschiebungen nicht möglich sind, erscheinen also die Ausgangselemente der Zeitschlüsselungseinrichtung ZT mit Verzögerungen von 0, 70,2 To, 3 T0,... bis 8 T0 gegenüber den Eingangselementen. Die beim gezeigten Beispiel auftretenden Verzögerungen sind in Fig. 19 als ganzzahlige Vielfache r(n) der Elementlänge 7o über den Elementnummern η des
Eingangssignals χ angegeben. Es ist ersichtlich, daß durch 2malige Paartauschung bereits eine sehr wirksame Mischung aller Nachrichtenelemente zustande kommt. Dieser Prozeß könnte durch eine oder mehrere weitere Paartauschungen ergänzt werden. Dabei empfiehlt sich Vermeidung gleicher Speicherzeiten der verschiedenen Tauschungsprozesse. Die Zahl der möglichen Vc,Schiebungen wird besonders groß bei Abstufung der Speicherzeiten nach einem ternären System, indem Verzögerer mit Durchlaufzeiten von 7ο, 3 T0, 9 T0, ... = 3' T0 zur Anwendung kommen (i = ganze Zahl), weil damit alle Gesamtverzögerungen m7ö zwischen 0 und (3*+l — I)To möglich sind (m = ganze Zahl, k = Gesamtzahl der Paar-Vertauschungseinrichtungen).
Zur empfangsseitigrn Rücktauschung der Nachrichtenelemente dient eine Einrichtung, die gemäß Fig. 17 weitgehend der sendeseitigen Vertauschungseinrichtung entspricht. Ans dem verschlüsselten F.mnfangssignal z*, das mit ζ übereinstimmt, entsteht durch eine erste Rücktauschung mit dem Verzögerer R\ * und den Schaltern Wi* //2* wieder ein Zwischensignal y*, das mit y übereinstimmt und (abgesehen von der Verzögerung des Übertragungskanals) gegenüber y um 2 7ö verzögert ist, weil die unvertauschten Elemente sendeseitig und empfangsseitig eine Verzögerung von 7o erfahren. Bei der in F i g. 7 gezeigten Vertauschung der Elemente C5 und es kommt Rücktauschung dieser Elemente zustande, wenn eine nachgeschaltete analoge Vertauschungseinrichtung im Zeitpunkt des empfangenen Elementes es einen Steuerimpuls a erhält, so daß dieses Element nicht weiter verzögert wird, während das vorausgehende Element es um 2 To verzögert wird und damit gegenüber es wieder an den ursprünglichen Platz gelangt. Auch bei der Einrichtung nach Fig. 17 müssen deshalb die Steuerimpulse a\ * der ersten Rücktauschung mit den Schaltern Wi *, W2'gegenüber den Steuerimpulsen a\ der in Fig. 16 gezeigten Tauschung mit der Schaltern W,, W2 um T0 verschoben sein. Diese Verschiebung wird durch eine empfangsseitige zusätzliche Verzögerung 7J des Schlüsselsignals wt * im Verzögerer W1* erhielt (Fig. 17). Dabei wird vorausgesetzt, daß der empfangsseitige Schlüsselsignalerzeuger SG* mit dem sendeseitigen Schlüsselsignalerzeuger SG durch besonders übertragene Hilfssignale u bzw. u'snchronisiert ist, beispielsweise nach der in der schweizerischen Patentschrift 3 61 839 beschriebenen Methode. Bei paarweiser Elementtauschung mit Verschiebungen um 3 Elementlängen gemäß F i g. 13 und 14 ist zu beachten, daß ein im sendeseitigen Tauschprozeß um 6 Elementlängen verschobenes Element ej (vgl. Fig. 14) in der empfangsseitigen Rücktauschung nicht weiter verzögert werden darf, während das sendeseitig nicht verzögerte Element es empfangsseitig um 6 Elementlängen zu verzögern ist Der Steuerimpuls zur empfangsseitigen Rücktauschung muß also mit dem empfangenen Element C3 zusammenfallen; d.h. die Steuerung der Rücktauschung muß gegenüber der sendeseitigen Steuerung um 3 7J verzögert sein, wenn keine zusätzlichen Verzögerungen zu berücksichtigen sind. Beim Übertragungssystem nach F i g. 16,17 besteht aber zwischen den Signalen y und y*, wie bereits erläutert, ein Zeitunterschied von 2 T0, so daß das Steuersignal a3* zur paarweisen Rücktauschung im Verzögerer R3*, dessen Durchlaufzeit 3 7"o beträgt, gegenüber dem Steuersignal R3 zur paarweisen Tauschung in R3* insgesamt um 3 T0 + 2 T0 = 5 TJ verzögert sein muß. Zur Gewährleistung dieser Verzugszeit ist der Verzögerer W3* im empfangsseitigen Schlüsselsigiial-Zusatz SZ "vorgesehen (F i g. 17).
Die Wirksamkeit einer Verschlüsselung durch paarweise Elementiauschung wird auch erhöht durch zusätzliche Permutierung der Elemente nach einem festen Programm. Eine hierzu geeignete Einrichtung ZT0 kann gemäß Γ i g. 20 zwei Verzögerer R1, R2 mit übereinstimmender Durchlaufzeit enthalten. Einzelne Elemente des Eingangssignals y\ können diesen Verzögerern über die Schalter A\ bzw. B\ zugeführt werden, während die Entnahme von Elementen zur Bildung des Ausgangssignals y2 über die Schalter A2 bzw. B2 möglich ist Bei unbetätigten Schaltern ist jedoch der Verzögererausgang jeweils auf den Eingang rückverbunden. Eine direkte Weiterleitung von Elementen des Eingangssignals y\ zum Ausgang der Einrichtung i«< schließlich über die weiteren Schalter Ci, C2 möglich. Die Schalter A1, A2 werden jeweils gleichzeitig betätigt, ebep.SC1 di? 5che!'.?r B\, B2 $Owi? C\, C2, beispielsweise nach dem in Fig.21 zuoberst angegebenen periodischen Programm S (wobei die jeweils nicht angegebenen Schalter in Ruhestellung sind). Die Elemente des Eingangssignals yi sind mit den in Fig. 21 unter dem Schalterprogramm S angegebenen Nummern fortlaufend numeriert. Darunter (DC) ist die Durchschaltung durch die Schalter C schematisch angedeutet. Das Element Nr. 3 wird über die Schalter C direkt zum Ausgang weitergeleitet, so daß dieses Element unverzögert im Ausgangssignal ft (F i g. 21 unten) erscheint. Das Element Nr. 5 gelangt dagegen über den gleichzeitig betätigten Schalter A\ zum Verzögerer R\ (die Verzögerung in R] ist in der nächsten Zeile » VR\« symbolisch dargestellt), und es wird unmittelbar nach einmaliger Verzögerung über A2 zum Ausgang geleitet Das Eingangselement Nr. 4, welches über den Schalter B\ zum Verzögerer R2 gelangt (siehe nächste Zeile » VR2«), wird dagegen über die nach dieser Zuleitung in Ruhestellung wechselnden Schalter By, B2 vom Ausgang des Verzögerers auf den Eingang desselben rückgeführt; es wird dann daraus erst nach 3 Durchläufen wieder entnommen und dem Ausgang ^signal }'i zugefügt, sobald die Schalter B erneut betätigt werden. Unter der Annahme, daß die Durchlaufzeit eines Verzögerers R mit der Elementlänge To übereinstimmt, ergibt sich durch solche Sicherungen und Umschaltungen schließlich ein Ausgangssignal & mit zeitlich vertauschten Elementen, wie dies aus der resultierenden Numerierung in F i g. 21 unten erkennbar ist.
Gegenseitige Verschiebungen der Elemente um
so größere Zeiten sind möglich bei vergrößerter Durchlaufzeit der Register R. Bei einer Verzögerungszeit 3 F0 der Register R\ und A2 ergeben sich die aus F i g. 22 ersichtlichen Verschiebungen, wenn die Schaltersteuerung entsprechend dem zuoberst angegebenen Programm S erfolgt Das Element Nr. 2 wird z. B. über Schalter C direkt übertragen, während das Element Nr. 3 im Verzögerer R1 um 3 Elementlängen verzögert wird. Das Element Nr. 5 erfährt dagegen im Verzögerer A2 nach zweimaliger Rückführung eine Verzögerung von 9 T0. Eine Verzögerung von 6 T0 erfährt im gleichen Verzögerer das Element Nr. 4, und das Element Nr. 1 wird in Äi sogar um 12 7ö verzögert Wegen der periodischen Wiederholung des Umschaltprogramms werden die Elemente Nr. 1,6, 1,... um gleiche Beträge -verzögert, ebenso die Elemente 2, 7, 12, ... sowie die Elemente 3, 8, 13,... usw. Weitere Durchführungsmöglichkeiten der periodisch wiederholten Vertauschung ergeben sich z. B. durch Erhöhung der Vcrzögerungszei-
ten von R\ und Ri auf 4 7Ό oder noch größere Beträge oder durch Einsatz von 3 oder mehreren Verzögerern, die in analoger Weise durch paarweise betätigte Schalter mit den Eingängen und Ausgängen der Einrichtung verbunden werden.
Eine Zusammenschaltung der erläuterten Einrichtung ZTo zur periodisch wiederholten Permutierung von Nachrichtenelementen mit Einrichtungen PT\ und PTi zur paarweisen Tauschung solcher Elemente ist in F i g. 23 gezeigt. Die Steuersignal-Zusätze zur Gewinnung der Steuersignale a\ und a2 aus den Schlüsselsignalen W) und W2 sind mit SZi und SZi bezeichnet. Ein weiterer Steuersignal-Zusatz SZo dient zur Erzeugung der periodisch wiederholten Steuersignale 3o für die Betätigung de- Schalter A, B, C der Permutiereinrichtung ZTo. In Fig. 23 sind auch die entsprechenden empfangsseitigen Einrichtungen zur Rückführung der Vertauschungen und die dabei auftretenden Signale unter Verwendung gleicher Bezeichnungen gezeigt. Ein zusätzlicher Stern (z.B. y2*) dient zur Unterscheidung gegenüber d*n sendeseitigen Einrichtunger und Signalen. Die Durchlaufzeiten der in PT\ und PT2 enthaltenen Verzögerer werden zweckmäßig ungleich gewählt, um wieder eine möglichst große Vielfalt der erzielbaren Elementverschiebungen zu erhalten.
Die beschriebene Zusammenschaltung von Einrichtungen zur paarweisen Elementtauschung mit einer Einrichtung zur Element-Permutierung nach festem Programm führt zu resultierenden Vertauschungen der Nachrichtenelemente, die auch uei Kenntnis der festen Permutierungen nur noch sehr schwer zu überblicken sind. Besonders zu beachten ist dabei der Umstand, daß die Zahl der möglichen Elementverschiebungen erheblich größer ist als bei einfacher paarweiser Elementtauschung und daß der erforderliche Gesamtaufwand verhältnismäßig gering bleibt, weil auch bei den Permutierungen mit optimaler Ausnutzung aller Signalspeicher gearbeitet wird.
Natürlich ist auch eine Ergänzung der paarweisen Elementtauschung durch eine zusätzliche Zeitschlüsselung bekannter Ausführung möglich. Auch in diesem Fall sind die einzelnen Vertauschungsoperationen auf der Empfangsseite gegenüber der Sendeseite in umgekehrter Reihenfolge vorzusehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit einer wirksamen Er£,2ntung der erfindungsgemäßen paarweisen Elementtauschung durch Schlüsselungsprozesse anderer Art wie z. B. zusätzliche Zerlegung der Elemente in Einzelfrequenz-
bänder, die in vertauschter Frequenzlage zur Übertragung kommen. Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit einer Aufteilung in zwei oder mehrere Frequenzbänder, die unabhängig voneinander und nach abweichendem Programm je einer Zeitschlüsselung durch paarweise Elementtauschung unterzogen werden. Zur Durchführung einer solchen Verschlüsselung sind also neben mindestens zwei Einrichtungen zur paarweisen Elementtauschung noch besondere Filter zur Aufteilung der Nachricht in mindestens zwei Teilbänder erforderlich.
Die Wirksamkeit der paarweisen Elementtauschung kann auch erhöht werden durch Zusammenschaltung von zwei oder mehreren Einrichtungen zur paarweisen Eleimenttauschung, bei denen mit ungleicher Elemen·- länge gearbeitet wird. Die Elementlängen stehen zweckmäßig in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander, so daß wenigstens ein Teil der Element-Trennstellen für die längeren und kürzeren Elemente gemeinsam ist.
Anstelle einer direkten Übertragung der verschlüsselten Signale von der sendeseitigen zur empfangsseitigen Einrichtung kann auch eine sendeseitige Aufzeichnung der verschlüsselten Signale vorgesehen werden, beispielsweise eine Tonbandaufzeichnung. Diese Aufzeichnung kann dann in einem späteren Zeitpunkt wieder abgetastet und zur Gewinnung der ursprünglichen KWirsignale der empfangsseitigen Rückschlüsselungseinrichtung zugeleitet werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnuncen

Claims (36)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung durch Zerlegung der zu übertragenden Klarsignale in Elemente gleicher Länge, welche sendeseitig durch Verzögerung um wenigstens teilweise ungleiche Zeiten vertauscht und empfangsseitig durch weitere Verzögerung um wenigstens teilweise ungleiche Zeiten rückvertauscht werden, wobei je zwei Elemente, die einen bestimmten gegenseitigen Abstand haben, paarweise auf der Sendeseite vertauscht und die gleichen Elemente paarweise auf der Empfangsseite rückvertauscht werden und wobei die den Elementpaaren nicht angehörenden Elemente sende- und empfangsseitig um eine feste Zeit Γ verzögert werden, während das zuerst eintreffende Element jedes Paares sende- und empfangsseitig um die doppelte Zeit 2 T verzögert und das zweite Element des Paares nicht verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Vertauschung oder RQektauschung kommenden Elementpaare sendeseitig und empfangsseitig durch beidseitig übereinstimmende unregelmäßige Folgen von Steuerimpulsen bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit T mit der Elementlänge To übereinstimmt (F i g. 11).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit T mit einem ganzzahligen Vielfachen der Elementlänge 71 übereinstimmt (F i g. 13).
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wiederholte Durchführung der paarweisen Elementtauschung auf dir Sendeseite und der Rücktauschung auf der Empfugsseite, wobei die erste sendeseitige Elementtauschung und die letzte empfangsseitige Elementtauschung durch übereinstimmende Steuerimpulsfolgen bestimmt sind, während die letzte sendeseitige Elementtauschung und die erste empfangsseitige Elementtauschung ebenfalls durch übereinstimmende Steuerimpulsfolgen bestimmt sind (F i g. 16,17).
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch gleiche Elementlänge der wiederholten paarweisen Elementtauschungen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Wiederholung der paarweisen Tauschungen mit ungleicher Elementlänge.
7. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Wiederholung der Tauschungen mit verändcrter Verzögerungszeit T(F i g. 16).
8. Verfahren nach Anspruch 4 und 7, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von 1 :3 bei verschiedenen Tauschungen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verbindung der paarweisen Elementtauschungen mit einer zusätzlichen Permutierung der Elemente nach gleichbleibendem Programm (F ig. 23).
10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verbindung der paarweisen Elementtauschung mit einer zusätzlichen bekannten Zeitschlüsselung mit wechselndem Programm der Elementvertauschung.
11. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die verschlüsselten Signale sendeseitig auf einem Nachrichtenträger aufgezeichnet und empfangsseiüg in einem späteren Zeitpunkt wieder von diesem Nachrichtenträger abgetastet werden (Tonbandaufzeichnung).
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtenelemente aus impulsförmigen Signalen gebildet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzsichnet, daß die Nachrichtenelemente aus einer zweistufig quantisierten Impulsfolge gebildet werden (F ig. 2,3).
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtenelemente aus einer mehrstufig quantisierten Impulsfolge gebildet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus Analogimpulsen ohne feste Amplitudenabstufung gebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch Bildung von Abschnitten aus einem veränderlichen Analogsignal gebildet werden (F i g. 5).
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente durch periodische Abtastung eines Analogsignals gebildet werden (F ig. 4,5).
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element aus einem Einzelimpuls besteht(Fig.2,^).
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element mehrere Einzelimpulse umfaßt (F ig. 3,5).
20. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2—19, dadurch gekennzeichnet, daß sende- sowie empfangsseitig mindestens ein Elementtauscher und mindestens ein Steuerzusatz mit folgenden Merkmalen vorgesehen ist (F i g. 51,13):
— Der Elementtauscher enthält einen Signalverzögerer mit der konstanten Verzögerungszeit T sowie elektronische Umschalter.
— In der Grundstellung der Umschalter ist der Eingang des Verzögerers mit dem Eingang des Elementtauschers und der Ausgang des Verzögerers mit dem Ausgang des Elementtauschers verbunden.
— In der Arbeitsstellung der Umschalter ist der Eingang des Elementtauschers mit dem Ausgang des Elementtauschers und der Eingang des Verzögerers mit dem Ausgang des Verzögerers verbunden.
— Der Steuerzusatz enthält einen elektronischen Unterbrecher, der einzelne Impulse einer quasistatistischen Impulsfolge (Schlüsselsignal) unterbricht
— Der Unterbrecher des Steuerzusatzes wird über einen Impulsverzögerer mit der Laufzeit T durch vorausgehende Impulse betätigt so daß am Ausgang des Unterbrechers keine Impulse auftreten, die einen gegenseitigen Abstand T aufweisen.
— Die Ausgangsimpulse des Unterbrechers bringen die elektronischen Umschalter des Elementtauschers in Arbeitsstellung.
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit T des Signalverzögerers mit der Länge eines Nachrichtenelementes übereinstimmt.
22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit T des Signalverzögerers mit einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Nachrichtenelementes übereinstimmt
23. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vorausgehenden impulse, welche dem Impulsverzögerer im Steuerzusatz zugeführt werden, aus dem Eingangssignal des elektronischen Unterbrechers (Schlüsselsignal) be- ίο stehen (F ig. 9).
24. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vorausgehenden Impulse, welche dem Impulsverzögerer im Steuerzusatz zugeführt werden, aus dem Ausgangssignal des elektronischen Unterbrechers bestehen (Fig. 11).
25. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Kaskadenschaltung von mindestens zwei Elementtauschern (F i g. 16).
26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elementtauscher ungleiche Verzögerungszeit der Signalverzögerer aufweisen.
27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeiten von zwei Signalverzögerern sich wie 1 :3 verhalten.
28. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elementtauscher mit ungleicher Elementlänge arbeiten.
2S. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen dem Elementtauscher vorgeschalteten Signalabtaster zur Bildung von Analogimpulsen aus veränderlichen Eingangssignalen.
30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz ein Vielfaches der Eiement-Wiederholungsfrequenz ist.
31. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß homologe Elementtauscher mit den zugehörigen Steuerzusätzen auf Sende- und Empfanpseite in umgekehrter Reihenfolge in Kaskade geschaltet sind (F i g. 17).
32. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Vorschaltung eines Analog/Digital-Umsetzers sowie Ausführung des Signalverzögerers als Digitalverzögerer zur Verzögerung von Binärimpulsfolgen « der Umsetzer.
33. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Nachschaltung eines Digital/Analog-Umsetzers zur Gewinnung von Analog-Ausgangssignalen aus paarweise vertauschten Elementen. so
34. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Vorschaltung eines Umwandlers zur Gewinnung einer Impulsfolge aus den Eingangssignalen nach einer Methode der Deltamodulation.
35. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch zusätzliche elektrische Filter zur Aufteilung des gesamten Frequenzbandes der Nachricht in mindestens zwei Teilfrequenzbänder mit separater Zeitschlüsselung der einzelnen Teilfrequenzbänder durch paarweise Elementtauschung nach verschiedenen Vertauschungsprogrammen und separater Entschlüsselung derselben.
36. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung mit einer Zusatzeinrichtung zur Pevmutierung von Nachrichtenelemen- ten nach gleichbleibendem Programm mit folgenden Merkmalen(Fig. 20*.
— Die Zusatzeinrichtung enthält mindestens 2 Verzögerer mit gleicher Verzögerungszeit Ti-
— Jeder Verzögerer ist mit elektronischen Umschaltern verbunden, welche in Ruhestellung den Eingang des Verzögerers mit dem Ausgang des Verzögerers und in Arbeitsstellung den Eingang des Verzögerers mit dem Eingang der Zusatzeinrichtung und den Ausgang des Verzögerers mit dem Ausgang der Zusatzeinrichtung verbinden.
— Ein elektronischer Zusatzschalter verbindet in Arbeitsstellung den Eingang der Zusatzeinrichtung mit dem Ausgang der Zusatzeinrichtung.
— Die elektronischen Schalter sind durch periodische Steuersignale so betätigt, daß jeweils die Umschalter eines Verzögerers oder der Zusatzschalter während der Dauer eines Elementes in Arbeitsstellung sind.
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