DE2339685A1

DE2339685A1 - Schaltungsanordnung zum verschleierten uebertragen von nachrichtensignalen

Info

Publication number: DE2339685A1
Application number: DE19732339685
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Rieger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1973-08-06
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE2339685C2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PT-BK/Dr.Li/ms

BK 73/38

Schaltungsanordnung zum verschleierten Übertragen von Nachrichtensignalen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum verschleierten Übertragen von Nachrichtensignalen.

Für die Verschleierung von Sprachsignalen sind die Verfahren der Zeitverwürfelung und der. Frequenzbandvertauschung bekannt. Bei der Frequenzbandvertauschung ist die Übertragungsbandbreite der Signale in eine Anzahl gleich breiter Teilkanäle derart unterteilt, dass die Summe der Teilkanäle gleich der Übertragungsbandbreite ist. Durch eine quasistatistische Zeichenfolge werden durch Frequenzumsetzer in bestimmten Zeitabständen die Frequenzplätze der Teilkanäle vertauscht. Es sind dabei die Vertauschungen den

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Binärzeichen des Quasizufallsgenerators fest zugeordnet. Die empfangsseitige Rückvertauschung der Teilkanäle in ihre natürliche Lage erfolgt durch die umgekehrte Anwendung einer der sendeseitigen Zeichenfolge identischen Zufallsfolge.

Anstelle der Frequenzelementvertauschungen innerhalb des Ubertragungskanales werden bei dem anderen bekannten Verfahren Zeitabschnitte innerhalb einer periodischen Zeitbasis entsprechend den Anweisungen der von einem Quasizufallsgenerator gelieferten Zuordnungslisten vertauscht und empfangsseitig zurückvertauscht.

In einer bekannten Anordnung zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung durch zeitliche Vertauschung der Informationselemente (DT-OS 2 O46 63O) werden aus den Schlüsselsignalen besondere Steuersignale gewonnen, welche die Speicherplätze der einzelnen Elemente in einem Nachrichtenspeicher bestimmen. Es ist ein als Belegungsregister dienender Speicher vorgesehen, in welchem Binärimpulse gespeichert sind,von denen jeder einem Element zugeordnet ist. Durch Suchimpulse, die von den Schlüsselsignalen abhängen, wird der Belegungszustand einzelner Plätze des Belegungsregisters in unregelmässiger Folge geändert, wobei bei jeder Belegungszustandsänderung ein Steuersignal erzeugt wird, welches den Speicherplatz des entsprechenden Elementes im Nachrichtenspeicher bestimmt, so dass eine automatische Kon-

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- 3 trolle der Nachrichtenspeicherbelegung erzielt ist.

Ein Nachteil der bekannten Verschleierungsverfahren besteht in der verhältnismässig leichten Erkennbarkeit des Klartextes aus dem verschleierten Signal. Dieses gilt insbesondere dann, wenn in einem schmalbandigen Übertragungskanal übertragen werden muss, weil die Anzahl der Teilkanäle bzw. Zeitabschnitte nicht ausreichend gross gewählt werden kann.

Wird das Sprachsignal der Bandbreite B in η Frequenzabschnitte bzw. wird eine periodische Zeitbasis in η Zeitabschnitte unterteilt, so lassen sich die η Elemente auf nlArten anordnen. Die Vertauschungen sind jedoch für die Verschleierung nur wirksam, so weit sie untereinander nicht korreliert sind. Es existieren jedoch nur η unkorrelierte Vertauschungen. Dagegen sind mi

brauchbare Vertauschungslisten zu je m Zeichen aus der Zeichenfolge eines Quasizufallsgenerators ableitbar. Bei dem bekannten Verfahren werden aus diesem Grunde aus den nl möglichen Vertauschungen nur eine kleinere Anzahl teilweise lcorrelierte Vertauschungen ausgewählt und den Vertauschungslisten zugeordnet. Es treten dabei alle einzelnen Vertauschungen gleich wahrscheinlich auf.

Selbstverständlich erfordert die Verwürfelung der Zeitelemente eine sendeseitige und eine empfangsseitige Zwischenspeicherung, so dass sich Verzögerungen bei der Nachrichtenübertragung ergeben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erkenno -r.eit des Nachrichtensignales aus dem verschleierten Signa"¹ t'ir unbefugte wesentlich zu erschweren. In dem Signal sxni Wie derholungen und Auslassungen einzelner Informations 2I e.iaite streng zu vermeiden und es ist der kontinuierliche Si^i.; ..- fluss empfangsseitig unter so geringer Verzögerung .v.is.uge ben, dass ein zügiger Wechsel der Übertragungsri ch"c\-.'_io ': zi Gesprächen gesichert bleibt.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sind durch die ^n den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die möglichen Kombinationen bei der Verwürfelung und bei der Vertauschung nicht wie bei den bekannten Verfahren alleine durch Perrau- tierung der Zeitelemente bzw. Teilfrequenzbänder zustande kommt. Die Anzahl der möglichen Kombinationen des Auswäh- lens und Anordnens der mit Information belegten Zeitelemente bzw. Frequenzteilbänder zwischen den mit Füllinformationen be legten Elementen ist bestimmt durch die Binomialkoeffizenten:

mit T = Periode der Zeitbasis ; B = Übertragungsbandbreite dt = Dauer der Zeitelemente ; b = Teilbandbreite

q = Zahl der mit Information belegten Elemente T/dt = b/b : Gesamtzahl der mit Nutzinformation und mit

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- 5 Füllinformation belegten Elemente.

Es handelt sich dabei um Kombinationen q-ter Ordnung von η Elementen ohne Berücksichtigung der Anordnung. Es ist der Anordnung der Elemente nicht einmal die Beschränkung auferlegt, dass die q Elemente in ihrer natürlichen Anordnung innerhalb der Basis von η Elementen nicht auftreten dürfen. Als Bandbreite Br steht dem unverschleierten Nachrich* ecsignal als Anteil der gesamten Ubertragungsbandbreite B zur Verfugung:

Br =

Zur Erzielung eines kontinuierlichen Nutzsignalflusses bei der Zeitverwürfelung wird die aus den η Zeitelementen bestehende Zeitbasis mit erhöhter Geschwindigkeit übertragen. Empfangeseitig werden die (n-q) Füllelemente abgesondert und die q Nachrichtenelemente in ihre natürliche Reihenfolge gebracht und mit ihrer natürlichen Geschwindigkeit ausgegeben. Bei der Frequenzbandvertauschung werden empfangsseitig ebenfalls die mit Füllinformation versehenen Elemente ausgesondert und die Nachrichtenelemente in ihre natürliche Reihenfolge zurückgesetzt. Aufgrund der in die verwürfelte bzw. vertauschte Nachrichtenelementfolge nach statistischen Gesichtspunkten eingestreuten Füllelemente ist volle Sicherheit gegen eine "on line"-Erkennbarkeit des übertragenen Signals gegeben.

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Die Erfindung wird an Blockschaltbildern erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Zeitverwürfelungsgerätes, das sowohl zum Senden, als auch zum Empfangen benutzbar ist.

In Fig. 2 ist schematisch ein Frequenzbandvertauschungsgerät dargestellt, das ebenfalls zum Senden und Empfangen ausnutzbar ist.

Das unter Zeitverwürfelung mit quasistatistisch eingestreuten Füllinformationen zjl übertragende Nachrichtensignal wird dem in Fig. 1 dargestellten Gerät bei £ dem Analog-Digital-Wandler AD - es kann sich dabei um einen Deltamodulator handeln - zugeführt. Es sind zwei Speicherketten A und B mit beispielsweise je 8 Zeitelementspeichern vorgesehen, in denen Zeitelemente ^t ^mit beispielsweise 53i7 -tis Dauer gespeichert werden können. Die Kapazität jedes Speicherelementes kann beispielsweise 1024 Bit betragen.

8 Zeitelemente der digitalisierten Nachrichteninformation werden entsprechend ihres Einlaufens bei E in den fortlau-

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fend nummerierten Zeitelementspeichern AO ... A7 abgelegt. Ist der Speicher A gefüllt, so wird der Signalfluss in der fortlaufend nummerierten Speicherkette B abgelegt. Gleichzeitig wird die Speicherkette A durch den Umschalter si zu einem Ring zusammengeschaltet und es wird ihr Inhalt zur Ausgäbe unter erhöhter Geschwindigkeit bereitgestellt, wobei dieser Information, um sie als Kombination q-ter Ordnung in eine Zeitbais von insgesamt n, beispielsweise Ik verschiedenen Zeitelementen einzuordnen, eine im Quasizufallsgenerator Q erzeugte Schlüsselzeichenfolge zugeordnet wird. Die Schlüsselzeichenfolge_; die sowohl die Verwürfelung der 8 Zeitelemente des Nachrichtensignales durchführt, als auch die ( η) Kombinationen bestimmt, liefert während der Eingangsdauer von 426,6 ms der 8 Zeitelemente alle 30,45 ms ein anderes, eine Speicheradresse darstellendes Zufallswort. Eine Alphabeteinheit ABC sorgt dafür, dass jede der Adressen 0, 1, ... 13 während eines Verwürfelungszyklus, also beim Auslesen einer Speicherkette nur einmal vorkommt. Beim Auftreten der Adressen 0, 1, ... 7 wird durch die Ansteuerlogik LOG der zugeordnete Zeitelementspeicher ausgelesen und über den der gerade ausgelesenen Speicherkette A oder B zugeordneten Multiplexer Ml oder M2 der Ausgabelogik AL zugeführt. Beim Auftreten der Adressen 8, ... 13 wird aus nutzloser Sprachinformation oder aus Rauschen bestehende Füllinformation FI eingeblendet.

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Betrug die Bitrate des Eingangssignales 19>2 kB, so weist das digitale Ausgangssignale der Ausgabelogik die Rate 33t6 kB auf. Dieses Signal wird in dem Digital-Analog-Wandler DA umgesetzt und über das Bandpassfilter BP als verschleiertes Analogsignal der Übertragungsleitung Ue zugeführt.

Durch Umschaltung mittels der Schalter ul, u2, u3, u4 ist die Sendeanlage der Fig. 1 auch als Empfangsanlage ausnutzbar. In den Multiplexerstufen Ml und M2 wird durch die Adressen eine richtungsunabhängxge Durchschaltung zu den den Adressen zugeordneten Speicherelementen bewirkt, so dass die Multiplexer in der Empfangsanlage auch als Demultiplexer ausnutzbar sind. Die auf der Übertragungsleitung Ue ankommende verschleierte Information wird im Analog-Digit^al-VTandler AD digitalisiert und den einzelnen Speicherelementen der Speicherketten A bzw. B unter Steuerung durch die synchron mit der Sendeanlage erzeugten Adressen 0,1,...7 gezielt abgespeichert. Die mit Füllinformation belegten Zeitelemente werden durch die zugeordneten Adressen 8, ... , 13 identifiziert und einfach übergangen. Jeweils nach Füllung einer Speicherkette werden die Schalter si, s2, s3, s5 betätigt und die gefüllte Speicherkette ausgelesen und über den Digigal-Analog-Wandler DA in Laut sprecher L hörbar gemacht. Beim Auslesen der Speicherkette wird ihr Inhalt gelöscht.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Er-

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zeugung der Kombinationen q-ter Ordnung unter η verschiedenen Elementen durch Frequenzteilbandvertauschung innerhalb der Frequenzbasis B. Es sind die q Nachrichten-Teilbänder mit jeweils der Bandbreite b entsprechend ihrer natürlichen Lage fortlaufend nummeriert. Weitere (n-q) Teilfrequenzbänder sind für die Füllinformation bereitgestellt und entsprechend ihrer natürlichen Frequenzlage anschliessend an die Nachrichtenteilbänder nummeriert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die bei E einlaufenden Nachrichtenteilbänder 1-8 und die im Generator FI erzeugten Füllinformationsteilbänder 9-l4 vorgesehen. Jedem Teilfrequenzband ist ein erster Mischer Mi ... Ml4 zugeordnet. Jeder Mischer enthält ein die Frequenzlage bestimmendes Vorselekt<L onsglied, hinter welchem mittels einer individuellen festen Steuerfrequenz fl ... f8 für die Nachrichtenteilbänder und f1 ... f6 für die Füllinformationsteilbänder alle Teilfrequenzbänder auf ein und dasselbe Zwischenfrequenzband mit der Bandbreite b umgesetzt werden. Es ist daher in jedem der Ik Teilkanäle ein Zwischenkanalfilter ZF vorgesehen, über das die Kanäle individuellen zweiten Mischern Xl ... XlA zugeführt werden. Für die Bandvertauschung kann jedem der zweiten Mischer, deren Ausgänge mit der Ausgangsleitung Ue verbunden sind, aus je einem zugeordneten Steuergerät St 1 ... STlA eine umsetzende Frequenz f(ZZl) f(ZZlO zugeführt werden. Je nach der eingespeisten Umsetzfrequenz findet die Transponierung in die Sende-Teilkanäle 1, 2 ... , Ik statt. Im Sendebetrieb werden die Umsetzfre-

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quenzen durch Zufallszeichen ZZ bestimmt, die dur;.. c. . Zufallsgenerator Q geliefert werden. Dieser Zufallsgenerator erzeugt im Zusammenwirken mit der Alphabeteinher. nBC im Abstand von beispielsweise jeweils 100 ms ein volxständig-es l4er-Alphabet, das als quasistatistische Zufallsfolge die Zuordnungsliste für die Teilkanäle bildet. Es stellen dabei die 8 ersten Zufallsziffern die den 8 Nachrichtenteilkanälen zuzuordnenden Kanalnummern und die folgenden 6 ZufalliZiffern die den Füllinformationsteilkanälen zuzuordnenden Kanalnummern dar. Die Summe der in ihren Frequenzlagen in periodischen Abständen vertauschten Teilkanäle bilden das Übertragur.gdfrequenzband mit der Bandbreite B.

Die empfangsseitige Rückgewinnung der übertrage·". :.ί N ichrichteninf ormation durch Rü clever tauschung der übertragenen Kanäle in ihre natürliche Lage erfolgt ebenfalls durch eine der in Fig. 2 dargestellten gleichartigen Anordnung. Es sind lediglich die Umschalter sll, sl3 in die nicht gezeichnete Stellung zu bringen. Die übertragenen frequenzbandvertauschten signale werden dadurch den ersten Mischern Ml ... M8, M9 ... .Ml4 unter Umgehung der in den Mischern vorhandenen Vorselektioiisn.i ι i.ei zugeführt. Aus den Steuergeräten StI ... St8 erhalten die ersten Mischer die den durch den mit der Sendeanordnung synchron betriebenen Zufallsgenerator Q und der Alphabeteinneit ABC geliefert it. Zufallszeichen zugeordneten Mischfrequenzen f(zzl) ... f(zzl^;ii .

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Es werden dadurch in den ersten Mischern Ml ... MS die einlaufenden frequenzbandvertauschten Nachrichtensignale ind die Zwxschenfrequenzlage transponiert. Durch die den zweiten Mischern Xl ... X8 zugeführten Frequenzen fl... f8 werden die Zwischenfrequenzkanäle in die natürliche Frequenzlage umgesetzt. Über den Schalter sl2 werden die zusammengefassten Kanäle dem Lautsprecher L zugeführt. Die mit Füllinformation belegten Frequenzbänder bleiben bei der empfangsseitigen Rückvertauschung unberücksichtigt.

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Claims

- 12 Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zum verschleierten Übertragen von Nachrichtensignalen, bei der die Nachrichtensignale sendeseitig innerhalb einer periodischen Zeitbasis in eine Anzahl Zeitelemente oder innerhalb einer Frequenzbasis in eine Anzahl Teilfrequenzbänder unterteilt sind, bei der die Zeitelemente oder die Teilfrequenzelemente mittels der von einem Quasizufallsgenerator erzeugten Zuoränun&slisten durch Transponierung zeitlich oder frequenzmässig verwürfelt sind und bei der empfangsseitig durch Riickverwürfelung mittels identischer Zuordnungslisten dis natürliche Nachrichtenfolge wieder hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die erste Anzahl (q) der verwürfelten Elemente des Nachrichtensignales eine zweite Anzahl (n-q) mit Füllinformation belegte Elemente in quasistatistischer Verteilung eingestreut sind, wobei die Summe der Nachrichtenelemente und der Füllelemente in jeder Basis gleich einer Gesamtzahl (n) ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennztlehnet, dass die Nachrichtensignale in Zeitelemente gleicher Länge (dt) unterteilt sind, die innerhalb jeder Z^itbasis (T) gemischt mit den Füllinformationselementen unter erhoater Geschwindigkeit zur Empfangsseite übertragen werden.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrichtenfrequenzband in Teilfrequenzelemente (b) gleicher Bandbreite unterteilt ist, die als eine erste Anzahl (q) in der Summenzahl (n) zusammenhängender Teilfrequenzbänder enthalten sind, wobei alle TeilFrequenzbänder in ihrer Frequenz umgesetzt und zur Etnpfangsseite übertragen werden.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Zeitbasis (T) die Nachrichtenelemente zusammen mit den Füllinformationselfmeriten entsprechend der Zuordnungsliste vertauscht sind, wobei. Auslassungen und Doppelbelegungen der Plätze vermieten sind.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfrequenzbänder entsprechend der durch den Quasizufallsgenerator (Q) erzeugten Zuordnungslisten in bestimmten Zeitabständen innerhalb der Frequenzbasis (B) ihre Plätze tauschen.

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