DE2339685C2

DE2339685C2 - Schaltungsanordnung zum verschleierten Übertragen von Nachrichtensignalen

Info

Publication number: DE2339685C2
Application number: DE19732339685
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Rieger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1973-08-06
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2339685A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum verschleierten Übertragen von Nachrichtensignalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Verschleierung von Sprachsignalen sind die Verfahren der Zeitverwürfelung und der Frequenzbandvertauschung bekannt. Bei der Frequenzbandvertauschung (stellvertretend seien die DE-PS 23 15 398 und 07 441 erwähnt) ist die Übertragungsbandbreite der Signale in eine Anzahl gleich breiter Teilkanäle derart unterteilt, daß die Summe der Teilkanäle gleich der Überträgungsbandbreite ist. Durch eine quasistatische Zeichenfolge werden durch Frequenzumsetzer in bestimmten Zeitabständen die Frequenzplätze der Teilkanäle vertauscht Es sind dabei die Vertauschungen den 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 Übertragungskanals werden bei dem anderen " bekannten Verfahren Zeitabschnitte innerhalb einer

ίο 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 (DE-OS 20 46 630) werden aus den Schlüsselsi.s'nalen 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 Schliisselsignalen 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 Kontrolle der Nachrichtenspeicherbelegung erzielt ist

Die schweizerische Patentschrift 3 61 597 beschreibt ein Verfahren zur Verschleierung von Nachrichtensignalen, wobei sendeseitig dem zu übertragenden Signal ein Zusatzsignal beigefügt wird, welches den zeitlichen

j-, Verlauf des Nachrichtensignals verdecken und daher unkenntlich machen soll und wobei empfangsseitig das Zusatzsignal wieder subtrahiert wird. Sendeseitig wird dabei eine Folge von Impulsen erzeugt, deren einer Parameter durch das aus Nachrichtensignal und Zusatzsignal gebildete Summensignal moduliert ist, wobei eine Schaltungsanordnung mit sägezahnförmiger Kennlinie verwendet wird, mit deren Hilfe ein Impuls, dessen Höhe einen konstanten Wert K überschreitet, durch Subtraktion des Wertes reduziert wird und wobei

4", Impulse, deren Höhe den konstanten Wert K nicht erreichen, unbeeinflußt gelassen werden.

Dieses Verfahren ist einer zweiten Gruppe von Verfahren zur Verschleierung von Nachrichtensignalen zuzuordnen, die von der ersten, auf Zeitverwürfelung bzw. Frequenzbandvertauschung basierenden Gruppe grundsätzlich verschieden 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 Teilka.näle bzw. Zeitabschnitte nicht ausreichend groß gewählt werden kann.

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

sind— brauchbare Vertauschungslisten zu je m Zeichen

m
aus der Zeichenfolge eines Quasizufallsgenerators

^J ■ -* ¹^ ■ -^J

ableitbar. Bei dem bekannten Verfahren werden aus diesem Grund aus den n\ möglichen Vertauschungen nur eine kleinere Anzahl teilweise korrelierter Vertau-

m!
schungen ausgewählt und den —'- Vertauschungslisten

m

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 in bei der Nachrichtenübertragung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erkennbarkeit des Nachrichtensignals aus dem verschleierten Signal für Unbefugte wesentlich zu erschweren, wobei in dem Signal Wiederholungen und Auslassungen einzelner Informationselemente streng zu vermeiden sind und der kontinuierliche Signalfluß empfangsseitig unter so geringer Verzögerung auszugeben ist, daß ein zügiger Wechsel der Übertragungsrichtung bei Gesprächen gesichert bleibt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen 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 allein durch Permutierung der Zeitelemente bzw. Teilfrequenzbänder zustande kommt Die Anzahl 3ii der möglichen Kombinationen des Auswählens und Anordnens der mit Information belegten Zeitelemente bzw. Frequenzteilbänder zwischen den mit Füllinformationen belegten Elementen ist bestimmt durch die Binomialkoeffizienten:

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T/dt

Periode der Zeitbasis;
Übertragungsbandbreite
Dauer der Zeitelemente;
Teilbandbreite

Zahl der mit Information belegten Elemente;

B/b : Gesamtzahl der mit Nutzinformation und mit Füllinformation belegten Elemente.

Br-

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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 π Elementen nicht auftreten dürfen. Als Bandbi eite Br steht dem unverschleierten Nachrichtensignal als Anteil , der gesamten Übertragungsbandbreite B zur Verfügung:

bO

Zur Erzielung eines kontinuierlichen Nutzsignalflusses bei der Zeitverwürfelung wird die aus den η Zeitelementen bestehende Zeitbasis mit erhöhter Geschwindigkeit übertragen. Empfangsseitig werden die (n—q) Füllelemenie 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 zr-ürkgesetzt 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.

Die Erfindung wird an Blockschaltbildern erläutert:

F i g. 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 zu übertragende Nachrichtensignal wird dem in F i g. 1 dargestellten Gerät bei E 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 At mit beispielsweise 53,7 ms Dauer gespeichert werden können. Die Kapazität jedes Speicherelemente kann beispielsweise 1024 Bit betragen.

8 Zeitelemente der digitalisierten Nachrichteninformation werden entsprechend ihres Einlaufens be bei E in den fortlaufend nummerierten Zeitelementspeichern AO.. Al 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 s 1 zu einem Ring zusammengeschaltet und es wird ihr Inhalt zur Ausgabe unter erhöhter Geschwindigkeit bereitgestellt, wobei dieser Information, um sie als Kombination ς-ter Ordnung in eine Zeitbasis von insgesamt n, beispielsweise 14 verschiedenen Zeitelementen einzuordnen, eine im Quasizufallsgenerator Q erzeugte Schlüsselzeichenfolge zugeordnet wird. Die Schlüsselzeichenfolge, die sowohl die Verwürfelung der 8 Zeitelemente des Nachrichtcnsignals durchführt, als auch die ('«) 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 MX oder M2 der Ausgabelogik AL zugeführt. Beim Auftreten der Adressen 8, ... 13 wird aus nutzloser Sprachinformation oder aus Rauschen bestehende Füllinformation FIeingeblendet.

Betrug die Bitrate des Eingangssignals 19,2 kB, so weist das digitale Ausgangssignal der Ausgabelogik die Rate 33,6 kB auf. Dieses Signal wird in dem Digital-Analog-Wandler DA umgesetzt und über das Bandpaßfilter PPaIs verschleiertes Analogsignal der Übertragungsleitung Ue zugeführt.

Durch Umschaltung mittels der Schalter υ 1, υ 2, υ 3, u 4 ist die Sendeanlage der F i g. 1 auch als Empfangsan-

lage ausnutzbar. In den Multiplexerstufen M1 und M 2 wird durch die Adressen eine richtungsunabhängige 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-Digital-Wandler /4Ddigitalisiert 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, aX, si, s5 betätigt und die gefüllte Speicherkette ausgelesen und über den Digital-Analog-Wandler DA in Lautsprecher L hörbar gemacht. Beim Auslesen der Speicherkette wird ihr Inhalt gelöscht.

Das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Erzeugung der Kombinationen q-x.tr 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—14 vorgesehen. Jedem Teilfrequenzband ist ein erster Mischer MX ... M14 zugeordnet. Jeder Mischer enthält ein die Frequenzlage bestimmendes Vorselektionsglied, hinter welchem mittels einer individuellen festen Steuerfrequenz /1 ... fS für die Nachrichtenteilbänder und /"1... /6 für die Füllinformationsteilbänder alle Teilfrequenzbänder auf ein und dasselbe Zwischenfrequenzband mit der Bandbreite b umgesetzt werden. Es ist daher in jedem der 14 Teiikanäle ein Zwischenkanalfiltcr ZFvorgesehen, über das die Kanäle individuellen zweiten Mitschern A 1 ... Xl 4 zugeführt werden. Für die Bandvertauschung kann jedem der zweiten Mischer, deren Ausgänge mit der Ausgangsleitung Ue verbunden sind, aus je einem zugeordneten Steuergerät Si 1... Sf 14 eine umsetzende Frequenz S(ZZ 1)... f(ZZ 14) zugeführt werden. Je nach der eingespeisten Umsetzfrequenz findet die Transpo-

■-, nierung in die Sende-Teilkanäle 1, 2 .... 14 statt. Im Sendebetrieb werden die Umsetzfrequenzen durch Zufallszeichen ZZbestimmt, die durch den Zufallsgenerator Q geliefert werden. Dieser Zufallsgenerator erzeugt im Zusammenwirken mit der Alphabeteinheit

ι» AßCim Abstand von beispielsweise jeweils 100 ms ein vollständiges 14er-Alphabet, das als quasistatistische Zufallsfolge die Zuordnungsliste für die Teilkanäle bildet. Es stellen dabei die 8 ersten Zufallsziffern die den 8 Nachrichtenteilkanälen zuzuordnenden Kanalnum-

i-, mern und die folgenden 6 Zufallsziffern die den Füllinformationsteilkanälen zuzuordnenden Kanalnummern dar. Die Summe der in ihren Frequenzlagen in periodischen Abständen vertauschten Teilkanäle bilden das Übertragungsfrequenzband mit der Bandbreite B.

:ii Die empfangsseitige Rückgewinnung der übertragenen Nachrichteninformation durch Rückvertauschung der übertragenen Kanäle in ihre natürliche Lage erfolgt ebenfalls durch eine der in F i g. 2 dargestellten gleichartigen Anordnung. Es sind lediglich die Umschal- -, ter s 11, s 13 in die nicht gezeichnete Stellung zu bringen. Die übertragenen frequenzbandvertauschten Signale werden dadurch den ersten Mischern M\ ... M18, M9 ... M14 unter Umgehung der in den Mischern vorhandenen Vorselektionsmittel zugeführt. Aus den

in Steuergeräten SiI ... Sf8 erhalten die ersten Mischer die den durch den mit der Sendeanordnung synchron betriebenen Zufallsgenerator Q und der Alphabeteinheit ABC gelieferten Zufallszeichen zugeordneten Mischfrequenzen f(zz 1)... f(zz 14).

j-, Es werden dadurch in den ersten Mischern Mi ...MS die einlaufenden frequenzbandvertauschten Nachrichtensignale in die Zwischenfrequenzlage transponiert. Durch die den zweiten Mischern Xi ...XS zugeführten Frequenzen /1 ... /8 werden die Zwischenfrequenzka-

4(i näle in die natürliche Frequenzlage umgesetzt. Über den Schalter s 12 werden die zusammengefaßten Kanäle dem Lautsprecher L zugeführt Die mit Füllinformation belegten Frequenzbänder bleiben bei der empfangsseitigen Rückvertauschung unberücksichtigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

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 Zuordnungslisten durch Transponierung zeitlich oder frequenzmäßig verwürfelt sind and bei der empfangsseitig durch Rückverwürfelung mittels identischer Zuordnungslisten die natürliche Nachrichtenfolge wieder hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die erste Anzahl (q)der verwürfelten E!emente des Nachrichtensignals 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 gekennzeichnet, daß die Nachrichtensignale in Zeitelemente gleicher Länge (dt) unterteilt sind, die innerhalb jeder Zeitbasis (T) gemischt mit den Füllinformationselementen unter erhöhter Geschwindigkeit zur Empfangsseite übertragen werden.

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 Frequsnz umgesetzt und zur Empfangsseite übertragen werden.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zeitbasis (T) die Nachrichtenelemente zusammen mit den Füllinformationselementen entsprechend der Zuordnungsliste vertauscht sind, wobei Auslassungen und Doppelbelegungen der Plätze vermieden 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 fß^ihre Plätze tauschen.