DE2451711C3

DE2451711C3 - Verfahren zum Erzeugen zufallsähnlicher Binärzeichenfolgen

Info

Publication number: DE2451711C3
Application number: DE19742451711
Authority: DE
Inventors: Ekkehard 7150 Backnang Glitz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1974-10-31
Publication date: 1977-05-12

Description

Zufallsähnliche Binärzeichenfolgen werden in der neuzeitlichen Informationstechnik Für vielfältige /wekke verwendet; z. B. als Rauschsignale, als Prüfsignal·· für Überragungsstrecken. als Schlüsselest /.ur Verschlüsselung von Informationen.

Für die letztgenannten Anwendungsfälle werden ziifallsähnliche Binärzeichenfolgen lauciti langer Periode gefordert, die sich mit MiHe eines Programms gleichzeitig, also phasenstarr am Sende- und am Empfangsort bilden lassen. Die Bildungsgesetze für diese Folgen müssen derart komplex sein, daß auch hei

Empfang und Auswertung einer noch sg langen Bitfolge _n,^:t Hilfe moderner Rechenanlagen die Fortsetzung der betrachteten Bitfolge nicht vorhersehbar wird.

Bekannt sind Verfahren und Schaltungen zum Erzeugen zufailsähnlicher Binärzeicher.folgen unter Verwendung von Binärzählern oder von rückgekoppelten Schieberegistern. Genügend lange Perioden können dabei mit geringem Aufwand durch geeignete Verknüpfung der Signale aus mehreren Zählern oder Schieberegister gewönne« werden, wenn die Perioden der von dem einzelnen Zähler bzw. Schieberegister gelieferten Impulsfolgen untereinander teilerfremd sind. Dabei ergibt sich nach der Verknüpfung eine gesamte Periodenlänge gleich dem Produkt der Längen der Perioden oder von der den einzelnen Zählern bzw. Schieberegistern gelieferten Teilimpulsfolgen. Die Perioder.iänge wird üblicherweise durch die Anzahl der Binärstellen innerhalb einer Periode angegebt/i.

Durch mehr oder weniger komplexe Verknüpfungsschaltungen entsteht aus den Teilimpulsfolgen eine Gesamtimpulsfolge mit zufallsäiinlichen Eigenschaften. Mit Hilfe statistischer Testverfahren sind bestimmte Eigenschaften einer zufallsähnlichen Impulsfolge feststellbar und damit auch der Grad der Annäherung einer solchen Impulsfolge an den ledealfall des echten Zufalles meßbar.

Es wurde mehrfach, z. B. in der DT-OS 23 41 627. in der GB-PS 1155 546 und in der US-PS 35 15 805. vorgeschlagen, zum Verschlüsseln von Daten, also vo.i Impulsfolgen sogenannte »scrambler« zu verwenden, worunter in diesem besonderen Fall linear rückgekoppelte Schieberegister verstanden werden, durch die der zu verschlüsselnde oder der zu entschlüsselnde Text geschoben wird. Mit einer ebenso wie auf der Sendeseite aufgebauten Schieberegisteranordnung kann auf der Empfangsseite die Verschlüsselung wieder rückgängig gemacht werden. Eine solche Anordnung ist für einen höheren Grad der Verschlüsselung nicht geeignet, da bei Verwendung eines /V-sielligen Schieberegisters schon aus 2 N aufgenommenen Bits die Länge und Schaltung des rückgekoppelten Schieberegisters errechnet und damit der Schlüsse! gelöst werden kann.

In der DT-AS 15 37 062 ist ein Schlüsselgenerator beschrieben, in dem »scrambler«, hierin treffend mit »Verschiebcregisterwandler« übersetzt, zur Verbesserung von zufallsähnlichen »primären« Impulsfolgen durch deren Umwandlung in »Sekundärfolgen« verw endet werden. Dabei wird der durch die Rückkopplungsschleife ursprünglich vorgegebene Funktionsablauf des Schieberegisters durch die diesem zugeführte rrimä'e Impulsfolge störend beeinflußt, so daß das Schieberegister eine neue, die .Sekundärfolge mit längerer Periode abgibt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist. daß die dadurch erreichte Verbesserung systematisch duivh die Nachbildung der Schieberegisteranordnung wieder rückgängig gemacht werden kann, so daß die das Brechen des Schlüssels ermöglichenden Eigenschaften der Primärfolge wieder erkennbar werden.

In der I)T-AS 12 57 MJ :■/ / enfalls ·.. ; v. nluss
s?e!ie:\itur ivschrie' . n. in dem c ■ oder me/rere in v-. : /u einen: Ring geschlossene- Sch'- 'ers/gisk"' :■''::.:··<. '·.:'.■ und dep.-:i einzelne Villen t,r · .!■:' ·■:■.- \l·· ,<.■ verbunden sin.:, in diese Macher -λ erde" ^: hai;.-'^'

verschiedene;; /ust^nd.skri;· -;er S'gn.-.i·"- ■· c-r, ¹V¹L

einei binären /_;n!k-. ν c^!:ii;.'s;k ■·■ !-./Vh ent. '■ . Zählkette :ind durch .■ - lange·- S/i·: i.vr ..-·■.ν■■ ν,!:
cine lange Periode /\: ;. ·■ / :'a!ls;ihr:hcr-e- WrI-UiIk-.: der ιn Schieberei. i:r ■■· .tute'u'ei; l< >i;.v Or-L¹ViI' werden. Die Signale an den Abgriffen einer Zählkette sind jedoch nicht unabhängig voneinander und es werden daher innerhalb der Gesamtperiode mehr oder weniger viele Unterperioden auftreten, so daß das Ergebnis nicht mehr die geforderte Zufallsähnlichkeit hat.

Die eingangs kurz genannten Feuerungen für zufallsähnliche Binärzeichenfolgen, die Verfahren und Anordnungen zu ihrer Erzeugung, nämlich:

a) Lange Periode.z. B. > lO^bit,

b) statistisches, d. h. dem echten Zufall nahekommendes Testverhalten,

c) eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten durch Programme,

d) komplexe Bildungsgesetze,

e) Wiederholbarkeit,

f) hohe Arbeitsgeschwindigkeit.

g) Möglichkeit zum Verwirklichen mit wirtschaftlich tragbarem Aufwand.

können in ihrer Gesamtheit von keinem der vorbekannten Lösungsvorschläge in ausreichend sicherem MaIk erfüllt werden.

Es bestand daher die Aufgabe, ein die genannten Forderungen erfüllendes Verfahren anzugeben.

Das diese Aufgabe lösende, erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen zufallsähnlicher Binärzeichenfolgen mit langer Periode unter Verwendung zumindest eines rückgekoppelten Schieberegisters, dessen durch die Rückkopplung ursprünglich vorgegebener Funktionsablauf durch eine diesen störende, dem Schieberegister zugeführte Binärzeichenfolge beeinflußt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine von mehreren verschiedenen Binärzeichenfolgen über ge steuerte Zuordner störend zumindest einem Eingang jedes Schieberegisters zugeführt wird, daß die Zuordner durch Zeichen eines Einstellprogramms und/oder durch aus im Verlaufe des Verfahrens entstandene Binär-Zeichenfolgen abgeleitete Steuersignale steuerbar sind und daß die Ausgangssignale des bzw. mehrerer Schieberegister^), bei mehr als einem Schieberegister ausgang verknüpft durch eine Verknüpfungsschaltung, die zufallsähtiliche Binär/eichenfolge mit langer Periode bilden.

Die weitere Erläuterung des Verfahrens wird durch beispielhafte schematische Zeichnungen erleichtert. Dabei zeigt die

Fig. 1 ein Beispiel für eine vollständige Anordnung zum Erzeugen einer Binärzeichenfolge d^r beschriebest) nen Art,die

I i g. 2 bis 5 weitere Anordnungsmöglichkeiten und ausführlichere Darstellungen von Teilen einer vollständigen Anordnung im Rahme des beschriebenen Verfahrens,

Fig. 6 Sch j ' 1 'tigsmöghchkeiten von für da* Verfahren verwendbaren Zuordnern und

I ig 7 Schaltungsmöglichkeitcn von lur d.is Verfah-■vn \ rwendbaren Verkniipfungsschaltungen.

!:;;; :.. r. >:ui eine niogli.V-! C'iitach.: Darsicl¹·,-.:.

ν.'.·.; hos;in-;_: ■.. allgemein arm ciii'./c rin/elheik ■ ν .■τ·, ι I ■ ^: .ic'" '/:'■ i\nunge;i c ·■ '-·:ι

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W;rkuiii;sg!'-.ip.Te!i. ί'ie erste

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Zuordnerschaltung ZSi. deren Aufbaumöglichkeiten ebenso wie die der zweiten Zuordnungsschaltung ZS 2 in der vierten Wirkungsgruppe in Verbindung mit der F i g. 6 beschrieben werden. Die dritte Wirkungsgruppe enthält eine erste Gruppe von Schieberegistern SRC 1 mit im gezeigten Beispiel vier rückgekoppelten Schieberegistern SR 1 ... SR4, die fünfte Wirkungsgruppe eine zweite Gruppe von Schieberegistern SRG 2 mit im gezeigten Beispiel zwei rückgekoppelten Schieberegistern SÄ 5, SR 6. Die sechste Wirkungsgruppe enthält zumindest eine Verknüpfungsschaltung.

Die Teilfolge-Generatoren und die Schieberegister sind in nicht dargestellter Weise getaktet.

Jede der genannten Wirkungsgruppen ist .steuerbar durch Programmzeichen ρ und/oder Steuersignale s. Dabei sollen unter Programmzeichen solche Zeichen verstanden werden, die eine bestimmte Dauer, zum Beispiel während des Übertragens einer Nachricht, gleich bleiben, während Steuersignale solche sein sollen, die wie beispielhaft an verschiedenen Schieberegistern SR 1 ... SR6 angedeutet, an bestimmten Punkten der Anordnung abgenommen werden und die sich von Takt zu Takt ändern können. In den Figuren werden für die im Aufbau zwar unterschiedlichen, jedoch untereinander austauschbaren Zeichen nur einheitlich die Bezeichnungen ρ bzw. s ohne weitere Unterscheidung angewandt.

Steuerbar sind in den Teilfolge-Generatoren und in den Schieberegistern die Dauer der von diesen ohne störende Beeinflussung gelieferten Perioden, die jeweils zu verwendenden Abgriffe und die Rückkopplung, und in den Zuordnerschaltungen die wechselnde Zuordnung der einzelnen Eingänge zu den Ausgängen. In den Verknüpfungsschaltungen kann die Art der Verknüpfung gesteuert werden, oder es können die Programm- und/oder Steuerzeichen in die Verknüpfung einbezogen werden.

Die in den F i g. 3 und 6 gezeigte Steuerlogik SL kann beispielsweise verschiedene ihr zugeführte Steuersignale s. zum Beispiel abhängig von Programmzeichen, bestimmten Punkten der einzelnen Wirkungsgruppen zuordnen, dient jedoch in erster Linie dazu, bestimmte Verbindungen auszuschließen oder zu sperren. Sie verhindert beispielsweise in den Zuordnerschaltungen, daß gleichzeitig zwei Ausgänge mit demselben Eingang verbunden werden. Die Stcucrlogiken SI. werden im nachfolgenden im allgemeinen nicht mehr genannt.

Die Teilerfolge-Generatoren 771 ... TFn des .Störfolgengenerators SFG können Binärzähler oder rückgekoppelte Schieberegister sein.

Bei Binärzählern ist jeweils deren Zählperiode und damit deren Periodcnlängc durch Einstellen einer /".ühlcrcndadresse steuerbar. Für jeden der Tcilfolge-Gencratoren werden unterschiedliche Zählcrend- ;idresscn. und zwar entweder Primzahlen oder Produkte \on Primzahlen eingestellt. Die F i g. 2 /eigt in vereinfachter Darstellung den Aufbau eines als Tcilfolgc-Gcnerators geeigneten, an sich grundsätzlich bekannten Binärzählcrs. bestehend aus beispielhaft drei untereinander über logische Schaltungen Li ... /.3 verbundene binäre Kippstufen K1 ... A' 3. Die Kippstufen werden durch einen Takt T gemeinsam getaktet. Die logischen Schaltungen erhalten Eingangs-Siignalc von der vorhergehenden Kippschaltung und von anderen Stufen desselben Teilfolge-Generators, ferner durch zumindest ein Programmzeichen ρ und/oder durch zumindest ein von einer nachfolgenden Wirkungsgruppc oder von einem weiteren Teilfolgc-Generator derselben Wirkungsgruppe geliefertes .Steuerzeichen s. Das Ausgangssignal jeder logischen Schaltung steuert die nachfolgende Kippstufe.

Fünfstufige Binärzähler mit steuerbarer Zählerendadresse erlauben das Bilden von Impulsfolgen mit Periodenlängen entsprechend den Primzahlen 3: 5; 7: 11; 13; 17; 19; 23; 29 und 31 und den Produkten von Primzahlen 15 und 21. Jeder Zählerstufe können zwei zueinander inverse Binärzeichenfolgen SBF entnommen werden. Es können also die fünfstufigen Zähler mit den eingestellten Zählerendadressen 17; 19; 21; 23; 29 oder 31 je zehn verschiedene Binärzeichenfolgen liefern und aus fünf fünfstufigen Zählern mit je einer der genannten Endadressen sind — ohne Berücksichtigung der durch Steuersignale möglichen Abänderungen der Folgen — insgesamt 50 verschiedene Binärzeichenfolgen abnehmbar.

Ein als Teilfolge-Generator ebenfalls verwendbares, und an sich bekanntes rückgekoppeltes Schieberegister unterscheidet sich von dem beschriebenen Zähler im wesentlichen dadurch, daß die Länge der Periode nicht durch eine Endadresse, sondern durch die Rückkopplungsschaltung der in Reihe geschalteten binären Kippschaltungen bestimmt wird, daß die Kippschaltungen nicht wie beim Zähler durch ein Eingangssignal in einen anderen Zustand umgeschaltet werden, sondern den Zustand der vorhergehenden Kippschaltung übernehmen und daß bei gegebener Rückkopplung nur eine Impulsfolge, diese jedoch an einer beliebigen Stelle des Kreises abnehmbar ist. An verschiedenen Stellen des Kreises abgenommene Impulsfolgen unterscheiden sich nur durch ihre Phasenlage. Steuerbar durch Programmzeichen ρ oder Steuersignale s können sein die Lange des Schieberegisters, d.h. die Anzahl der im Kreis enthaltenen Kippstufen, die Art und damit Wirkungsweise der zumindest zwischen zwei Kippstufen eingefügten logischen Schaltung und die Abgriffe längs des Schieberegisters für das Gewinnen weiterer Eingangssignale für die logische Schaltung. Die Steuersignale 5 können aus einem anderen Teillolge-Gencrator derselben Wirkungsgruppen und oder aus einer nachfolgenden Wirkungsgruppe abgeleitet sein.

Die rückgekoppelten Schieberegister in den Wirkungsgruppen SRGi und SRG 2 unterscheiden sich von den zuletzt beschriebenen dadurch, daß über zumindest eine weitere, in den Kreis eingefügte logische Schaltung zumindest eine den durch die Rückkopplung gegebenen Funktionsablauf störende Impulsfolge eingegeben werden kann.

Bei einem entsprechenden Aufbau des Rückkopplungsnetzwerkes liefern die Schieberegister mit η Stufen ohne Eingabe einer Störimpulsfolge Perioden mit einer maximalen Länge von 2" oder 2"-1 Binärstellen. Besonders vorteilhaft hinsichtlich der statistischen Eigenschaften der erzeugten Folgen und der wirtschaftlichen Ausführung der Rückkopplungsnctzwerkc sind lineare Rückkopplungsnetzwerke, die Periodenlängen 2''- 1 ergeben.

Die für das Bilden langer Perioden notwendige

Voraussetzung, daß die von den einzelnen Impulsfolgen-Generatoren, nämlich Zähler und/oder Schieberegister gelieferten Impulsfolgen in der Anzahl ihrer Bitstellen je Periode untereinander teilerfremd sind, wird dadurch erfüllt, daß die Anzahl der Bitstellen je Periode eine

Primzahl oder das Produkt weniger Primzahlen ist. Damit ergeben sich für Schieberegister mit η Stellen für η beispielhaft maxima! gleich 31 folgende, die genannte Forderung erfüllende Möglichkeiten:

Anzahl
der Stufen

Bit/Periode

T Λ

Anzahl
der Stufen"

Bit/Penode

7 17 131071

31 19 524 287

127 23 47 ■ 178 481

7 ■ 73 29 233 - 1103 2089

23-89 31 2 147 483 647

In der gesamten Anordnung darf zur selben Zeit nicht mehr als ein Schieberegister oder Zähler eine das Ausgangssignal beeinflussende Impulsfolge mit jeweils einer der verschiedenen möglichen Periodenlängen liefern.

Die durch ein rückgekoppeltes Schieberegister erzeugbaren Periodenmsiximaler Länge lassen sich durch verschiedene Rückkopplungsschaltungen und dann mit verschiedenen Binärzeichenfolgen erreichen. In der vereinfachten Darstellung der Fig. 1 kann den

Schieberegistern SR 1 SR 6 in den Wirkungsgruppen

SRGi bzw. SRG 2 über einen Modulo-2-Addierer jeweils nur eine Störimpulsfolge SBFzugeführt werden und es ist weiterhin angedeutet, daß einem weiteren Modulo-2-Addierer ein Eingangssignal wechselnd aus ausgewählten Stufen des Schieberegisters und der Wirkungsgruppe Programmzeichen ρ und Steuersignale 5 zugeführt werden können. Ein einzelnes, steuerbares Schieberegister ist beispielhaft ausführlicher in F i g. 3 dargestellt. Die Figur zeigt drei in Reihe geschaltete und durch einen Takt T schaltbare Registerstufen R1 ... R3, deren Ausgangssignale abhängig vom Zustand der gesteuerten UND-Schaltungen U\ ... Ui über Modulo-2-Addierer A \ ... A 3 in die Rückkopplungsschleife zum Eingang der ersten Registerstufe R 1 eingegeben werden können. Die letzte durchgeschaltete UND-Schaltung der Reihe bestimmt die Anzahl der wirksamen Stufen und damit die maximal mögliche Periodenlänge der vom autonom, d. h. ohne eingegebene Störzeichemfolge, arbeitenden Schieberegister abgegebenen Binärzeichenfolge. Eine oder mehrere vorhergehende durchgeschahete UND-Schaltungen bestimmen die Art der Rückkopplung. Über einen wie durch gestrichelt gezeichnete Leitungen gekennzeichnet, wahlweise vorzusehenden Modulo-2-Addierer A 4 vor dem Eingang der ersten Registrierstufe kann dem Schieberegister eine störende Binärzeichenfolge SBF zugeführt werden. Das Einführen einer störenden Binärzeichenfolge in das Schieberegister kann jedoch grundsätzlich an jedem Punkt der Schleife erfolgen, z. B. wie dargestellt über den Addierer Λ 3 in Form eines Steuersignals s. Ein an dieser Stelle eingefügtes Programmzeichen ρ würde nur die vom Schieberegister abgegebene Binärzeichenfolge ändern, nicht jedoch wie ein Steuersignal sderen Periodenlänge vergrößern.

Die Fig.4 zeigt eine Reihe von rückgekoppelten Schieberegistern SR. unterteilt in mehrere Teilregister TR. denen gleichzeitig mehrere unterschiedliche Störimpulsfolgen über je einen zwischen verschiedenen Stufen eingefügten Modulo-2-Addierer zuführbar sind. Einem solchen Schieberegister könne, wie in Fig. 5 dargestellt, an verschiedenen Punkten unterschiedliche Binarzeichenfolgen entnommen werden. Für eine Wirkungsgruppe SRG kann dann ein einziges Schieberegister genügen

Die Verknüpfung mehrerer Binär^eicHenfolgen mit unterschiedlichen, teilerfrcmden Pcriodenlangen ergibt eine Binärzeichenfolge mit einer Periodenlänge gleich dem Produkt der Periodenlänge der der Verknüpfung unterworfenen Binärzeichenfolgen.

Wiederholtes Verknüpfen verschiedener Binärzeichenfolgen mit teilerfremden Periodenlängen erlaubt das Gewinnen von Binärzeichenfolgen mit extrem langen Perioden und es können durch die beschriebenen Steuermöglichkeiten für Zähler und Schieberegister die einzelnen Binärzeichenfolgen und damit auch die

ίο Binärzeichenfolge mit ext! ;m langer Periode fortlaufend in unregelmäßiger Weise geändert werden. Zum weitergehenden Erfüllen der genannten Forderungen werden die zu verknüpfenden Binärzeichenfolgen fortlaufend untereinander getauscht. Dies geschieht dadurch, daß die von den einzelnen Teilfolge-Generatoren bzw. Schieberegistern einer Wirkungsgruppe gelieferten Binärzeichenfolgen als Störimpulsfolgen durch die gesteuerten Zuordnerschaltungen, im Beispiel nach Fig. 1 ZX bzw. Z 2, in fortlaufendem und unregelmäßigem Wechsel anderen rückgekoppelten Schieberegistern oder anderen Eingängen eines rückgekoppelten Schieberegisters zugeführt werden können.

Die Zuordnerschaltungen Zl und Z 2 sind in der F i g. 1 vereinfacht mit wahlweise umschaltbaren Leitungen dargestellt.

Jede Zuordnerschaltung hat eine der Anzahl der von ihr in jedem Zeitpunkt abzugebenden Impuls als Ausschnitte aus Impulsfolgen gleichen Anzahl von Ausgängen. Die Ausgangssignale der Zuordnerschaltungen können als Störimpulsfolgen und/oder als Steuersignale verwendet werden. Die Anzahl der Eingänge jeder Zuordnerschaltung ist — mit einer später beschriebenen Ausnahme — mindestens ebenso groß wie die Anzahl der Ausgänge. Gesteuert durch Programmzeichen ρ und/oder Steuerzeichen s ist jeder der Ausgänge fortlaufend in unregelmäßigem Wechsel mit einem der Eingänge verbindbar.

Als Zuordner sind elektronische Koppelfeder oder mehrere elektronische Vielfachumschalter, die unier verschiedenen Bezeichnungen, z. B. Multiplexer, data selector, handelsüblich sind, verwendbar. Die Fig.6,1 zeigt einen Übersichtsschaltplan eines beispielhaften Zuordners mit Vielfachumschaltern. Die Anordnung hat fünf Eingänge und vier Ausgänge und enthält vier Vielfachumschalter VfI ... VLJ4. jeder mit fünf Eingängen, ferner eine vom Programmzeichen ρ und Steuersignalen .5 beeinflußbaren Steuerlogik SL Jeder der Eingänge der Vielfachumschalter ist verbunden mit einem der Eingänge des Zuordners, die Ausgänge der Vielfachumschalter führen zu je einem der Ausgänge des Zuordners. Jeder der Ausgänge des Zxiordners kann, unter Ausschluß von Mehrfachbelegungen, verbunden werden mit jedem der Eingänge, wobei in diesem Beispiel jeweils einer der Eingänge nicht belegt wird.

Eine größere Zahl verschiedener Verbindunger zwischen den Ein- und Ausgängen einer Zuordnerschal tung erlaubt eine Anordnung nach Fig.6.2. Diese Anordnung mit beispielhaft je zwei Ein- und Ausgänger enthält neben vier Vielfachumschaltern VU1 ... VU*

60. und der Steuerlogik SL zwischen den Eingängen unc den Vielfachumschaltern einerseits und den Vielfachum schaltern und den Ausgängen andererseits je einei Codewandler. Die an den π Eingängen gleichzeitij anliegenden Binärzeichen aus η verschiedenen Impuls

6^ folgen werden als n-stellig Binärzahl den η Eingängei des ersten Codewandlers zugeführt, durch diesen i einen (1-aus-2")-Code umgesetzt und dessen Zeiche über 2" Ausgänge parallel ausgegeben. Der /weit

ίο

Codewandler hat 2" Ein- und η Ausgänge und bildet aus den (1-aus-2ⁿ) Codesignalen wieder n-stellige Binärzahlen, deren einzelne Stellen über die η Ausgänge abgegeben werden. Jeder der Eingänge des zweiten Codewandlers ist verbunden mit dem Ausgang eines von 2" Vielfachumschaltern, von denen jeder 2" Eingänge hat. Bei dieser Anordnung ist die Anzahl der Eingänge des Zuordners gleich und nicht auch größer der Anzahl der Ausgänge.

Die Verknüpfungsschaltung Vl in Fig. 1 in der sechsten Wirkungsgruppe besteht im einfachsten Falle, wie dargestellt, aus einer oder auch mehreren Modulo-2-Addierern, welche die von vorhergehenden Wirkungsgruppen abgegebenen Binärzeichenfolgen miteinander verknüpfen, wobei in die Verknüpfung auch Steuersignale s einbezogen werden können. Ein Beispiel für eine größere Verknüpfungsschaltung gibt die F i g. 7,1 mit vier Eingängen für Binärzeichenfolgen BF und Steuersignale s und mit drei Modulo-2-Addierern. Bei einem derartigen, baumartigen Aufbau einer Verknüpfungsschaltung, bei der in Stufen immer zwei Binärzeichenfolgen zu einer neuen Binärzeichenfolge zusammengefaßt werden, steigt die Periodenlänge von Stufe zu Stufe. Wenn, wie vorausgesetzt, alle in die Verknüpfungsschaltung eingegebenen Binärzeichenfolgen verschiedene Periodenlänger, haben, so sind auch die Periodenlängen aller an den Ausgängen der einzelnen Modulo-2-Addierer der einzelnen Stufen abnehmbaren Binärzeichenfolgen verschieden. Nur die von der letzten Stufe abgegebene Binärzeichenfolge hat die maximale Periodenlänge gleich dem Produkt der Längen aller der Verknüpfungsschaltung zugeführten Binärzeichenfolgen.

Bei der in Fig. 7,2 dargestellten Ausführungsform einer Verknüpfungsschaltung ist eine der Anzahl der zu verknüpfenden Binärzeichenfolge gleiche Anzahl von Modulo-2-Addierern in einer solchen Weise zu einem Kreis geschlossen, daß der Ausgang jedes Addierers verbunden ist mit einem ersten der zwei Eingänge des nachfolgenden Addierers. Jedem der zweiten Eingänge jedes Addierers wird eine der zu verknüpfenden Binärzeichenfolgen zugeführt. An den Ausgängen jedes der Addierer ist eine andere Binärzeichenfolge, jede jedoch mit der maximalen Periodenlänge gleich dem Produkt der Längen aller der Vei knüpfungsschaltung zugeführten Binärzeichenfolgen abnehmbar.
Bei den soweit beschriebenen Verknüpfungsschaltungen werden die gleichzeitig; an ihren Eingängen anliegenden Zeichen miteinander verknüpft. In einer Weiterentwicklung des Verfahrens können einzelnen Eingängen der Modulo-2-Addierer getaktete Verzögeriingsleitungcn vorgeschaltet werden, wobei deren wirksame Stufenzahl wiederum durch Programmzeichen ρ oder Steuersignale s steuerbar sein kann. Es können damit zu verschiedenen Zeiten an den Eingängen liegende Binärzeichen miteinander verknüpft und die Binärfolgen einer Periode geändert werden.

In F i g. 1 liefert der Ausgang der Verknüpfungsschaltung VS die gewünschte zufallsähnliche Binärzeichenfolge ZßFmit extrem langer Periode.

Die Anordnung einer Verknüpfungsschaltung nach F i g. 7,2 liefert ebenso viele unterschiedliche Binärzeichenfolgen einer einheitlichen großen Periodenlänge wie ihr Binärzeic'henfolgen mit unterschiedlichen, zueinander teilerfremden Periodenlängen zugeführt werden. In Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens können eine oder mehrere Anordnungen nach F i g. 7,2 in die Anordnung nach F i g. 1 vor oder nach einem Zuordner Zl, Z2 eingefügt werden.
Ebenfalls in Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens können aus der danach gewonnenen zufallsähnlichen Binärzeichenfolge ZBF nur zu zufallsähnlich bertimmten Zeitpunkten einzelne Zeichen entnommen und genutzt werden. Solche Zeitpunkte können abhängig sein vom gleichzeitigen Auftreten gleicher Zeichen oder gleichen aus mehreren aufeinander folgenden Zeichen bestehenden Zeichengruppen in mindestens zwei verschiedenen, im Laufe des Verfahrens entstandenen Binärzeichenfolgen. Die Stellenzahl der Zeichengruppen und/oder die Anzahl der verglichenen Binärzeichenfolgen ist dann bestimmend für den Anteil der aus der zunächst entstandenen Binärzeichenfolge entnommenen Zeichen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen zufallsähnlicher Binärzeichenfolgen mit langer Periode unter Ver-Wendung zumindest eines rückgekoppelten Schieberegisters, dessen durch die Rückkopplung ursprünglich vorgegebener Funktionsablauf durch eine diesen störende, dem Schieberegister zugeführte Binärzeichenfolge beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, da3 zumindest eine von mehreren verschiedenen Binärzeichenfolgen (SBF) über gesteuerte Zuordner (ZX) störend zumindest einem Eingang jedes Schieberegisters (SR 1 ... SR4) zugeführt wird, daß die Zuordner durch Zeichen (ρ) eines Einstellprogramms und/oder durch aus im Verlaufe des Verfahrens entstandene Binärzeichenfolgen abgeleitete Steuersignale (s) steuerbar sind, und daß die Ausgangssignale des bzw. mehrerer Schieberegister (s), bei mehr als einem Schieberegisterausgang verknüpft durch eine Verküpfungsschaltung (VX die zufallsähnliche Binärzeichenfolge (ZBF)m'w. langer Periode bilden (F ig. 1).

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die von zumindest zwei Schieberegistern gelieferten Binärzeichenfolgen als störende Binärzeichenfolge für nachgeschaltete Stufen weiterer rückgekoppelter Schieberegister (SR 5, SR 6) dienen und diesen über weitere steuerbare Zuordner (Z 2) zugeführt werden (Fig. 1).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden der störenden Binärzeichenfolgen und des bzw. der Schieberegister ^untereinander teilerfremd sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß störende Binärzeichenfolgen mehreren ausgewählten einzelnen Stufen des bzw. der Schieberegister ^zugeführt werden (Fig. 4).

5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die ersten störenden Binärzeicher.folgen an den einzelnen Stufen von durch einen Takt geschalteten Binärzählern abgenommen werden (Fig. 2).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstellungen der Binärzähler steuerbar sind (F i g. 2).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten störenden Binärzeichenfolgen durch rückgekoppelte Schieberegister gewonnen werden (Fi g. 3).

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten n-stufigen Schieberegister derart rückgekoppelt sind, daß die von ihnen ohne Einfluß von störenden Binärzeichenfolgen gelieferten Binärzeichenfolgen eine Periodenlänge von2"-l Bits haben.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsnetzwerke der Schieberegister steuerbar sind (F i g. 3).

10. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen, gleichzeitig vorliegenden Binärzeichen aus störenden Binärzeichenfolgen vor d'j'^:i Zuordnen als /)-stcllige Binärzahl in eine.i (1 -ad"-2')-Codc und nach dem Zuordnen aus dem (1 -aus-2'^:)-Code in eine n-steilige Binärz.ihl iiir.ge- f>< wandelt und deren einzelne Stellenwerte η L'e'"-;nnten Ausgängen als Zuordner zugeführt werden (Fi e. b.2).

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verknüpfen von Binärzeichenfolgen ein oder mehrere, d'.e ßinärzeichenfolgen paarweise verknüpfende Modulo-2-Addierer dienen (F ig. 7.1).

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verknüpfen von Binärzeichenfolgen eine zu einem Ring geschlossene Kette von Modulo-2-Addierern dient, in der der Ausgang jedes Addierers mit einem ersten der zwei Eingänge des nachfolgenden Addierers verbunden ist, in der dem zweiten Eingang jedes Addierers eine der zu verknüpfenden Binärzeichenfolgen zuführbar ist und der an dem Ausgang jedes Addierers eine verknüpfte Binärzeichenfolge abnehmbar ist (F ig. 7.2).

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß einzelnen Eingängen einzelner oder aller Moduio-2-Addierer je eine geiaktete Verzögerungsschaltung vorgesehen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der wirksamen Stufen der Verzögerungsschaltungen steuerbar ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Zuordnerschaltung zuzuführenden oder von einer Zuordnerschaltung abgegebenen störenden Binärzeichenfolgen untereinandergemischt und dabei entstehende Binärzeichenfolgen nachgeschalteten Schieberegistern als störende Binärzeichenfolgen zugeordnet bzw. zugeführt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Mischen von Binärzeichenfolgen eines der in den Ansprüchen 12 bis 14 eingeführten Verfahren dient.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus de. gewonnenen zufallsähnlichen Binärzeichenfolge (ZBF) zufallsähnlich nur einzelne Zeichen ausgewählt und weilergegeben werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl und Weitergabe einzelner Zeichen aus der zufallsähnlichen Binärzeichenfolge abhängig ist vom gleichzeitigen Auftreten gleicher Zeichen oder gleichen, aus mehreren aufeinanderfolgenden Zeichen bestehenden Zeichengruppen in mindestens zwei verschiedenen, im Laufe des Verfahrens entstandenen Binärzeichenfolgen.