DE2543880B2

DE2543880B2 - Anordnung zum verschluesseln und entschluesseln einer nachricht

Info

Publication number: DE2543880B2
Application number: DE19752543880
Authority: DE
Inventors: Sven Torild Kruse Hagersten Johansson (Schweden)
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1975-10-01
Publication date: 1977-09-22
Also published as: FR2288428B1; CH599724A5; SE7413087L; GB1511543A; NL7511954A; US4058673A; FR2288428A1; SE385644B; DE2543880A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verschlüsseln und Entschlüsseln einer Nachricht, bei der eine durch Abtasten von N Speicherfeldern mittels N Zykluslängenzählern erhaltene Intern-Schlüsselinformation in Kombination zur Erzeugung einer verschlüsselten Folge verwendet wird und eine Schlüsselinformation vom Sender zum Empfänger übertragen wird, um die erforderliche Synchronisation zu gewährleisten. Eine derartige Anordnung ist durch die US-PS 37 81 473 bekanntgeworden.

Die schnelle Entwicklung auf dem Gebiet der Datenverarbeitung während der letzten Jahre bietet dem Kryptoanalytiker die Möglichkeit, verschlüsselte Nachrichten extrem schnell statistisch zu behandeln, was dazu geführt hat, daß Verschlüsselungssysteme, die früher als sicher galten, nunmehr durch Kryptoanalyse angegangen werden können. Diese Tatsache hat die Erfordernisse bezüglich der Widerstandsfähigkeit von Verschlüsselungssystemen gegen die Anwendung von Kryptoanalyse beträchtlich verschärft.

Um diese verschärften Erfordernisse zu erfüllen, wurden die Verschlüsselungssysteme immer komplizierter, was zu einer beträchtlichen Erhöhung der Kosten für Verschlüsselungsauürüstungen führte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die in Verbindung mit bekannten Verschlüsselungssystemen eingesetzt werden kann und die eine beträchtliche Erhöhung der Widerstandsfähigkeit dieser Verschlüsselungssysteme gegen Anwendung von

Kryptoanalyse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch η von jedem Zykluslängenzähler parallel aktivierte Speicher auf der Senderund der Empfängerseite mit jeweils N .Speicherfeldern, von denen jedes je einem Zykluslängenzähler zugeordnet ist, und Schalter zur Auswahl von Intern-Schlüsselinformation durch Wahl von Speicherfeldem aus verschiedenen der parallel aktivierten Speicher in Abhängigkeit von Auwahlinformationen aus einer Steuervorrichtung, welcher auf der Senderseite durch auf dieser Seite erzeugte Schaltdaten und auf der Empfängerseite durch die zum Empfänger übertragenen Schaltdaten beeinflußt werden.

Zweckmäßig werden die Schaltdaten zur Empfängerseite in verschlüsselter Form übertragen.

Weiter weist die Anordnung vorteilhaft sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite eine Koinzidenzschaltung auf, die beim Auftreten bestimmter Folgen bestimmte Schaltdaten erzeugt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein allgemeines, bei bekannten Verschlüsselungssystemen verwendetes Prinzip,

Fig. 2 ein bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendetes Speichermuster,

F i g. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung und

Fig.4 eine Steuervorrichtung für eine erfindungsgemäße Anordnung.

Fig. 1 zeigt ein allgemeines Prinzip, das bei einer großen Anzahl von bekannten Verschlüsselungssystemen angewendet wird. Eine Anzahl von Umlaufzählern Ri ... Rn sind so verbunden, daß sie bis zu einem bestimmten Wert zählen, der einer Zykluslänge entspricht, wonach das Zählen von Null an erneut beginnt. Die Zykluslängen der verschiedenen Zähler werde" so gewählt, daß sie in Bezug aufeinander Primzahlen sind, d. h., sie besitzen keinen gemeinsamen Faktor. Die Zykluslängenzähler werden schrittweise in Vorwärtsrichtung mit derselben Geschwindigkeit aus den Anfangsstellungen heraus gesteuert, die durch die sogenannte Außen-Schlüsselinformation definiert sind. Diese Information wird in gleicher Weise auf der Senderseite wie auf der Empfängerseite eingegeben, so daß die entsprechenden Zykluslängenzähler auf der Senderseite und auf der Empfängerseite jeweils von denselben Anfangsstellungen aus beginnen und dann synchron laufen. Die Anzahl der Schritte, die erforderlich sind, bis alle Zykluslängenzähler sich in ihren jeweiligen Anfangsstellungen befinden, ist gleich dem Produkt aller Zykluslängen und liegt gewöhnlich in der Größenordnung von 10^l0-10¹⁵.

Mit jedem der Zykluslängenzähler sind Datenwähler DSi - DSn verbunden. Der Datenwähler DS\ wird mit Information aus einem bestimmten Feld A\ in einem Speicher beliefert, beispielsweise eine Reihe aus einer Lochkarte oder ein bestimmtes Feld eines elektronischen Speichers. Die anderen Datenwähler werden mit Informationen aus anderen Speicherfeldern Aj-An beliefert. Die den Datenwählern zugeführte Information wird als interne Schlüsselinformation bezeichnet. Die Zykluslängenzähler adressieren jeder jeweils ein Bit in ihrem Speicherfeld, und die so gewählten Bits werden einer Logikeinheit LD zugeführt. Durch verschiedene Logikfunktionen in der Logikeinheit bzw. an deren Ausgang erhält man eines oder mehrere Bits einer

Ziffernserie, die zur Verschlüsselung oder Entschlüsselung in an sich bekannter Weise eingesetzt werdein. Es ist unnötig, die Auslegung der Logikeinheit in weiteren Einzelheiten zu beschreiben, da sie für verschiedene Verschlüsselungssysteme verschieden ausgelegt werden kann und die Erfindung unabhängig von der Auslegung der Logikeinheit angewendet werden ka>;n.

Fig. 2 zeigt schematisch η Speicher Μ,-M«. Diese können beispielsweise aus verschiedenen elektronischen Speichern bestehen, verschiedenen Teilen desselben elektronischen Speichers, verschiedenen Lochkarten oder Lochstreifen, oder auch verschiedenen Teilen derselben Lochkarte bzw. desselben Lochstreifens; im folgenden sollen sie als »verschiedene Speicher« bezeichnet werden. Jeder Speicher ist in verschiedene Speicherfelder aufgeteilt, beispielsweise Mi in die Speicherfelder An-An\. Wenn M\ eine Lochkarte ist, so können die Speicherfelder A\\~A_N\ beispielsweise aus N Reihen der Lochkarte bestehen.

Die Anordnung nach Fig. 3 umfaßt NZykluslängenzähler R^-Rn- Jeder Zähler liefert Steuersignale zu π Datenwählern DS, R\ an DS_u-DS_>n, R₂ an DS₂] - DS_2n usw. Auf der Grundlage der Steuersignale aus den Zykluslängenzählern wählt jeder Datenwähler jeweils ein Bit aus dem Speicherfeld aus, dem er zugeordnet ist (s. F i g. 2 und 3).

Die Datenwähler, die von denselben Zykluslängenzählern gesteuert werden, beispielsweise Ri₁ weisen mit einem Schalter, beispielsweise Si, verbundene Ausgänge auf. Jeder Schalter wird beliefert, indem Information von einer Steuervorrichtung SA ausgewählt wird, deren Funktionsweise später beschrieben werden soll. Durch die Wahl der dem Schalter S\ zugeführten Information kann ein Ausgang eines erforderlichen Datenwählers DS11 ■ · · DS\n ausgewählt werden und zum Ausgang U\ des Schalters Si geleitet werden. Dies bedeutet, daß ein Ausgangssignal aus einer erforderlichen Lochkarte, einem Speiche·· oder Unterspeicher ausgewählt werden kann und der darauffolgenden Logikeinheit (LD in Fig. 1) zugeführt werden kann, der ebenfalls die Signale U\ bis Ufi zugeführt werden.

Die Steuervorrichtung S/\ erhält Steuerdaten von einem Eingang KD. Die Steuerdaten können aus speziellen Zeichen oder Zeichenkombinationen bestehen, die in geeigneter Weise in den Klartext eingefügt werden, der zur Verschlüsselung auf der Senderseite zugeführt wird und nach der Entschlüsselung auf der Empfängerseite empfangen wird. Die Steuervorrichtung SA umfaßt Koinzidenzschaltungen, die auf spezielle Zeichenkombinationen ansprechen, die am Eingang auftreten. Wenn eine derartige Zeichenkombination auftritt, so wird die Steuervorrichtung SA, die ein Kodierer sein kann, so gesetzt, daß ihre Ausgänge eine Wahliiiformation liefern, die der Zeichenkombination für die jeweiligen Schalter Si - Sn entspricht, und es ergibt sich eine Steuerwahl desjenigen Datenwählters DSn - DSi n, dessen Ausgang mit U\ verbunden werden soll, ferner eine Wahl desjenigen Datenwählers DS21 - DSi_n, dessen Ausgang mit U₂ verbunden werden soll usw.

In welcher Weise verschiedene der Steuervorrichtung SA zugeführte Zeichen oder Zeichenkombinationen die Wahl der Information beeinflussen, die Si -Sn zugeführt wird und dadurch die Wahl eines Datenwählers beeinflußt, ist eine Frage der Programmierung. Fig.4 zeigt eine aus einer großen Anzahl von möglichen Äusführungsformen der Steuervorrichtung SA. die sowohl zur Verschlüsselung als auch zur Entschlüsselung verwendel wird. An ihren Eingang KD werden Signale im Klartext oder entschlüsselte Signale geführt. K ist eine Koinzidenzschaltung, die von einem vorbestimmten Charakter oder einer Charakterkombination beeinflußt ist, und wenn dies auftritt, so erzeugt sie ein Ausgangssignal, das ein Flip-Flop Vi auf 1 stellt. Letzteres liefert ein Signal an einen Zähler R und setzt ihn auf einen vorbestimmten Wert, der der Anzahl von Stufen in einem Schieberegister SR entspricht. Während der Zeit, in der Vi auf 1 gesetzt ist, werden Taktimpulse von einem Eingang ßan eine UND Torschaltung O\ und an einen Zähler R sowie zum Schieberegister SR geführt.

Der Zähler wird schrittweise nach unten gesteuert, und wenn sein Inhalt dem Nullwert entspricht, so wird V| auf Null gesetzt. Dabei wird die UND-Torschaltung O\ gesperrt, Vi bleibt auf 0 gesetzt, und die Zufuhr von Daten zu dem Schieberegister hört auf. Der Inhalt des Schieberegisters SR wird verwendet, um Auswahlinformationen an die Schalter Si - Sn zu geben. Die Menge an Information, die auf das spezielle Zeichen bzw. die spezielle Zeichenkombinaiion folgt, welche von der Koinzidenzschaltung K ermittelt wurde, bestimmt die Länge des Schieberegisters SR und die Anzahl der Variationsmöglichkeiten, die im Hinblick auf die Wahl von U\ — Un aus verschiedenen Speichern erhalten werden können. Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform ist es beispielsweise möglich, N= 10 und η = 4 zu setzen. Dies impliziert, daß die Anzahl der Zyklen gleich 10 ist und daß die Information zu jedem Zyklus aus vier verschiedenen Speichern entnommen werden kann. Jeder Schalter erhält eine Speicherinformation von 2 Bits. Wenn das Schieberegister SR in F i g. 4 eine Länge von 20 Stufen aufweist, so kann jeder Schalter unabhängig von den anderen gesteuert werden. Im einfachsten Falle können alle Schalter von demselben Bit in der Steuervorrichtung SA gesteuert werden.

Es wurde bisher angenommen, daß die Schaltung zwischen verschiedenen elektronischen Speichern, Speicherteilen oder Lochkarten zwischen Datenwählern und der Logikeinheit (LD in Fig. 1) ausgeführt wird. In bestimmten Fällen kann es unter praktischen Gesichtspunkten vorteilhaft sein, die Schalter in der Logikeinheit anzuordnen, wodurch eine Reduzierung der Anzahl der elektronischen Schalter möglich wird.

Dies hängt von der Auslegung der Logikeinheit bei verschiedenen Verschlüsselungssystemen ab.

Bei normaler Datenübertragung zwischen verschiedenen Anschlüssen werden häufig spezielle Steuerzeichen verwendet, um Befehle zum Verbinden oder Abschalten des Empfängeranschlusses auszugeben. Bei verschlüsselter Übertragung werden ebenfalls spezielle Steuerzeichen verwendet, um die Verschlüsselungsgeräte anzuschließen oder abzuschalten. Den Steuerzeichen, die verwendet werden, um Befehle zum Anschließen oder Abschalten der Verschlüsselungsgeräte auszugeben (Übergang von Übertragung im Klartext zur Verschlüsselung), folgen gewöhnlich Außen-Schlüsselinformationen, die die Anfangsstellungen der Zykluslängenzähler bestimmen. Diese im Klartext übertragenen Steuerzeichen werden in geeigneter Weise verwendet, um die Schalter auf eine vorbestimmte Stellung zu setzen. Die übrigen Steuerzeichen werden in verschlüsselter Form übertragen. Dies bedeutet, daß ein Kryptoanalytiker, der nur Zugang zu einer verschlüsselten Information besitzt, nicht ausfindig machen kann, wann die Steuerzeichen ankommen, d. h. wann die Intern-Schlüsselinformationen vollständig oder teiilwei-

se geändert werden müssen. Dies bedeutet eine beträchtliche Vergrößerung der Widerstandsfähigkeit des Verschlüsselungssystems gegen Kryptoanalyse.

Auf die Steuerzeichen, die in verschlüsselter Form übertragen werden und Befehl zum Ändern der Intern-Schlüsselinformationen geben, können, müssen jedoch nicht, notwendigerweise Außen-Schlüsselinformationen folgen. Im letzteren Fall erhält man einen schnelleren Schaltvorgang.

Steuerzeichen, die dazu bestimmt sind, eine Änderung der Intern-Schlüsselinformationen zu bei getrennt auf der Senderseite einge beispielsweise durch einen Rechner hin durch eine Fernschreiber-Bedienungsj schrieben werden. Eine Änderung der In informationen kann auch dann ausgeführt bestimmte Zeichen oder Zeichenkombi kürlich in dem verschlüsselten oder entscl auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Anordnung zum Verschlüsseln und Entschlüsseln einer Nachricht, bei der eine durch Abtasten von N Speicherfeldern mittels N Zykluslängenzählern erhaltene Intern-Schlüsselinformation in Kombination zur Erzeugung einer verschlüsselten Folge verwendet wird und eine Schlüsselinformation vom Sender zum Empfänger übertragen wird, um die erforderliche Synchronisation zu gewährleisten, gekennzeichnet durch η von jedem Zykluslängenzähler (R\ - Rn) parallel aktivierte Speicher (M\ - M_n) auf der Sender- und der Empgängerseite mit jeweils Λ/Speicherfeldern (Aw — Ανπ), von denen '5 jedes je einem Zykluslängenzähler (R\ — Rn) zugeordnet ist, und Schalter (S\ - Sn) zur Auswahl von Intern-Schlüsselinformation durch Wahl von Speicherfeldern (Aw- Αν_π) aus verschiedenen der parallel aktivierten Speicher (M\ - M_n) in Abhängig- *o keit von Auswahlinformationen aus einer Steuervorrichtung (SA), welche auf der Senderseite durch auf dieser Seite erzeugte Schaltdaten und auf der Empfängerseite durch die zum Empfänger übertragenen Schaltdaten beeinflußt werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdaten zur Empfängerseite in verschlüsselter Form übertragen werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite eine Koinzidenzschaltung (K) aufweist, die beim Auftreten bestimmter Folgen bestimmte Schaltdaten erzeugt.

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