DE2631823B2 - Verfahren zum Synchronisieren von Schlüsseleinrichtungen für Datenübertragungsanlagen - Google Patents

Description

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Schlüsseleinrichtungen für Datenübertragungsanlagen enthalten im allgemeinen in der Sende- und in der Empfangseinrichtung je einen Generator zum Erzeugen einer zufallsähnlichen Impulsfolge als Schlüsseltext. Diese Generatoren sind gleich aufgebaut und müssen vor dem Beginn der Übertragung einer Nachricht zumindest auf die gleiche Grundlage gesetzt werden. In höherwertigen Schlüsseleinrichtungen können die Generatoren zusätzlich vor dem Beginn einer Übertragung so programmiert werden, daß sie Schlüsseltexte nach *"> einem bestimmten aus einer größeren Anzahl von möglichen Bildungsgesetzen liefern.

Wenn, wie oft gefordert, für jede Nachricht ein anderer Schlüsseltext verwendet werden soll, so ist es notwendig, daß vor jeder Nachricht der Sender dem Empfänger Informationen über den verwendeten Schlüssel übermittelt, der Generator des Empfängers entsprechend diesen Informationen voreingestellt und die richtige Voreinstellung überprüft wird. Dieser Vorgang wird nachstehend als Synchronisation bezeichnet. Die Synchronisation der Generatoren zum Erzeugen einer zufallsähnlichen Impulsfolge setzt selbstverständlich voraus, daß zuvor die im Sender und Empfänger vorhandenen Taktgeber auf Gleichlauf gebracht wurden. Verfahren hierfür sind bekannt und sind nicht Gegenstand des Patentbegehrens.

Im allgemeinen enthält jede Endstelle eine Sende- und eine Empfangseinrichtung. Hier soll unter dem Sender die Endstelle verstanden werden, die eine Nachricht absetzten will und unter dem Empfänger die Endstelle für diese Nachricht bestimmt ist.

Durch die DE-OS 22 53 275 ist ein Verfahren zur verschlüsselten Datenübertragung bekannt, das die Aufgabe löst, den unbefugten Zugang zu einer Nachrichtenübertragungsanlage zu verhindern. Dabei dient das mehrmalige Übertragen und Überpüfen von Kennworten dazu, die zum Zugriff berechtigte Person zu identifizieren, so daß nur autorisierte Personen Zugang zur Anlage haben.

Die zu übertragende Nachricht kann im Klartext oder verschlüsselt erfolgen. Die Schlüsselkarte des Benutzers mit ihrem Schlüsselgenerator dient zur Erzeugung von Pseudozufall-Bits, die der Chiffrierung und Dechiffrierung der Nachricht dient. In der DE-OS 22 53 275 wird jedoch keine Aussage gemacht, wie der Gleichlauf der Schlüsselgeneratoren sichergestellt wird.

Aufgrund der anderen Aufgabenstellung ist dieses Verfahren in dieser speziellen Form nicht dazu geeignet, die sende- und empfangsseitigen Schlüsseleinrichtungen zu synchronisieren.

Aus der Bezeichnung der deutschen Auslegeschrift 12 16 921 »Verfahren zur Synchronisierung der Ver- und Entschlüsselung von impulsförmigen, binär codierten Nachrichten, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklarimpulse mit Schlüsselimpulsen gemischt werden« könnte geschlossen werden, daß es sich dabei um dieselbe Aufgabe und eine mit der vorliegenden vergleichbaren Lösung handeln könne. Durch das in der genannten Auslegeschrift beschriebene Verfahren soll jedoch mit Hilfe von aus den während Pausen der Informationsübermittlung empfangenen und den örtlich erzeugten Schlüsselimpulsfolgen gewonnenen Korrelationsfaktoren eine genauere und störsichere Synchronisation der Schrittakte erreicht werden.

Im vorliegenden Falle bestand die Aufgabe darin, ein Verfahren anzugeben, durch das nach erfolger Schritttaxtsynchronisation vom Sender aus der Schlüsseltextgenerator im Empfänger in gleicher Weise wie der Schlüsseltextgenerator im Sender voreingestellt und/ oder programmiert werden und die erreichte Synchronisation, d. h. der phasenstarre Gleichlauf beider Generatoren vor dem Übertragen der Nachricht überprüft werden kann.

Das diese Aufgabe lösende Verfahren ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche betreffen zweckmäßige Einzelheiten für das Durchführen des Verfahrens.

Die in den Ansprüchen genannten Kennwörter (anglo-amerikanisch »unique word(s)« = einzigartiges Wort) sind Wörter mit derartig aufgebautem Inhalt und einer solchen Länge, daß sie mit großer Wahrscheinlich-

keit von anderen Wörtern in einer Impulsfolge sicher unterschieden werden können.

Das beschriebene Verfahren wird nachstehend in Verbindung mit einem Flußdiagramm für eine beispielhafte Anordnung zum Durchführen de: Verfahrens näher erläutert.

Voraussetzungsgemäß wurden vor dem Beginn des Verfahrens die Taktgeber im Sender und im Empfänger nach einem der dafür bekannten Verfahren aufeinander synchronisiert. Die Taktgeber und die ihnen zugeordnete Synchronisiereinrichtung sind üblicherweise Bestandteile der beiderseits zwischen den Schlüsseleinrichtungen und der Übertragungsstecke eingefügten Datenübertragungsgeräte, beispielsweise die sogenannten Modems, von denen die Schlüsseleinrichtungen den Takt übernehmen.

Die Schlüsseleinrichtungen nehmen zunächst, z. B. nachdem ihnen über eine vorgegebene Zeitdauer keine Nachrichten zugeführt wurden, eine Grundstellung Gst ein. 2ü

Diese einlegenden Vorgänge sind nicht Gegenstand des Schutzbegehrens.

Die Schlüsselkennzeichen SKZ werden gleichzeitig dem sendeseitigen Generator für zufallsähnliche Impulsfolgen, nachfolgend Schlüsselgenerator genannt, zugeführt und unter Voraussetzung des ersten Kennwortes KWi zum Empfänger übertragen.

Die Kennwörter KW\... 4 sind, zumindest für einen längeren Zeitraum, gleichbleibend und können einem Festwertspeicher entnommen werden. »>

Das Auftreten der Kennwörter in einer Impulsfolge wird in an sich bekannter Weise durch einen Korrelationsempfänger festgestellt. Jedes der verwendeten Kennwörter dient entweder als Kennzeichen für die Bedeutung der nachfolgenden Impulsfolge oder leitet einen weiteren Verfahrensschritt ein.

Die Schlüsselkennzeichen sind in einem vierstelligen Wort enthalten, in dem eine bekannte Anzahl von Stellen einen bestimmten aus einer Reihe von Grundschlüsseln bezeichnet, die in den Schlüsseleinrichtungen gespeichert sind. Die weiteren Stellen des als Schlüsselkennzeichen übertragenen Wortes bilden einen klar übertragenen, fallweise wechselnden Zusatzschlüssel.

Die in den Sende- und in den empfangsseitigen Schlüsselgenerator eingegebenen Schlüsselkennzeichen bewirken einheitlich eine Voreinstellung und eine Programmierung beider Schlüsselgeneratoren, die nun beide synchron und phasenstarr denselben vom Grundschlüssel und vom Zusatzschlüssel abhängigen 5u Schlüsseltext liefern.

Durch den nächsten Verfahrensschritt wird geprüft, ob die zwei Schlüsselgcneratoren synchron laufen. Hierzu gibt der Sender das zweite Kennwort KW2 verschlüsselt KW2 VS zum Empfänger, in dem es wieder entschlüsselt wird. Wird dabei und in einem durch eine Verzögerungsschaltung 7Ί festgelegten zeitlichen Abstand vom Auftreten des ersten Kennwortes KWi das ursprüngliche zweite Kennwort KW2 wieder gewonnen, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die mj zwei Schlüsselgeneratoren synchron laufen. Die Entscheidungsschaltung Ei, der die Ausgangssignale eines das zweite Kennwort KW2 feststellenden Korrelationsempfängers und der Verzögerungsschaltung Tl zugeführt werden, liefert dann über ihrem »Ja«-Aus- *>> gang ein Signal, das das Übertragen des dritten Kennwortes KWi vom Empfänger zurück zum Sender bewirkt. Wird dagegen nach dem Entschlüsseln des verschlüsselt übertragenen /weiten Kennwortes KW2 dieses Kennwort nicht festgestell t, so muß angenommen werden, daß noch kein Synchronismus zwischen dem sende- und empfangsseitigen Schlüsselgenerator besteht. Die Entscheidungsschaltung Ei liefert dann übet ihrem »Nein«-Ausgang ein Signal, das die empfangsseitige Schlüsseleinrichtung wieder in ihre Grundstellung zurücksetzt. Es wird dann kein drittes Kennwort zum Sender zurückgesandt.

Wird auf der Sendeseite der Empfang des dritten Kennwortes KW3 in einem durch die Verzögerungsschaltung Ύ2 festgelegten zeitlichen Abstand vom Aussenden des zweiten Kennwortes KW2 nicht festgestellt, so liefert die Entscheidungsschaltung E 2 über ihrem »Nein«-Ausgang ein Signal, das auch die sendeseitige Schlüsseleinrichtung wieder in ihre Grundstellung zurücksetzt.

Bei auf der Sendeseite richtig erkanntem dritten Kenntwort KW3 liefert die Entscheidungsschaltung E2 über ihrem »Ja«-Ausgang ein Signal, das die Übertragung eines vierten Kennwortes K W4 als Einleitung für das Übertragen der Nachricht JV in der verschlüsselten Form Nvs bewirkt, die dann im Empfänger richtig zur ursprünglichen Form N entschlüsselt werden kann. Auf der Empfangsseite ist der festgestellte Zeitpunkt des Auftretens des weiteren Kennwortes KWA mit einem Signal am »Ja«-Ausgang der Entscheidungsschaltung £3 das Zeichen für den Beginn der verschlüsselten Nachricht.

Wenn zwar der Empfänger das verschlüsselt übertragene zweite Kennwort KW2 richtig entschlüsselt und das dritte Kennwort KWi zum Sender zurück ausgesandt ist, so kann dieses dort verstümmelt und nicht mehr erkennbar eintreffen. Dann wird zunächst die sendeseitige Schlüsseleinrichtung in ihre Grundstellung zurückgesetzt, es entfällt aber auch die Übertragung des vierten Kennwortes KW 4 vom Sender zum Empfänger. Wird auf der Empfangsseite der Empfang des vierten Kennwortes KW 4 in einem durch die Verzögerungsschaltung Ti festgelegten zeitlichen Abstand vom Aussenden des dritten Kennwortes KWi nicht festgestellt, so Hefen die Entscheidungsschaltung £3 an ihrem »Nein«-Ausgang ein Signal, das nun auch die empfangsseitige Schlüsseleinrichtung in die Grundstellung zurücksetzt.

Wenn sowohl die sende- als auch die empfangsseitigen Schlüsseleinrichtungen wieder in ihre Grundstellung zurückgesetzt worden sind, werden die aufgeführten Schritte wiederholt.

Im Falle des ausführlich beschriebenen Beispieles können die vier Kennwörter KWi bis KW4 untereinander gleich sein. Ihre Bedeutung ergibt sich aus der Ordnungszahl ihrer Reihenfolge und dem richtigen Zeitpunkt ihres Auftretens, der festgelegt ist durch Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen 7*1 bis T3. Bei größeren Laufzeiten zwischen den Endstellen und/oder höheren Schrittgeschwindigkeiten können bei untereinander gleichen Kennwörtern die Zeitbedingungen das Synchronisieren erschweren. Zeitbedingungen und damit auch die Verzögerungsschaltungen können entfallen, wenn die einzelnen Kennwörter untereinander verschieden sind.

Verschiedene Kennwörter können in einfacher Weise dadurch gewonnen werden, daß jedes Kennwort aus mehreren untereinander verschiedenen Teilwörtern zusammengesetzt wird, wobei in den verschiedenen Kennwörtern die verschiedenen Teilwörter in ihrer Reihenfolge vertauscht sind.

Bei der notwendigerweise großen Länge der Kennwörter mit beispielsweise 50 bit ist die Wahrscheinlichkeit dafür, daß einzelne Zeichen darin bei der Übertragung verstümmelt werden, verhältnismäßig groß. Die Korrelationsempfänger zum Erkennen des Auftretens der Kennwörter können daher dafür eingerichtet sein, daß sie ein Kennwort als richtig empfangen und dann kennzeichnen, wenn tatsächlich nur ein vorgegebener Anteil von Zeichen richtig empfangen wurde. Hierzu werden die Kennwörter in Teilwörter unterteilt und die Anzahl der richtig empfangenen Teilwörter festgestellt. Diese Teilwörter können gleich den im vorhergehenden Abschnitt genannten Teilwörtern sein, können jedoch im Grenzfall jedes aus einem einzelnen Zeichen bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Synchronisieren von sende- und empfangsseitigen Schlüsseleinrichtungen für Datenübertragungsanlagen, in denen die sende- und die ^r> den empfangsseitigen Einrichtungen durch je einen Taktgeber gesteuert werden, wobei diese Taktgeber am Beginn jeder Übertragung synchronisiert werden, in denen der Schlüsseltext in den sende- und in den empfangsseitigen Einrichtungen durch je einen, ι ο untereinander gleichaufgebauten, programmierbaren Generator für zufallsähnliche Impulsfolgen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Kennwort die Übertragung von Kennzeichen für den verwendeten Schlüssel vom Sender zum Empfänger einleitet, daß der empfangsseitige Generator für zufallsähnliche Impulsfolgen entsprechend den empfangenen Schlüsselkennzeichen voreingestellt und/oder programmiert wird, daß ein zweites Kennwort verschlüsselt vom Sender zum Empfänger übertragen, in diesem entschlüsselt und bei richtig empfangenem zweiten Kennwort ein drittes Kennwort vom Empfänger zum Sender zurückübertragen wird, daß nach dem richtigen Empfang des dritten Kennwortes durch den Sender dieser die Übertragung der zu übermittelnden verschlüsselten Nachricht zum Empfänger durch ein viertes Kennwort einleitet, daß der Empfänger bei nicht richtig empfangenem oder nicht richtig entschlüsseltem zweiten Kennwort oder bei nicht jo empfangenem vierten Kennwort und der Sender bei nicht oder nicht richtig empfangenem dritten Kennwort in eine Grundstellung zurückschaltet und dann die aufgeführten Schritte wiederholt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- J5 zeichnet, daß die Kennwörter untereinander gleich sind und sich die ihnen zugeordnete Bedeutung allein aus der Ordnungszahl ihres Auftretens ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennwörter aus einer Reihe von -to zumindest zum Teil verschiedenen Teilwörtern zusammengesetzt sind und die Reihenfolge der Teilwörter innerhalb des Kennwortes die ihm zugeordnete Bedeutung bestimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Kennwort in mehrere Teilwörter unterteilt wird, die einzelnen Teilwörter auf ihre Richtigkeit geprüft werden und bei einem vorgegebenen Anteil richtig empfangener Teilwörter der Empfang eines ausreichend vollständigen Kennwortes angenommen wird.