DE2652607A1 - Verfahren zum verschleierten uebertragen von nachrichtensignalen - Google Patents

Description

• Verfahren zum verschleierten Übertragen von Nachrichten-
• signalen Für die Verschleierung von Nachrichtensignalen sind die Verfahren der Zeitverwürfelung und der Frequenzbandvertauschung bekannt.
• Bei der Frequenzbandvertauschung ist z.B. die Übertragungsbandbreite der Signale in eine Anzahl gleich breiter Teilkanäle unterteilt. Durch eine quasistatistische 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 aer Teilkanäle in ihre natürliche Lage erfolgt durch die umgekehrte Anwendung einer der sendeseitigen Zeichenfolge identischen Quasizufallsfolge.
• Bei Zeitverwürfelungsverfahren werden innerhalb eines periodischen Zeitabschnitts einzelne Zeitelemente entsprechend den Anweisungen eines Quasizufallsgenerators vertauscht und empfangsseitig urückvertauscht.
• Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Verschleierungsverfahren besteht in der verhältnismäßig leichten Erkennbarkeit des Klartextes aus dem verschleierten Signal.
• Dies gilt insbesoridere dann, wenn in einem schmalbandigen Übertragungskanal übertragen werden muß, weil hier die Anzahl der Teilkanäle nicht ausreichend groß gewählt werden kann.Bei der Zeitverwürfelung setzt die noch zumutbare Zwischenspeicherzeit der Anzahl der Zeitelemente eine klare Grenze.
• Die zu der Erfindung führende Aufgabe war es, ein Verfahren zur Nachrichtenverschleierung anzugeben, das die beiden bisher bekannten Verfahren, Zeitverwürfelung und Frequenzband vertauschung derart miteinander kombiniert, daß ein Vielfaches an Sicherheit gegen unbefugtes Entschleiern erreicht wird.
• Die L(isung der Aufgabe erfolgt, wie im Anspruch 1 beschrieben. Zweckmäßige Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Fig. Ia zeigt die mögliche Einteilung der zu übertragenden Nachricht in n Zeitelemente der Dauer T und m gleiche Tel frequenzbänder der Bandbreite B in der Frequenz-Zeit-Ebene.
• Fig. 1b zeigt die mögliche Verwürfelung der (n m) Teilfrequenzband-Zeit-Elemente bei nacheinander angewendet Zeitverwürfelung und Frequenzbandvertauschung.
• Fig. lc zeigt die mögliche Verwürfelung der (n m) Teilfrequenzband-Zeit-Elemente nach dem erfindungsgemäJ3en Verschleierungsverfahren.
• Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verschleirungsgerätes nach dem erfindungsgemäßen Mischverfahren, das zum Senden und Empfangen benutzt werden kann.
• Fig. 3 zeigt schematisch ein voll digital arbeitendes Ausführungsbeispiel eines Verschleierungsgerätes nach dem erfindungsgemäßen Mischvcrfahrcn das zum Seiiden und Empfangen benutzt werden kann.
• Wird nun auf einen Nachrichtenblock nach Fig. la sowohl das Zeitverwürfelungsverfahren und anschließend die Frequenzbandvertauschung oder umgekehrt angewendet, so entspricht der zur Übertragung gelangende transformierte Nachrichtenblock der Darstellung in Fig. 1b Alle Bandelemente (m) innerhalb eines Zeitelementes der Dauer T sind nach der Verwiirfelullg wieder Bandelemente eben dieses, wenngleich zeitverwürfelten Zeitelementes. Ein Austausch der Bandelemente mit solchen anderer Zeitelemente findet nicht statt, bedingt durch die additive Überlagerung beider Verfahren.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine vollständige Verwiirfelung der Teilfrequenzband-Zeit-Elemente innerhalb des Nachrichtenblocks erreicht Der Nachteil der additiven Uberlagerung (Fig. 1b) wird durch die vorteilhafte vollständige Mischung ersetzt, wie in Fig. le dargestellt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 näher erläutert.
• Das zu übertragende Nachrichtensignal wird dem in Fig. 2 dargestellten Gerät bei E dem Eingangstiefpaß ETP zugeführt und ausgangsseitig an die Einginge der zur Bildung der m Teilfrequenzbänder erforderlichen Ringmodulatoren ME1 bis MEm weitergeleitet. Jedem der Ringmodulatoren ist ein Handfilter HFE nachgeschaltet, wodurch die m Teilfrequenzbänder i identischer Frequenzlage an m Eingangsleitungen eine Analogmultiplexers AMX anliegen. Am Ausgang des donl Arlalogmultiplexer nachgeschalteten Analog-Digitalwandlers A/D erscheint somit das mit der Abtastfrequenz multiplizierte Zeitmultiplexsignal der Teilfrequenzbänder in digitalisiertcr Form. In einem ersten Zwischenspeicherschritt wird die Nachrichtenspeidiermatrix gemäß Fig. la gefüllt. In einem zweiten Zwischenspeicherschritt für den nun folgenden Nachrichtenblock erfolgt das Zwischenspeichern gemäß Fig. Ic, wobei vor dem Einschreiben in die Speicherzellen deren Lnhalt abgefragt und an den Digitalanalogwandler D/A weitergeleitet wird. In dem nun folgenden Zwischenspeicherschritt erfolgt die Eingabe wieder gemäß Fig. 1a, dann wieder gemäß Fig. lc usw.
• Das Einlese-Ausleseschema gemäß Fig. ic wird von einem Quasizufalisgenerator gesteuert, welcher für eine quasizufil-Liege Verteilung der Teilfrequenzbandelemente innerhalb der Matrix sorgt, was bezogen auf die Signalausgabe zu einer vollständigen Mischung der Verfahren Frequenzbandvertauschung und Zeitverwürfelung führt.
• Der dem Digitalanalogwandler D/A nachgeschaltete Analogdemultiplexer ADMX läuft synchron mit dem Analogmultiplexer und führt die Abtastwerte den den Teilfrequenzbändern zugcordneten Bandpässen BFA zu, ihnen nachgeschaltet sind die Ringmodulatoren MA1 bis MAm, deren ausgangsseitige Zusammenfassung huber den Ausgangstiefpaß im Sendeteil das Sendesignal erzeugt.
• Im Empfangsbetrieb wird nun ein so erzeugtes Sendesignal einem anderen Gerät in Punkt E eingespeist, wobei die Signalverarbeitung wie im Sendebetrieb verlauft, nur daß der Quasizufallsgenerator des Empfängers anstatt der Vertauschungsmatrix gemäß Fig. ic die hierzu Inverse anliefert, welche zusätzlich um einen Zwischenspeicherschritt verzögert (bezogen auf Sendebetrieb) die Adressierung des Nachrichtenzwischenspeichers steuert. Beim Empfangsbetrieb sind die beiden Schaiter auf Fig. 2 umzuschalten, ferner muß davon ausgegangen werden, daß die Quasizufallsgeneratoren synchron laufen.
• Durch entsprechende Adreßinvertierung am Nachrichtenzwischenspeicher und durch Umschaltung der Träger an den Ringmodulatoren ist auch die Aussendung von bandinvertierten und zeitinvertierten Nachrichtenelementen möglich.
• Das in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines Verschlüsselungsgerätes nach dem Mischverfahren unterscheidet sich im Prinzip nicht von dem in Fig. 2 dargestellten Gerät. Die Realisierung bedient sich hier statt einzelner Ringmodulatoren und Bandpässe eines Multiplizierers und eines Tiefpasses in digitaler Ausführung, weshalb der Analogdigitalwandler A/D sofort im Anschluß an den Eingangstiefpaß TPE angeschlossen ißt. Als Modulator dient ein klultiplizierer ME, an welchen ein digitaler Tiefpaß angeschlossen ist.
• Die digitale Realisierung hat den Vorteil, daß Mischer und digitaler Tiefpaß mehrfach genutzt werden können, weshalb am Ausgang des digitalen Tiefpasses die Teilfrequenzbänder im Zeitmultiplex in gleicher Frequenzlage vorliegen. Die einelnen Träger für den Multiplizierer ME sind in der sin/cos-Tafel SCT abgespeichert.
• Die cos-Tafel ist erforderlich, da bei dieser Realisierung die Einseitenteilbandgewinnung nach der Phasenmethode (Weaver) (D.K. Weaver jr.: IA third method of generation and detection of single sideband signals", Prooeedings of IRE Dez. 1956, Seiten 1703 bis 1705) erfolgt. Hierbei wird das umzusetzende Signal in zwei Kanälen mit Je einer cos- bzw. sin-Schwingung derselben Frequenz, die in der Bandmitte liegt, moduliert.
• Aus dem entstandenen Modulationsprodukt werden anschließend mittels Tiefpaßfilter die Summenfrequenzen entfernt. Die Ausgangssignale dieser Filter werden anschließend mit Je einer sin- bzw. cos-Schwitagung derselben Frequenz, die jetzt aber in der Mitte des Bandes liegt, in die das Signal umgesetzt werden soll, moduliert. Die Summe der so entstandenen Modulationsprodukte stellt schließlich das neue Frequenzband dar, in die das ursprüngliche Signal umgesetzt wurde.
• Die Anpassung der Bitrate an den Nachrichtenfluß geschieht hier durch Abspeicherung minimal Jedes 1/2 m-ten Abtastwertes in die Nachrichtenspeichermatrix. Da diese Verminderung der Abtastfrer quenz einer neuerlichen Mischung des Signales gleichkommt, muß dies durch Wiederherstellung der Bitrate am digitalen Tiefpaß DTP2 rückgängig gemacht werden. An den Tiefpaß DTP2 schließt sich der Ausgangsmultiplizierer MA an, er multipliziert die Zahlenwerte des Tiefpasses DTP2 mit denselben Zahlenwerten wie der Eingangsmultiplizierer. Der dem Ausgangsmultiplizierer MA folgende Akkumulator vereinigt die Teilbänder wieder zum "verwürfelten" oder 'entwürfelten" Nachrichtenkanal, welcher durch den Digitalanalogwandler D/A und anschließenden Ausgangstiefpaß TPA wieder als Analogsignal im Punkte A der Schaltung ansteht. Die Teilfrequenzbandinversion geschieht hier im Gegensatz zum Schaltungsbeispiel in Fig. 2 durch Rückmischung der durch Multiplikation mit sin-Trägern gewonnenen Teilfrequenzbänder im Multiplizierer ME vermittels cos-Träger und umgekehrt im Multiplizierer NA, was über die Ausgabe steuerung der Nachrichtenspeichermatrix einfach realisierbar ist. Alle weiteren Betrachtungen sind analog der Beschreibung zur Realisierung gemäß Fig. 2.

Claims (12)

1. P a t e n t a n ç p r ü c h e Verfahren zur Verschleierung von Nachrichtensignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannten Verfahren der Zeitverwürfelung und Frequenzbandvertauschung zu einem Verfahren integriert werden, daß hierzu die Nachrichtensignale sendeseitig innerhalb eines sich wiederholenden Zeitabschnittes in eine Anzahl (n) Zeitelemente und innerhalb eines Frequenzbandausschnittes in eine Anzahl (m) Teilfrequenzbänder unterteilt werden, daß der durch den sich wiederholenden Zeitabschnitt charakterisierte Nachrichtenblock eine (n . m) Matrix und eine Anzahl von (n m) Teilfrequenzband-Zeit-Elementen bildet, daß mit Hilfe eines Quasizufallsgenerators die einzelnen Teilfrequenzband-Zeit-Elemente innerhalb der (n . m) Matrix quasizufällig ihren Platz wechseln, wobei jeder der (n . m) Plätze nur von einem der Teilfrequenzband-Zeit-Elementen eingenommen werden kann, daß auf der Empfangsseite mit Hilfe des gleichen Quasizufallsgenerators die Platzvertauschung innerhalb der (n . m) Matrix wieder rückgängig gemacht wird und der natürliche Nachrichtenfluß hergestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichtensignale in Zeitelemente gleicher Dauer (T) unterteilt werden, daß die Zeitelemente in Teilfrequenz bänder gleicher Bandbreite (B) unterteilt werden und dall Teilfrequenzbänder mehrerer Zeitelemente gleichzeitig zur Empfangsseite übertragen werden können.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dals die Anzahl (m) der Teilfrequenzbänder gleich 5 ist.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekerInzeichnet, daß die Anzahl (n) der Zeitelemente gleich 8 ist.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtensignal zur Zerlegung in die Teilfrequenzbänder mit Hilfe mehrerer Trägerfrequenzen so umgesetzt wird, daß das jeweilige Teilfrequenzband durch jeweils gleiche Filter in der jeweils gleichen Frequenzlage gewonnen wird, dall das Teilfrequenzband zwischengespeichert wird und nach dem Auslesen aus dem Speicher durch erneute Frequenzumsetzung mit Hilfe mehrerer Trägerfrequenzen in eine neue Frequenzlage gebracht wird.
6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsinhalt der Teilbänder zur Speicherung digitalisiert und nach dem Auslesen aus dem Speicher in ein Analogsignal zurückverwandelt wird.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtensignal. mit l fe eines Analog/Digitalwandlers in durch Dualzahlen dargestellte Abtastwerte digitalisiert wird, daß die Frequenzumsetzungen durch Multiplikationen dieser Zahlenfolgen mit Abtastwerten der entsprechenden Tragerschwingungen darstcllenden Zahlenfolgen durchgeführt werden, daß zur Gewinnung der Teilfrequenzbänder digitale Filter eingesetzt werden, wobei diese Teilfrequenzbänder als Folge von Abtastwerten in Form von Dualzahlen entstehen, daß die Teilfrequenzbänder zur Vertauschung gespeichert werden, daß die Teilfrequenzbänder nach dem Auslesen aus dem Speicher durch Multiplikation mit Trägerschwingungen darstellenden Binärzahlenfolgeh umgesetzt werden1 daß die als Binärzahlenfolgen vorliegenden Teilfrequenzbänder nun addiert w den und deren Summe in einem Digital/Analogwandler wieder in ein Analogsignal zurückverwandelt wird, das zum Empfänger übertragen wird.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Frequenzumsetzung des Teilfrequenzband-Zeit-Elementes zum Modulieren die Trägerfolge sin und dann cos, zum Demodulieren sin und dann cos angewendet wird, so daß das Teilfrequenzband-Zeit-Element in Frequenz-Normallage ausgesendet wird
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Frequenzumsetzung des Teilfrequenzband-ZeitElements zum Modulieren die Trägerfolge sin und dann cos, zum Semodulieren cos und dann sin angewendet wird, so daß das Teilfrequenzband-Zeit-Element in Frequenz-Kehrlage ausgesendet wird.
10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Speicherung der Teilfrequenzband-Zeit-Elemente die Speicheradreßansteuerung einer stetig steigenden natürlichen Zahlenfolge entspricht, so daß die Teilfrequenzband-Zeit-Blemente in einer normalen zeitlichen Folge am Signalausgang erscheinen.
11. II. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Speicherung der Teilfrequenzband-Zeit-Elemente die Speicheradreßansteuerung einer stetig fallenden natürlichen Zahlenfolge entspricht, so daß die Teilfrequenzband-Zeit-Elemente zeitinvertiert am Signalausgang erscheinen.
12. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung der Teilfrequenzband-Zeit-Elemente im Wechsel einmal in ihrer natürlichen zeitlichen Folge und dann wieder verwürfelt erfolgt.