DE3418571C2 - Verfahren und Vorrichtung zur chiffrierten Datenübermittlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chiffrierten Datenübermittlung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1, bzw. des Patentanspruchs 7.

Chiffrier/Dechiffriersysteme dieser Art sind heute allgemein bekannt und verbreitet. Einige typische Vertreter sind zum Beispiel in der US-PS 4 369 434 erwähnt und beschrieben.

Die Neuinitialisierung der Chiffriergeneratoren erfolgt bei diesen bekannten Systemen derart, daß entweder der neu zu ladende Chiffrier­ schlüssel selber (zufallsmäßig erzeugter Zusatz- oder Modifizier­ schlüssel) und/oder - bei Systemen mit gespeichertem Schlüsselvorrat - eine Auswahladresse für den neu zu ladenden Schlüssel von der die Neuinitialisierung verlangenden Station zur Partnerstation über­ tragen wird. Durch diese Übertragung von zusätzlicher Information wird der (Nutz)- Datendurchsatz herabgesetzt, was insbesondere dann ins Gewicht fällt, wenn häufigere Nachsynchronisierungen (z. B. für Späteintritt oder nach Fehlern, häufiger Schlüsselwechsel) nötig oder erwünscht sind.

Ein anderes System ist in der DE-AS 10 76 733 beschrieben. Bei diesem bekannten System wird aber beim Auftreten einer bestimmten Datensequenz keine komplette Neuinitialisierung inklusive Schlüsselwechsel vorgenom­ men, sondern es werden lediglich die Chiffriergeneratoren auf eine de­ finierte, jedesmal gleiche Anfangsstellung rückgesetzt.

Weitere Literaturstellen zum technologischen Hintergrund sind EP-A 00 27 423 und EP 00 63 352 A1.

Aus der DE 29 43 721 A1 ist ein Verfahren bekannt, das die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritte aufweist. Bei dem bekannten Verfahren wird bei einer verschlüsselten Übertragung zur Erzeugung der Schlüssel­ texte ein modifizierter Schlüssel verwendet und als neuer Schlüssel für eine nachfolgende verschlüsselte Übertragung verwendet. Damit werden die Chiffrier­ schlüssel im Prinzip gewechselt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Datendurchsatz zu verbessern und insbesondere das Verfahren bzw. die Vorrichtung der zu Rede stehenden Art dahingehend zu verbessern, daß zur Neuinitialisierung der Chiffriergeneratoren keine Übertragung von zusätzlicher Information notwendig ist und damit der Nutzdaten­ durchsatz nicht reduziert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren bzw. eine Vorrich­ tung mit den im Patentanspruch 1 bzw. 7 aufgelisteten Schritten bzw. Merkmalen gelöst. Bevorzugte Verfahrensvarianten bzw. Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mindestens einer be­ vorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt ein auf das Wesentlichste redu­ ziertes Blockschema eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Chiffrier/Dechiffriervorrichtung.

Die dargestellte Chiffrier/Dechiffriervorrichtung entspricht im wesentlichen den in der schon genannten US-PS 4 369 434 angeführ­ ten Vorrichtungen. In der Zeichnung sind daher nur die für das Ver­ ständnis der Erfindung unmittelbar notwendigen Funktionsblöcke ge­ zeigt. Es sind dies auf Sende- und Empfangsseite je ein Chiffrier­ generator 1 bzw. 51, ein Modulo-2-Mischer 2 bzw. 52, ein Schlüssel­ speicher 3 bzw. 53, ein Chiffratspeicher 4 bzw. 54, eine Erkennungs­ einrichtung 5 bzw. 55 und eine Synchronisiereinrichtung 6 bzw. 56.

Mit Ausnahme des Chiffratspeichers 4 bzw. 54 und der Erkennungsein­ richtung 5 bzw. 55 stimmt die gesamte Vorrichtung in Aufbau und Funktionsweise mit dem Stand der Technik, wie er z. B. durch die US- PS 4 369 434 repräsentiert ist, überein: Der Chiffriergenerator 1 bzw. 51, der bei jeder Neuinitialisierung via Synchronisierein­ richtung 6 bzw. 56 mit einem neuen Chiffrierschlüssel geladen wird, erzeugt eine Schlüsselimpulsfolge, die im Mischer 2 bzw. 52 zum Klartext bzw. Chiffrat hinzugemischt wird, um das Chiffrat bzw. wieder den ursprünglichen Klartext zu ergeben.

Der Chiffrierschlüssel besteht in der Regel aus mehreren Teil- Schlüsseln, von denen einer ein sogenannter Grund- oder Geheim­ schlüssel und ein anderer ein sogenannter Zusatz- oder Modifi­ zierschlüssel ist. Letzterer wird üblicherweise bei jeder Neuini­ tialisierung neu zufallsmäßig erzeugt. Der Grund- oder Geheimschlüs­ sel wird im Unterschied dazu nicht jedesmal neu erzeugt, sondern es ist im Schlüsselspeicher 3 bzw. 53 ein größerer Vorrat an Geheim­ schlüsseln gespeichert vorhanden, aus denen beim Schlüsselwechsel mittels einer meist zufälligen Auswahladresse jeweils einer ausge­ wählt und in den Chiffriergenerator geladen wird.

Bei den in der US-PS 4 369 434 detaillierter erläuterten Chiffrier/ Dechiffriersystemen werden der zufallsmäßige Modifizierschlüssel und die ebenfalls zufällige Auswahladresse für den Geheimschlüssel bei jeder Neuinitialisierung zur Partnerstation übertragen, was zu der schon eingangs erwähnten Datendurchsatzreduktion führt. Beim System gemäß der Erfindung wird anders vorgegangen: Hier wird das Chiffrat sende- und empfangsseitig laufend über eine gewisse Anzahl von Bits auf das Auftreten eines vorgegebenen Bitmusters - des soge­ nannten Synchronisationsbitmusters - überwacht. Wenn dieses Bitmu­ ster auftritt, wird eine Neuinitialisierung des Chiffriergenerators veranlaßt, wobei eine bestimmte Anzahl von auf das Synchroni­ sationsbitmuster folgenden Bits des Chiffrats entweder als neuer Modifizierungsschlüssel oder als Auswahladresse für den neu zu ladenden Geheimschlüssel verwendet werden. Gewünschtenfalls können beide Möglichkeiten auch kombiniert werden, wobei dann z. B. ein Teil dieser nachfolgenden Chiffratbits den neuen Modifizierschlüssel und ein anderer Teil die Auswahladresse für den neuen Geheimschlüssel bilden. Selbstverständlich können auch dem Synchronisationsbitmuster vorausgegangene Chiffratbits als Schlüssel bzw. Auswahladressen be­ nutzt werden.

Zur Realisierung dieser erfindungsgemäßen Verfahrensprinzips sind nur wenige zusätzliche Funktionsstufen notwendig, und zwar der Chiffratspeicher 4 bzw. 54 und die Erkennungseinrichtung 5 bzw. 55. Der Chiffratspeicher kann z. B. ein Schieberegister sein, durch welches die Chiffratbits im Takte der Übertragungsgeschwindigkeit durchgeschoben werden. Die Erkennungseinrichtung vergleicht die Inhalte einer gegebenen Anzahl von Speicherzellen des Chiffrat­ speichers mit einem vorprogrammierten Synchronisierbitmuster und löst bei Übereinstimmung die Neuinitiierung via Synchronisierein­ richtung aus.

Das Synchronisierbitmuster ist vorzugsweise analog wie die Geheim­ schlüssel geheim, d. h. in nicht zugänglicher Form gespeichert. Es kann dadurch weniger leicht erkannt und gezielt gestört werden.

Bei den heutigen modernen Chiffrier/Dechiffriergeräten sind die meisten Funktionen mittels eines Micro- oder Minicomputers und entsprechender Software implementiert. Dasselbe kann natürlich auch für die einzelnen Funktionsstufen der Vorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erindung gelten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip wird also eine Über­ tragung von Chiffrierschlüsseln bzw. ihrer Auswahladressen über­ flüssig. Auf diese Weise kann - im Interesse der kryptologischen Sicherheit - ein sehr häufiger Schlüsselwechsel durchgeführt werden, ohne daß dadurch der Datendurchsatz beeinträchtigt würde. Dasselbe gilt für Nachsynchronisation zum Zweck des Späteintritts oder Synchronisation nach Fehlern etc.

Die Länge des Synchronisierbitmusters ist an sich beliebig. Sie wird mit Vorzug so gewählt, daß bei gegebener Übertragungsrate im statistischen Mittel eine gewünschte Anzahl - beispielsweise etwa 0,2 bis 2, vorzugsweise rund 1, von Schlüsselwechseln pro Sekunde stattfindet. Bei einer Übertragungsrate von 19,2 KB/S findet z. B. bei einer Synchronisierbitmusterlänge von 14 Bit etwa alle Sekun­ den und bei einer Länge von 16 Bit etwa alle 3 Sekunden eine Neu­ synchronisierung statt.

Die Anzahl der als Chiffrierschlüssel bzw. Auswahladresse benutzten auf das Synchronisierbitmuster folgenden Chiffratbits hängt von den verwendeten Chiffrierschlüsseln selbst bzw. der Anzahl der ge­ speicherten Schlüssel ab.

Zur Beschleunigung des Verbindungsaufbaus zwischen den Partner­ stationen kann für die erste Synchronisation das Synchronisierbit­ muster auch aktiv übertragen werden, anstatt zu warten, bis es zu­ fällig erzeugt wird. In der Zeichnung ist dies durch die zwei dargestellten Funktionsblöcke 7 und 8 in der Sendestation ange­ deutet. Block 7 legt bei der Verbindungsaufnahme das Synchronisierbit­ muster auf die Chiffratleitung, Block 8 läßt darauf eine als Modifizierungsschlüssel bestimmte Zufallsbitsequenz folgen. Chiffratspeicher und Erkennungseinrichtung funktionieren in gleicher Weise wie bisher beschrieben.

Claims (10)

1. Verfahren zur Übermittlung von Daten in chiffrierter Form durch sende- und empfangsseitiges Mischen des Nachrichtenklartextes/Chiffrats mit einer identischen Schlüsselimpulsfolge, die sende- und empfangs­ seitig in gleichen, durch wenigstens einen Chiffrierschlüssel determi­ nierten Chiffriergeneratoren erzeugt wird, wobei die Chiffriergenera­ toren von Zeit zu Zeit unter Wechsel des wenigstens einem Chiffrier­ schlüssels neu initiiert werden, wobei die Zeitpunkte der Neuinitiali­ sierung durch das Auftreten eines vorgegebenen Synchronisationsbitmus­ ters im Nachrichtenklartext bestimmt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine bei den Neuinitialisierungen neu zu ladende Chiffrierschlüssel aus einer vorgegebenen Anzahl von, vorzugsweise auf das Synchronisationsbitmuster folgenden, Chiffratbits bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Anzahl von Chiffratbits direkt als Chiffrierschlüssel verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Anzahl von Chiffratbits als Auswahladresse für einen Vorrat von sende- und empfangsseitig in gespeicherter Form vor­ liegenden Chiffrierschlüsseln verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Übertragungsrate das Synchronisationsbitmuster so gewählt wird, daß eine Neuinitialisierung im Mittel alle 0,5 bis 5 sek., vorzugsweise etwa alle Sekunden erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisationsbitmuster in geheimer, nicht zugänglicher Form gespeichert wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisationsbitmuster beim Verbindungs­ aufbau aktiv übertragen wird.

7. Vorrichtung zur chiffrierten Datenübermittlung mit einer sendesei­ tigen Chiffrierstation und einer empfangsseitigen Dechiffrierstation, wobei beide Stationen mit einem autonomen Chiffriergenerator und einem Mischer zum Mischen von Nachrichtenklartext/Chiffrat mit einer vom jeweiligen Chiffriergenerator erzeugten Schlüsselimpulsfolge ausgestat­ tet sind, beide Stationen ferner eine Synchronisationseinrichtung, mit der wenigstens ein Chiffrierschlüssel in den Chiffriergenerator geladen und dieser dadurch initialisiert werden kann und eine Erkennungsein­ richtung aufweisen, die beim Auftreten eines vorgegebenen Synchronisa­ tionbitmusters im Chiffrat die Synchronisationseinrichtung zu einer Neuinitialisierung veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in Chiffrier- und Dechiffrierstation ein Chiffratspeicher vorgesehen ist und daß die Synchronisationseinrichtung den neu zu ladenden Chiffrier­ schlüssel aus einer vorgegebenen Anzahl von, vorzugsweise auf das Synchronisationsbitmuster folgenden, Chiffratbits bestimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationseinrichtung die vorgegebene Anzahl von Chiffratbits direkt als Chiffrierschlüssel in den jeweiligen Chiffriergenerator lädt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Chiffrier- und Dechiffrierstation ein Vorrat von Chiffrierschlüsseln gespeichert ist, und daß die Synchronisationseinrichtung den in den Chiffriergenerator neu zu ladenden Chiffrierschlüssel anhand der vorgegebenen Anzahl von Chiffratbits auswählt und lädt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, welche das Synchronisationsbit­ muster beim Verbindungsaufbau aktiv übertragen.