DE3832946A1

DE3832946A1 - Method for encoding digital time-division multiplex signals

Info

Publication number: DE3832946A1
Application number: DE19883832946
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Strehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1990-04-05

Abstract

Digital time-division multiplex signals with a high data rate cannot be encoded with conventional coding devices. This is why only the alignment words are transmitted coded. At the receiving end, the alignment words SYV received are compared with alignment words which are also coded and are stored or generated at the receiving end. If they correspond, the demultiplexer is correspondingly synchronised and controlled. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschlüsselung digita ler Zeitmultiplexsignale mit hoher Bitrate.The invention relates to a method for digita encryption Time division multiplex signals with high bit rate.

Von herkömmlichen Verschlüsselungsgeräten können digitale Nach richten mit hoher Bitrate im Echtzeitbetrieb noch nicht verar beitet werden, weil die interne Verarbeitungsgeschwindigkeit in den Verschlüsselungsgeräten weit über der Bitrate des zu ver schlüsselnden Signals liegt. Für viele Anwendungszwecke ist je doch auch eine Verschlüsselung im herkömmlichen Sinne nicht er forderlich, wenn keine als geheim einzustufenden Informationen übertragen werden müssen, sondern nur ein unbefugter Empfang verhindert beziehungsweise erschwert werden soll. Aus der deut schen Offenlegungsschrift 36 38 554.9 ist ein Verfahren zur Ver schlüsselung von digitalen Videosignalen bekannt, beim dem le diglich die Synchronsignale verschlüsselt werden. Durch Ver schachteln von Abtastwerten wird hier ein Mitsehen nochmals er schwert.From conventional encryption devices, digital after are not yet processed with a high bit rate in real time be processed because the internal processing speed in the encryption devices far above the bit rate of the ver key signal. For many applications, is ever but also encryption in the traditional sense is not required if no information classified as secret must be transmitted, but only an unauthorized reception should be prevented or made more difficult. From the German The published patent application 36 38 554.9 is a process for ver encryption of digital video signals known, the le only the synchronization signals are encrypted. By ver nesting of samples is a look here again sword.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verschlüsselungsverfahren für digitale Zeitmultiplexsignale mit hohen Datenraten anzugeben.The object of the invention is an encryption method for specify digital time-division multiplex signals with high data rates.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteran sprüchen angegeben.This object is achieved by the specified in claim 1 Features solved. Advantageous training is in the Unteran sayings.

Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist es, daß nur ein Vergleich von verschlüsselten Synchronwörtern vorgenommen wird und die Da ten sofort weiterverarbeitet werden können. Bis zum Empfang des nächsten Synchronwortes wird das entsprechende Synchronwort emp fangsseitig einem Speicher entnommen oder in einem entsprechen den Generator erzeugt. The advantage of this method is that only one comparison is made of encrypted sync words and the Da can be processed immediately. Until receipt of the next synchronization word, the corresponding synchronization word emp taken on the catch side of a store or in one generated the generator.

Die Synchronwörter der verschiedenen Multiplexebenen, beispiels weise ein Rahmenkennungswort für den Überrahmen und weitere Syn chronwörter für Unterrahmen können nach unterschiedlichen Algo rithmen erzeugt werden. Auch eine bestimmte Anzahl von aufeinan derfolgenden Bits einer Pseudo-Randomfolge kann als Synchronwort verwendet werden.The synchronous words of the different multiplex levels, for example as a frame identifier for the superframe and other syn Chronological words for subframes can be used according to different algo rithms are generated. Also a certain number of each other the following bits of a pseudo-random sequence can be used as a synchronous word be used.

Nur bei Kenntnis der Synchronsignale kann das Zeitmultiplexsi gnal entsprechend seiner Zeitmultiplexstruktur wieder in einzel ne Signale aufgeteilt werden. Dies Verfahren benötigt nur einen geringen Aufwand, weil das Nutzsignal selbst unverschlüsselt bleiben kann.Time multiplexing can only take place if the synchronous signals are known gnal again according to its time division structure ne signals are divided. This procedure only requires one little effort because the useful signal itself is not encrypted can stay.

Es ist jedoch vorteilhaft, wenn auch die Multiplexstruktur vari iert wird. Hierzu können bestimmte Multiplexmode-Signale über tragen werden, deren Bedeutung wiederum der berechtigten Emp fangsstation bekannt ist. Durch diese Signale werden verschiede ne Arten der Verschachtelung von verschiedenen Signalen zugehö rigen Datenwörtern oder Datenblöcken oder auch nur einzelnen Bits festgelegt. Ein oder mehrere Multiplexmode-Signale können fest vereinbart sein, durch spezielle Schlüsselwörter bestimmt oder auch vor der Übertragung nach einem herkömmlichen Verfah ren verschlüsselt zur Empfangsstation übertragen werden.However, it is advantageous if the multiplex structure also varies is. Certain multiplex mode signals can be used for this purpose will bear, whose meaning in turn the justified emp fishing station is known. These signals are different ne types of interleaving of different signals few data words or data blocks or just individual ones Bits set. One or more multiplex mode signals can be firmly agreed, determined by special keywords or even before the transmission according to a conventional procedure transmitted to the receiving station in encrypted form.

Das Verfahren wird anhand von Figuren näher erläutert.The method is explained in more detail with reference to figures.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Zeitmultiplexsignal, Fig. 1 is a time division multiplex signal,

Fig. 2 ein in Blöcken strukturiertes Zeitmultiplexsignal, Fig. 2 is a structured in blocks time division multiplexed signal,

Fig. 3 eine Sendeeinrichtung und Fig. 3 shows a transmission device and

Fig. 4 eine Empfangseinrichtung. Fig. 4 is a receiving device.

In Fig. 1 ist ein einfach strukturiertes Zeitmultiplexsignal dargestellt. Es besteht aus einem Rahmensynchronwort RSY, dem Datenwörter DW 1 bis DW 4 von vier Digitalsignalen folgen. Auf Probleme der Geschwindigkeitsanpassung der Digitalsignale braucht hier nicht eingegangen zu werden, da dies die Erfindung nicht betrifft.In Fig. 1 a simply structured time division multiplexed signal is illustrated. It consists of a frame sync word RSY, followed by data words DW 1 to DW 4 of four digital signals. Problems of speed adaptation of the digital signals need not be dealt with here, since this does not affect the invention.

In Fig. 2 ist ein blockmäßig strukturiertes Zeitmultiplexsignal dargestellt. Der Rahmenanfang ist wieder durch ein Rahmensyn chronwort RSY gekennzeichnet. Diesem folgt ein erstes Blocksyn chronwort BSY 1, dem ein erster Informationsblock INB 1 folgt. Der Beginn des zweiten Informationsblockes INB 2 ist durch ein zwei tes Blocksynchronwort BSY 2 gekennzeichnet usw. Die Datenblöcke können hierbei unterschiedliche Länge aufweisen. Ebenso sind Pulsrahmen mit mehreren ineinander geschachtelten Unterrahmen bekannt, die jeweils durch eigene Synchronwörter gekennzeichnet sind. Zur Erläuterung des Verfahrens sind jedoch die dargestell ten einfachen Multiplexstrukturen ausreichend.In Fig. 2 is a block moderately structured time division multiplexed signal is illustrated. The beginning of the frame is again identified by a frame sync word RSY . This is followed by a first block sync word BSY 1 , which is followed by a first information block INB 1 . The beginning of the second information block INB 2 is identified by a second block synchronous word BSY 2 etc. The data blocks can have different lengths. Likewise, pulse frames with several nested subframes are known, each of which is identified by its own synchronous words. However, the simple multiplex structures shown are sufficient to explain the method.

In Fig. 3 ist eine sendeseitige Anordnung zur verschlüsselten Übertragung von Synchronwörtern dargestellt. Außer den üblichen hier nicht dargestellten Einrichtungen zur Taktversorgung und Taktanpassung besteht sie im wesentlichen aus einem Multiplexer MX, dessen Eingängen die Digitalsignale DS 1 bis DS 4 und ein Syn chronwort SY/SYV zugeführt werden, einem Umschalter S 1, einem Synchronwortgeber SYW und einem Synchronwortgenerator SYG, an dessen Stelle auch ein Synchronwortspeicher treten kann. FIG. 3 shows a transmission-side arrangement for the encrypted transmission of synchronous words. In addition to the usual devices for clock supply and clock adaptation not shown here, it essentially consists of a multiplexer MX, the inputs of which are supplied with the digital signals DS 1 to DS 4 and a syn chron word SY / SYV , a changeover switch S 1 , a synchronous word generator SYW and a synchronous word generator SYG, which can be replaced by a synchronous word memory .

Bei unverschlüsseltem Betrieb wird über dem Umschalter S 1 zu nächst das Synchronwort SY - dies kann beispielsweise das Rah mensynchronwort RSY entsprechend Fig. 1 sein - an den Ausgang AM des Multiplexers durchgeschaltet, dann folgt jeweils ein Daten wort DW 1 bis DW 4 der Digitalsignale DS 1 bis DS 4. Bei verschlüs seltem Betrieb werden die Synchronwörter SY durch verschlüsselte Synchronwörter SYV ersetzt, die ein Synchronwortgenerator SYG erzeugt. Dieser kann als Pseudo-Randomgenerator ausgeführt sein und eine Folge von speziellen Bitkombinationen erzeugen, die auch beispielsweise von einer Magnetkarte oder einem Schlüssel kennwort beeinflußt werden kann. Der Synchronwortgenerator kann auch als Speicher ausgebildet sein, der über eine spezielle Schlüsselkarte, Codewörter usw. geladen wird.In unencrypted operation, the synchronizer word SY - this can be, for example, the frame synchronous word RSY corresponding to FIG. 1 - is switched through to the output AM of the multiplexer via the changeover switch S 1 , followed by a data word DW 1 to DW 4 of the digital signals DS 1 to DS 4 . In encrypted operation, the synchronous words SY are replaced by encrypted synchronous words SYV , which are generated by a synchronous word generator SYG . This can be designed as a pseudo-random generator and generate a sequence of special bit combinations, which can also be influenced, for example, by a magnetic card or a key password. The synchronous word generator can also be designed as a memory which is loaded via a special key card, code words, etc.

In Fig. 4 ist eine Empfangsanordnung zum Demultiplexen darge stellt. Diese enthält neben den üblichen Einrichtungen zur Takt erzeugung und Taktanpassung im wesentlichen einen Demultiplexer DX, dessen Eingang EM das Multiplexsignal MS zugeführt wird und an dessen Ausgang die Digitalsignale DS 1 bis DS 4 abgegeben wer den. Außerdem ist eine Vergleichseinrichtung CO vorgesehen, der das Multiplexsignal MS und jeweils ein Synchronwort SY oder SYV zugeführt wird. Dieses kann von einem Synchronwortgeber SYW oder von einem Synchronwortgenerator SYG stammen, der dieselbe Folge von verschlüsselten Synchronwörtern SYV wie der sendeseitige Synchronwortgenerator liefert. Außerdem ist eine Steuerung vor gesehen, die von der Vergleichseinrichtung Synchronsignale SS erhält und den Demultiplexer DX und den Synchronwortgenerator SYG steuert.In Fig. 4 is a receiving arrangement for demultiplexing Darge provides. In addition to the usual facilities for clock generation and clock adjustment, this essentially contains a demultiplexer DX, whose input EM is supplied with the multiplex signal MS and at whose output the digital signals DS 1 to DS 4 are emitted. A comparison device CO is also provided, to which the multiplex signal MS and a synchronous word SY or SYV are supplied. This can come from a synchronous word generator SYW or from a synchronous word generator SYG , which delivers the same sequence of encrypted synchronous words SYV as the transmitting-side synchronous word generator. In addition, a controller is seen that receives synchronous signals SS from the comparison device and controls the demultiplexer DX and the synchronous word generator SYG .

Der Synchronwortgenerator kann natürlich ebenfalls als Speicher ausgebildet sein, der über die Schlüsselkarte geladen wird oder in den verschlüsselten Synchronwörtern nach einer zusätzlich mit einem üblichen Verschlüsselungsverfahren gesicherten Übertragung von der Sende- zur Empfangsanordnung eingeschrieben wird.The synchronous word generator can of course also be used as a memory be trained, which is loaded via the key card or in the encrypted sync words after an additional with a common encryption method secured transmission from the sending to the receiving arrangement is registered.

Am Eingang EM des Demultiplexers DX liegt das Multiplexsignal MS an. Dieses wird ständig in der Vergleichseinrichtung CO mit ei nem verschlüsselten Synchronwort SYV verglichen. Stimmt eine Bi närkombination des Multiplexsignals mit dem verschlüsselten Syn chronwort SYV überein, so wird ein Synchronsignal SS an die Steuerung ST abgegeben, die den Demultiplexer entsprechend steu ert und auch ein Signal an den Synchrongenerator SYG weitergibt, der das nächste folgende Synchronwort über den Umschalter S 2 an die Vergleichseinrichtung anlegt. Nach Empfang des nächsten ver schlüsselten Synchronwortes wiederholt sich der Vorgang. Die Steuerung beziehungsweise eine nichtdargestellte Synchronein richtung wird im allgemeinen Einrichtungen zum sicheren Fest stellen des einsynchronisierten Zustandes enthalten, die dafür sorgen, daß der Synchrongenerator auch bei einem fehlerhaften Empfang korrekt weiterarbeitet und kein Synchronisierverlust auftritt.The multiplex signal MS is present at the input EM of the demultiplexer DX . This is constantly compared in the comparison device CO with an encrypted sync word SYV . If a binary combination of the multiplex signal matches the encrypted sync word SYV , a sync signal SS is emitted to the controller ST , which controls the demultiplexer accordingly and also passes a signal to the sync generator SYG , which transmits the next sync word via the changeover switch S 2 applied to the comparison device. After receiving the next encrypted synchronized word, the process is repeated. The controller or a non-illustrated Synchronein device will generally contain facilities for secure detection of the synchronized state, which ensure that the synchronous generator continues to work correctly even when the reception is faulty and no loss of synchronization occurs.

In derselben Weise wie bei einem Rahmensynchronisierwort erfolgt auch der Vergleich mit einem Blocksynchronisierwort BSY, wobei dann der entsprechende folgende Informationsblock durch entspre chende Steuerung des Demultiplexers einem Teilnehmer richtig zu geordnet wird.In the same way as with a frame synchronization word , the comparison with a block synchronization word BSY also takes place , the corresponding following information block then being correctly assigned to a subscriber by corresponding control of the demultiplexer.

Ein Multiplexmode-Signal bewirkt eine spezielle Steuerung des Demultiplexers. Auch dieses Signal kann verschlüsselt beispiels weise nach jedem Rahmensynchronwort übertragen werden. Die Ver gleichseinrichtung CO kann dann für mehrere unterschiedliche Multiplexmode-Signale ausgelegt werden.A multiplex mode signal effects special control of the demultiplexer. This signal can also be encrypted, for example, after each frame sync word. The comparison device CO can then be designed for several different multiplex mode signals.

Bei unverschlüsseltem Betrieb werden dagegen stets dieselben Synchronwörter SY verwendet, die einem Synchronwortgeber SYW entnommen werden.In the case of unencrypted operation, however, the same synchronous words SY that are taken from a synchronous word generator SYW are always used.

Claims

1. A method for encrypting digital time-division multiplex signals (MS) with a high data rate, characterized in that
that synchronous words (SYV) contained in the time-division multiplex signal (MS) are transmitted in encrypted form,
that encrypted synchronous words (SYV) are stored or generated at the receiving end,
that these encrypted synchronous words (SYV) are compared with the synchronous words contained in the received multiplex signal (MS) and
that if there is a match, the demultiplexer (DX) is controlled and / or the unencrypted multiplex signal (MS) is produced again.

2. The method according to claim 1, characterized in that different synchronization signals (RSY, BSY) are encrypted according to different algorithms.

3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that an additional multiplexing mode signal is transmitted that indicates the order in the interleaving of data words (DW 1 , DW 2 , DW 3 ... ) of the multiplex signal (MS) .

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that different encryption algorithms in both over directions are provided.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a key identifier is transmitted before the transmission of information or the encrypted synchronous words (SYV) are additionally transmitted in encrypted form and stored on the receiving side.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the key algorithm in whole or in part by a manu ell or key that can be entered via a chip or magnetic card identifier can be determined.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a pseudo-random sequence is used as the encrypted synchronous words (SYV) .