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Die
Erfindung betrifft ein Funktelefon und insbesondere ein Sicherheitsmodul,
das einen Schlüssel-
bzw. KEY-Code, der einem bestimmten Funktelefon eigen ist, vor unbefugter
Verwendung schützt.
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Im
allgemeinen hat ein drahtgebundenes Telefon einen durch eine Leitung
festgelegten Kanal und wird daher an einem bestimmten Ort von einer oder
mehreren bestimmten Personen verwendet. Dagegen ist ein drahtloses
oder Funktelefon zusammen mit anderen zahlreichen Funktelefonen
mit einer Basisstation durch gemeinsame Funkkommunikationsmedien
verbunden. Daher besteht die Möglichkeit,
daß ein
Unbefugter das Funktelefon an einem nicht vorhergesehenen Ort verwendet.
Um eine solche unbefugte Benutzung auszuschließen, wird jedem Funktelefon
gewöhnlich
ein spezieller Kenncode (ID-Code) zugewiesen, um zu bestimmen, ob es
sich bei einem jeweiligen Funktelefon um ein berechtigtes handelt.
Insbesondere ist ein PROM zum Speichern eines speziellen ID-Codes
in jedem Funktelefon eingebaut, so daß der ID-Code ausgelesen werden
kann, um festzustellen, ob das jeweilige Telefon zulässig ist.
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Ein
modernes Funktelefon, insbesondere ein tragbares Funktelefon, ist
miniaturisiert und läßt sich nicht
leicht so gestalten, daß sein
Gehäuse
geöffnet werden
kann, um einen PROM zu laden. Angesichts dessen zielen heutige Trends
auf die Verwendung eines E2PROM (elektrisch
wiederbeschreibbarer nichtflüchtiger
ROM) anstelle eines PROM ab. Insbesondere wird nach Einbau eines
E2PROM in ein Funktelefon während des
Herstellungsverfahrens beim Hersteller ein ID-Code oder eine ähnliche
Information in den E2PROM von außen eingeschrieben.
Gewöhnlich
wird der ID-Code in den E2PROM über eine
Tastatur am Handapparat des Telefons eingeschrieben. Anders ausgedrückt kann
der im E2PROM gespeicherte ID-Code auf der
Tasta tur des Handapparats bei Bedarf geändert werden. Daher besteht
die Möglichkeit,
daß nach
Enthüllung
des einem bestimmten Funktelefon eigenen ID-Codes ein Unberechtigter diesen
in ein anderes Funktelefon einschreibt und dieses Telefon unbefugt
benutzt. Ein weiterer herkömmlicher
Authentifikationsansatz besteht darin, ein Paßwort vor dem Einschreiben
eines ID-Codes zuzufügen
oder das Einschreiben eines ID-Codes nur zuzulassen, wenn ein bestimmtes
Endgerät durch
eine Prüfverbindung
auf Massepegel abgesenkt wurde. Allerdings können auch das Paßwort oder
der Prüfverbindungspegel
ein Funktelefon nicht vollständig
vor unbefugter Verwendung schützen,
da das Löschen
einfach ist.
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In
letzter Zeit gab es Versuche, zusätzlich zu einem ID-Code einen Schlüssel- bzw.
KEY-Code in einem Funktelefon zu speichern, so daß die Kommunikation
durch ein Signal stattfinden kann, das durch den KEY-Code verschlüsselt ist.
Insbesondere verschlüsselt
ein Funktelefon von einer Basisstation gesendete Zufallsdaten und
führt anschließend die
resultierenden Daten zur Basisstation zurück. Als Reaktion darauf bestimmt
die Basisstation, ob die verschlüsselten
Daten genau dem ID-Code entsprechen, und nur bei ihrer Entsprechung
damit stellt sie eine Rufverbindung her. Diese Art von Ansatz ist
in "SIS ADDENDUM
TO NMT DOC 900-1 and 900-3", Juli
1988, offenbart. Auch wenn ein Unberechtigter durch Überwachen
des Funkkanals mit einem gewissen Gerät zufällig in Kenntnis eines ID-Codes
und verschlüsselter
Daten gelangt, läßt sich
der ID-Code nicht nutzen, sofern derjenige nicht den KEY-Code kennt.
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Trotz
der vorgenannten Implementierung ist jedoch der den KEY-Code speichernde
Speicher zugänglich,
um den KEY-Code auszulesen: In dieser Hinsicht ist der Schutz unter
Verwendung des KEY-Codes sinnlos.
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Die
EP-A-0436518 (Art. 54 (3) EPC) offenbart eine Funktelefonsteuerung,
die für
einen gleichzeitig residenten geschützten und ungeschützten Modus
konfiguriert ist.
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Daher
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Sicherheitsmodul
für ein Funktelefon
bereitzustel len, das verhindert, daß ein in ihm gespeicherter
KEY-Code von außen
ausgelesen wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
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Beschreibungsgemäß weist
ein Sicherheitsmodul zur Verwendung mit einem Funktelefon und zum
Verhindern des Auslesens eines KEY-Codes von außen auf: einen elektrisch wiederbeschreibbaren
nichtflüchtigen
Speicher, in den der KEY-Code eingeschrieben ist, eine Verschlüsselungsschaltung zum
Verschlüsseln
von Daten, die von außen
eingegeben werden, auf der Grundlage des im nichtflüchtigen
Speicher gespeicherten KEY-Codes und zum Ausgeben der verschlüsselten
Daten, eine Schnittstelle zum Empfangen von Daten von außen und zum
Ausgeben der verschlüsselten
Daten und eine Steuerschaltung zum Ermöglichen des Zugriffs auf den
nichtflüchtigen
Speicher über
einen internen Bus und einen externen Bus sowie zum Löschen des KEY-Codes
bei Zugriff auf den nichtflüchtigen
Speicher.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus
der nachfolgenden näheren
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher
hervor. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zur schematischen Darstellung einer spezifischen
Anordnung eines Autotelefons, das mit einem Sicherheitsmodul als
Ausführung
der Erfindung implementiert ist;
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2 einen
Ablaufplan zur Veranschaulichung einer spezifischen Verbindungsaufbauprozedur;
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3 ein
Blockschaltbild zur schematischen Darstellung der Verbindung eines
Senders/Empfängers,
des Sicherheitsmoduls und einer Betriebsplatine;
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4 ein
schematisches Blockschaltbild einer auf die Erfindung anwendbaren
seriellen Schnittstelle;
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5 ein
Zeitdiagramm als Darstellung eines Takts, eines Besetztsignals und
serieller Daten;
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6 ein
Blockschaltbild zur schematischen Darstellung eines das Sicherheitsmodul
bildenden Ein-Chip-Mikrocomputers; und
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7 einen
Ablaufplan zur Veranschaulichung eines spezifischen Betriebs einer
abgewandelten Form des Aufbaus von 6.
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In 1 der
Zeichnungen ist eine spezifische Anordnung eines Autotelefons gezeigt,
das mit einem Sicherheitsmodul als Ausführung der Erfindung implementiert
ist. Darstellungsgemäß hat das Mobiltelefon
einen Körper
oder Sender/Empfänger 20,
ein Sicherheitsmodul 30 als Ausführung der Erfindung, einen
Handapparat 40 und eine Betriebsplatine 50. Durch
einen Funkkanal ist der Sender/Empfänger 20 mit einer
Basisstation 10 verbunden. Das Sicherheitsmodul 30 und
der Handapparat 40 sind mit dem Sender/Empfänger 20 durch
eine Schnittstelle 200 verbunden, die im Sender/Empfänger 20 eingebaut
ist.
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Anhand
von 2 wird ein spezifischer Betrieb eines solchen
Mobiltelefons bei einem Verbindungsaufbau beschrieben. Darstellungsgemäß werden
Rufeinleitungsdaten vom Handapparat 40 zum Sender/Empfänger 20 über die
Schnittstelle 200 geführt.
Der Sender/Empfänger 20 hat
einen Kenncode (ID-Code) gespeichert und sendet Daten mit dem ID-Code
zur Basisstation 10 über
den Funkkanal. In der Basisstation 10 sind der ID-Code und ein entsprechender
KEY-Code gespeichert, wodurch sie die Mobilstation lokalisiert,
die den Verbindungsaufbau angefordert hat. Anschließend erzeugt
die Basisstation 10 Zufallsdaten R und sendet sie zum Sender/Empfänger 20.
Gleichzeitig hält
die Basisstation 10 das Ergebnis einer Verschlüsselung
(C = F(R, KEY)), die durch eine Ein-Richtungs-Funktion auf der Grundlage
des KEY-Codes durchgeführt
wird. Bei Empfang der Zufallsdaten R überträgt der Sender/Empfänger 20 diese
zum Sicherheitsmodul 30 über die Schnittstelle 200.
Das Sicherheitsmodul 30 hat einen KEY-Code gespeichert
und verschlüsselt die
Zufallsdaten durch eine Ein-Richtungs-Funktion auf der Grundlage
des KEY-Codes, wobei es das Verschlüsselungsergebnis (C' = F(R, KEY)) zum Sender/Empfänger 20 führt. Als
Reaktion darauf sendet der Sender/Empfänger 20 das Ergebnis
C' zur Basisstation 10 über den
Funkkanal. Anschließend vergleicht
die Basisstation 10 das empfangene Ergebnis C' mit dem gespeicherten
Ergebnis C und stellt die Rufverbindung über den Funkkanal nur dann
her, wenn sie identisch sind.
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3 zeigt
eine spezifische Verbindung des Senders/Empfängers 20, der Betriebsplatine 50 und des
Sicherheitsmoduls 30. In der Zeichnung ist der Sender/Empfänger 20 mit
der Betriebsplatine 50 und dem Sicherheitsmodul 30 über die
Schnittstelle 200 und durch zwei bidirektionale Leitungen
L1 und L2 sowie eine einzelne Taktleitung L3 verbunden. Die bidirektionalen
Leitungen L1 und L2 sind seriellen Daten SDATA bzw. einem Besetztsignal
BUSY zugeordnet, während
die Taktleitung L3 einem Takt SCK zugeordnet ist. Insbesondere sind
gemäß 4 die eine
serielle Schnittstelle bildenden Leitungen L1 bis L3 mit einem Master-Bauelement
und einer Slave-CPU
#1, die im Sender/Empfänger 20 eingebaut sind,
einer Slave-CPU #2, die im Sicherheitsmodul 30 eingebaut
ist, und einer Slave-CPU #3, die in der Betriebsplatine 50 eingebaut
ist, verbunden. 5 ist ein Zeitdiagramm der seriellen
Daten SDATA, des Besetztsignals BUSY und des Takts SCK.
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Gemäß 3 ist
das Sicherheitsmodul 30 als Ein-Chip-Mikrocomputer mit einer darin befindlichen
Schnittstelle implementiert, z. B. als MC68HC11E9 der Firma Motorola.
Da im Sicherheitsmodul 30 die drei Leitungen L1 bis L3
parallel untergebracht sind, kann es einem vorhandenen Funktelefon
zugefügt
werden, ohne dieses abzuwandeln.
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Aufwärtsdaten
und Abwärtsdaten,
die zwischen dem Sender/Empfänger 20,
dem Sicherheitsmodul 30 und der Betriebsplatine 50 ausgetauscht werden,
werden anhand von 3 bis 5 beschrieben.
Zunächst
sind Abwärtsdaten
vom Sender/Empfänger 20 zur
Betriebsplatine 50 oder zum Sicherheitsmodul 30 durch
die seriellen Daten implementiert, die synchron zum Takt SCK sind.
Ob die Abwärtsdaten
für die
Betriebsplatine 50 oder für das Sicherheitsmodul 30 bestimmt
sind, wird auf der Grundlage eines Adreßkopfs der seriellen Daten SDATA
bestimmt. Die BUSY-Leitung L3 zeigt an, ob die Schnittstelle 200 belegt ist.
Durch Bezugnahme auf diese Leitung L3 vor der Datenübertragung
können
Konflikte zwischen Aufwärts-
und Abwärtsdaten verhindert
werden. Insbesondere hat das Besetztsignal BUSY einen Tiefpegel "L", wenn die Schnittstelle 200 in
Benutzung ist, und ansonsten einen Hochpegel "H".
Bei Aufwärtsdaten
prüft die
Betriebsplatine 50 oder das Sicherheitsmodul 30 die
BUSY-Leitung L3, um festzustellen, ob die Schnittstelle 200 in
Verwendung ist. Ist die Schnittstelle 200 belegungsbereit,
verwendet die Betriebsplatine 50 oder das Sicherheitsmodul 30 die
Leitung L3. Danach sendet der Sender/Empfänger 20 den Takt SCK
zur Betriebsplatine 50 oder zum Sicherheitsmodul 30.
Als Reaktion darauf sendet die Betriebsplatine 50 oder
das Sicherheitsmodul 30 serielle Daten SDATA synchron zum Takt.
Der Sender/Empfänger 20 bestimmt
anhand der Adresse als Kopf der seriellen Daten SDATA, ob die Betriebsplatine 50 oder
das Sicherheitsmodul 30 die Daten gesendet hat.
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6 zeigt
einen spezifischen Schaltungsaufbau, der im das Sicherheitsmodul 30 bildenden Ein-Chip-Mikrocomputer
eingebaut ist. Darstellungsgemäß hat der
Mikrocomputer eine serielle Schnittstelle 301, mit der
die drei Leitungen L1 bis L3 verbunden sind. In einem nichtflüchtigen
Speicher 302, bei dem es sich um einen E2PROM
handelt, ist der KEY-Code gespeichert. Eine Verschlüsselungsschaltung 303 führt eine
Verschlüsselung
unter Verwendung des KEY-Codes durch und besteht aus einer CPU,
einem ROM und einem RAM. Eine Steuerschaltung 304 hat einen
Prüfanschluß 305,
mit dem der nichtflüchtige
Speicher 302 verbunden ist und der einen Löschimpuls
CPLS zum Speicher 302 führt,
um den KEY-Code zu löschen.
Diese Komponenten des Sicherheitsmoduls 30 sind untereinander
durch interne Busse 306 und 306a verbunden.
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Werden
Zufallsdaten R am Sicherheitsmodul 30 über die serielle Schnittstelle 301 angelegt,
verschlüsselt
sie die Verschlüsselungsschaltung 303 mit dem
KEY-Code. In der veranschaulichten Ausführungsform erfolgt die Verschlüsselung
durch eine Ein-Richtungs-Funktion, z. B.: verschlüsselte Daten
= (Zufallsdaten)KEY1·(mod KEY2), worin KEY1
und KEY2 vorbestimmten Abschnitte des KEY-Codes darstellen. Zu diesem
Ansatz kann Bezug genommen werden auf S. C. Pohlig und M. E. Hellman "An Improved Algorithm
for Computing Logarithms over GF(p) and Its Cryptographic Significance", IEEE Transactions
on Information Theory, Band IT-24,
Januar 1978, Seiten 106 bis 110.
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Die
durch das vorgenannte Verfahren verschlüsselten Daten werden erneut über die
serielle Schnittstellenschaltung 301 ausgesendet.
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Eine
Vorbedingung beim Sicherheitsmodul oder Ein-Chip-Mikrocomputer 30 besteht darin,
daß die
Betriebsabläufe
des nichtflüchtigen
Speichers 302 und der Verschlüsselungsschaltung 303 durch ein
gewisses Verfahren nach der Herstellung geprüft werden. Dennoch muß verhindert
werden, daß der
im nichtflüchtigen
Speicher 302 gespeicherte KEY-Code zur Authentifikation
ausgelesen wird. Zur Erfüllung dieser
Forderung ist die Steuerschaltung 304 im Modul 30 eingebaut.
Insbesondere bleibt im Verlauf eines gewöhnlichen Betriebs des Mikrocomputers
der Prüfanschluß 305 inaktiv,
so daß der
interne Bus 306 durch die Steuerschaltung 304 von
außen
isoliert ist. In diesem Zustand kann auf die Verschlüsselungsschaltung 303 und
den Speicher 302 im Mikrocomputer zugegriffen werden. Wird
der Prüfanschluß 305 für Prüfzwecke
oder im Fall eines unberechtigten Betriebs aktiv gemacht, verbindet
die Steuerschaltung 304 den internen Bus 306 und
einen externen Bus 307, so daß auf den nichtflüchtigen
Speicher 302 und die Verschlüsselungsschaltung 303 über den
externen Bus zugegriffen werden kann. Allerdings führt eine
Differenzierschaltung 304a der Steuerschaltung 304 einen
Löschimpuls
CPLS zum nichtflüchtigen Speicher 302,
um dadurch den Inhalt des Speichers 302, d. h., den KEY-Code,
zu löschen.
Obwohl danach der Speicher 302 und die Verschlüsselungsschaltung 303 geprüft werden
können,
ist dadurch der KEY-Code gelöscht
und wird somit nicht ausgelesen.
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Wird
insbesondere der Prüfanschluß 305 auf Hochpegel
gesetzt, verbindet die Steuerschaltung 304 den externen
Bus 307 mit dem internen Bus 306 und führt gleichzeitig
einen Lösch impuls
CPLS zum Speicher 302, um den darin befindlichen KEY-Code zu löschen. Der
Hochpegel am Anschluß 305 wird außerdem zur
Verschlüsselungsschaltung 303 als Busanforderung
geführt,
so daß die
Verschlüsselungsschaltung 303 die
Belegung des internen Busses 306 abbricht. Anschließend kann
ein (nicht gezeigtes) externes Gerät auf den Speicher 302 über die
Busse 307 und 306 zum Datenaustausch, z. B. von
Adressen ADR, eines Lesesignals RD und eines Schreibsignals WR,
mit dem Speicher 302 zugreifen. Beim Anlegen des Schreibsignals
WR und einer Adresse ADR am Speicher 302 vom externen Gerät werden
Daten, z. B. ein KEY-Code, in einen Speicherplatz des Speichers 302 eingeschrieben,
der durch die angelegte Adresse bezeichnet ist. Beim Anlegen des
Lesesignals RD und einer Adresse ADR am Speicher 302 werden
Daten aus einem Speicherplatz ausgelesen, der durch die angelegte
Adresse bezeichnet ist. Geht der Prüfanschluß 305 auf Tiefpegel,
ist der interne Bus 306 vollständig vom externen Bus 307 isoliert,
und die Verschlüsselungsschaltung 303 belegt
den internen Bus 306 erneut.
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Alternativ
kann der KEY-Code in den nichtflüchtigen
Speicher 302 über
eine Tastatur am Handapparat 40 auf die gleiche Weise wie
der ID-Code eingeschrieben werden. Ist der KEY-Code in zwei Teile
unterteilt, kann ein Teil in den Speicher 302 im Herstellungsstadium
eingeschrieben werden, d. h., vor Versand, und der andere Teil kann über die
Tastatur beim Händler
eingeschrieben werden. Wird insbesondere einer der beiden Teile
des KEY-Codes zur seriellen Schnittstelle 301 im Herstellungsstadium geführt, schreibt
ihn die Verschlüsselungsschaltung 303 in
den Speicher 302. Bei Eingabe des anderen Teils des KEY-Codes
am Handapparat 40 wird dieser zum Sender/Empfänger übertragen,
und auf der Grundlage von Daten, die vom Sender/Empfänger 20 zurückgeführt werden,
schreibt ihn die Verschlüsselungsschaltung 303 in
den Speicher 302. Durch ein solches Verfahren wird der
Schutz vor unbefugter Verwendung weiter erhöht.
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Ferner
kann die Verschlüsselungsschaltung 303 mit
einem Zähler
versehen sein, der zählt,
wie oft der Betrieb zum Einschreiben des KEY-Codes in den nichtflüchtigen
Speicher 302 erfolgt. Wurde in diesem Fall ein solcher
Betrieb in einer vorbestimmten Häufigkeit
wiederholt, wird jeder weitere Schreibbetrieb gesperrt, um zu verhindern,
daß der
KEY-Code danach erneut eingeschrieben wird. Empfängt insbesondere gemäß 7 die
Verschlüsselungsschaltung 303 einen
Schreibbefehl über
die serielle Schnittstelle, inkrementiert sie den Zähler, d.
h., die Anzahl N der durchgeführten
Schreiboperationen, um 1. Übersteigt
die Anzahl N eine vorbestimmte Referenzanzahl M, führt die
Verschlüsselungsschaltung 303 einen
Fehlercode zur seriellen Schnittstelle. Solange die Anzahl N kleiner
als die Referenzanzahl M ist, schreibt die Verschlüsselungsschaltung
den über die
serielle Schnittstelle empfangenen KEY-Code in den Speicher ein
und führt
danach einen Schreibendecode zur seriellen Schnittstelle.
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Während die
Erfindung im Hinblick auf die Kombination aus einem Sender/Empfänger und
einem Handapparat beschrieben wurde, ist sie gleichermaßen auf
ein tragbares Telefon oder eine ähnliche
Funkausrüstung
anwendbar.
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Zusammenfassend
stellt die Erfindung ein Sicherheitsmodul für ein Funktelefon bereit, das
einen in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeicherten KEY-Code bei Zugriff von außen löscht. Obwohl
ein KEY-Code in den Speicher eingeschrieben oder der Betrieb des
Speichers von außen
geprüft
werden kann, wird dadurch verhindert, daß der KEY-Code durch einen
Unberechtigten ausgelesen wird. Damit wird eine Kommunikation unter
Verwendung von Daten implementiert, die durch einen KEY-Code verschlüsselt sind,
während
eine unbefugte Kommunikation unter Verwendung des KEY-Codes verhindert wird.
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Das
Sicherheitsmodul ist als Ein-Chip-Mikrocomputer implementiert und
verwendet eine Schnittstelle, die im Sender/Empfänger des Telefons eingebaut
ist. Daher ist das Sicherheitsmodul auf ein vorhandenes Funktelefon
anwendbar, ohne daß dieses abgewandelt
wird, und hat eine geringe Größe und niedrige
Kosten.
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Nach
dem Studium der Lehre der Erfindung werden dem Fachmann verschiedene
Abwandlungen möglich
sein, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen.