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Verfahren und Einrichtung zur Verschleierung gesprochener Nachrichten
Es sind Verfahren zur Verschleierung gesprochener Nachrichten bekannt, bei ,%-elclien
die Sprache in mehrere Frequenzbänder zerlegt wird, welche einer gegenseitigen Vertauschung
unterliegen. Zur Erhöhung der Geheimhaltung kann die Vertauschung nach einem vereinbarten
Schlüssel periodisch gewechselt werden.. Auch ist es bekannt, einzelne Frequenzbänder
vor der -Übertragung zu invertieren.
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Die Breite solcher Teilfrequenzbänder beträgt bei diesen bekannten
Verfahren im allgemeinen 500 bis 7oo Hz. Da die Grundfrequenz der gesprochenen
Vokale im allgemeinen zwischen ioo und 25o Hz liegt, treten in jedem dieser Frequenzbänder
mindestens zwei Komponenten der Sprachschwingung auf, die sich um die Grundfrequenz
unterscheiden. Durch einfache Frequenzanalyse eines einzelnen Bandes kann somit
die Grundfrequenz der übertragenen Sprache ermittelt werden, auch wenn das betreffende
Teilfrequenzband beliebig frequenzverschoben is.t. Aus der Grundfrequenz sind weitgehende
Schlüsse auf die Art der übertragenen Sprache möglich, so daß die Geheimhaltung
bei diesen Verfahren in Frage gestellt ist.
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Es sind auch Verfahren zur besseren Ausnutzung des Übertragungsweges
bekannt, bei denen eine Unterteilung der Nachricht in relativ schmale Frequenzbänder
erfolgt, wobei jedoch nicht diese Bänder selbst, sondern Kennwerte übertragen werden,
welche die Frequenzlage und den Amplitudenverlauf jedes einzelnen Bandes charakterisieren..
Nach diesem Verfahren übertragene Nachrichten weisen aber keine gute Verständlichkeit
auf, und der charakteristische Klang der übertragenen Sprache geht dabei verloren.
Zudem erfordern die Einrichtungen zur Durchführung dieser bekannten Verfahren einen
erheblichen apparativen Aufwand.
Diese Nachteile sollen nun bei
einem Verfahren zur Verschleierung gesprochener Nachrichten vermieden werden, bei
welchem die Sprache in elektrische Schwingungen umgewandelt wird und darauf eine
Unterteilung des Frequenzs.pektrums dieser Schwingungen in Teilfrequenzbänder erfolgt,
von denen mindestens eines verschoben wird, wobei erfindungsgemäß die Teilfrequenzbänder
schmaler gemacht werden, als die mittlere Grundfrequenz der zu verschleiernden Sprache
ist, und daß diese Bänder weiteren Veränderungen unterworfen werden, wodurch praktisch
verhindert wird, daß bei probeweisem Rückverschieben in konstanten Frequenzabständen
angeordnete Oberwellen der Sprache ermittelt werden, deren konstanter Abstand gleich
der Grundfrequenz ist.
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Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet
dadurch, daß die Teilf requenzbänd er schmaler sind als die mittlere Grundifrequenz
der zu verschleiernden Sprache und daß Mittel vorgesehen sind zur weiteren Veränderung
dieser Bänder, durch welche praktisch verhindert wird, daß bei probeweisem Rückverschieben
in konstanten Frequenzabstände.n angeordnete Oberwellen der Sprache ermittelt werden,
deren konstanter Abstand gleich der Grundfrequenz ist.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung seien nun an Hand der Figuren
der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. i und, 2 zeigen Verfahren, bei welchen die
Frequenzbänder um stets wechselnde F requenzbeträge verschoben werden. Die Beispiele
gemäß den beiden Figuren unterscheiden sich durch die Art der Bildung der Teilfrequenzbänder
aus der ursprünglichen Nachricht, indem im Beispiel nach Fig. 2 im Gegensatz zu
demjenigen nach Fig. i die Unterteilung in Frequenzbänder in Stufen erfolgt. Fig.3
stellt eine Einrichtung zur zeitlichen Verschiebung der einzelnen Teilbänder gegeneinander
dar, und Fig. 4 dient zur Erläuterung eines beispielsweisen Verfahrens, zur Zerlegung
der Nachricht in Frequenzbänder stets wechselnder Breite.
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Im Beispiel gemäß Fig. i umfaßt die zu verschlüsselnde Nachricht den
Frequenzbereich zwischen 300 und 270o Hz. Dieser wird durch die Filter F1
. . . F24 in die Teilfrequenzbänder 300 bis 40o Hz, 400 bis 50o Hz, . . .
260o bis 270o Hz unterteilt. In den Modulatoren Ml . . . 3124, welche beispielsweise
als Ringmodulatoren ausgebildet sein können, werden .die elektrischen Schwingungen
der Teilbänder mit den Hilfsschwingungen. des Generators G l' moduliert, wodurch
eine solche Frequenzverschiebung herbeigeführt wird, daß alle Teilbänder in den
Frequenzbereich 3000 bis 3100 I-Iz zu liegen kommen. Die Frequenzen dieses
Bereiches werden mittels der Filter F1'. . . F,4', welche alle denselben Durchlaßbereich
aufweisen und daher sämtlich gleich beschaffen sein können, von andern unerwünschten
Schwingungen getrennt. Sie gelangen auf den Permutierschalter P1, welcher dieselben
unter stetigem Wechsel weiteren Modulatoren Ml' ... M24 zuführt. In diesen
Modulatoren werden, die Nachrichtensignale einer weiteren Modulation mit den Hilfsfrequenzen
des Generators G1" unterworfen, welche so bemessen sind, daß die Teilbänder wiederum
in je einen der Frequenzbereiche 300 bis 40o Hz, 400 bis 50o IIz, . . . 260o
bis 2700 Hz verschoben, werden, wobei wegen des Permutierschalters P1 diese
Rückverschiebung so erfolgt, daß die Bänder unter stetigem geigenseitigem Wechsel
zu obigen,Frequenzbereichen gelangen. Die Filter F1" ... F24' dienen zur
Unterdrückung unerwünschter Seitenbänder und Trägerfrequenzen.
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Wie aus der Figur ohne weiteres ersichtlich ist, gelangt beispielsweise
bei der eingezeichneten Stellung des Perrnutierschalters P1 das Frequenzband
300 bis 40o Hz im verschlüsselten Signal in den Bereich 500 bis 60o
Hz, das, ursprüngliche Frequenzband 40o bis, 50o Hz im neuen Nachrichtentbandi in
das Gebiet von 30o bis 40o Hz, und das ursprüngliche Band 260o bis 270o Hz tritt
als neues Frequenzband von 40o bis 50o Hz auf. Bei der nächstfolgenden Stellung
des Permutierscha.lters P1 ist die Zuordnung der entsprechenden ursprünglichen und
neuenFrequenzbänder natürlich eine vollständig andere. Es ist insbesondere vorteilhaft,
für die zweite Modulation die gleichen Hilfsfrequenzen zu verwenden wie für die
erste, weil in diesem Fall die Verschlüsselungseinrichtung nur einen einzigen Generator
benötigt.
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Im allgemeinen wird es zur Erschwerung der Entschlüsselung vorteilhaft
sein, wenn einzelne Frequenzbänder invertiert und andere nicht invertiert werden.
Zu diesem Zweck können beispielsweise die Hilfsfrequenzen des Generators G1' so
bemessen werden, da.ß vom Modulationsprod@ukt einzelner Bänder das untere Seitenband
in den Durchlaßbereich der Filter F' fällt. Jedoch kann die teilweise Inversion
auch erst bei der zweiten Modulation: in den Modulatoren M' durchgeführt werden..
Der Permutierschalter P1 kann ziemlich rasch, beispielsweise alle 0,5 Sekunden,
wechseln.
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Da auch bei einer tiefen Männerstimme die Grundfrequenz im allgemeinen
über ioo Hz liegt, so enthält jedes der Teilbänder höchstens eine Komponente der
Nachrichtenschwingung, so daß eine Bestimmung der Grundfrequenz aus einem einzigen
dieser Teilfrequenzbänder von ioo Hz Breite nicht möglich ist.
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Die Dämpfung des elektrischen. Filters ist an den Flanken des Durchlaßbereiches
am größten, und nimmt mit zunehmender Entfernung vom Durchlaßbereich wieder ab.
Ein .Bandfilter läßt .daher Frequenzen, welche von diesem weit entfernt sind, wieder
durch. Aus diesem Grunde kann es sich empfehlen, wie das im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 der Fall ist, die Zerlegung der Nachricht in, zwei Stufen durchzuführen,
indem das den Bereich von 30o bis 270o Hz umfassende Nachrichtenfrequenzband durch
die Filter El . . . E4 zuerst in die vier Bänder 30o bis goo Hz, goo bis 150o Hz,
i 50o bis 2ioo Hz und 2too bis 270o Hz und anschließend jedes derselben nochmals
in vier weitere Teilbänder unterteilt wird. Diese zweite Unterteilung ist in Fig.2
am Band, goo bis i5oo Hz gezeigt. Dieses Band wird zuerst in den Bereich
3000 bis 360o Hz verschoben und, anschließend in die Teilfrequenzbänder
3000
bis 3150 Hz, 315o bis 33oo Hz, 3300 bis 345o Hz und 3450 bis 36oo Hz geteilt. Bevor
diese Bänder nun gegenseitig vertauscht werden, verschiebt man sie vermittels der
Hilfsschwingungen des Generators G3', der Modulatoren N5 . . . NB und der Filter
E13. . . Eis, alle in denselben Frequenzbereich voll 4000 bis 415o Hz. Eine entsprechend
analoge Umwandlung wird mit den den Filtern E1, E3 und E4 entsprechenden Bändern
durchgeführt. Jedes derselben ergibt schließlich vier Teilfrequenzbänder, welche
im Bereich 400o bis 4150 Hz liegen. Diese 16 Teilfrequenzbänder werden nun durch
die Permutiervorrichtung P2 beliebig gegenseitig vertauscht und anschließend auf
solche Weise rückverschoben, daß sie wieder in den ursprünglichen Bereich
300 his 27oo Hz zu liegen kommen und daß sich keine der Bänder überdecken.
Die Durchführung der ist aus der Figur ohne weiteres ersichtlich; es werden viermal
die Teilbänder 3000 bis 315o Hz, 3150 bis 33oo Hz, 3300 bis
34_5o liz und 3450 bis 36oo Hz gebildet, aus denen vier Zwischenbänder von
3000 bis 36oo Hz hervorgehen, welche dann schließlich wieder in den Bereich
300 bis 2700 Hz zurückverschoben werden.
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Wie im Beispiel nach Fig. t liegen- auch bei der Verschlüsselung nach
diesem zweiten Verfahren die einzelnen Nachrichtenkanäle zum großen Teil im gleichen
Frequen.zl@ereich, so daß auch hier viele Einzelteile der Verschlüsselungseinrichtung
gleich ausgeführt sein können, wodurch die Herstellung der Einrichtung bedeutend
vereinfacht wird. Im allgemeinen werden mit den Generatoren G2' und G2" dieselben
Hilfsfrequenzen erzeugt, so da.ß sie sich durch einen einzigen Generator ersetzen
lassen. Dasselbe gilt auch für die Generatoren G3' und G3 '.
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Eine bedeutende Erhöhung der Geheimhaltung wird erzielt, wenn die
Frequenzbänder nicht nur frequenzmäßig gegenseitig vertauscht, sondern außerdem
noch zeitlich uni verschiedene Beträge verzögert werden. Ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Verz<>gerungseinrichtung ist durch Fig. 3 dargestellt. Die Verzögerungseinrichtung
gemäß dieser Figur ist zwischen den Filtern E13 ... Ers und de Permutierschalter
P, der Fig. 2 eingefügt zu denken. Sowohl diese Filter als auch dieser Permutierschalter
sind in Fig. 3 ebenfalls eingezeichnet. Die Teilfrequenzbänder Volt 4000 bis 415o
Hz gelangen von den Filtern E13 . . . E18 zuerst zu einem weiteren Permutierschalter
P3, durch welchen sie unter stetigem gegenseitigem Wechsel zu Verzögerungseinrichtungen
L" gelangen, wo sie um verschiedene Zeiten verzögert werden. Von den den 16 Nachrichtenkanälen
entsprechenden Verzögerungseinrichtungen sind in Fig. 3 die mit V1 . . . V4 bezeichneten
eingezeichnet. Nach Passieren der Verzögerungseinrichtungen gelangen die Nachrichtensignale
auf den Permutierschalter P2 und werden anschließend, wie an Hand der Fig. 2 gezeigt
wurde, weiteren Veränderungen unterzogen. Jede der Verzögerungseinrichtungen V besteht,
wie das, durch die Zeichnung ganz schematisch dargestellt ist, aus einem bewegten
Stahlband, auf welches die Nachricht durch einen Schreibmagneten aufgebracht und
von dem sie nach einer bestimmten Zeit durch einen Abtastmagneten wieder abgenommen
wird. Dabei sind die Speicherzeiten bei den verschiedenen Einrichtungen verschieden,
was in der Zeichnung durch verschiedene Stellungen der Abnahmemagnete angedeutet
ist. Die zu verschiedenen Einrichtungen gehörenden Träger werden durch denselben
Motor A angetrieben. Man erhält auf diese Weise eine zeitliche Verzögerung der zwischen
zwei Wechseln des PermutierschaltersP3liegenden Nachrichteneletnente der Teilbänder
um verschiedene- Zeitbeträge, wobei beispielsweise zwei ursprünglich zum gleichen
Teilband gehörende Nachrichtenelemente im geschlüsselten Signal eine umgekehrte
zeitliche Folge als in der ursprünglichen Nachricht aufweisen können.
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Zur Erzielung einer Geheimhaltung ist es nicht unbedingt notwendig,
stets eine frequenzmäßige Verschiebung von Teilfrequenzbändern vorzunehmen. Oft
genügt eine zeitliche Verzögerung mindestens einzelner Teilfrequenzbänder ohne gegenseitiges
frequenzmäßiges Vertauschen derselben. Ein solches Verfahren zur Geheimhaltung besteht
beispielsweise darin, daß die zu verschleiernde Nachricht in Teilfrequenzbänder
zerlegt wird, von denen mindestens einzelne in Verzögerungseinrichtungen um verschiedene
Zeiten verzögert werden. Beim Abhören, bilden diese gegenseitig zeitlich verschobenen
Bänder für den unbefugten Empfänger ein vollständig unverständliches Signal. Zu
dessen Entschlüsselung muß eine entsprechende zeitliche Rückverschiebung entsprechender
Teilbänder stattfinden.
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Zur Erhöhung der Geheimhaltung können die Frequenzbänder verschieden
breit gemacht werden. Denn bei gleicher Breite derselben ist es möglich, aus der
Lage der Grund- und Oberwellen eines bestimmten Schwingungsvorgangs innerhalb der
einzelnen Teilfrequenzbänder auf mathematischem Wege zu bestimmen, welche Anordnung
die Teilbänder in ihrer ursprünglichen Lage besitzen müssen. Eine noch weitergehende
Erschwerung der Entschlüsselung läßt sich erzielen, indem die Bandbreite veränderbar
gestaltet wird.
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An Hand der Fig. 4 sei ein Verfahren zur Bildung von Frequenzbändern
veränderbarer Breite näher erläutert. Die Nachricht sei beispielsweise in Teilbänder
von je Zoo Hz Breite. zerlegt, welche in den im linken Teil der Fig. 4 angeschriebenen
Frequenzbereichen 300 bis 5oo Hz, 500 bis 700 Hz.... 2500
bis
2700 I-Iz liegen. Diese werden in, den Modulatoren L1 . . . L12 mit einer
vom Generator G4 geliefvrten, veränderlichen Hilfsschwingung moduliert, deren Frequenz
beispielsweise stetig zwischen 495o und 5o5o Hz schwankt. In sämtlichen Modulatoren
L1 . . . L12 erhält man dadurch eine Verschiebung der Frequenzbänder um dauernd
wechselnde Frequenzbeträge. Diese sich rhythmisch verschiebenden Bänder gelangen
nun auf feste elektrische Weichen W1 . . . W12, welche so ausgebildet sind, daß
sie die mit einer Hilfsschwingung von 5ooo Hz verschobenen Bänder genau in der Mitte
teilen. Es wird daher beispielsweise das erste Band 3oo bis 5oo Ilz im Modulator
L1 so verschoben, daß es innerhalb des Bereichs 5250 bis 555o Hz schwankt.
Das
untere Seitenband wird durch das Filter D1 unterdrückt. Die elektrische Weiche Wi
befindet sich bei 5400 I-Iz. Deshalb entstehen hinter derselben zwei Bänder veränderbarer
Breite. Die untere Grenze des einen Bandes schwankt zwischen 5250 und 535o
Hz und dessen obere Grenze liegt bei 540o Hz. Die feste Grenze des anderen Bandes
ist ebenfalls bei 540o Hz und dessen obere Grenze schwankt zwischen 5450 und 555o
Hz. Diese Werte sind in Fig. 4 eingetragen. Ebenso wurden für die übrigen Bänder
die entsprechenden Grenzen in der Figur ebenfalls angeschrieben.
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Die Bildung von Frequenzbändern veränderbarer Breite läßt sich statt
mit dem an Hand der Fig.4 beschriebenen Verfahren auch durchführen, indem Filter
mit veränderbarem Durchlaß.bereich verwendet werden. In diesem Fall ist die Modulation
mit einer veränderlichen Hilfsschwingung nicht notwendig.
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Eine Entschlüsselung wäre möglicherweise noch denkbar durch Ausnutzung
des Energierhythmus der Sprache, welcher aus dem Energierhythmus der einzelnen Frequenzbänder
entnommen werden kann. Um diese Möglichkeit zu eliminieren, empfiehlt es sich, beim
ursprünglichen Nachrichtenband oder bei mindestens einzelnen Teilbändern den Amplitudenverlauf
durch eine zeitabhängige Dämpfung zu verändern. In vielen Fällen bestehen die Änderungen
auch darin, daß die Amplitudenschwankungen der elektrischen Schwingungen vermindert
werden. Außerdem erweist es sich oft als vorteilhaft, den mittleren Amplitudenverlauf
der einzelnen Teilbänder einander anzugleichen.
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Am Empfangsort muß der Energierhythmus der Nachricht wieder den ursprünglichen
Verlauf aufweisen. Beispielsweise läßt sich dies herbeiführen durch synchrone Änderung
der entsprechenden Dämpfungsglieder im Sender und Empfänger oder durch direkte Steuerung
des Amphtudenverlaufs durch vom Sender ausgesandte Kennwerte.
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Eine Verschleierung des. Energierhythmus und damit eine Erschwerung
der Entschlüsselung durch Unbefugte ergibt sich aber auch dadurch, daß das Nachrichtenfrequenzband;
vor der Zerlegung in Teilbänder um stets wechselnde Zeiten verzögert wird. Dadurch
wird erreicht, daß die Nachricht in einzelne Elemente zerlegt wird, welche einer
gegenseitigen zeitlichen Vertauschung unterworfen sind.
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Zur Entschlüsselung müssen die an der Nachricht vor-genommenen Veränderungen
in umgekehrter Reihenfolge wieder rückgängig gemacht werden. Zur entsprechenden
Vertauschung der Frequenzbänder lassen sich im allgemeinen die gleichen Filter und
dieselben Hilfsfrequenzen verwenden wie bei der Verschlüsselung. Natürlich ist auf
einen genau synchronen Lauf entsprechender Einrichtungen, beispielsweise der Permutierschalter
oder der Verzögerungseinrichtungen, zu achten.