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Verfahren und Einrichtung zur verschlüsselten Ubermittlung von Nachrichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur verschlüsselten Übermittlung
von Nachrichten. Die Übermittlung kann drahtlos oder über Draht erfolgen. Es sind
zahlreiche, dem gleichen Zweck dienende Verfahren schon vorgeschlagen worden. Von
diesen bekannten Verfahren hat jedoch bisher keines praktische Bedeutung erlangen
können, (la allen Systemen Mängel anhaften, die eine Entschlüsselung der Nachrichten
ermöglichten.
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Der prinzipielle Erfindungsgedanke besteht darin, daß der Klartext
mittels eines im Rhythmus der Nachrichtenfrequenz modulierten Elektronenstrahles
auf den inosaikartigen Dielektrizitätsschirm einer Bildspeicherri')hre gegeben wird,
daß anschließend die punktweise aufgenommenen elektrischen Ladungen verschiedener
Stärke dieses Schirmes durch einen in kreuzender Richtung geführten Elektronenstrahl
anderer Energie abgetastet werden, daß die durch Ladungsänderung beim Abtasten erzeugten
Spannungsschwankungen zur Empfangsstelle geleitet werden und daß dort durch nach
dem gleichen Prinzip und synchron erfolgendes Abtasten des auf den Dielektrizitätsschirm
einer Bildspeicherröhre aufgenommenen verschlüsselten Textes die Entschlüsselung
erfolgt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführlingsbeispiel der Erfindung in schematischer
Darstellung. Die Blätter i bis 5 ergänzen sich zu dem Gesamtschaltbild; die
Anschlußübergänge von einem Blatt zum anderen sind durch in Kreisen stehende Ziffern
ibis 17 kenntlich gemacht.
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Der wesentliche Bestandteil der für das erfindungsgemäße Verfahren
benötigten Anordnung ist eine Bildspeicherröhre mit insgesamt vier Systemen (Blatt
3). Aufgabe und Arbeitsweise derartiger, nach dem Ikonoskopprinzip arbeitender
Bildspeicherröhren sind bekannt, so daß im folgenden Text nur insoweit auf Einzelheiten
eingegangen wird, als es zum Verständnis des Verschlüsselungsvorganges erforderlich
ist.
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Zwei der vier Systeme der Bildspeicherröhre, nämlich Sy, und Sy, (dunkel
gezeichnet), dienen der
Verschlüsselung der abgehenden Gespräche,
während die beiden anderen Systeme Sy, und Sy, (hell gezeichnet) zur Entschlüsselung
der ankommenden Gespräche benutzt werden. Eine derartige Anordnung mit vier Systemen
befindet sich sowohl an der Senderstelle wie an der Ernpfängerstelle. Die Arbeitsweise
der Bildspeicherröhre ist dabei folgende. Das aus dem Mikrophon M kommende Gespräch
(Klartext s. Blatt 2) gelangt über einen Eingangsverstärker VE auf den Wehnelt-Zylinder
WZ, des ersten Systems der Bildspeicherröhre (s. Blatt 3) und bewirkt so
eine Intensitätsmodulation des Elektronenstrahles im Rhythmus der Sprechfrequenz.
Der auf einen Punktdurchmesser von o,2 mm ausgeblendete Elektronenstrahl wird durch
eine an den QuerplattenQ des Systems Sy, liegende Ablenkspannung in 40 Ins zwölfmal
in horizontaler Richtung über die Schirmfläche S, der Bildspeicherröhre geführt,
wobei die Reihenfolge dieser zwölf Zeilen 12 (i2-Fakultät) = 5 x io'mal variiert
werden kann. Der Dielektrizitätsschirm S, nimmt dabei punktweise elektrische
Ladungen verschiedener Stärke auf. Gleichzeitig wird in dem zweiten System Sy, des
Senderteiles der Bildspeicherröhre ein Elektronenstrahl gleicher Punktschärfe, aber
anderer Energie, durch eine an den Lotplatten L des Systems Sy, liegende Ablenkspannung
in ebenfalls 40 ms zwölfmal über die Schirmfläche S, geführt. Die Reihenfolge
dieser zwölf senkrechten Zeilen wird durch den später zu erläuternden gleichen Verschlüsselungsmechanismus
gesteuert, kann aber von der Reihenfolge der waagerechten Zeilen verschieden sein.
Nach jeweils 40 ms wird durch zusätzlich auf die Lotplatten L' der Systeme Sy, und
Sy, gegebene rechteckige Ablenkspannungen der horizontale Elektronenstrahl (Schreibstrahl),
der bisher auf den Dielektrizitätsschirm S, gearbeitet hatte, auf den Dielektrizitätsschirm
S, umgelegt, und umgekehrt der Elektronenstrahl (Löschstrahl), der bisher
auf den Dielektrizitätsschirm S, gearbeitet hatte, auf den Dielektrizitätsschirm
Sil Der Löschstrahl tastet nun also den vorher beschriebenen Schirm Si ab, während
der Schreibstrahl den freien, d. h. inzwischen gelöschten Schirm
S, bestreicht. In gleichen Zeitintervallen wird daher jeweils ein Schirm
beschrieben und der andere abgetastet. Beim Abtasten durch den Löschstrahl werden
auf dem vorher beschriebenen Schirm Sekundärelektronen ausgelöst, deren Menge aMängig
ist von der vorher durch den Schreibstrahl punktweise aufgebrachten Ladung. Diese
Sekundärelektronen werden an den Kollektoren K, bzw. K, gesammelt und auf den Ausgangsverstärker
VA übertragen und als abgehendes Gespräch gesendet, also der Leitung übergeben.
Da sowohl Schreibals auch Löschstrahl in gleichen Zeitintervallen zwölf Zeilen schreiben,
wird somit das Gespräch (Klartext) in 12 X 12 =- 144 Punkte zerlegt, für
deren Reihenfolge 2 X 12 verschiedene Möglichkeiten bestehen. Da außerdem die Anordnung
der Zeilenfolge auch während des Gespräches noch geändert werden kann, ist für die
Verschlüsselung ein so hoher Sicherheitsfaktor gewährleistet, daß ein unbefugtes
Abhören des Gespräches ausgeschlossen ist.
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Der Ernpfängerteil der Anlage arbeitet nach demselben Prinzip; für
den Empfang sind die Systeme Sy, und Sy, bestimmt. Das ankommende Gespräch wird
nach Verstärkung im zugehörigen Eingangsverstärker V_, auf den Wehnelt-Zylinder
WZ, des dritten Systems Sy, der Bildspeicherröhre gegeben und bewirkt wiederum eine
Intensitätsmodulation des Elektronenstrahles (Schreibstrahles), die diesmal allerdings
im Rhythmus des verschlüsselten Gespräches erfolgt. Die in gleicher Weise, wie bei
der Verschlüsselung vorgenommene Abtastung an den Schirmen S, bzw.
S, liefert dann wiederum den Klartext des Gespräches. Dieser kann wiederum
an den Kollektoren K, und K4 der Schirme S, bzw. S, der Bildspeicherröhre
abgenommen und nach Verstärkung im Ausgangsverstärker V.,t, im Telefonhörer oder
Lautsprecher T wiedergegeben werden. Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß
das Gespräch auf dem Dielektrizitätsschirm der Bildspeicherröhre in 144 Punkte zerlegt
wird, die als Einzelimpulse fünfundzwanzigmal pro Sekunde zur Sendung gelangen.
Auf der Empfängerseite werden diese Einzelimpulse wieder zusammengesetzt und in
einer dem Klartext entsprechenden Reihenfolge geordnet.
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Gemäß der weiteren Erfindung wird auch die Schaltung und Steuerung
des Verschlüsselungsmechanismus auf elektrischem Wege vorgenommen. Zu diesem Zweck
ist ein Elekti onenschalter E (Blatt i) mit zwölf Schaltersegmenten vorgesehen.
Dieser Elektronenschalter ist an sich bekannt. Die zwölf Schaltersegmente sind mit
den Mittelabgriffen von zweimal zwölf Stufenschaltern oder Schrittwählern Sch verbunden;
die eine Gruppe von zwölf Schrittwählern oder Stufenschaltern dient der Zeilensteuerung
des Schreibstrahles, die andere Gruppe der Steuerung des Löschstrahles; beide Gruppen
werden von dem gleichen Elektronenschalter E gesteuert. jeder Schrittwähler
bzw. Stufenschalter Sch beider Gruppen hat wiederum zwölf Kontakte, die über Widerstände
W, W, ... W, mit dem Gitter je einer zu der betreffenden Gruppe
gehörigen Verstärkerröhre R, und R, (Blatt 2) derart verbunden sind, daß der jeweils
geschaltete Widerstand mit dem Gitterableitwiderstand Rg der Verstärkerröhre einen
Spannungsteiler bestimmter Größe bildet. Wird nun der Elektronenstrahl der Schalterröhre
E durch eine 25-Hz-Wechselspannung, die durch einen Phasenschieber Ph um
go' verschoben an die Lot- undQuerplatten L und Q des Elektronenschalters
E gelegt wird, in 1/" = 40 ms kreisförmig über die zwölf Segmente
der Schalterröhre E geleitet, so entstehen am Gitter der Verstärkerröhre
Ri bzw. R, (je nach Größe des jeweils geschalteten Spannungsteilers Wl,
W, W,
... IV"- Rg) verschiedene Gitterpotentiale. Die Spannungsteilerverhältnisse
sind nun so gewählt, daß zwölf genau gleiche Spannungsintervalle entstehen, welche
in den linearen Teil der Kennlinie der Röhren R, bzw. R, fallen. Am Außenwiderstand
dieser Röhren entstehen daher zwölf verschieden große Spannungsabfälle, die gerade
den für die Zeileneinstellung von Schreib- und Löschstrahl erforderlichen Ablenkspannungen
entsprechen (Blatt 6).
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Wird die Zeilensteuerung durch Schrittwähler vorgenommen, so können
diese durch eine zwölfstellige
Wählerscheibe, entsprechend einer
vorher vereinbarten Kennziffer, eingestellt werden. Diese Wählerscheibe kann vermittels
eines Umschalters sowohl zum Einstellen der Zeilenfolge des Schreibstrahles wie
auch zur Einstellung der Zeilenfolge des Löschstrahles benutzt werdeii. Da bei der
Einstellung einer zwölfstelligen Kennziffer leicht Fehlwählungen unterlaufen, erscheint
die jeweils gewählte Zahl hinter einem Kontrollfenster neben der Nummernscheibe.
Im Falle einer Fehlwählung kann durch eine einfache Vorricbtiing der bereits gewählte
Teil einer Kennziffer wieder rückgängig gemacht werden.
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Durch die beschriebene Anordnung werden die Zeilenreihenfolgen der
je zwei Schreib- und Löschstrahlen des Sender- und Empfängerteiles der Anlage
kontrolliert.
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Werden dagegen zür Einstellung der Kennziffer Stufenschalter verwendet,
so genügt eine Reihe von Einstellrädern, wie sie etwa bei Rechenmaschinen benutzt
werden.
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Da für ein einwandfreies Arbeiten der Anlage eine gute Synchronisation
von Sender und Empfänger erforderlich ist, müssen auch die zur Steuerung der periodischen
Vorg#änge erforderlichen Wechselspannungen eine entsprechend hohe Frequenzkonstanz
aufweisen. Da die Frequenzen des technischen Wechselstromes in den einzelnen Ländern
verschieden und überdies nicht immer genügend konstant sind, wird von vorneherein
auf die Verwendung der Netzfrequenz züi Steuerungszwecken verzichtet. Die für die
kreisförmige Ablenkung des Elektronenstrahles in (lern Elektronenschalter
E (ein Umlauf # 40 ins) benötigte Wechselspannung von 25 Hz wird einem
Stimmgabelgenerator G, (Blatt 4) entnommen und '
wie bereits erwähnt,
über einen Phasenschieber den Ablenkplatten L und Q des Schalters
E zugeführt. Da die Vertatischung der Schreib- und Löschstrahlen ebenfalls
in einem Rhythmus von 40 ms erfolgen muß, so kann die hierfür erforderliche Steuerspannung
ebenfalls (leM 25-Hz-Generator G, entnommen werden. Die für diesen Fall benötigte
rechteckige Ablenkspannung (Blatt 4) wird durch eine modifizierte Multivibratorschaltung
Mu, erzielt, was an sich bekannt ist.
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Für die Zeilenablenkung wird eine periodische (nicht sintisoidale)
Spannung benötigt, die innerhalb von 40ms die Schreib- und Löschstrahlen sechsmal
hin lind zurück über die DielektrizitätsschirmeS, bis S, der Bildspeicherröhre
führt. Dadurch entstehen jeweils zwölf Zeilen mit einer Dauer von rund
3,33 ms. Weiterhin muß diese Ablenkspannung die Eigenschaft haben, daß jeweils
am Ende einer Zeile die Elektronenstrahlen (Schreib- und Löschstrahlen) durch eine
zusätzliche Spannungsspitze ein kleines Stück über die Zeile herausgeschlagen werden,
damit die Strahlen nicht durch die während dieses Zeitintervalles erfolgende Zeilensteuerung
die Ränder der beschriebenen Schirmfläche beschmieren. Eine dieser Forderung entsprechende
Spannung liefert der bekannte Miller-Integrator MI, dessen Ausgangsspannung dem
Zeitintegral der Eingangsspannung proportional ist. Bei Steuerung des Miller-Integrators
mit rechteckigen Impulsen erhält man so die für die Zeilenablenkung erforderliche
Spannung (Blatt 7).
Dort ist ersichtlich, wie aus den den _Miller-Integrator
steuernden rechteckigen Impulsen (obere Figur) eine Ausgangsspannung (untere Figur)
entsteht, die an den Scheitelpunkten zusätzliche Spannungsspitzen aufweist. Letztere
bewirken, daß der Wechsel der Zeilen außerhalb der Schirrnflächen stattfindet. Um
auch. hier die unbedingt erforderliche Frequenzkons t - zu erreichen, wird
wiederum ein Stimmgabelgenerator # an7 (Blatt 5), und zwar von 150 Hz benutzt, der
zusammen mit der Multivibratorstufe Mu2 die zur Steuerung des 2vliller-Integrators
MI nötigen Rechteckimpulse liefert.
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Multivibrator Mit, und Phasenschieber Ph sowie Multivibrator M112
und Miller-Integrator MI werden an der Empfangsstelle durch die Generatoren
G, und G2 der Senderstelle gesteuert. Es wird also die gesamte Apparatur
der Senderstelle wie der Empfangsstelle j eweils von den Generatoren der
sendenden S telle gesteuert. Zu diesem Zweck wird in dem Modulator Mo (Blatt,5)
die Mit 25 HZ modulierte i5o-Hz-Spannung zusammen mit dem verschlüsselten
Gespräch auf die Leitung gebracht und auf der Empfängerseite nach Aussiebung und
Gleichrichtung im Demodulator De den Multivibratoren Mu, und Mu2 der Empfängerseite
zugeführt. Zur Unterdrückung etwaiger Störungen (Brummgeräusche) durch diese Wechselspannungen
sind Filter Fi für 25 und 15o Hz vorgesehen, wie übrigens auch eine
3,2 kHz Sperre Sp das bei der Zeilenabtastung entstehende Störgeräusch (36oo
Hz) ausfiltert. Die überaus wichtige Gleichlaufforderung sl Ist au1vdiese Weise
mit einfachsten Mitteln befriedigt. Selb t erständlich muß jeweils auf der Senderseite
für einen Gleichlauf der 25-Hz- und '5o-Hz-(-.eneratoren gesorgt werden.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das Grundprinzip der Arbeitsweise
des Erfindungsvorschlages die umgekehrte Anwendung von Impulsmodulation und Mchrkanaltelefonie
ist, wodurch erreicht wird, daß das verschlüsselte Gespräch über eine einzige normale
Leitung geschickt werden kann. Es sind somit keine Breitbandkabel für die Übertragung
er- i forderlich. Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. seine Schaltanordnung
auch in Konferenzschaltung benutzt werden.