DE959020C

DE959020C - Einrichtung zur Verschluesselung und Entschluesselung von Kodeimpulssignalen

Info

Publication number: DE959020C
Application number: DES31987A
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Vasseur
Original assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Current assignee: Societe Francaise Radio Electrique
Priority date: 1952-01-31
Filing date: 1953-01-31
Publication date: 1957-02-28
Also published as: FR62549E; GB742660A; FR1050064A

Description

AUSGEGEBEN AM 28. FEBRUAR 1957

S 31987 Villa/2ia*-

Jean Pierre Vasseur, Paris

ist als Erfinder genannt worden

ist in Anspruch genommen

Bei gewissen Systemen für Impulsübertragung, ζ. B. bei Telegrafie-, Fernschreiber- oder Telefoniesystemen, insbesondere bei Kodeimpulssystemen, ist das übertragene Signal bekanntlich aus einer Folge von in gleichen Abständen auftretenden Impulsen mit den Amplituden ο oder 1 zusammengesetzt, wobei die Ziffern 0 und 1 üblicherweise zwei beliebige konstante Amplituden darstellen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verschlüsselung einer Einkanaloder Multiplexübertragung, bei welchem ein von dem Klarsignal abgeleitetes Signal übertragen wird, indem man die Verteilung der Amplituden 0 und 1 verändert. Sie hat eine Einrichtung zur Ausführung des im folgenden beschriebenen, in anderem Zusammenhang an sich bekannten Verfahrens zum Gegenstand.

Es sind seit langem verschiedene Verfahren zur Verschlüsselung von Texten mit Hilfe eines Doppelschlüssels bekannt. Diese Verfahren konnten in .der Praxis bisher nicht angewendet werden, insbesondere auch nicht zur Gewährleistung der Geheimhaltung von Kodeimpulsverbindungen. Durch die Erfindung wird ein an sich aus der Geheimschrift bekanntes Ver-

fahren, das aber wegen seiner Kompliziertheit keine Anwendung finden konnte, durch elektronische Mittel verwirklicht.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird von der Impulsfolge ausgegangen, welche in Kodeimpulsmodulation die von einem oder mehreren Sendekanälen gelieferte Information darstellt. Die Anwesenheit eines Impulses entspricht in der üblichen Ausdrucksweise einem Zustand i, seine Abwesenheit ίο einem Zustando. Um nun zu verhindern, daß ein unbefugter Empfänger der Nachricht ihren Inhalt versteht, wird sie durch die erfindungsgemäße Einrichtung derart verschlüsselt, daß jede Untergruppe von Impulsen durch eine andere ersetzt wird, wobei die Entsprechung zwischen den beiden Gruppen durch ein Netzwerk hergestellt wird. Letzteres ist mit den in der Geheimschrift verwendeten »Leserosten« vergleichbar, wird aber mit elektronischen Mitteln verwirklicht. Die Umsetzung der Nachricht in Klartext am Empfangsort wird durch eine umgekehrte Operation bewerkstelligt. Zunächst sei die Umformung beschrieben, durch welche der Übergang von dem Klarsignal zu dem verschlüsselten Signal, und umgekehrt, vorgenommen wird; diese Umformung wird als Vervielfachung mit einem Schlüssel bezeichnet, ohne daß hierbei eine Multiplikation im arithmetischen Sinne gemeint ist. Danach werden Einrichtungen zur Durchführung dieser Umformung beschrieben, und schließlich werden im besonderen die Mittel angegeben, die für die Verschlüsselung einer Kodeimpuls-Multiplex-Telefonieübertragung angewendet werden können.

Das Klarsignal ist aus einer Folge von äquidistanten Impulsen mit Amplituden 0 oder 1 zusammengesetzt. Der Schlüssel ist ein Hilfssignal, welches örtlich in der Sende- und Empfangsstation erzeugt wird und aus einer Folge von Impulsen .besteht, deren aufeinanderfolgende Amplituden nach einem vereinbarten Kode ο oder 1 sein können und deren Wiederkehrfrequenz die gleiche ist wie diejenige der Impulse des Klärsignals. Das verschlüsselte Signal besteht ebenfalls aus einer Folge von Impulsen, deren Amplitude 0 oder 1 sein kann und deren Wiederkehrfrequenz diejenige der Impulse des Klarsignals ist. In dem verschlüsselten Signal wird die Verteilung der Amplituden ο und 1 gleichzeitig durch diejenige des Klarsignals und des Schlüssels bestimmt.

Genauer gesagt unterteilen Impulse, deren Wiederkehrfrequenz ein Teilfaktor q von derjenigen der Impulse des Klarsignals ist, dieses Signal und den Schlüssel in Gruppenfolgen mit einer gewissen Anzahl q Impulsen. Da jeder Impuls zwei verschiedene Amplituden haben kann, können in dem Signal und in dem Schlüssel 2^a verschiedene Gruppen von q Impulsen auftreten. Jeder Gesamtheit einer Gruppe von q Impulsen des Klarsignals und einer Gruppe von q Impulsen des Schlüssels entspricht eine Gruppe von q Impulsen des verschlüsselten Signals. Im folgenden wird ein Mittel angegeben, um diese Entsprechung so herzustellen, daß nach Kenntnis des verschlüsselten Signals und des Schlüssels das Klarsignal wieder hergestellt werden kann.

Um die Erläuterung zu erleichtern, werden im folgenden Gruppen von zwei Impulsen zugrunde gelegt, obwohl selbstverständlich das beschriebene Verfahren bei Gruppen mit beliebiger Impulszahl anwendbar ist.

Unter dieser Voraussetzung kann die Entsprechung zwischen dem verschlüsselten Signal einerseits, dem Klarsignal und dem Schlüssel andererseits vorher gewählt werden. Sie wird durch eine Tabelle festgelegt, für welche hier einige Beispiele angeführt werden:

Schlüssel

	Klarsignal	OI	IO	II	OI	IO	II	OI	IO	II
	00	OI	IO	II	OI	IO	II	00	OI	IO
OO	00	IO	II	OO	00	IO	II	00	OI	IO
OI	OI	II	OO	OI	OI	IO	II	OI	IO	II
IO	IO	00	OI	IO	OI	IO	II	or	IO	II
II	II	Klarsignal	Klarsignal
	00	00
	00	II
OO	OI	II
OI	00	00
IO	00	00
II


OO
OI
IO
II

Auf der Zeile über jeder Tabelle sind die 2^e möglichen Gruppen des Klarsignals angegeben. In der Spalte links von der Tabelle sind die 2^a möglichen Schlüsselgruppen angegeben. Bei q = 2 sind hier vier verschiedene Gruppen mit zwei Impulsen vorhanden, nämlich 00 01 10 11.

Auf jeder der 2^S Zeilen der Tabelle innerhalb der Einrahmung sind die 2^Q möglichen Gruppen in beliebiger Reihenfolge angegeben. Es müssen lediglich wenigstens zwei Zeilen der Tabelle verschieden sein. Dieselbe Impulsgruppe kann nicht mehrmals auf derselben Zeile erscheinen, jedoch mehrmals in derselben Spalte.

Eine gegebene Klarsignalgruppe bestimmt eine Tabellenspalte und eine gegebene Schlüsselgruppe eine Tabellenzeile. Die gewählte Schlüsselsignalgruppe ist diejenige, die im Schnitt dieser Spalte und dieser Zeile verzeichnet ist.

Auf Grund der Analogie dieser Tabelle mit einer Multiplikationstafel nach Pythagoras wurde dieses Verschlüsselungsverfahren als »Multiplikation des Signals mit einem Schlüssel« bezeichnet. Diese symbolische Multiplikation kann nicht mit der in der Arithmetik üblichen Multiplikation verglichen werden, da insbesondere das Auftreten einer Null in der verschlüsselten Nachricht in Anwesenheit einer Null im Schlüssel keine Wiederherstellung des Klarsignals gestatten iao würde.

Es läßt sich leicht berechnen, daß es (2^S)! mögliche chreibweisen für eine Zeile und somit [(2^s) !j²* mögliche Tabellen gibt.

Es gibt im übrigen (2^?)! Tabellen, bei denen alle Zeilen identisch sind; die Erfindung bezieht sich somit

auf die Verschlüsselungsschaltungen, welche durch die [(2^e) !]²'— (2^S)! verbleibenden Tabellen bestimmt sind.

Unter Benutzung der durch die erste oben angegebene

Tabelle bestimmten Verschlüsselungsregel und bei Annahme eines

Klarsignals oi oo ro n io

Schlüssels ii .oi io ii oi

ist das verschlüsselte Signal oo oi oo io ii.

Die erste Gruppe mit zwei Impulsen des Klarsignals ist also oi, diejenige des Schlüssels ist ii. Aus der Tabelle ergibt sich im Schnitt der durch das Klarsignal oi bestimmten Spalte und der durch den Schlüssel 11 bestimmten Zeile die Gruppe 00, welche somit die erste Gruppe mit zwei Impulsen des verschlüsselten Signals ist.

Ebenso ergibt sich bei dem Schnitt der durch das Klarsignal 00 (zweite Gruppe des Klarsignals) bestimmten Spalte und der durch den Schlüssel 01 (zweite Gruppe des Schlüssels) bestimmten Zeile die Gruppe 01, welche die zweite Gruppe des verschlüsselten Signals ist usw.

Um die Entschlüsselung durchzuführen, wählt man zunächst eine beliebige doppelt gemeinsame Entsprechung zwischen jeder Gruppe des Schlüssels für die Verschlüsselung und den Gruppen des Entschlüsselungsschlüssels. Dann wird die Multiplikationsregel der Entschlüsselung in der folgenden Weise festgelegt:

Man stellt eine der Verschlüsselungstabelle entsprechende Tabelle her, indem man in die Zeile über der Tabelle die Gruppen für das verschlüsselte Signal schreibt, in die Spalte links von der Tabelle die Gruppen für den Entschlüsselungsschlüssel, und indem man innerhalb der Tabelle die Klärsignalgruppen einträgt. Einer gegebenen Gruppe des Entschlüsselungsschlüssels entspricht eine gegebene Gruppe des Verschlüsselungsschlüssels. Jeder Zeile der Multiplikationstabelle für die Entschlüsselung, wo Klarsignalgruppen eingetragen sind, entspricht somit eine gegebene Zeile der Verschlüsselungstabelle, wo Gruppen des verschlüsselten Signals eingetragen sind. Im Schnitt der Spalte, welche durch eine Gruppe des verschlüsselten Signals festgelegt ist, das über der Entschlüsselungstabelle steht, und der betrachteten Zeile dieser Tabelle trägt man die Klarsignalgruppe ein, welche in der entsprechenden Zeile der Verschlüsselungstabelle die Spalte bestimmte, wo sich diese Schlüsselsignalgruppe befand.

Es sei beispielsweise angenommen, daß für die Verschlüsselung die vorstehende Tabelle benutzt wurde und man zufällig die folgende Entsprechung zwischen den Schlüsseln für Verschlüsselung bzw. Entschlüsselung gewählt hat:

Schlüssel für Verschlüsselung 00 01 10 11

Schlüssel für Entschlüsselung 01 10 11 00.

Die Verschlüsselungsgruppe 01 hat die Klarsignalgruppe 10 in die Schlüsselsignalgruppe 11 umgeformt. Die Gruppe 10 des Entschlüsselungsschlüssels muß demnach die Schlüsselsignalgruppe 11 in die Klarsignalgruppe 10 umformen.

Indem man diese Überlegung für jeden der möglichen Fälle wiederholt, stellt man die Multiplikationstabelle zur Benutzung bei der Entschlüsselung her:

Verschlüsseltes Signal

00 01 10 11 00

Schlüssel für 01
Entschlüsselung 10

OI	IO	II	OO
OO	OI	IO	II
II	OO	OI	IO
IO	II	OO	OI

II

Die Entschlüsselung des vorhergehenden Beispieles

Verschlüsseltes Signal 00 01 00 10 11

Schlüssel für Entschlüsselung ... 00 10 11 00 10 Klarsignal 01 00 10 11 ro.

In einem aus der allgemeinen obigen Regel abgeleiteten Sonderfall kann man immer den Entschlüsselungsschlüssel gleich dem Verschlüsselungsschlüssel wählen und daraus die bei der Entschlüsselung anzuwendende Multiplikationsregel ableiten. In dem vorhergehenden Beispiel wäre dies:

Verschlüsseltes Signal 00 01 10 11

Schlüssel für
Entschlüsselung

00	OO	OI	IO	II
OI	II	OO	OI	IO
IO	IO	II	OO	OI
II	OI	IO	II	OO

Andererseits kann man für gewisse besondere Multiplikationsregeln eine solche Entsprechung zwischen den Schlüsseln für Ver- und Entschlüsselung herstellen, daß dieselbe Multiplikationsregel für die Verschlüsselung und für die Entschlüsselung benutzt werden kann.

Dies ist der Fall des vorhergehenden Beispieles, wenn die Entsprechung wie folgt festgelegt wird:

Verschlüsselungsschlüssel 00 01 10 11

Entschlüsselungsschlüssel 00 11 10 01.

Schließlich kann man in einem letzten Sonderfall eine gleiche Multiplikationsregel für die Ver- und Entschlüsselung bei Verwendung desselben Schlüssels aufstellen. Dies ist bei der folgenden Tabelle der Fall:

Schlüssel für
Entschlüsselung

Im folgenden wird zur Erläuterung beispielsweise angenommen, daß die Amplitude 0 der Abwesenheit eines Impulses und die Amplitude 1 einem Impuls mit einem gewissen Pegel entspreche.

Im folgenden werden Einrichtungen zur Durchführung der oben geschilderten Operationen beschrieben. Zur Erleichterung der Erläuterung zeigt Fig. ι ein Schema eines örtlichen Schlüsselgenerators,

	OO	Signal	IO	II
	OO	OI	IO	II
00	II	OI	OI	OO
OI	IO	IO	00	OI
IO	OI	II	II	IO
II	00

Fig. 2 eine Einrichtung zur Bestimmung einer Impulsgruppe,

Fig. 3 eine Einrichtung, welche in dem allgemeinen Fall die Multiplikation eines Signals mit einem Schlüssei ermöglicht,

Fig. 4 und 5 die allgemeinen Schaltungsschemas eines Senders und eines Empfängers für Kodeimpuls-Multiplex-Übertragung und schließlich

Fig. 6 das allgemeine Schema der bei diesen Einrichtungen verwendeten Verschlüsselungs- oder Entschlüsselungsanordnung.

Nach dem Schema der Fig. ι kann man aus einem

Leitimpuls eine Gruppe erhalten, welche aus beliebig vielen zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen besteht, deren Amplituden nach einem vorbestimmten Gesetz ο oder ι sind.

Beispielsweise entsprechen die dargestellten Verbindungen dem Fall, wo die Gruppe mit fünf Impulsen ι ο ι ι ο erzeugt wird.

ao Um aus einem Leitimpuls eine Gruppe von t Impulsen zu erhalten, sieht man t Röhren ι vor (z. B. t = 5), deren Gittern der bei 5 eingespeiste Leitimpuls in Parallelschaltung zugeführt wird. Die vom Gitter jeweils abgezweigten Leitungen führen über Umschalter 2 entweder nach Masse (die entsprechende Röhre ist dann stromführend) oder zu einer Spannung, die so negativ ist, daß die entsprechende Röhre gesperrt wird.

Andererseits sind die Anoden dieser Röhren mit t Abgriffen einer aus t Elementen bestehenden Verzögerungsleitung 3 verbunden. Die Verzögerungsleitung ist an ihren beiden Enden durch ein Glied 4 abgeschlossen, dessen Impedanz gleich ihrem Wellenwiderstand ist. Jedes Element dieser Leitung bewirkt eine Verzögerung, welche dem gewünschten Zeitabstand zwischen den Ausgangsimpulsen gleich ist.

Das Ausgangssignal wird bei 6 an einem Ende der Verzögerungsleitung abgenommen.

Selbstverständlich sind die Einzelheiten dieses Schemas nur als Ausführungsbeispiel angegeben.

Insbesondere können die Röhren durch Gleichrichter oder Transistoren ersetzt werden; die aus LC-Gliedern bestehende Verzögerungsleitung könnte hingegen durch irgendwelche bekannten Verzögerungskreise anderer Art ersetzt werden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist die folgende:

Wenn auf der Eingangsleitung 5 ein Impuls erscheint, wird ein Impuls an den Anoden der Röhren erzeugt, deren Gitterleitung nach Masse führt, während an den Anoden der Röhren, deren Gitterleitung zu der'negativen Spannung führt, kein Impuls erzeugt wird. Die so erhaltenen Impulse breiten sich längs der Verzögerungsleitung aus, so daß man auf der Ausgangsleitung 6 eine Folge von t Impulsen 0 oder 1 in der Reihenfolge erhält, in welcher die Umschalter 2 (nacheinander von rechts nach links) die Gitterleitungen mit der negativen Spannung oder mit Masse verbinden. Bei dem betrachteten Beispiel für t — 5 erhält man somit eine Impulsfolge 1 0 1 1 o.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte, als Bestimmungsstufe bezeichnete Anordnung liefert einen Im» puls, wenn man ihr eine bestimmte Gruppe von q Impulsen zuführt, während sie keinen Impuls abgibt, wenn man-ihr irgendeine andere Gruppe von q Impulsen zuführt.

Die Eingangsleitung 8 ist mit dem Eingang eines Verzögerungskreises mit q—1 Gliedern verbunden, wobei die Verzögerung jedes Gliedes gleich dem Zeitabstand der bei 8 zugeführten Impulse ist. Der Verzögerungskreis wurde durch eine Verzögerungsleitung 9 dargestellt, welche bei 10 auf ihren Wellenwiderstand geschlossen ist.

Die q Abgriffe dieses Verzögerungskreises sind jeweils mit einem von q Gittern der Röhren 11 verbunden, welchen eine für ihre Sperrung ausreichende Vorspannung zugeführt wird.

Außerdem ist eine Leitung τζ parallel an alle Bremsoder Schirmgitter der Röhren 11 geführt. Die Anoden der Röhren 11 sind mit den Anoden der (durch Widerstände 49 überbrückten) Dioden 13 entweder direkt oder über eine Phasenumkehrröhre 14 verbunden, je nachdem, ob in der zu bestimmenden Gruppe die betrachtete Röhre 11 einen Impuls mit der Amplitude 1 oder ο empfangen soll. Alle Kathoden der Dioden 13 sind parallel mit der Ausgangsleitung 15 verbunden.

Die Wirkungsweise wird an dem Beispiel der Fig. 2 erläutert, welche die Schaltung zur Bestimmung der Gruppe mit vier Impulsen ο ο ι ι darstellt. Zu diesem Zweck sind die beiden nach dem Ende der Verzögerungsleitung zu gelegenen Röhren 11 mit den Anoden der Dioden 13 über eine Phasenumkehrröhre 14 verbunden, während die beiden nach dem Anfang der Verzögerungsleitung zu gelegenen Röhren 11 mit den Anoden der Dioden 13 direkt verbunden sind.

Die zu identifizierende Impulsgruppe wird der Leitung 8 zugeführt und breitet sich längs der Verzögerungsleitung 9 aus. In einem bestimmten Augenblick wird auf der Leitung 12 ein Impuls zugeführt, welcher alle Röhren 11 entriegelt. Es sei angenommen, daß in diesem bestimmten Augenblick die auf der Leitung 9 laufenden Impulse an ihren verschiedenen Abgriffen mit der folgenden Verteilung auftreten:

Abgriff 161 171 181 191

Amplitude : ο ο ι 1.

Die beiden mit den Abgriffen 161 und 171 verbundenen Röhren erhalten an ihrem Eingangsgitter kein Signal, so daß ihre Anoden auf einem Potential verbleiben, welches der Anodenspannung sehr nahekommt. Die beiden Röhren 14 führen daher Strom, und ihre Anode befindet sich auf einem Potential, welches infolge des Spannungsabfalls in dem Anodenwiderstand'47 weit unter der zugeführten Anodenspannung liegt.

Die beiden mit den Abgriffen 181 und 191 verbundenen Röhren erhalten an ihrem Gitter einen positiven Impuls. Ihre Anoden werden somit auf ein Potential gebracht, welches infolge des Spannungsabfalles an dem Anodenwiderstand 48 weit unter der zugeführten Anodenspannung liegt.

Wenn die Röhren 11 gesperrt werden, sind die beiden Dioden 13, deren Anoden direkt mit den Röhren 11 verbunden sind, stromführend und die beiden anderen gesperrt. Die Leitung 15 befindet sich dann auf dem iss Potential der zugeführten Betriebsspannung, da der

Wert der Widerstände 49, welche im Nebenschluß zu den gesperrten Dioden liegen, viel größer ist als der Widerstand der entriegelten Dioden.

Während der Dauer des Entriegelungsimpulses waren alle Anoden der Dioden 13 auf Potentialen, welche weit unter der zugeführten Betriebsspannung liegen. Die Leitung 15 kommt daher auf das Höchste dieser Potentiale. Es entsteht daher auf der Leitung 15 ein negativer Impuls.

Es sei nun angenommen, daß im Zeitpunkt des Entriegelungsimpulses die zu identifizierende Impulsgruppe von ο ο ι ι abweiche. Wenn z. B. an dem Abgriff 191 ein Impuls mit der Amplitude ο auftritt, bleibt die entsprechende Röhre 11 gesperrt, ihre Anode

ag bleibt auf der hohen Spannung, und die entsprechende Diode 13 wird stromführend. Die Leitung 15 bleibt auf dem Potential der hohen Spannung.

Ebenso wird, wenn ein Impuls mit der Amplitude 1 an dem Abgriff 161 erscheint, die entsprechende Röhre 11 Strom führen, so daß die entsprechende Röhre 14 verriegelt wird. Die entsprechende Diode 13 wird Strom führen und die Leitung 15 wieder auf dem Potential der hohen Spannung bleiben.

Auf der Leitung 15 wird also ein negativer Impuls nur erscheinen, wenn die zugeführte Impulsgruppe im Zeitpunkt des Entriegelungsimpulses 0 0 1 1 ist.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, welche die Ausführung der Multiplikation eines Signals mit einem Schlüssel ermöglicht. Zur Vereinfachung der Erläuterung wurde als Beispiel eine Schaltung zur Verwendung von Gruppen mit zwei Impulsen dargestellt, die das folgende Multiplikationsgesetz verwirklicht:

Signal

Schlüssel

	UU	Ui	IU	IX
OO	GO	OI	IO	II
OI	II	IO	OI	OO
IO	IO	II	OO	OI
II	OI	OO	II	IO

Einem Satz von 2^e = 4 Stufen 16 für die Gruppenbestimmung wird parallel von der Eingangsleitung 8 das aus der Quelle 21 kommende zu multiplizierende Signal zugeführt. Diese Bestimmungsstufen sind nach Fig. 2 geschaltet, außer daß sie zur Bestimmung von Gruppen mit zwei Impulsen eingerichtet sind. Diese Gruppen sind für jede Bestimmungsstufe verschieden, so daß jede unter den 2 ⁹ möglichen Signalgruppen eine und nur eine Bestimmungsstufe auslöst.

Der Schlüssel wird durch einen Schlüsselgenerator 7M hergestellt. Dieses Organ ist nach dem Schema des Generators 7 der Fig. 1 aufgebaut und besitzt t Stufen. Dieser Generator empfängt auf seiner Leitung 5 Steuerimpulse der Quelle' 22, deren Wiederkehrfrequenz i-fach kleiner ist als diejenige der Signalimpulse. Die auf der Leitung 6 abgehenden Impulse haben demnach dieselbe Wiederkehrfrequenz wie diejenigen des Signals, und außerdem wählt man die Phase des Steuerimpulses so, daß die Signal- und Schlüsselimpulse zeitlich zusammenfallen.

Die so erhaltenen Schlüsselimpulse werden parallel über die Eingangsleitungen 8 einer Reihe von 2" = 4 Gruppenbestimmungsstufen 16 zugeführt, welche mit den das Signal empfangenden Stufen übereinstimmen.

Diese werden ebenfalls so geschaltet, daß jede von 2^S möglichen Schlüsselgruppen eine und nur eine Be-Stimmungsstufe auslöst.

Eine von der Steuerimpulsquelle 23 ausgehende Leitung ist parallel an die Steuerleitungen 12 der 2«+¹ = 8 Gruppenbestimmungsstufen geführt. Dieser Leitung werden Impulse zugeführt, deren Wiederkehrfrequenz 17-fach kleiner ist als diejenige der Signalimpulse. Außerdem fallen diese Impulse zeitlich mit den Signalimpulsen zusammen.

Die Schaltung verwendet im übrigen eine Reihe von 4^a = 16 elektronischen Schaltern 17. Diese Elemente liefern an die Ausgangsleitung 20 einen Impuls nur, wenn sie gleichzeitig einen Impuls auf jeder ihrer beiden Eingangsleitungen 18 und 19 empfangen. Ein derartiges Element besteht z. B. aus einer Mehrgitterröhre oder einem in passender Weise polarisierten Gleichrichter.

Die Ausgangsleitung 15 jeder Signalgruppen-Bestimmungsstufe ist parallel mit den Eingangsleitungen 18 von 2^S = 4 Schaltern verbunden. Die 2^e = 4 Eingangsleitungen 19 dieser Schalter sind mit den 2" — 4 Ausgangsleitungen 15 der Schlüsselgruppen-Bestimmungsstufen verbunden, so daß jeder dieser Schalter mit einer einzigen bestimmten Schlüsselgruppen-Bestimmungsstufe verbunden ist.

Schließlich wird der Ausgang an einer Leitung 24 abgenommen, welche parallel mit den Ausgangsleitungen 6 einer Reihe von 2^S = 4 Generatoren 7 für das verschlüsselte Signal verbunden ist, die nach dem Schema der Fig. 1 geschaltet sind, außer daß sie t = 2 Stufen haben, wobei jeder Generator für die Erzeugung einer verschiedenen Gruppe bestimmt ist. Die Eingangsleitungen 5 dieser Generatoren sind mit den Ausgangsleitungen 20 der Schalter in einer durch die gewählte Multiplikationsregel festgelegten Weise verbunden.

Der Eingang jedes dieser Generatoren ist mit dem Ausgang des Schalters verbunden, dessen beide Eingangsleitungen mit den Signal- bzw. Schlüssel-Bestimmungsstufen verbunden sind, welche durch die Signal- bzw. Schlüsselgruppen ausgelöst werden, deren Produkt die von diesem Generator hergestellte Gruppe ist.

Wenn ein Steuerimpuls von der Quelle 23 abgegeben wird, werden eine einzige gegebene Signalgruppen-Bestimmungsstufe und eine einzige gegebene Schlüsselgruppen-Bestimmungsstufe ausgelöst. Dadurch wird ein einziger bestimmter Elektronenschalter ausgelöst, welcher den mit ihm verbundenen Signalgenerator betätigt. Dadurch wird die Sendung der Gruppe des verschlüsselten Signals veranlaßt.

Es werden nun als Ausführungsbeispiel Mittel für die Verschlüsselung einer mit Kodeimpulsmodulation arbeitenden Multiplextelefonieübertragung beschrieben.

Der Sender nach Fig. 4 besitzt eine Probeentnahmestufe 50, welche die η Telefoniekanäle empfängt und ein Multiplexsignal abgibt, welches z. B. aus amplitudenmodulierten Impulsen zusammengesetzt ist. Eine Kodierungsstufe 51 verwandelt jeden dieser Impulse in einen vereinbarten Kode mit einer gewissen Anzahl von p. Impulsen mit der Amplitude 0 oder 1. Eine

erfindungsgemäße Verschlüsselungsstufe 52, die unten näher beschrieben wird, führt schließlich zu einem Funksender 53. Ein LeitosziUator 54 und ein Frequenzteiler 55 liefern die verschiedenen benötigten Steuerimpulse.

Der Empfänger umfaßt einen Funkempfangsteil 56, eine Entschlüsselungsstufe 52, die in ihrem Aufbau der Verschlüsselungsstufe entspricht, eine Dekodierungsstuf e 57, welche die Kodegruppen in amplitudenmodu-10. lierte Impulse umformt, und einen Verteiler 58, welcher die Kanäle trennt und die Telefoniesignale wieder herstellt. Alle diese Elemente, ausgenommen die Verschlüsselungsstufe 52, gehören nicht zur Erfindung und brauchen nicht im einzelnen beschrieben zu werden, da sie an sich bekannt sind.

Ein LeitosziUator 54 und ein Frequenzteiler 55 liefern die benötigten Steuerimpulse, wobei der Gleichlauf mit dem Sender durch an sich bekannte und nicht dargestellte Einrichtungen bewirkt wird. Die Verschlüsselungsstufe und die Entschlüsselungsstufe haben den allgemeinen Aufbau nach Fig. 6. Es sind in Reihe und in beliebiger Reihenfolge eine gewisse Anzahl von Permutationsstufen 60, 61 ... und Multiplikationsstufen 62, 63 ... vorgesehen, welche mit ihren Schlüsselgeneratoren η^ verbunden sind; diese sind oben erläutert worden.

Die Permutationsstufen bewirken entweder einfache oder zyklische Permutationen. Wenn m_lt m₂ ... die Perioden dieser Permutationen sind, so empfangen die Permutationsstufen Steuerimpulse mit den Frequenzen —7ip__ ^ —np_ ^ ^ ^ ₀(j_er gegebenenfalls mehrfache Frequenzen im Falle von zyklischen Permutationen (wobei N die Anzahl der Probeentnahmen pro Sekunde und pro Kanal, η die Anzahl der Kanäle und ft die Anzahl von Kodeimpulsen ist, welche die Amplitude einer Probeentnahme festlegen).

Die Multiplikationsstufen 62, 63 sind nach dem allgemeinen Schema der Fig. 3 ausgebildet. Die Schlüsselgeneratoren 7 W entsprechen dem Schema der Fig. I₀ Die Multiplikationsstufen arbeiten auf Gruppen von q_x, q₂ ... Impulsen, und die Schlüssel haben Perioden von t_v t₂ ... Impulsen.

DieSteuerimpulse der Multiplikationsstufenhaben die

Frequenz ——, —— .,. und diejenigen der Schlüssel-

?1

Nnp Nnp

generatoren haben die Frequenz

Die Zahlen n, ft, m_x, m₂ ..., q_lt q₂ ..., I₁, t₂ ... werden vorzugsweise verschieden oder besser so gewählt, daß sie keinen gemeinsamen Teiler haben.

Nach einer Abwandlung kann man den eine Multiplikationsstufe steuernden Schlüssel herstellen, indem man zwei weitere Schlüssel multipliziert. Um einen häufigen Kodewechsel vorzunehmen, kann man das System durch eine Einrichtung für automatischen Wechsel der Permutationen, der Schlüssel bzw. der Multiplikationsgesetze ergänzen. Diese Operationen werden durch Änderung der die verschiedenenElemente dieser Organe verbindenden Schaltung vorgenommen. Diese Änderungen werden mittels eines Lochpapierstreifens, eines fotografischen Films, eines magnetischen Bandes oder einer ähnlichen Einrichtung gesteuert.

Der Gleichlauf des Vorschubes dieser Bänder bei Sendung und Empfang kann entweder durch Aus-Sendung von besonderen Impulsen oder durch zuverlässige Uhrwerke erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Einrichtung zur Umwandlung eines ersten binären Kodesignals in ein zweites binäres ,Kodesignal mittels eines Doppelschlüssels, wobei das erste Kodesignal ein Klarsignal und das zweite Kodesignal ein verschlüsseltes Signal ist, oder umgekehrt, und wobei alle Signale aus aufeinanderfolgenden Gruppen äquidistanter Impulse bestehen, deren jede dieselbe Impulszahl q (?§>2) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Teüe·: einen Generator (21) des ersten Kodesignals; einen Generator (jtV) eines vorbestimmten Hilfssignals, das ebenfalls aus aufeinanderfolgenden Gruppen äquidistanter Impulse besteht, deren Periode und Anzahl mit denjenigen des ersten Kodesignals übereinstimmt; einen ersten, an den Ausgang des Generators (21) angekoppelten Satz von 2 ^β Stufen (16) zur Bestimmung der vom Generator (21) ankommenden Impulsgruppen; einen zweiten, an den Ausgang des Generators (j^(tl) angekoppelten Satz von 2^s Stufen (16) zur Bestimmung der vom Generator (7^) ankommenden Impulsgruppen; ein Netzwerk von 4", mit je zwei Eingängen (18,19) und einem Ausgang (20) versehenen Elektronenschaltern (17), die in 2« Reihen und 2^q Kolonnen angeordnet sind, wobei alle Eingänge (18) in jeder Kolonne an je eine Stufe (16) des ersten Satzes und alle Eingänge (19) in j eder Reihe an j e eine Stuf e(i6) des zweiten Satzes angeschlossen sind; und eine Gruppe von 2" Generatoren (7) zur Erzeugung verschiedener Gruppen äquidistanter Impulse, aus welchen schließlich das zweite Kodesignal besteht, wobei der Eingang jedes Generators (7) mit den Ausgängen (20) von 2" Elektronenschaltern (17) verbunden ist, die so gewählt sind, daß eine gewünschte Impulsgruppe erzeugt wird, wenn der betreffende Schalter einen Impuls an seinen zwei Eingängen gleichzeitig empfängt.
2. Generator für bestimmte Gruppen des zweiten Kodesignals oder für das vorbestimmte Hilfssignal gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren Röhren besteht, von welchen gewisse stromführend und die anderen gesperrt sind, wobei der stromführende bzw. gesperrte Zustand' der Röhren durch bestimmte Mittel, die gemäß dem gewählten Schlüssel betätigt werden, hergestellt wird, während die Gitter der Röhren in Parallelschaltung durch eine Folge von Leitimpulsen beaufschlagt werden und ihre Anoden mit den Abgriffen einer Verzögerungsleitung verbunden sind, an deren Ende das zweite Kodesignal oder das vorbestimmte Hilfssignal abgenommen wird. iao
3. Anordnung zur Bestimmung von Impulsgruppen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsleitung, deren Abgriffe mit den Gittern mehrerer Röhren verbunden sind, welche normalerweise gesperrt sind und durch einen parallel allen Röhren zugeführten Steuerimpuls

entriegelt werden können, wobei die Anoden dieser Röhren entweder direkt oder über Phasenumkehrröhren mit den Anoden einer Reihe von Dioden verbunden sind, deren Kathoden parallel an einer Ausgangsleitung liegen.
4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einrichtung für automatischen Kodewechsel, welche auf mechanischem oder elektronischem Wege die Anordnung gewisser Verbindungen ändert und entweder durch besondere Impulse oder durch Uhrwerke gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Electronic Engineering«, Januar 1952,

S. 28 bis 32; Tompkins u. a., High-Speed Computing Devices,

McGraw Hill Book Comp., New York, 1950, S. 270 bis 272, 285, 286.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen,

© 609 617/157 8. (609 809 2.57)