DE977832C

DE977832C - Ver- und Entschluesselungseinrichtung

Info

Publication number: DE977832C
Application number: DES67096A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl-Ing Hennig; Friedrich Dr-Ing Schreiber
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-02-16
Filing date: 1960-02-16
Publication date: 1971-06-09

Description

AUSGEGEBEN AM 9. JUNI 1971

5" 67096 VIII a j 21 α*

Die Erfindung bezieht sich auf Ver- und Entschlüsselungseinrichtungen. Es ist bekannt, bei der sogenannten Buchstabenverschlüsselung beispielsweise nur je 26 Buchstaben für den Klartext und für den Schlüsseltext zu benutzen, jedem Buchstaben eine Zahl zwischen 1 und 26 (Kennzahl) zuzuordnen und zum Verschlüsseln die Summe bzw. zum Entschlüsseln die Differenz der Kennzahlen der Klar- bzw. Geheimtextzeichen und der

ο Schlüsseltextzeichen zu benutzen.

Wenn man mit bei Telegrafengeräten üblichen Schlüssellochstreifen arbeiten will oder wenn es erwünscht ist, die verschlüsselte Nachricht als Fernschreibnachricht, wenn auch mit einem Sonderkode, auszusenden, erhält man eine besonders einfache Einrichtung gemäß der Erfindung dadurch, daß als Kennzahlen w-stellige Binärzahlen benutzt sind, die nach dem bekannten Verfahren »Addition mod. n« mit Hilfe zweier elektronischer oder magnetischer Binärzählketten gemischt werden und daß aus der Fernschreibtechnik an sich bekannte Mittel zur Rückübersetzung in eine Buchstabenfolge vorgesehen sind. Eine solche Einrichtung hat den weiteren erheblichen Vorteil, daß keinerlei Umschaltung beim Übergang von Verschlüsselungs- auf Entschlüsselungsbetrieb dann erforderlich ist, wenn bereits bei der Verschlüsselung eine Differenzbildung durchgeführt wird. Ferner macht es keinerlei Schwierigkeiten, beispielsweise mit den dekadischen Kennzahlen zwischen 1 und 26 zu arbeiten, also η = 26 zu wählen, wenn z. B. m = 5 ist und somit η <C 2^m.

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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn ein Additionsverfahren »Addition mod. 26« für die Mischung benutzt ist. In diesem Fall können alle 26 Buchstaben des Alphabets verwendet werden, und es können normale Fernschreib-Fünf erlochstreif en und gegebenenfalls ,eine Fernschreibübertragungseinrichtung zur Anwendung kommen. Es ist lediglich darauf zu achten, daß alle η Kennzahlen, die benutzt sind, bestimmten Schriftzeichen entsprechen, beim üblichen Alphabet also gleich 26. Wenn nämlich η größer gewählt wird, können bei der Verschlüsselung zusätzliche Zeichenkombinationen außerhalb des Alphabets entstehen; das ist aber bei der Buchstabenverschlüsselung unerwünscht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel und aus den Unteransprüchen. Dabei zeigt
ao Fig. 1 ein Schaltbild einer fünfteiligen Binärzählkette mit Rückstellung des Zählvolumens auf 26,

Fig. 2 eine schematische· Darstellung der aufeinanderfolgenden Zustände der Binärzählkette as in Form der zugeordneten Binärzahlen, der dekadischen Zahlen 1 bis 26 und der zugeordneten Buchstaben,

Fig. 3 ein Prinzipbild einer elektronischen Verschlüsselungseinrichtung unter Verwendung von Binärzahlketten nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Zeitplan für einen Verschlüsselungszyklus mit den relativen Schließzeiten der Steuerschalter.

Zunächst sei das Prinzip der additiven Mischung für η = 26 Klar- und 26 Schlüsselzeichen an Hand von Fig. 1 und 2 erläutert.

Fig. 1 zeigt eine geeignete fünfteilige Binärzählkette mit fünf beispielsweise mit Transistoren aufgebauten Kippstufen Kl bis KS, deren Zählvolumen auf genau 26 eingestellt ist: Von der Grundstellung 00000 ausgehend, bewirken die ersten 25 Eingangsimpulse ein Durchspielen der Binärzählkette entsprechend den Binärwerten der dekadischen Zahlen 1 bis 25. Der 26. Impuls jedoch wird durch Steuerglieder so umgeleitet, daß die Binärzahlkette in die Grundstellung zurückkehrt. Die Binärzählkette ist an sich in bekannter Weise aufgebaut und enthält Transistorkippstufen, Diodengatter, Richtleiter und Widerstände in der aus Fig. 1 ersichtlichen Schaltungsanordnung. Der Eingang der Binärzählkette ist dabei mit E, der Anschluß an den positiven Pol der Spannungsquelle mit + U bezeichnet.

Die Binärzählkette hat ein natürliches Zählvolumen 2^m = 32, das auf 26 zurückgestellt ist. Hierzu wird die Koinzidenz 00011 (Kennzahl 24) durch ein Diodengatter D1, D 2 festgestellt und hierauf für den nächsten Impuls aus der Kippstufe K1 die Kopplung zwischen den Kippstuf en if 1 und K 2 unterbrochen. Gleichzeitig wird dieser nächste aus der Kippstufe K1 kommende Impuls über eine Diode D 3 direkt auf die Kippstufe if 4 umgeleitet, wodurch die ganze Binärzählkette in die Grundstellung 00000 zurückgeführt wird, wenn die Kennzahl 26 erreicht ist.

Zur Realisierung der angestrebten additiven Verschlüsselung kann man z. B. so vorgehen, daß man zuerst die Schlüsselkombination »s« in die Binärzählkette parallel eingibt und anschließend aus einem Generator so viele Impulse an den Eingang gelangen läßt, wie es der Kombinationskennzahl »k« des betreffenden Klartextbuchstabens entspricht. Nach Ablauf dieses Vorgangs verbleibt dann die Summenkombination

c — s+k

in der Binärzählkette, die man als verschlüsselten Buchstaben verwerten kann.

Diese Gleichung ist in Fig. 2 anschaulich als Addition zweier Zahlen in dem geschlossenen Zahlenring 1 bis 26 dargestellt, wobei 26 mit 0 gleichgesetzt ist.

Zur Entschlüsselung ist die Differenzoperation

k = c—s oder k = c+ (n—s) _g

durchzuführen. Zu diesem Zweck muß die Schlüsseleinrichtung umgeschaltet werden.

Eine solche Umschaltung erübrigt sich, wenn man bereits bei der Verschlüsselung von der Addition mod. η der Komplementärzahl (n—k) ausgeht, also

c — s+(n—k)

verwendet. Löst man diese Gleichung zur Entschlüsselung nach k auf, dann ergibt sich eine Gleichung

k = s+(n—c),

die sich von der vorhergehenden Gleichung nur durch die Vertauschung von k und c unterscheidet: die Schlüsseleinrichtung verschlüsselt und ent- 10c schlüsselt also nach einem genau gleichen Arbeitsgang.

Zu diesem Vorteil kommt hinzu, daß in den beiden letzten Gleichungen die Zahl der Impulse (n—k) bzw. (n—c), die in der Binärzählkette zu s 10; addiert werden soll, mit Hilfe einer zweiten Binärzählkette besonders einfach abgezählt werden kann.

Dies geschieht, wie Fig. 3 und 4 zeigen, in folgender Weise:

Das Prinzipschaltbild nach Fig. 3 zeigt einen m Pulsgenerator P₁ der über ein Impulstor Jt zwei gleichartige Binärzählketten A und B der aus Fig. 1 ersichtlichen Art betreibt.

Der Verschlüsselungsvorgang beginnt mit der „ Paralleleingabe der Klartextkombination k in die 11; Zählkette^ über beispielsweise als Tastaturkontakte ausgebildete Schalter 5" 1 bis SS und der Schlüsseltextkombination s in die Zählkette B über Fühlkontakte S6 bis SlO eines Schlüssellochstreifen-Schrittsenders. Hierzu wird ein Schalter S11 kurzzeitig geschlossen, so daß die Schalter und Fühlkontakte auf die einzelnen Kippstufen wirksam werden können.

Während der Eingabe war ein Schalter SlZ geöffnet, das Impulstor Jt also gesperrt. Unmittelbar ia< anschließend wird der Schalter 511 geöffnet, wäh-

rend zugleich der Schalter 513 schließt: Jetzt ist das Impulstor durchlässig, und die Pulse des Pulsgenerators P schalten beide Zählketten so lange weiter, bis die Zählkette^ die End- und Grund-Stellung 00000 erreicht hat. In diesem Augenblick spricht ein Dioden-UND-Gatter Ga an und sperrt seinerseits das Impulstor wieder: es wurden also genau (26 — k) Impulse in die Zählkette A und damit auch in die Zählkette B hineingeschickt und zu ίο der dort ursprünglich eingespeicherten Schlüsselzahl J addiert. Damit ist die Gleichung

c = s+(26-k)

erfüllt und der eigentliche Verschlüsselungsvorgang beendet.

Das Durchspielen der Zählketten dauert im äußersten Fall 26 Impulsabstände, d. h. bei einer Frequenz f = 5 kHz des Pulsgenerators P etwa 5 ms. Der Pulsgenerator kann übrigens als ein-

ao fächer Multivibrator aufgebaut sein, weil Frequenzschwankungen von einigen Prozent keine Rolle spielen.

Im letzten Abschnitt eines Verschlüsselungszyklus wird ein Schalter 5 12 geschlossen. Hieras durch werden Wählschienenmagnete M1 bis M 5 im Drucker eines nach Art einer Fernschreibmaschine aufgebauten Empfangsdruckers entsprechend der verschlüsselten Geheimtextkombination c erregt, und es kann der Abdruck des verschlüsselten Buchstabens erfolgen.

Fig. 4 stellt den Zeitplan für einen Verschlüsselungszyklus dar und zeigt die relativen Schließzeiten der steuernden Schalter 511 bis 513. Dabei ist mit Eg die Schließzeit für den Schalter 5" 11 und damit der Eingabezeitraum für die Klartext- und Schlüsseltextkombination bezeichnet, mit V die Schließzeit des Schalters 5" 13 und damit die Zeit für den Verschlüsselungsvorgang und mit D die Zeit für die Ausgabe der Geheimtext- oder Differenzkombination c = j+(26—H) und für den Abdruck des zugeordneten Geheimtextbuchstabens.

Wie aus dem Zeitplan nach Fig. 4 hervorgeht, ist es vor allem die Trägheit des mechanischen Druckers, die die Arbeitsgeschwindigkeit der Schlüsseleinrichtung begrenzt. 7 bis 10 Verschlüsselungen pro Sekunde kann man mit normalen Mitteln ohne weiteres erreichen.

Die Steuerung der Schalter 511 bis 513 entsprechend dem Zeitplan sowie die zeitrichtige Weiterschaltung des Schrittsenders ist in Fig. 3 nicht angegeben. Sie könnte im einfachsten Fall von einer Nockenwelle aus erfolgen, die für die Dauer einer Verschlüsselung (über ein Getriebe) an die umlaufende Motorwelle des Druckers gekuppelt wird.

Es ist auch ein elektronischer Umlaufzähler verwendbar, der von dem in Fig. 3 gezeigten Pulsgenerator oder von einem getrennten Generator mit niedrigerer Frequenz durchgespielt wird. In diesem Fall hätten die Schalter 511 bis 513 in Fig. 3 nur

So symbolische Bedeutung, denn man würde ihre Schaltfunktionen ebenfalls elektronisch ausführen.

Zum Entschlüsseln muß die erwähnte Gleichung

k = s+(26 — c) erfüllt werden. Wie gefordert, bedarf es hierzu keiner Umschaltung der Anlage. Im Unterschied zu der oben beschriebenen Verschlüsseiung wird lediglich am Anfang an Stelle der Klartextkombination k die verschlüsselte Geheimtextkombination c in die Binärzählkette A eingetastet und am Schluß k an Stelle von c aus der Binärzählkette B entnommen und abgedruckt.

Die bisher angenommene Tastatur (mit mechanischer Kodeumsetzung 26/5) kann bei Bedarf durch einen zweiten Schrittsender ergänzt bzw. ersetzt werden, der die Fünfer-Kombinationen eines vorliegenden Klartext- bzw. Schlüssellochstreifens. abfühlt und parallel in die Binärzählkette A eingibt. Dieser Schrittsender kann mit dem bei der Abfühlung des Schlüssellochstreifens benutzten gemeinsam weitergeschaltet werden. Bei einer solchen Einrichtung kann man zweckmäßig einen Streifenlocher parallel zum Blattdrucker betreiben.

Im Rahmen der Erfindung kann man auch den verschlüsselten Text wie ein normales Fernschreiben über Leitungen aussenden und empfangen. Hierzu muß das nach beendeter Verschlüsselung in der Binärzählkette B vorliegende verschlüsselte Zeichen einem Parallel-Serie-Umsetzer zugeführt und dann unter Hinzufügung von Anlauf- und Sperrschritt auf die Leitung gegeben werden. Auf der anderen Seite müßte zur Abtastung des ankommenden verschlüsselten Zeichens ein Start-Stop-Empfänger mit Parallel-Serie-Umsetzung der eigentlichen Schlüsseleinrichtung vorgeschaltet werden. Diese Zusatzeinrichtungen können in mechanischer oder in elektronischer Technik ausgeführt sein. Bei einer solchen Leitungsübertragung braucht man keine Rücksicht auf das internationale Fernschreibalphabet zu nehmen, weil als Empfänger eine Fernschreibmaschine mit normalem Fernschreibalphabet nicht in Frage kommt.

Bei der Bedienung der Verschlüsselungseinrichtung hat man zunächst keine Möglichkeit, festzustellen, ob der zu einem eingetasteten Klartextbuchstaben abgedruckte verschlüsselte Buchstabe richtig ist oder nicht, d. h., ob die Verschlüsselungseinrichtung einwandfrei gearbeitet oder einen Fehler gemacht hat. Einen eventuellen Fehler würde erst der Empfänger der Geheimnachricht beim Entschlüsseln bemerken. Eine automatisch funktionierende Selbstkontrolle der Verschlüsselungseinrichtung, die schon beim Verschlüsseln jeden Fehler bemerkt und Alarm gibt; kann in folgender einfacher Weise verwirklicht werden:

Man führt bei Verwendung der Schaltanordnung nach Fig. 3 unter Hinzunahme zweier weiterer Zählketten den Verschlüsselungsvorgang gleichzeitig und unabhängig voneinander zweimal aus und zieht anschließend in einem Diodengatter den Vergleich, ob sich in beiden Fällen das gleiche Resultat ergeben hat. Ist das nicht der Fall, dann wird Alarm gegeben. Die Wahrscheinlichkeit, daß beide elektronische Einrichtungen zufällig den gleichen Fehler erzeugt haben, ist äußerst gering.

Eine andere Kontrollmöglichkeit besteht darin, daß man sofort nach der normalen Verschlüsselung in zwei zusätzlichen Zählketten die Entschlüsse-

lungsoperation durchführt und am Ausgang dieser Entschlüsselungseinrichtung mittels eines Kontrolldruckers feststellt, ob sich dabei die gleiche Klartextkombination k ergibt, die ursprünglich eingegeben wurde.

Diese Kontrollmöglichkeit hat den großen Vorteil, daß dabei eventuelle Eintastfehler der Bedienungsperson bemerkt werden, die ja voraussichtlich viel häufiger smd als tatsächliche Fehler der

ίο Verschlüsselungseinrichtung selbst.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, auch andere elektronische oder magnetische Binärzählketten zu verwenden, z. B. solche, die magnetische Ringkerne oder Transfluxoren oder diese beiden Bauelemente zusammen enthalten. Selbstverständlich können bei Bedarf auch sechs- oder mehrstellige Binärzahlen benutzt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung, bei der die im Klar- und Schlüsseltext vorkommenden η verschiedenen Buchstaben jeweils durch eine Kennzahl ersetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kennzahlen m-stellige Binärzahlen benutzt sind, die nach dem bekannten Verfahren »Addition mod. «« mit Hilfe zweier elektronischer oder magnetischer Binärzählketten gemischt werden und daß aus der Fernschreibtechnik an sich bekannte Mittel zur Rückübersetzung des m-stelligen Binärkodes in eine Buchstabenfolge vorgesehen sind.

2. Anwendung der Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach Anspruch 1 in Verbindung mit einer Anlage zum Übertragen der mstelligen Binärzahlen in einem Fernschreibkode mit m Schritten.

3. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Binärzählketten Transistoren enthalten.

4. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Binärzählketten magnetische Ringkerne und/oder Transfluxoren enthalten.

5. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- bzw. Entschlüsselung in zwei parallelen Einrichtungen durchgeführt wird, deren Ergebnisse einer Vergleichseinrichtung zugeleitet werden.

6. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung bei Nichtübereinstimmen der verglichenen Ergebnisse eine Alarm- oder Abschaltvorrichtung auslöst.

7. Ver- und Entschlüsselungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Verschlüsselungseinrichtung eine mit der Verschlüsselungseinrichtung gleichartige, von der dem verschlüsselten Text entsprechenden Binärzahlenfolge steuerbare Entschlüsselungseinrichtung in Verbindung mit einem Klartext-Kontrolldrucker vorgesehen ist.

8. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß fünfstellige Binärzahlen benutzt sind.

9. Ver- und/oder Entschlüsselungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verschlüsselung von der Addition mod. η der Komplementärzahl {n—k) und bei der Entschlüsselung von der Addition mod. η der Komplementärzahl (n—c) Gebrauch gemacht ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen