EP0136681B1 - Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung - Google Patents

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EP0136681B1
EP0136681B1 EP84111665A EP84111665A EP0136681B1 EP 0136681 B1 EP0136681 B1 EP 0136681B1 EP 84111665 A EP84111665 A EP 84111665A EP 84111665 A EP84111665 A EP 84111665A EP 0136681 B1 EP0136681 B1 EP 0136681B1
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EP
European Patent Office
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code
transmission
transmission side
transmitter
subscriber
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EP0136681A3 (de
EP0136681A2 (de
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Ludwig Dipl.-Ing. Hofmann
Klaus Stadler
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K1/00—Secret communication

Definitions

  • the invention relates to a method for encrypted message transmission in transmission systems with fixed and / or mobile subscriber devices (terminals), for example in telephone, car phone or radio networks, in which in the terminal one transmitter side a transmitter for an individual subscriber key and in An evaluator, which is designed as a central station and is only accessible on the official side, is arranged and in which, in a first method step, the subscriber number is transmitted from the transmission side containing the encoder to the other transmission side, in which the subscriber key is determined and the recipient is set according to the key and in the thereafter in a second method step, the transmission path for transmitting the encrypted useful signal to the transmitting part is switched through in the terminal device containing the transmitter.
  • a method for encrypted message transmission of the type described in the preamble of claim 1 is known from DE-B-2 659 622.
  • This describes a radio telephony system for a large number of subscribers, in which the messages are transmitted through an encryption or concealment device, in particular by means of digital signals, e.g. with a specific individual sequence, i.e. with a specific subscriber-specific key.
  • the participant number itself or a special code is also stored.
  • There is a functional connection between the subscriber number or the code and the individual key setting which is only known to the higher-level exchange (radio gateway).
  • This individual key is calculated in the exchange and the encryption or concealment device is programmed. Then the encrypted transmission to the exchange and from there the transmission of the messages is carried out, if necessary after conversion into the key of the conversation partner.
  • a ciphering / deciphering system is known with a ciphering part with means for converting plain texts into a ciphertext and a deciphering part with means for converting the ciphertext back into clear data.
  • the encryption part contains an encryption generator, the initial state and / or structure of which is determined at least by a first secret key, and a first memory with a number of different first keys.
  • the decryption part contains a decryption generator constructed in the same way as the encryption generator and a second memory with the same first keys as in the first memory.
  • Encryption and decryption parts also contain key loading means, in order to select a first key from the first memory when the system is reinitialized, to load it into the encryption generator, to transfer the memory address of the selected first key to the decryption part, and there, based on the transmitted memory address, to transfer the same first key from the read out the second memory and load it into the decryption generator.
  • the key loading means are controlled by a random stage located in the encryption part, which forms a random selection address for the first key contained in the first and second memory and to be reloaded during the reinitialization each time the system is reinitialized.
  • the invention has for its object to provide a method for encrypted message transmission, which can be used in a variety of ways in networks of message transmission and is relatively difficult to listen to automatically.
  • This object is achieved according to the invention by a hierarchical structure in such a way that several end devices are connected to a center in the networks and the code signaling from the end device to the central device takes place in a non-system-compatible sequence, and further in that in the first method step of the Transmitter-containing transmission side, the set code is transmitted to the other transmission side designed as a central station.
  • the transmitted code forms a pointer in a code table.
  • an encryption system for a mobile telephone system is shown in the block diagram.
  • a mobile device and a base station part are provided which are in radio communication with one another via a radio field FF.
  • the mobile device contains a handset 1, an LF amplifier and voice scrambler connected to it, which are arranged in box 2, and a radio part 3 connected downstream thereof, which is connected on the output side to an antenna A1.
  • LF amplifier and voice scrambler 2 are connected to one another via a reception line and a transmission line for the low frequency.
  • a changeover switch S is inserted into the transmission line and is controlled by a code transmitter 4.
  • the code transmitter 4 is also connected to the LF amplifier and voice scrambler 2 and effects the code setting therein as well as with a signaling unit 5 which is connected on the output side to the one changeover contact of the changeover switch S and via this changeover switch S to the transmission path the mobile device can be switched on.
  • the base station part contains a radio part 6 which is connected to an antenna A2 and which is connected to a voice scrambler and an NF adaptation, which are arranged in box 7.
  • voice scrambler and LF adaptation are carried out for the transmission of the low frequency LF to a transfer device ULE, not shown in the figure, which forms a connection device between the base station part (radio concentrator) and the telephone network with the switching offices.
  • Radio part 6 and voice scrambler and LF adaptation 7 are connected to one another via a reception line and a transmission line for the low frequency, a connection to a code evaluator and a synchronization device, which are contained in box 8, being made by the reception line. On the output side, this is connected to the voice scrambler and NF adaptation 7 for code setting.
  • the radio parts 3 and 6 in the two terminals can consist of commercially available transceivers which are interconnected in the manner shown with the respective concealment devices.
  • a dynamic obfuscation mode is used here using the 4-band swap, which, for. B. with the aid of a random generator from the mobile subscriber with the transmitter to the concealment device of the radio concentrator with the receiver.
  • this receiver in the gateway and / or in the exchanges or also at the B subscriber.
  • the radio path is encrypted in such a way that the base station part is first synchronized to the mobile device from the signaling unit 5 via the changeover switch S controlled by the code transmitter 4.
  • the dynamic transmitter then transmits the dynamic obfuscation mode from the mobile device to the base station part, and via its code evaluator and synchronization device 8, the code is set in the voice scrambler and the NF adaptation 7, so that the transmitted, veiled signal in the receiver of the base station part is correct is recognized.
  • the method according to the invention is based on the principle that terminals only generate a transmission code, but cannot evaluate it.
  • the evaluators are unable to generate the code and, moreover, they are only available in limited numbers.
  • a strictly hierarchical structure is provided here. This means that in the relevant networks, several terminal devices are always connected to a central station on the base station side, which can only be entered and serviced by authorized personnel.
  • the key transmitted from the terminal, in this case the mobile device, to a central key device merely forms a pointer in a code table. In this way, security against eavesdropping can be achieved in systems of the same structure by changing the code table.
  • the advantage of the method according to the invention is that in addition to a high number of obfuscation modes, the use of a normal radio transceiver belonging to this corresponding mobile radio system means that the radio paths cannot be intercepted, since this radio transceiver can only be used with one transmitter and is not equipped with a receiver, the concealment receiver cannot be released for public transport due to a corresponding delivery restriction and this system, although the radio subscriber devices can be sold on the open market without restriction, contains a high degree of concealment security.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung in Übertragungssystemen mit fest stationierten und/oder mobilen Teilnehmergeräten (Endgeräten), beispielsweise in Telefon-, Autotelefon- oder Funknetzen, bei dem im Endgerät der einen Übertragungsseite ein Geber für einen individuellen Teilnehmerschlüssel und in der als Zentralstation ausgebildeten anderen lediglich amtsseitig zugänglichen Übertragungsseite ein Auswerter angeordnet ist und bei dem in einem ersten Verfahrensschritt von der den Geber enthaltenden Übertragungsseite die Teilnehmernummer an die andere Übertragungsseite übertragen, in dieser der Teilnehmerschlüssel ermittelt und der Empfänger entsprechend dem Schlüssel eingestellt wird und bei dem danach in einem zweiten Verfahrensschritt im den Geber enthaltenden Endgerät der Übertragungsweg zur Übertragung des verschlüsselten Nutzsignals auf den Sendeteil durchgeschaltet wird.
  • Mit der zunehmenden Ausbreitung von Mobilfunkanlagen stellt die Verschlüsselung der Nachrichtenübertragung auf dem Funkwege mit zunehmendem Masse ein besonderes Problem dar. Die verschiedenen, sich hierfür anbietenden Möglichkeiten, beispielsweise kryptologische Verfahren oder Verschleierung der Funkwege, sind von der technischen Realisierung meist recht aufwendig.
  • Eine Realisierung mit Hilfe der n-Band-Vertauschung auf statischem Wege durch einen einheitlichen Schlüssel für das gesamte Funksystem oder mit verschiedenen Verschleierungsschlüsseln, deren Anzahl aufgrund von Pre-Emphase und DeEmphase sowie der erforderlichen Verschleierungsmöglichkeit auf wenige Konstellationen begrenzt ist, bietet neben den Vorteilen geringer Komplexität und Optimierung der Übertragungsqualität bzw. Verschleierung der einzelnen Verbindungen mit unterschiedlichen Verschleierungsmodi den Nachteil, dass sich mit Hilfe eines normalen Funk-Sende/Empfangsgerätes die Funkwege durch Einstellung auf die verschiedenen Verschleierungsmodi abhören lassen. Bei Anwendung einer dynamischen Methode durch zeitlichen Wechsel der einzelnen Verschleierungsmodi und damit Erhöhung des Verschleierungsgrades wird zwar die Verschleierungssicherheit beträchtlich erhöht, es besteht jedoch die Möglichkeit, mit einem normalen Funk-Sende-Empfänger durch entsprechende zeitliche Erfassung des Verschleierungsgrades die Funkwege zu entschleiern.
  • Ein Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art ist durch die DE-B-2 659 622 bekannt. Diese beschreibt ein Funktelefoniesystem für eine grössere Zahl von Teilnehmern, bei dem die Nachrichten durch ein Verschlüsselungs-oder Verschleierungsgerät insbesondere mittels digitaler Signale, z.B. mit bestimmter teilnehmerindividueller Folge, d.h. mit bestimmtem teilnehmerindividuellen Schlüssel, übertragen werden. Dabei ist neben der bestimmten individuellen Schlüsseleinstellung bei jedem Teilnehmer die Teilnehmernummer selbst oder zusätzlich ein spezieller Code gespeichert. Zwischen der Teilnehmernummer bzw. dem Code und der individuellen Schlüsseleinstellung besteht ein funktioneller, nur der übergeordneten Vermittlungsstelle (Funküberleitstelle) bekannter Zusammenhang. Dieser individuelle Schlüssel wird in der Vermittlungsstelle errechnet und das Verschlüsselungs- bzw. Verschleierungsgerät programmiert. Dann wird die verschlüsselte Übertragung zur Vermittlungsstelle und von dort aus gegebenenfalls nach Umsetzung in den Schlüssel des Gesprächspartners die Übermittlung der Nachrichten durchgeführt.
  • Ferner ist aus der EP-A-0 032 107 ein Chiffrier/ Dechiffriersystem bekannt mit einem Chiffrierteil mit Mitteln zum Umwandeln von Klartexten in ein Chiffrat und einem Dechiffrierteil mit Mitteln zum Rückumwandeln des Chiffrats in Klardaten. Der Chiffrierteil enthält einen Chiffriergenerator, dessen Anfangszustand und/oder Struktur wenigstens durch einen ersten geheimen Schlüssel bestimmt wird, sowie einen ersten Speicher mit einer Anzahl verschiedener erster Schlüssel. Der Dechiffrierteil enthält einen gleich wie der Chiffriergenerator aufgebauten Dechiffriergenerator sowie einen zweiten Speicher mit denselben ersten Schlüsseln wie im ersten Speicher. Chiffrier-und Dechiffrierteil enthalten ferner Schlüssellademittel, um bei einer Neuinitialisierung des Systems einen ersten Schlüssel aus dem ersten Speicher auszuwählen, in den Chiffriergenerator zu laden, die Speicheradresse des ausgewählten ersten Schlüssels zum Dechiffrierteil zu übertragen und dort aufgrund der übertragenen Speicheradresse denselben ersten Schlüssel aus dem zweiten Speicher auszulesen und in den Dechiffriergenerator zu laden. Die Schlüssellademittel sind dabei durch eine im Chiffrierteil befindliche Zufallstufe gesteuert, welche bei jeder Neuinitialisierung des Systems eine zufällige Auswahladresse für die im ersten und zweiten Speicher enthaltenen und bei der Neuinitialisierung neu zu ladenden ersten Schlüssel bildet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung zu schaffen, das vielseitig in Netzen der Nachrichtenübertragung einsetzbar und relativ schwer automatisch abhörbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung gelöst durch eine hierarchische Struktur derart, dass in den Netzen jeweils mehrere Endgeräte mit einer Zentrale verbunden sind und die Codesignalisierung vom Endgerät zum Zentralgerät in einem nicht systemkompatiblen Ablauf erfolgt, und ferner dadurch, dass im ersten Verfahrensschritt von der den Geber enthaltenden Übertragungsseite der eingestellte Code an die als Zentralstation ausgebildete andere Übertragungsseite übertragen wird.
  • In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass der übertragene Code einen Zeiger in einer Codetabelle bildet.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Figur ist ein Verschlüsselungssystem für eine Mobil-Telefonanlage im Blockschaltbild dargestellt. Hierbei sind ein Mobilgerät und ein Feststationsteil (Funkkonzentrator) vorgesehen, die über ein Funkfeld FF miteinander in Funkverbindung stehen. Das Mobilgerät enthält einen Handset 1, einen mit diesem verbundenen NF-Verstärker und Voice-Scrambler, die im Kästchen 2 angeordnet sind, sowie einen diesem nachgeschalteten Funkteil 3, der ausgangsseitig mit einer Antenne A1 verbunden ist. NF-Verstärker und Voice-Scrambler 2 sind über eine Empfangsleitung und eine Sendeleitung für die Niederfrequenz miteinander verbunden. In der Sendeleitung ist ein Umschalter S eingefügt, der von einem Code-Geber 4 angesteuert wird. Der Code-Geber 4 ist ferner mit dem NF-Verstärker und Voice-Scrambler 2 verbunden und bewirkt in dieser die Code-Einstellung sowie mit einer Signalisierungseinheit 5, die ausgangsseitig an den einen Umschaltkontakt des Umschalters S angeschlossen und über diesen Umschalter S an den Sendeweg des Mobilgeräts anschaltbar ist. Der Feststationsteil enthält einen mit einer Antenne A2 verbundenen Funkteil 6, der mit einem Voice-Scrambler und einer NF-Anpassung, welche in dem Kästchen 7 angeordnet sind, verbunden ist. Voice-Scrambler und NF-Anpassung sind ausgangsseitig zur Übertragung der Niederfrequenz NF zu einer in der Figur nicht dargestellten Überleiteinrichtung ÜLE geführt, die eine Verbindungseinrichtung zwischen dem Feststationsteil (Funkkonzentrator) und dem Fernsprechnetz mit den Vermittlungsämtern bildet. Funkteil 6 und Voice-Scrambler und NF-Anpassung 7 sind über eine Empfangsleitung und eine Sendeleitung für die Niederfrequenz miteinander verbunden, wobei von der Empfangsleitung eine Verbindung zu einem Code-Auswerter und einer Synchronisiereinrichtung, die in dem Kästchen 8 enthalten sind, geführt ist. Dieses ist ausgangsseitig zur Codeeinstellung mit dem Voice-Scrambler und der NF-Anpassung 7 verbunden. Die Funkteile 3 und 6 in den beiden Endgeräten können aus handelsüblichen Sende/Empfangsgeräten bestehen, die in der dargestellten Weise mit den jeweiligen Verschleierungseinrichtungen zusammengeschaltet werden.
  • Bei dem vorliegenden Verschlüsselungssystem unterscheidet man in der Verschleierungsschaltung zwischen einer solchen für die beweglichen Stationen und einer solchen, die ausschliesslich für die Funkkonzentratoren, also den Feststationsteil, vorgesehen ist. Es wird hierbei ein dynamischer Verschleierungsmodus unter Benutzung der 4-Band-Vertauschung angewendet, der z. B. mit Hilfe eines Zufall-Generators von dem beweglichen Teilnehmer mit dem Geber zu der Verschleierungseinrichtung des Funkkonzentrators mit dem Empfänger übertragen wird. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, diesen Empfänger in der Überleiteinrichtung und/oder in den Vermittlungsstellen oder auch beim B-Teilnehmer zu installieren.
  • Die Verschlüsselung des Funkweges erfolgt in der Weise, dass zunächst von der Signalisierungseinheit 5 aus über den vom Code-Geber 4 angesteuerten Umschalter S der Feststationsteil auf das Mobilgerät synchronisiert wird. Vom Code-Geber wird dann der dynamische Verschleierungsmodus vom Mobilgerät zum Feststationsteil übertragen, und über dessen Code-Auswerter und Synchronisiereinrichtung 8 erfolgt die Codeeinstellung im Voice-Scrambler und der NF-Anpassung 7, so dass das übertragene, verschleierte Signal im Empfänger des Feststationsteils richtig erkannt wird.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf dem Prinzip, dass Endgeräte nur einen Übertragungscode erzeugen, jedoch nicht auswerten können. Die Auswerter wiederum sind nicht in der Lage, den Code zu erzeugen und sie sind ausserdem nur in begrenzten Stückzahlen vorhanden. Es ist nämlich hierbei eine streng hierarchische Struktur vorgesehen. Das heisst in den betreffenden Netzen sind auf der Feststationsseite immer mehrere Endgeräte mit einer Zentrale verbunden, die nur von autorisiertem Personal betreten und gewartet wird. Der vom Endgerät, hier also dem Mobilgerät, zu einem Zentralschlüsselgerät übertragene Schlüssel bildet lediglich einen Zeiger in einer Codetabelle. Hierdurch kann in gleich aufgebauten Systemen durch Veränderung der Codetabelle eine Abhörsicherheit erreicht werden.
  • Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass neben einer hohen Zahl an Verschleierungsmodi durch den Einsatz eines normalen, zu diesem entsprechenden Mobilfunksystem gehörenden Funk-Sende-Empfängers die Funkwege nicht abgehört werden können, da dieser Funk-Sende-Empfänger nur mit einem Geber und nicht mit einem Empfänger ausgestattet ist, der Verschleierungs-Empfänger durch entsprechende Lieferbeschränkung für den öffentlichen Verkehr nicht freigegeben werden kann und dieses System, obwohl die Funkteilnehmergeräte auf dem freien Markt unbeschränkt verkauft werden können, ein hohes Mass an Verschleierungssicherheit enthält.

Claims (2)

1. Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung in Übertragungssystemen mit fest stationierten und/oder mobilen Teilnehmergeräten (Endgeräten), beispielsweise in Telefon-, Autotelefon- oder Funknetzen, bei dem im Endgerät der einen Übertragungsseite ein Geber (4) für einen individuellen Teilnehmerschlüssel und in der als Zentralstation ausgebildeten anderen lediglich amtsseitig zugänglichen Übertragungsseite ein Auswerter (8) angeordnet ist und bei dem in einem ersten Verfahrensschritt von der den Geber (4) enthaltenden Übertragungsseite die Teilnehmernummer an die andere Übertragungsseite übertragen, in dieser der Teilnehmerschlüssel ermittelt und der Empfänger entsprechend dem Schlüssel eingestellt wird und bei dem danach in einem zweiten Verfahrensschritt im den Geber (4) enthaltenden Endgerät der Übertragungsweg zur Übertragung des verschlüsselten Nutzsignals auf den Sendeteil durchgeschaltet wird, gekennzeichnet durch eine hierarchische Struktur derart, dass in den Netzen jeweils mehrere Endgeräte mit einer Zentrale verbunden sind und die Codesignalisierung vom Endgerät zum Zentralgerät in einem nicht systemkompatiblen Ablauf erfolgt, und ferner dadurch, dass im ersten Verfahrensschritt von der den Geber (4) enthaltenden Übertragungsseite der eingestellte Code an die als Zentralstation ausgebildete andere Übertragungsseite übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der übertragene Code einen Zeiger in einer Codetabelle bildet.
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EP0136681A2 EP0136681A2 (de) 1985-04-10
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