JPS58202644A - ２進デイジタル信号の伝送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は暗号信号の伝送方法に関する。

電気通信、即ち音声、データ、ビデオ、ファクシミリは
盗聴が非常に困難となるように閉回路網を介して伝送さ
れていた。現在、信号を広域即ち全ヨーロッパを介して
放送する衛星通信回線の利用が提案されている。このよ
うな状況において。

盗聴は非常に簡単なことなので、許容できないプライバ
シー侵害の危険がある。プライバシー侵害つため、この
ような放送チャンネルの信号を暗号化することが計画さ
れている。特に、　米国通商省標準局の［ＦＩＰＳ　Ｐ
ＵＢ　４６　Ｊに記載されている「データ暗号化規準」
を用いて信号な暗号化することが計画されている。この
発明の理解な容易にするため、　　ｒＦ工ｐｓ　ＰＵＢ
　８１　Ｊに記載されている「出力フィードバック１１
−１ニード」を簡単に説明しておく。この文献は、デー
タとしていずれも６４ビツトのキーおよび入力ワードを
もつアルボ１１ズムな定めている。これらの２項目のデ
ータによりこのアル♂リズムは擬似ランダム化した６４
ビツトの出力ワードを発生する。（Ｋビット出カフィー
ドバック・モーげにおいて、「出力ワード」の上位にビ
ットは暗号化するにビットのメツセージと排他的論理和
がとられる。次の「入力ワード」は、最終「入力ワード
」の上位にビットを無視し。

残りのにビット位置を左ヘシフトした後、最初に用いた
に出力ビットを下位ビット位置に挿入して形成するっ）
。従って、６４ビツトの出力フィードバック・モードに
おいては、ｎ番目の出力ワードが（ｎ＋１）番目の入力
ワードとなるチェーンが存在する。このチェーンを起動
するためには。

（このチェーンにおいて固定される）キーと最初の入力
ワードが必要となる。この最初の入力ワードを「初期化
設定ベクトル」又はＩ−ＩＶＪと呼ぶことにする。「デ
ータ暗号化規準Ｊ　（ＦＩＰＳ　ＰＵＢ４６）に記載の
アルイリズムはＤＥＳアル♂リズムとして一般に知られ
でいる。

以と説明したものを用いると、出力フィードバック・モ
ードは非常に長い擬似ビットな発生する。

このぎット・ストリームは、２通信号のビットと擬似ヒ
ツト・ストリームとを対にし、６対について「排他的論
理和」をとることにより２通信号を暗号化するのに用い
られる。解読は暗号化処理を反復することにより実行さ
れる。これにより、受信側は同一の擬似ランダム・スト
リームな発生し。

同一の対を再形成し、この「排他的論理和」を反復する
。正確な同期を得ることが重要であり、これがこのモー
ドのＤＥＳアルゴリズムな用いるときの実際的な問題と
なる。

ＤＢＳアルゴリズムは電気通信の出力フィードバック・
モードで用いられており、同期は「接続」手順により達
成されて来た。これには２方向通信が必要であり、単方
向システムで利用できるようにアルヒリズムの利用拡大
が現在要請されている。

単一の送信機に対して複数の受信機が存在する衛星シス
テムの利用も考慮されている。このような状況において
は接続手順は複雑かつ煩わしいものとなったり、実用的
でないものと・なる。単方向システムのときは、受信機
の数は警部ではな−・。

この発明によれば、暗号信号の単方向伝送は。

初期化設定ビット・ストリームから擬似ランダム・ぎッ
ト・スト１】−ムを発生し、初期化設定ビット・ストリ
ームを暗号信号により時分割多重化することによって達
成される。受信機において、初期化設定ビット・ス）　
ｌ−ムは多重分離され、送信機におけるものと同じよう
な擬似ランダム・ストリームを発生するのに用いられる
。擬似ランダム・ストリームな発生する擬似ランダム化
器は１例えば初期化設定ビット・ス）　ＩＪ−ムな初期
化設定ベクトルに編集する初期化設定レジスタを備える
。特許請求の範囲に記数したように、この発明は矢のも
のにより特徴づけられる。

１　伝送の方法。

２　受信の方法。

６　擬似ランダム化器。

４　送信機及び ５　受信機。

この発明の一実施例な以下、付図す診照して説明する。

　　　　　′ｊ、１１１１・ この発明による方法は１本質的にディジタル的な例えば
データ伝送又は符号化アナログ、例えば音声、ビデオ又
はファクシミリにおける２進ディジタル信号なディジタ
ル的に暗号化するのに適用される。２准将号の音声は時
分割多重化され、第１図にそのフレーム構成を示す。

各フレームは６４タイム・スロットから成り。

そのうちの６０スロツトは通信に用い、４スロツトはシ
ステム及び暗号用に用いる。スロット０゜１６及び４８
は通常に使用されているものである。

即ち、スロット０は受信機を動作可能にし、各フレーム
のスタートな識別する固定ビットのパターンからなり、
スロット１６及び４Ｂは通常の信号情報１例えば特定ス
ロットにおいてのトラフィックの終了又はスタート符号
から成る。スロット３２は暗号化及び通常のフレームの
情報から成る。

残りのスロット、例えばスロット１〜１５．スロット１
７〜３１．スロット３３〜４７．スロット４９〜６３は
擬似ランダムｅビット・ストリームにより暗号化された
暗号信号から成る。矢に、このストリームの発生な説明
する。使用する擬似ランダム化器を第２図に示す。

第２図に示す擬似ランダム化器は、「出力フィードバッ
ク・モード」としてｒ　ＦＩｐｓ　ＰＵＢ　８１Ｊに説
明されている通常の使用法に基づいている。

この装置はキー１０をもつ暗号化エンジン１１かも成る
。これは入力レジスタ１２から入力ワードに受は取り、
ＤＥＳアルゴリズムな用い、擬似ランダムな第１の出力
ワードを発生し、出力レジスタ１３にセットする。この
第１の出力ワードは初期化設定制御ユニット２２により
作動されるスイッチ１４を介して入力レジスタ１２にフ
ィードバックされる。このフィードバックと共に、出力
レジスタ１３のワードはビット単位で暗号出力線１５に
も送出される。第１の出力ワードは入力レジスタ１２か
ら暗号化エンジン１１を介して出力レジスタ１３に送ら
れ、擬似ランダムな第２の出力ワードな発生させる。こ
のフィードバックを連続することにより一連の擬似ラン
ダム化されたワーｒを発生し、このワードをビット単位
で暗号出力線１５に出力する。この出力は暗号化に用い
る擬似うｙダム・ビット・ストリームな形成している。

チェーンな開始するためには、入力レジスタ１２にイニ
シャル・ワードをセットする。このイニシャル・ワード
を「初期化設定ベクトル」又は［ｖＪと呼ぶ。ＤＥ８ア
ルｐｓ　ＩＩズムは単一の■から非常に長い擬似ランダ
ム・ビット列を発生することができ１通常は長いチェー
ンが用いられている。この発明の方法は新しい初期化設
定ベクトルＩＶを頻繁に用いるのでそのような用法と異
なり、むしろ短い１例えば５１２出力ワード長を用いる
。チェーンは、伝送速度に従って例えば約１００マイク
ロセカンドの周期でリスタートする。

このリスタートを得るため、第２図に示す擬似ランダム
化器は初期化設定ストリーム発生器１６゜例えば真のラ
ンダム数発生器を有し、これより初期化設定ビット・ス
トリームをＩＶレジスタ１７に供ｉｆる。ＩＶレジスタ
１７はこの初期化設定ビット・ストリームナＩ■に編集
する。リスタートは初期化設定制御ユニットン′２によ
り行なわれ。

初期化設定制御ユニット２２は適当な周期で１例えばフ
ィードバック・チェーンの５１２ワード毎にスイッチ１
４に入力符号を転送する。これにより、出力レジスタ１
３から入力レジスタ１２へのフィードバックがインタラ
シトされる。各種転送では新しいＩＶにより新しいチェ
ーンが開始されることは明らかである。初期化設定スト
１１−ム（初期化設定ス）　ＩＪ−ム発生器１６より）
は更に初期化設定線１８な介する伝送に送られ、入力符
号（制御ユニット１３かもの）も制御線１９を介して伝
送に送られる。第１図を再び参照するに。

この初期化設定ストリーム及び制御パルスはスロット３
２にマルチプレクスされる。

受信機は、受信モードの設定用にモード・スイッチ２０
．２１を備えた同じような構成をもつ。

初期化設定ストリームは、スロット３２かも抽出され、
モード・スイッチ２０を介してＩＶレジスタ１７に供給
され、ここで送信機のものと同じＩＶに編集される。入
力符号はスロット３２からも抽出され、モ〒、ド・スイ
ッチ２１を介してスイッチ１４に供給されるので、送信
機と同一の工■が入力レジスタ１２に転送され、これに
より同一の擬似ランダムなビット・ストリームを暗号出
力線１５に発生する。この場合、ビット・ストリームは
送信機及び受信機で同期されていることが条件となる。

この発明では、初期化設定ストリーム及び制御符号をフ
レーム構成の複合信号にマルチプレクスしているので、
同期が達成される。

第６図に示すように、この発明による送信機は、第２図
に示すものと同じく、モード・スイッチ２０及び２１を
（図示のように）「送信位置」に設定している擬似ラン
ダム化器３０７ａｌ−有する。

送信機は２通信号１例えばマルチプレクスされた２准将
号の音声な線３１から受は取る。この２送信号はまず「
排他的論理和」デート３２に転送され、そこで暗号出力
線１５の擬似ビット列と組み合された後、マルチプレク
サ３３に転送される。

マルチプレクサ３３は初期化設定ストリーム（線１８よ
り）をりスタート符号（線１９より）と共にスロット３
２に挿入する。このようにして、複合信号が生成され、
送信機３４に送られ、アンテナ３５を介して（衛星へ）
送信される。

衛星の放送により、複合信号は第４図に示す受信機によ
り受信される。受信機は第２図に示すものと同じく、モ
ード・スイッチ２０及び２１を（図示のように）「受信
位置」に設定している擬似ランダム化器４０を有する（
この場合、初期化設定ス）　ＩＪ−ム発生器１６及び初
期化設定制御ユニット２２は切り離されている）。

第４図に示すように、アンテナ４１は複合信号を受信し
、これな受信機４２に渡し１次いでフォーマツタ４３に
渡す。フォーマツタ４３はスロット０の同期符号を検出
した後、このフレームへ複合信号な編成する。この複合
信号はフォーマット化すれた後、デマルチプレクサ４４
に転送され。

デマルチプレクサ４４はスロット３２から初期化設定ス
トリームを分離し１Ｍ１８及びモード・スイッチ２０を
介してＩＶレゾスタ１７に転送する。

デマルチプレクサ４４もスロット３２から制御パルスを
分離し、線１９及びモード・スイッチ２１を介してスイ
ッチ１４に送る。

次に、この制御パルスは［排他的論理和Ｊｒ−ト４５に
送られ、暗号出力線１５の擬似ランダム・ビット・スト
リームと組み合される。これにより信号が解読され、更
に通常の処理１例えばデマルチプレクスする処理が続く
。

送信機及び受信機の総合的な動作は次のようになる。　
・ 準備として擬似ランダム化器３０及び４０に同一キーを
置く。このキーは保安機構から提供される。例えば多数
のキーを記録しておき、メツセンジャーが送信機及び受
信機に搬送される。これは。

キーを２４時間毎に変更するのに便利である。全ステー
ションが同一のキーをもつことが基本となる。キーはこ
のシステムにおける唯一の秘密となる。

キーの制御に基づき、擬似ランダム化器３０は擬似ラン
ダム・ビット・ストリームを発生し、これは「排他的論
理和」デート３２により信号に加えられる。擬似う〜ダ
・・・、、ト′；′：・’Ｉ）　−Ａ　ｋ発生する。

初期化設定ストリームは信号とマルチデレクスされる。

新しいＩＶの使用を示す制御符号も同様である。

各受信機では、制御ス）　ＩＪ−ムがデマルチプレクサ
４４により分離され、送信機側と同じようにＩＶレジス
タ１７において同一の■に編集される。

更に、制御符号は復号信号からデマルチプレクスされ、
送信機側と同じように新しい工Ｖの使用を開始させるの
で、各擬似ランダム化器４０Ｇ？：同一の擬似ランダム
・ビット・ストリームを発生し。

［排他的論理和Ｊ　ｒ−）　４５にて信号を解読する。

マルチゾレクスされた信号は一つのピット列として取扱
われるので、暗号化と解読はマルチプレクスの性質に関
係しないことを強調しておく。従って、トラフィック料
金の性質に従い１時々異なるマルチプレクス形式を用い
ることが可能である。

音声は、６０チヤンネルにマルチゾレクスするのが都合
がよい。即ちスロットｒｎＪはスロット［ｎ　＋３２　
Ｊと同一のチャンネルな搬送する。伝送速度が高い１例
えばビデオ又はデータの場合は１１１゜ 全スロットが同一チャンネルヶ搬送するのが便利である
。

この発明の最も重要な効果は。

１　システムはロードするときに、連続してＩＶ及び命
令を連続的に送信するので、資源がチャ、ンネルをルー
プさせなくとも（放送又は単方向に適用したとき）１回
線の送信端及び受信端で擬似ランダム・ストリームに同
期することができるつ１１　　システムは新しいＩＶを
ロードする度に。

擬似ランダム化器を改めて再同期させるので、擬似ラン
ダム化器の同期外れ（伝送障害、ビット誤り又は何らか
も期間にわたる伝送の中断による）が急速かつ自動的に
復極されるシステムが得られる。

１１１　　通信が既にどの程度まで進行していても新た
な受信機が加入でき、即ち送信機及び受信機の同時的な
スタート・アップを必要と１−ないシステムが得られる
（オペレータが全体を遮断し、新しい受信１機を、送信
開始後の数個月後などにおいてオンｅラインにする度に
、リスタートできない放送システムでは重要である）。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明において用いる時分割多重フＶ−ムノ
ｔｌ［ｆｘ示す図、第２図はこの発明による擬似ランダ
ム化器のブロック図、第６図はこの発明による送信器の
ブロック図、第４図はこの発明による受信機のブロック
図である。 １０・・・キ＋＋、１１・・・暗号エンジン、１２・・
・入力レジスタ、１３・・・出力レジスタ、１４・・・
スイッチ。 １６・・・初期化設定ス）　ＩＪ−ム発生器、１７・・
・ＩＶレゾスタ、２０．２１・・・モード・スイッチ。 ２２・・・初期化設定制御ユニッ）、３０．４０・・・
擬似ランダム化器、３２．４５・・・排他的論理和ｒ−
ト、３３・・・マルチプレクサ、３４・・・送信機。 ４２・・・受信機、４３・・・フォーマツタ、４４・・
・デマルチプレクサ。 代理人　浅　村　　　皓 第１頁の続き ０発　明　者　グラハム・ケネス・キングイギリス国ハ
ートフォードシャ ー・セント・アルバンス・サン ドリブン・ギボンズ・クロース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　＆、　　擬似ランダム・ぎット・ストリーム
   を発生し。 ｂ、前記擬似ランダム・ビット・ストリームを入力信号
   と組み合せて暗号信号を生成する暗号形式の２進ディジ
   タル信号の伝送方法において。 固定キー及び初期化設定ビット・ストリームから前記擬
   似ランダム−ビット・ストリームを発生し前記擬似ラン
   ダム・ビット・ストリームを前記暗号信号とマルチゾレ
   クして送信すべき複合信号を発生することを特徴とした
   ２進ディジタル信号の伝送方法。 （２、特許請求の範囲第１項記載の２進ディジタル信号
   の伝送方法において、前記組み合せのステップは前記信
   号のビットと擬似ランダム・ストリームのビットとを対
   にし、各対について「排他的論理和」の処理を実行する
   ことす特徴とした２進ディジタル信号の伝送方法。 （３）　　もとの擬似ランダム・ビット・ストリームを
   同一の固定キーから再生し、暗号信号との組入会方法に
   より生成された複合信号の受信及び解読する方法におい
   て、前記初期化設定ビット・ストリームを前記複合信号
   からデマルチプレクスし、前記擬似ランダム−ビット・
   ストリームの再生の・ために用いることを特徴とした受
   信及び解読方法。 （４）　　入力レジスタ及び出力レジスタを有し、前記
   入力レジスタの内容な受は取ることにより前記出力レジ
   スタに擬似ランダム・ワードを供給する暗号エンジンを
   備えると共に、擬似ランダム・ピッｌ−−ストリームと
   して出力レジスタの内容を供給する出力手段と、前記出
   力レジスタの内容を前記入力レジスタに転送スるフィー
   ドバック手段とを備え、擬似ランダム番ビット・ストリ
   ームを発生する擬似ランダム化器において、初期化設定
   ビット・スト１）−ムを入力ワードに形成する初期化設
   定レジスタと、入力符号の受信により前記初期化設定レ
   ジスタの内容を前記入力レジスタに転送する転送手段と
   を備えることな特徴とした擬似ランダム化器。 （５）特許請求の範囲第４項記載の擬似ランダム化器に
   おいて、初期化設定ビット・ストリームを発生するラン
   ダム数発生器と、前記入力符号を周期的に発生する制御
   手段とを更に備えたことを特徴とした擬似ランダム化器
   。 ランダム化器と、この擬似ランダム化器の出力手段に接
   続され、２進入方何号を受信してこの２進入方何号を暗
   号化する組み合せ手段とを備え、更に前記ランダム数発
   生器に接続されたマルチプレクサと、前記制御手段に接
   続され、前記初期化設定ス）　ｌ］−ム及び制御符号を
   暗号化した前記２進入方何号とマルチプレクサして複合
   信号を発生するマルチプレクサを備えたことを特徴とす
   る送信機。 （７）特許請求の範囲第６項記載の送信機において。 前記組み合せ手段は「排他的論理和」デートであること
   を特徴とした送信機。 （８）　　複合信号を受信して解読する受信機において
   。 特許請求の範囲第４項記載の擬似ランダム化器と。 この擬似ランダム化器の初期化設定レジスタに接続され
   、前記複合信号から初期化設定ビット・ストリームを分
   離するデマルチプレクサとを備え。 更に前記複合信号から制御信号を分離し、前記擬似ラン
   ダム化器の入力レジスタに前記制御符号のそれぞれ乞印
   加して前記初期化設定レジスタの内容を転送し、前記擬
   似ランダム化器により前記送信機と同一の擬似ランダム
   ・ビット・ストリームを発生させるデマルチプレクサと
   を備え、更に前記擬似ランダム化器の出力手段に接続さ
   れ、前記解読信号を受信し、前記解読信号を発生する組
   み合せ手段を備えることを特徴とした受信機。 （９）特許請求の範囲第８項記載の受信機に於いて前記
   組入合せ手段は「排他的論理和Ｊ’ｒ”−）であること
   を特徴とし赴受信機。