NO164629B - Fremgangsmaate til kryptografisk overfoering av talesignaler og kommunikasjonsstasjon for utoevelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår fremgangsmåte for kryptografisk overføring av talesignaler ved selektivoppkalling eller gruppeoppkal-ling mellom minst to kommunikasjonsstasjoner i et åpent kommunikasjonssystem over en enkel offentlig telekommunikasjonskanal, ved hvilken chiffrering og dechiffrering av talesignaler i henholdsvis sendende og mottagende stasjoner foretas ved hjelp av en til den angjeldende taleforbindelse selektivt knyttet hemmelig binær transformasjonskode, og den kryptografiske talesignaloverføringen innledes, henholdsvis avsluttes ved overføring av start- og stopp-kommandoer,

og at det i avhengighet av taleforbindelsens varighet over-føres synkroniseringssignaler.

Formålet med kryptografisk overføring av informasjonssig-naler er til dels å hemmeligholde de meldinger som overføres fra en sender til en mottager og til dels å forhindre at det ved en bestående forbindelse innføres falske, uautori-serte meldinger. Hemmeligholdelsen tilveiebringes ved at senderens klartekstmelding omformes eller chiffreres til en signalform ved hjelp av en hemmelig transformasjons-nøkkel eller -kode, som gjør det umulig for utenforstående å oppfatte meldingens informasjonsinnhold. Ved mottageren omdannes den opprinnelige klartekstmeldingen ved dechiffrering av den overførte meldingen ved hjelp av en transformasjonskode, som er omvendt eller invertert i forhold til den ved chiffreringen benyttede kode.

For hemmeligholdelse av transformasjonskoden forutsettes

det i den klassiske kryptografi at koden som skal være kjent for senderen og mottageren, men hemmeligholdt for utenforstående overføres mellom de deltagende parter over en annen kommunikasjonskanal enn de chiffrerte meldinger og den andre kommunikasjonskanal skal i størst mulig omfang være sikret mot at utenforstående kan oppfange den hemmelige koden.

Med denne helt avgjørende forutsetningen, som krever hemmeligholdt formidling av transformasjonskoden foruten for den egentlige informasjonsoverføringen, har den til nå anvendte kryptografiske signaloverføringen vært begrenset til lukkede kommunikasjonssystemer, nemlig militære og diplomatiske formål, hvor chiffrerte informasjonsoverføring over offentlige, dvs., for utenforstående tilgjengelige telekommunikasjons-kanaler, f.eks. radiokanaler, kombineres med en hemmeligholdt overføring av transformasjonskoder, f.eks. ved kurérforsen-delse.

Det klassiske problemet ved den til nå anvendte kryptografi har bestått i å tilveiebringe en tilstrekkelig høy grad av sikkerhet for hemmeligholdelse av transformasjonskodene til dels gjennom valg av den sikreste mulige kommunikasjons-kanalen til kodeoverføringen og til dels ved en stadig streben etter å tilveiebringe en såkalt "ubrytelig" kode,

jfr. f.eks. CE. Shannon, "Communication Theory of Secrecy Systems", Bell System Technical Journal, vol. 28, s. 656-

715, oktober 1949.

Ovennevnte forutsetning om separat forutgående overføring

av koder og kompleksiteten ved transformasjonskoden i den klassiske kryptografien som følge av bestrebelsene på å

sikre en effektiv kodehemmelighetsholdelse har i praksis stilt seg hindrende for en mer utbredt anvendelse av kryptografiske overføringssystemer til private informasjonsover-føringsforbindelsen mellom ikke på forhånd identifiserte parter i åpne kommunikasjonssystemer, til hvilket i prinsippet enhver har mulighet til å skaffe seg adgang.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe mulighet for hemmeligholdelse av informasjonsoverføring, nemlig i form av talesignaler, ved slike åpne kommunikasjonssystemer ved anvendelse av nyere kryptografiske kodesystemer med vesentlig mindre kompliserende og dermed billigere chiffrerings-og dechiffreringsoperasjoner enn ved den klassiske kryptografi og uten krav om kodeoverføring over separate, hemmeligholdte kommunikasjonskanaler.

Utgangspunktet for oppfinnelsen er de nyutviklede kryptografiske informasjonsoverføringssystemer, som er beskrevet av Whitfield Diffie og Martin E. Hellman i artikkelen "New Directions in Cryptography", IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT 22, nr. 6, november 1976, under betegnelsen "Public key distribution systems".

Denne teknikken bygger på anvendelsen av såkalte "regnemessig sikre" koder som kan frembringes på en entydig måte av de i en'informasjonsoverføring deltagende parter ut fra kodeinformasjoner, som overføres sammen med de chiffrerende informasjonsmeldingene. Betegnelsen "regnemessig sikker" skal her forstås slik at det er i og for seg ikke en absolutt ubetinget sikkerhet mot at utenforstående ut fra den overførte kodeinformasjonen, som er umiddelbart tilgjengelig, ved tilbakeregning kan skaffe seg kjennskap til den tilgrunnlig-gende transformasjonskode, men at de hertil nødvendige operasjoner representerer en i praksis med hensyn til bereg-ningenes omfang og de herav følgende omkostninger en ganske uoverkommelig oppgave.

Den i artikkelen beskrevne teknikk henvender seg til et

åpent kommunikasjonssystem med et vilkårlig antall tilknyt-tede brukere, til hver av hvilke det knyttes et tilfeldig nummer X., som kun den angjeldende bruker har kjennskap til, mens det for hver av brukerne i et offentlig tilgjengelig register som selektivt oppkallingsnummer sammen med brukerens navn og adresse innføres

Ved kommunikasjon mellom to brukere i og j benyttes transformasjonskoden

hvilken kode ved selektiv anrop fra en anropende til en

anropt stasjon frembringes ved operasjonen og ved den anropte stasjon ved operasjonen

Ved anrop sendes fra den anropende stasjonen i både den anropte stasjon j's anropsnummer og i den anropende stasjons eget anropsnummer Y^, og ut fra disse numrene er det både i den anropende og den anropte stasjonen en enkel regneoperasjon å frembringe transformasjonskoden,

men hvor det for den utenforstående ikke er mulig å danne koden uten kjennskap til det ene av de hemmeligholdte stasjons-numrene X. eller Xj.

Dette kodeprinsippet er således avhengig av at det er en

i praksis regnemessig uoverkommelig oppgave å beregne X^

som

Med utgangspunkt i den i artikkelen beskrevne teknikk er oppfinnelsen spesielt rettet på kommunikasjonssystemer hvor et stort antall kommunikasjonsstasjoner arbeider på samme telekommunikasjonskanal, f.eks. radiofrekvens, slik som det typiske tilfellet ved kommunikasjon mellom fiskefar-tøyer. Den i artikkelen beskrevne teknikk vil for slike kommunikasjonssystemer gi mulighet for selektiv anrop og hemmeligholdt informasjonsoverføring mellom en anropende stasjon og en mottagende stasjon.

For kommunikasjonssystemer av den ovenfor angitte art er

det med oppfinnelsen et formål å tilveiebringe ytterligere sikkerhet for at den kryptografiske informasjonsoverføringen, hvor det enten er tale om selektiv anrop med to deltagende stasjoner eller gruppeamrop med flere deltagende stasjoner,

ikke kan forstyrres av utenforstående ved innføring av falske meldinger eller kommandosignaler.

For oppnåelse av dette er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at det til nevnte start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler er tillagt et forbindelsesidentifikasjonstegn, som er entydig irreversibel funksjon av transformasjonskoden og at dechiffreringen av talesignalet i den eller de mottagende stasjoner kun igangsettes og avsluttes ved hjelp av nevnte start- og stopp-kommandoer ved overensstemmelse mellom det med disse overførte forbindelsesidentifikasjonstegn og et i den angjeldende stasjon ut fra samme transformasjonskode internt frembragt identifikasjonstegn.

Med tilføyelse av et slikt forbindelsesidentifikasjonstegn og anvendelse av dette som kriterium for igangsetting og avslutning av dechiffreringen ved den eller de mottagende stasjoner kan det på den felles kommunikasjonskanal, som samtlige stasjoner i systemet arbeider på, til samme tid eksistere et antall forskjellige samtaleforbindelser etablert ved selektivanrop eller gruppeanrop uten at disse generer hverandre, likeledes som det oppnås sikkerhet for at en bestående forbindelse ikke kan skades av utenforstående.

Denne betingelsen at forbindelsesidentifikasjonstegnet

skal være en entydig irreversibel funksjon av den til den angjeldende taleforbindelse selektivt knyttet transformasjonskode skal forstås som en absolutt ubetinget sikkerhet mot at transformasjonskoden kan gjendannes ut fra de overførte forbindelsesidentifikasjonstegn, hvilket innebærer at mens det til en gitt transformasjonskode på entydig måte skal svare et bestemt forbindelsesidentifikasjonstegn, må det ikke være mulig på entydig måte å regne seg tilbake ut fra identifikasjonstegnet til transformasjonskoden.

Ved den foretrukne utførelsesformen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen frembringes forbindelsesidentifikasjonstegnet som restpolynom ved divisjon av den som binært polynom foreliggende transformasjonskode med et forutbestemt binært polynom.

Oppfinnelsen angår likeledes en kommunikasjonsstasjon for utførelse av fremgangsmåten, hvilken stasjon omfatter en sendedel og en tilhørende talesignalgenerator og en chiffreringsenhet og en mottagerdel med tilhørende talesignalgenerator og déchiffreringsenhet, samt med en til chiffrerings-og dechiffreringsenheten forbundet kodegenerator for frembringelse av den til en taleforbindelse selektivt knyttet hemmelig transformasjonskode og en enhet for frembringelse av start- og stopp-kommandoer som innledning og avslutning på en taleoverføring i stasjonens sendetilstand styrt av en sende/mottagervender og synkroniseringssignaler i avhengighet av taleoverføringens varighet mellom nevnte start-

og stopp-kommandoer.

Ifølge oppfinnelsen er en slik kommunikasjonsstasjon kjennetegnet ved at det med kodegeneratoren er forbundet en beregningsenhet for frembringelse av et forbindelsesidentifikasjonstegn som en entydig, irreversibel funksjon av

transformasjonskoden, hvilken beregningsenhet dels er forbun-, det med nevnte enhet for frembringelse av start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler for å tillegge forbindelsesidentifikasjonstegnet til nevnte start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler, dels er forbundet

med en styreenhet for dechiff reringsenheten for aktivering

) og deaktivering av dechiff reringsenheten ved hjelp av innkommende start- og stopp-kommandoer i stasjonens mottagertilstand ved overensstemmelse mellom de av beregningsenheten frembragte identifikasjonstegn og forbindelsesidentifikasjonstegn,

som er overført med de i mottagertilstanden innkommende

i start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen, som viser et skjematisk blokkdiagram for en utførelsesform for en kommunikasjonsstasjon ifølge oppfinnelsen .

Den på figuren viste kommunikasjonsstasjon er en senderdel

1 og en mottagerdel 2 forbundet med en antenne 3 over en sender/mottager-vender 4.

Senderdelen 1 inneholder en talesignalgenerator, f.eks.

en mikrofon 5 som ved hjelp av en klartekst/kryptografi-vender 6 kan forbindes enten direkte eller over en chiffreringsenhet 7 med senderforsterkeren 8, hvis utgang er forbundet med sender/mottager-venderen 4. Tilsvarende inneholder mottagerdelen 2 en med sender/mottager-venderen 4 forbundet mottagerforsterker 9, som ved hjelp av en klartekst/kryptografi-vender 10 kan forbindes enten direkte eller over en dechiffreringsenhet 11 med en talesignalgiver, f.eks.

en høytaler 12.

Ved den viste utførelsesformen er kommunikasjonsstasjonen utformet for å kunne anvendes i en åpent kommunikasjonssystem, hvor et antall stasjoner arbeider på samme telekommunikasjonskanal, dvs. radiofrekvens, f.eks. til bruk i radiotelefoni-utstyr på fiskefartøyer for overføring av talesignaler enten direkte som klartekst eller på chiffrert form, som skal forklares nærmere senere.

I overensstemmelse med den i ovennevnte tidsskriftartikkel beskrevne teknikk er der til stasjonen knyttet dels et hemmelig stasjonsnummer X^, som ingen andre stasjoner har kjennskap til, dels et selektivt anropsnummer

Y. = a i

i

som er innført i et offentlig tilgjengelig register, f.eks.

i form av en radiotelefonkatalog for det angjeldende kommunikasjonssystemet. Grunntallet a, som knytter det selektive

anropsnummeret Y^ til det hemmelige stasjonsnummer X^,

kan f.eks. være de naturlige logaritmers grunntall e.

Det hemmelige stasjonsnummer er innført i et register

13, som er forbundet med en kodegenerator 14 for frembringelse av de til kryptografiske taleforbindelser selektivt knyttede transformasjonskoder. Kodegeneratoren 14 er forbundet direkte med chiffreringsenheten 7.

For innføring av et anropsnummer enten i form av et selektivt anropsnummer for en gitt annen stasjon i kommunikasjonssystemet eller i form av et ut fra et antall spesielt til gruppeanropet knyttede anropsnummer finnes et tastatur 15, som er forbundet med: en anropsgenerator 16, som til dels er forbundet med kodegeneratoren 14 og til dels med senderforsterkeren 8.

Ved anrop fra stasjonen innføres den anropte stasjonens anropsnummer Yj ved hjelp av tastaturet 15 og overføres herfra til anropsgeneratoren 16, fra hvilken den anropte stasjonens anropsnummer Yj til dels overføres til kodegeneratoren 14, til dels sammen med stasjonens eget anropsnummer Y^ overføres i form av et anropssignal til senderforsterkeren 8, fra hvilken anropssignalet med sender/mottager-venderen i den viste stillingen utsendes over antennen 3.

Ut fra det hemmelige stasjonsnummeret X^ og det tilførte anropsnummeret Yj for den anropte stasjonen beregnes nå

i kodegeneratoren 14 den til den angjeldende forbindelse selektivt knyttede transformasjonskode

hvor a f.eks. er tallet e. Denne transformasjonskoden overføres til chiffreringsenheten 7.

Transformasjonskoden frembringes i kodegeneratoren 14 i form av et binært polynom og overføres ifølge oppfinnelsen ytterligere fra kodegeneratoren 14 til en beregningsenhet 17, ved hvilken et forbindelsesidentifikasjonstegn frembringes som restpolynom ved divisjon av transformasjonskoden med et forutbestemt binært polynom, som er det samme for samtlige stasjoner i det angjeldende kommunikasjonssystemet. Forbindelsesidentifikasjonstegnet overføres fra beregningsenheten 17 til en av sender/mottager-venderen 4 styrt enhet 18 til frembringelse av start- og stopp-kommandoer for innledning henholdsvis avslutning av en kryptografisk taleoverføring og eventuelt av synkroniseringssignaler,

som ved en lengrevarende taleoverføring overføres med passende intervaller, f.eks. 70 sekunder, idet det til frembringelse av disse synkroniseringssignaler er knyttet en tidsgiver 19 likeledes styrt av sender/mottager-venderen 4 som er forbundet med enheten 18.

Enheten 18 kan f.eks. aktiveres ved hjelp av en separat,

ikke vist taletast for utsendelse av startkommandoen med det tillagte forbindelsesidentifikasjonstegn. Til enheten 18 kan videre være knyttet en ikke vist signallampe, som tennes ved startkommandoens utsendelse som angir at tale-overføringen fra stasjonen kan begynne. Ved avslutning av denne angjeldende meldingen désaktiveres taletasten for utsendelse av stoppkommandoen med det tillagte forbin-delsesidentif ikas j onstegn og slukking av nevnte signallampe. Taletasten er videre koplet med sender/mottager-venderen 4 slik at denne ved taletastens desaktivering omkoples til den på figuren ikke viste stilling, hvor stasjonen er klar til mottagelse. Mottagerstillingen er den normale stillingen for venderen 4, mens den på figuren viste stilling kun inntas ved overføring av kallesignal eller informasjons-signaler, enten som klartekst eller på chiffrerte form fra stasjonen.

I mottagerstillingen for venderen 4 vil et anropssignal med formen Y^, Y^ fra en annen stasjon j i det angjeldende kommunikasjonssystem fra mottagerforsterkeren 9 bli overført til en styreenhet 20, hvilket til dels gir anledning til aktivering av en ikke vist med styreenheten forbundet akustisk signalgiver, til dels for overføring av den anropende stasjons anropsnummer Y. fra styreenheten 20 til kodegeneratoren 14, som ut fra det tilførte anropsnummer og stasjonens eget hemmelige nummer X^ beregner transformasjonskoden K.. på den ovenfor beskrevne måte. Den således beregnede transformasjonskoden overføres til kodegeneratoren 14,

dels til styreenheten 20 og dels til beregningsenheten 17, som på den ovenfor beskrevne måte igjen frembringer et identifikasjonstegn som restpolynom ved divisjon av transformasjonskoden med det forutbestemte binære polynom, men i dette tilfellet overfører identifikasjonstegnet til styreenheten 20.

I styreenheten 20 dannes den inverterende transformasjonskoden, som skal benyttes ved dechiffreringen i enheten 11

og denne inverterte kode overføres til dechiff reringsenheten II i avhengighet av stasjonens mottagelse av overført start-og stoppkommandoer med tilføyet identifikasjonstegn fra

en medkommunikerende stasjon.

Disse overførte start- og stoppkommandoer føres fra mottagerforsterkeren 9 til styreenheten 20, i hvilken det til disse kommandoer knyttede overførte forbindelsesidentifikasjonstegn sammenlignet med det internt frembragte fra beregningsenheten 17 tilførte identifikasjonstegn, slik at aktiveringen av dechififreringsenheten 11 med overføring av den inverte transformasjonskoden så vel som desaktiveringen av dechiffreringsenheten 11 i forbindelse med en mottatt stoppkommando er betinget av overensstemmelse med det overførte og det internt frembragte identifikasjonstegn.

Ved gruppeanrop med deltagelse av flere kommunikasjonsstasjoner må den anvendte transformasjonskode i prinsippet på forhånd være avtalt mellom de deltagende parter på i og for seg samme måte som ved klassisk kryptografi. I forbindelse med oppfinnelsen kan gruppeanrop realiseres ved at et antall forutbestemte anropsnumre i den samlede serie av anropsnumre for kommunikasjonssystemet er reservert for gruppeanrop med hver sin selektivt knyttede transformasjonskode, som kan frembringes direkte av kodegeneratoren 14, når denne fra tastaturet 15 over anropsgeneratoren 16 får tilført det tilhørende anropsnummer. Med et begrenset antall deltagere i et gruppeanrop er det imidlertid mulig at en anropende stasjon ved forutgående selektive anrop kan meddele gruppeanropsnummeret på chiffrert form til de øvrige deltagende stasjoner.

Med styreenheten 20 kan være forbundet en ikke vist signallampe som tennes og slukkes ved aktivering henholdsvis deaktivering av dechifirreringsenheten 11.

Til tastaturet 15 kan på samme måte som i og for seg kjent ved vanlige telefonapparater være knyttet et hurtigvalg-register hvori det kan innføres et antall forutvalgte anropsnumre for andre stasjoner i kommunikasjonssystemet samt i forbindelse med hvert anrop det anropte nummer, slik at repetisjon kan finne sted uten inntasting av det fullsten-dige nummer. Ytterligere kan det være tilknyttet et register inneholdende samtlige av de for gruppeanrop reserverte anropsnumre, slik at hurtigvalg av disse kan finne sted ved betjening av en bestemt funksjonstast.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for kryptografisk overføring av talesignaler ved selektivanrop eller gruppeanrop mellom minst to kommuni-kas jonsstasjoner i et åpent kommunikasjonssystem over en enkel offentlig telekommunikasjonskanal, ved hvilken chiffrering og dechiffrering av talesignaler i henholdsvis sendende og mottagende stasjoner foretas ved hjelp av en til den angjeldende taleforbindelse selektivt knyttet hemmelig binær transformasjonskode og den kryptografiske talesignal-overføringen innledes henholdsvis avsluttes ved overføring av start- og stopp-kommandoer og at i avhengighet av taleforbindelsens varighet overføres synkroniseringssignaler, karakterisert ved at det til nevnte start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler tilleg-ges et forbindelsesidentifikasjonstegn, som er en entydig irreversibel funksjon av transformasjonskoden, og at dechiffrering av talesignaler i den eller de mottagende stasjoner kun igangsettes og avsluttes ved hjelp av nevnte start- og stopp-kommandoer ved overensstemmelse mellom det med disse overførte forbindelsesidentifikasjonstegn og et i den angjeldende stasjon ut fra samme transformasjonskode internt frembragte identifikasjonstegn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelsesidentifikasjonstegnet frembringes som restpolynom ved divisjon av den som binært polynom foreliggende transformasjonskode med et forutbestemt binært polynom.

3. Kommunikasjonsstasjon for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, omfattende en senderdel (1) med en tilhør-ende talesignalgenerator (5) og en chiffreringsenhet (7) og en mottagerdel (2) med tilhørende talesignalgenerator (12) og en dechiff reringsenhet (11) samt med en til chiffrerings-og dechiffreringsenhetene 7, 11) forbundet kodegenerator (14) for frembringelse av den til en taleforbindelse selektivt knyttete hemmeligetransformasjonskode og en enhet (18) for frembringelse av start- og stopp-kommandoer som innledning og avslutning av en taleoverføring i stasjonens sendertilstand styrt av en sender/mottagervender (4) og synkroniseringssignaler i avhengighet av taleoverføringens varighet mellom nevnte start- og stopp-kommandoer, karakterisert ved at det med kodegeneratoren (14) er forbundet en beregningsenhet (17) for frembringelse av et forbindelsesidentifikasjonstegn som en entydig irreversibel funksjon av transformasjonskoden, hvilken beregningsenhet (17) dels er forbundet med nevnte enhet (18) for frembringelse av start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler med hensyn til tillegg av forbindelsesidentifikasjonstegnet til nevnte start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler, dels er forbundet med en styreenhet (20) for dechiffreringsenheten for aktivering og deaktivering av dechiff reringsenheten ved hjelp av innkommende start- og stopp-kommandoer i stasjonens mottagertilstand ved overensstemmelse mellom det av beregningsenheten (17) frembragte identifikasjonstegn og forbindelsesidentifikasjonstegn, som er overført med de i mottagertilstanden innkommende start- og stopp-kommandoer og synkroniseringssignaler.

4 . Kommunikasjonsstasjon ifølge krav 3, karakterisert ved at beregningsenheten (17) omfatter en divisjonsenhet for divisjon av den som binært polynom tilførte transformasjonskode med et forutbestemt binært polynom og frembringelse av forbindelsesidentifikasjonstegnet som det ved divisjon fremkommende restpolynom.