SE447859B

SE447859B - Encoding and decoding appts.

Info

Publication number: SE447859B
Application number: SE8406242A
Authority: SE
Inventors: S Santesson
Original assignee: Datakonsult I Malmo Ab
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1984-12-10
Publication date: 1986-12-15
Also published as: SE8406242L; SE8406242D0; KR880701502A; KR920001575B1; WO1987007796A1

Abstract

An input (1) is provided for data in clear text from the transmitter. An outlet (2) for encoded information, a mixer (3) consisting of an EXOR grid, a coder (4) for production of code bit sequences, and components (6,7,8) for selection control are also included. The coder, which has an input connected to the mixer output, comprises a 16-bit shift register (9), a memory (5), which may be a byte-organised ROM or EPROM, and a multiplexer (10). The thirteen first bits of the shift register are connected to the memory address inputs and its last three bits are coupled to the address inputs of the multiplexer. The outputs of the memory are connected to the inputs of the multiplexer. Selections may be made as to whether an incoming data bit shall be encoded or not, and whether an encoded bit shall be loaded into the register or not. Choice is controlled by a programmable control (8). For each word bit, a signal is sent to the grid inputs for appropriate choice determn. One grid (7) receives on its other input a code bit from the multiplexer, and has its outlet connected to the mixer. The other grid (6) output is connected to an activation input on the register.

Description

15 20 25 30 35 447 859 2 nollor som utgör meddelandet blandas i en krypterings- anordning med en följd av kodbitar. Vid dekrypteringen av meddelandet blandas den krypterade bitföljden med samma kodbitföljd, varvid meddelandet erhålles i klar- text. The zeros that make up the message are mixed in an encryption device with a sequence of code bits. When decrypting the message, the encrypted bit sequence is mixed with the same code bit sequence, whereby the message is obtained in clear text.

I hitintills kända krypteringsanordningar tar emeller- tid alstringen av kodbitar lång tid och det uppkommer sålunda fördröjningar i informationsöverföringen. Detta medför att man antingen måste sänka den hastighet, med vilken sändaren sänder ut information, eller anordna buffertar i krypteringsanordningen. I det senare fallet måste åtgärder vidtagas för att information inte skall gå förlorad när den mottagande enheten ger signal om att den inte längre är redo att taga emot informa- tion. En annan svårighet ligger i att synkronisera alst- ringen av kodbitar. I vissa anordningar (se exempelvis GB 1 388 035) avbryts informationsöverföringen med jämna mellanrum för kontroll av om kodbitarna i krypterings- anordningen och dekrypteringsanordningen är synkroni- serade. Ett tredje problem uppstår när krypterings- och dekrypteringsanordningen skall sammanlänkas efter ett avbrott i dataöverföringen. Denna sammanlänkning skall helst kunna ske snabbt och enkelt utan att informa- tion går förlorad och utan att information, som kan ge vägledning om hur kodbitarna alstras, överföres.In hitherto known encryption devices, however, the generation of code bits takes a long time and there are thus delays in the information transmission. This means that one must either reduce the speed at which the transmitter transmits information, or arrange buffers in the encryption device. In the latter case, measures must be taken to ensure that information is not lost when the receiving unit signals that it is no longer ready to receive information. Another difficulty lies in synchronizing the generation of code snippets. In some devices (see for example GB 1 388 035) the information transmission is interrupted at regular intervals to check whether the code bits in the encryption device and the decryption device are synchronized. A third problem arises when the encryption and decryption device are to be interconnected after an interruption in the data transmission. This interconnection should preferably be able to take place quickly and easily without information being lost and without information, which can provide guidance on how the code bits are generated, being transmitted.

De ovan nämnda problemen medför att kända kryp- teringsanordningar är mycket dyra, eftersom det erfordras många och komplicerade kretsar för att lösa synkroni- serings- och sammanlänkningsproblemen, och vidare att de inte kan utnyttjas i system där kraven på överförings- hastigheten är stora.The above-mentioned problems mean that known encryption devices are very expensive, as many and complicated circuits are required to solve the synchronization and interconnection problems, and furthermore that they cannot be used in systems where the requirements for the transmission speed are high.

For parallell överföring har emellertid de ovannämnda synkroniserings- och sammanlänkningsproblemen lösts med hjälp av en i patentskriften US 4 431 865 visad krypteringsanordning, vilken innefattar en logikenhet, i vilken parallellt överförda ord, som skall krypteras, blandas med kodord för àstadkommande av de krypterade orden. Kodorden alstras genom att utsignalen från logik- kf I. ~. 10 15 20 25 30 35 447 859 3 enheten, d v s de krypterade orden, matas in i en adress- eringskrets, vilken innefattar en parallell-serieomvandlare, ett skiftregister och en valkrets. Valkretsen väljer en del eller alla av bitarna i registret för adressering av ett minne, som innehåller kodord, som matas till logikenheten. Anordningen innefattar vidare en dator, som handhar inmatningen av kodord i minnet och som under denna inmatning kan spärra registret och valkretsen.For parallel transmission, however, the above-mentioned synchronization and interconnection problems have been solved by means of an encryption device shown in U.S. Pat. The code words are generated by the output signal from logic- kf I. ~. The device, i.e. the encrypted words, is fed into an addressing circuit, which comprises a parallel-serial converter, a shift register and a selection circuit. The selection selects some or all of the bits in the register for addressing a memory, which contains codewords, which are fed to the logic unit. The device further comprises a computer, which handles the entry of code words in the memory and which during this entry can block the register and the constituency.

Den mot denna krypteringsanordning svarande dekrypterings- anordning är uppbyggd på motsvarande sätt med den enda skillnaden att i logikenheten blandas kodade ord med kodord för erhållande av den dekrypterade texten.The decryption device corresponding to this encryption device is constructed in a corresponding manner with the only difference that in the logic unit coded words are mixed with code words for obtaining the decrypted text.

Denna anordning är emellertid, såsom nämnts, avsedd att användas vid parallell informationsöverföring och den kan inte utan modifieringar användas vid seriell informationsöverföring. Vidare är anordningen avsedd för kryptering av information för teletextsystem och liknande. Den är således inte avsedd för att skydda den överförda informationen mot oärliga personer, som är intresserade av att utnyttja informationen för kommer- siellt och/eller illegalt bruk, utan för att tvinga folk att betala abonnemang för att kunna utnyttja denna typ av tjänster. De som lyckas dekryptera den överförda informationen får heller inte tillgång till några hemliga uppgifter utan enbart till information som möjligtvis kan utnyttjas för eget bruk. Denna anordning har därför inte konstruerats för att uppfylla de höga säkerhetskrav som man måste ställa på krypteringsanordningar som är avsedda att användas för informationsöverföring mellan å&t0r8r- Pr0b1emet med föreliggande anordning är nämligen att det för varje ord som skall kodas endast skapas en adress till minnet och att hela ordet på denna adress används för kodningen. Om samma informationsföljd sänder upp- repade gånger efter vartannat finns risk för att kodningen sker på samma sätt, vilket väsentligen underlättar obehörig dekryptering. 10 15 20 25 30 35 447 859 4 Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett för seriell informationsöverföring avsett krypterings och dekrypteringssystem, vilket upp- fyller de mycket höga säkerhetskrav som ställs på system för kryptering av hemlig information, vilket är billigare än motsvarande kända system, vilket vidare inte inför några väsentliga begränsningar av överföringshastigheten och i vilket synkroniserings- och sammanlänkningsproblemen är lösta. Ändamålet uppnås medelst en krypteringsanordning av den inledningsvis nämnda typen, som kännetecknas av ett första organ för val av om en bit i bitföljden, som skall krypteras, skall blandas med en kodbit eller ej, och medelst en dekrypteringsanordning av den inled- ningsvis nämnda typen, som kännetecknas av ett första organ för val om av en bit i bitföljden, som skall de- krypteras, skall blandas med en kodbit eller ej.However, as mentioned, this device is intended for use in parallel information transmission and it cannot be used without modifications in serial information transmission. Furthermore, the device is intended for encrypting information for teletext systems and the like. It is thus not intended to protect the transmitted information against dishonest persons who are interested in using the information for commercial and / or illegal use, but to force people to pay subscriptions to be able to use this type of service. Those who succeed in decrypting the transmitted information also do not have access to any secret information but only to information that can possibly be used for their own use. This device has therefore not been designed to meet the high security requirements that must be placed on encryption devices that are intended to be used for information transmission between the problem with the present device, namely that for each word to be encoded only one address is created to the memory and that the whole word at this address is used for the coding. If the same information sequence is transmitted repeatedly one after the other, there is a risk that the coding will take place in the same way, which will significantly facilitate unauthorized decryption. The object of the present invention is therefore to provide an encryption and decryption system intended for serial information transmission, which meets the very high security requirements imposed on systems for encrypting secret information, which is cheaper than the corresponding known ones. system, which further does not impose any significant limitations on the transmission speed and in which the synchronization and interconnection problems are solved. The object is achieved by means of an encryption device of the type mentioned in the introduction, which is characterized by a first means for selecting whether a bit in the sequence of bits to be encrypted is to be mixed with a bit of code or not, and by means of a decryption device of the type mentioned in the introduction. which is characterized by a first means for selecting whether or not a bit in the bit sequence to be decrypted should be mixed with a bit of code.

I systemet enligt föreliggande uppfinning har prob- lemen med tidigare känd teknik lösts. Det behövs därför inte nâgra speciella kretsar för buffring eller för hantering av styr-, kontroll- och synkroniseringssignaler utan systemet kan byggas upp av ett fåtal standardkretsar, vilket får till följd att det är avservärt billigare än andra motsvarande system.In the system of the present invention, the problems of the prior art have been solved. Therefore, no special circuits are needed for buffering or for handling control, monitoring and synchronization signals, but the system can be built up of a few standard circuits, which means that it is considerably cheaper than other corresponding systems.

Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas genom ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar. Fig l är ett blockschema över en krypterings- anordning enligt föreliggande uppfinning. Fig 2 är ett blockschema över en mot krypteringsanordningen i fig l svarande dekrypteringsanordning.The present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 is a block diagram of an encryption device according to the present invention. Fig. 2 is a block diagram of a decryption device corresponding to the encryption device of Fig. 1.

I fig l visas en krypteringsanordning, vilken är avsedd att kopplas in på en datalänk mellan en sändande och en mottagande enhet på den sändande sidan. Denna krypteringsanordning innefattar väsentligen en ingång 1 för information i klartext från den sändande enheten, en utgång 2 för krypterad information, en blandnings- enhet 3, vilken utgörs av en EXOR-grind, en kodenhet 4 för alstríng av kodbitarna i kodbitföljden samt organ 10 15 20 25 30 35 447 859 5 6, 7, 8, vilka styr vissa val i anordningen, såsom kommer att beskrivas närmre nedan. Kodenheten 4, vilken har en ingång kopplad till blandningsenhetens 3 utgång, består av ett 16-bitars skiftregister 9, ett minne 5, vilket kan vara ett byteorganiserat ROM eller EPROM, och en multiplexer 10. Skiftregistrets 9 tretton första bitar är kopplade till minnets 5 adressingångar och dess tre sista bitar är kopplad till multiplexerns 10 adressingångar. Minnets 5 utgångar är kopplade till multiplexerns 10 dataingàngar. I krypteringsanordningen kan, såsom nämnts, vissa val utföras. Valen gäller om en inkommande databit skall krypteras eller ej samt om en krypterad bit skall laddas in i skiftregistret 9 eller ej. Valen styrs av styrenheten 8, vilken är prog- rammerbar. Dess program följer ett ord (ett ord = en byte) genom krypteringen och startar om vid nästa ords början. För varje bit i ordet skickas en signal till en ingång på grinden 7 för bestämning av om biten skal1_ krypteras eller ej och en signal till en ingång på grinden 6 för bestämning av om den krypterade biten skall laddas in i registret eller ej. Grinden 7 mottar på sin andra ingång en kodbit från multiplexern 10 och har sin utgång ansluten till blandningsenheten 3. Grindens 6 utgång är ansluten till en aktiveringsingång på registret 9.Fig. 1 shows an encryption device, which is intended to be connected to a data link between a transmitting and a receiving unit on the transmitting side. This encryption device essentially comprises an input 1 for plain text information from the transmitting unit, an output 2 for encrypted information, a mixing unit 3, which consists of an EXOR gate, a code unit 4 for generating the code bits in the code bit sequence and means 10. 6, 7, 8, which control certain choices in the device, as will be described in more detail below. The code unit 4, which has an input connected to the output of the mixing unit 3, consists of a 16-bit shift register 9, a memory 5, which may be a byte-organized ROM or EPROM, and a multiplexer 10. The thirteen first bits of the shift register 9 are connected to the memory 5 address inputs and its last three bits are connected to the address inputs of the multiplexer 10. The 5 outputs of the memory are connected to the data inputs of the multiplexer 10. In the encryption device, as mentioned, certain selections can be made. The choice applies whether an incoming data bit is to be encrypted or not and whether an encrypted bit is to be loaded into the shift register 9 or not. The selections are controlled by the control unit 8, which is programmable. Its program follows a word (a word = a byte) through the encryption and restarts at the beginning of the next word. For each bit in the word, a signal is sent to an input on the gate 7 to determine whether the bit is to be encrypted or not and a signal to an input on the gate 6 to determine whether the encrypted bit is to be loaded into the register or not. The gate 7 receives at its second input a code bit from the multiplexer 10 and has its output connected to the mixing unit 3. The output of the gate 6 is connected to an activation input on the register 9.

Den i fig 2 visade dekrypteringsanordningen är avsedd att kopplas in i andra änden av den datalänk, pà vilken krypteringsanordningen är inkopplad, före den mottagande enheten. Anordningen mottar på sin ingång ll krypterad data från krypteringsanordningen och avger på sin utgång 12 dekrypterad data till den mottagande enheten. Dekrypteringsanordningen är uppbyggd på samma sätt som krypteringsanordningen med undantag för att skiftregistret 19 är kopplat till ingången ll. För övrigt består alltså de båda anordningarna av samma komponenter och innehåller samma information (i minnena och styren- heterna) och dekrypteringsanordningen kommer därför inte att beskrivas närmare här. 10 15 20 smed hjälp av de 6 I det följande kommer krypteringssystemets funktion att beskrivas med början med hur kodbitar alstras. När krypteringssystemet är i drift laddas skiftregistret 9 med krypterade bitar från blandningsenhetens 3 utgång.The decryption device shown in Fig. 2 is intended to be connected to the other end of the data link, on which the encryption device is connected, before the receiving unit. The device receives at its input 11 encrypted data from the encryption device and outputs at its output 12 decrypted data to the receiving unit. The decryption device is constructed in the same way as the encryption device except that the shift register 19 is connected to the input 11. Incidentally, the two devices thus consist of the same components and contain the same information (in the memories and the control units) and the decryption device will therefore not be described in more detail here. 10 15 20 by means of the 6 In the following, the function of the encryption system will be described starting with how code bits are generated. When the encryption system is in operation, the shift register 9 is loaded with encrypted bits from the output of the mixing unit 3.

Med de tretton första bitarna i registret adresseras en minnescell i minnet 5. Innehållet i minnescellen avges till dataingångarna på multiplexern 10, vilken tre sista bitarna i registret 9 väljer ut vilken av de åtta bitarna i det adresserade minnes- ordet som skall utgöra kodbit.The first thirteen bits of the register address a memory cell in the memory 5. The contents of the memory cell are output to the data inputs of the multiplexer 10, which last three bits of the register 9 select which of the eight bits in the addressed memory word is to be a code bit.

Detta sätt att bilda en kodbit fungerar även innan några kodbitar har hunnit laddas in i skiftregistret 9 från blandningsenhetens 3 utgång, eftersom ju även enbart nollor kan bilda adress till minnet och multiplexern.This way of forming a piece of code works even before some pieces of code have had time to be loaded into the shift register 9 from the output of the mixing unit 3, since only zeros can form an address for the memory and the multiplexer.

Någon speciell initieringsrutin erfordras således inte vid igângsättning av krypteringssystemet.Thus, no special initialization routine is required when starting the encryption system.

När en bit i den bitföljd som skall krypteras pre- senteras på blandningsenhetens 3 ingång avger styrenheten 8 till grinden 7 en signal, vilken anger om kodbiten på multiplexerns 10 utgång skall påföras blandnings-_ enhetens 3 ingång och blandas med den aktuella biten feller om denna bit skall passera blandningsenheten utan 25 35 att krypteras. Detta val att kryptera eller inte kryp- tera en bit gör systemet ännu säkrare och ger dessutom en möjlighet att låta exempelvis start- och stoppbitar passera okrypterade.When a bit in the bit sequence to be encrypted is presented on the input of the mixing unit 3, the control unit 8 emits to the gate 7 a signal indicating whether the code bit on the output of the multiplexer 10 is to be applied to the input of the mixing unit 3 and mixed with the current bit. bit should pass the mixing unit without being encrypted. This choice to encrypt or not encrypt a bit makes the system even more secure and also provides an opportunity to let, for example, start and stop bits pass unencrypted.

Styrenheten 8 avger vidare en signal till grinden 6, vilken signal anger om den aktuella biten skall laddas in i registret 9 eller ej, efter det att den har passerat blandningsenheten 3. Om biten laddas in i registret änd- ras adressen till minnet 5 och till multiplexern 10 och en ny kodbit erhålles. I vissa fall kan det vara lämpligt att inte ladda in bitar från blandningsenheten 3 i registret 9, exempelvis i fallet med start- och stoppbitar, vilka när de passerar okrypterade alltid ser likadana ut. Dessutom ökar naturligtvis även detta val systemets säkerhet. 10 15 20 25 '30 35 4-47 859 7 Dekrypteringsanordningen arbetar på samma sätt.The control unit 8 further outputs a signal to the gate 6, which signal indicates whether the current bit is to be loaded into the register 9 or not, after it has passed the mixing unit 3. If the bit is loaded into the register, the address changes to the memory 5 and to the multiplexer 10 and a new bit of code is obtained. In some cases it may be appropriate not to load bits from the mixing unit 3 in the register 9, for example in the case of start and stop bits, which when they pass unencrypted always look the same. In addition, of course, this choice also increases the security of the system. 10 15 20 25 '30 35 4-47 859 7 The decryption device works in the same way.

Eftersom det är samma program som finns i styrenheten 18 kommer samma bitar att laddas in i registret 19, samma minnesceller att adresseras i minnet 15, vars innehåll naturligtvis måste vara detsamma som i minnet 5 i kryp- teringsanordningen, samma kodbitar att alstras och samma bitar att passera okrypterade genom blandningsenheten 131 De krypterade bitarna kommer alltså att blandas med samma kodbitar som de blandades med i krypteringsan- ordningen och eftersom blandningsenheten utgöres av en EXOR-grind kommer man att på dennas utgång återfå det ursprungliga meddelandet i klartext.Since it is the same program contained in the control unit 18, the same bits will be loaded into the register 19, the same memory cells will be addressed in the memory 15, the contents of which must of course be the same as in the memory 5 of the encryption device, the same code bits to be generated and the same bits to pass unencrypted through the mixing unit 131 The encrypted bits will thus be mixed with the same code bits as they were mixed with in the encryption device and since the mixing unit consists of an EXOR gate, the original message will be recovered in clear text at its output.

Om ett temporärt avbrott skulle uppstå på datalänken går endast den data som matas ut under avbrottet förlorad.Should a temporary interruption occur on the data link, only the data output during the interruption will be lost.

När förbindelsen återupprättas kan innehållet i de båda registren 9, 19 vara helt olika, men eftersom samma information matas in i de båda registren kommer snart anordningarna att åter vara synkroniserade. Den tid det tar för anordningarna att synkroniseras beror på programmet i styrenheten. I denna utföringsform tar det max tre ord (ett ord = en byte). 7 Det ovan beskrivna krypteringssystemet är mycket snabbt. Det är möjligt att kommunicera med en hastighet av upp till 2 MBaud duplex. Fördröjningen i krypterings- anordningen är minimal. En databit kommer att lämna I * blandningsenheten krypterad efter bara T/2, där T = den tid en databit är aktiv. Denna korta fördröjningstid medför att handskakningslinjer i en RS-232-port inte behöver behandlas i krypteringsanordningen utan bara skickas obehandlade rakt igenom densamma.When the connection is re-established, the contents of the two registers 9, 19 may be completely different, but since the same information is entered into the two registers, the devices will soon be synchronized again. The time it takes for the devices to be synchronized depends on the program in the control unit. In this embodiment, it takes a maximum of three words (one word = one byte). 7 The encryption system described above is very fast. It is possible to communicate at a speed of up to 2 MBaud duplex. The delay in the encryption device is minimal. A data bit will leave the I * mixer encrypted after only T / 2, where T = the time a data bit is active. This short delay time means that handshake lines in an RS-232 port do not need to be processed in the encryption device but only sent untreated straight through it.

Trots att krypteringssystemet har en så enkel upp- byggnad är det fullständigt säkert även för den som känner till exakt hur det fungerar. Resultatet av kryp- teringen beror av det meddelande som krypteras, av inne- hållet i minnet 5 och av programmet i styrenheten 8.Despite the fact that the encryption system has such a simple structure, it is completely secure even for those who know exactly how it works. The result of the encryption depends on the message being encrypted, on the contents of the memory 5 and on the program in the controller 8.

För att kunna dekryptera meddelanden måste man således ha tillgång till innehållet i minnet och programmet 447 859 10 8 i styrenheten. Om minsta lilla misstanke om att innehållet i minnet och/eller styrenheten skulle vara känt kan minnet respektive programmet i styrenheten mycket enkelt bytas ut. I styrenheten kan även vara lagrade ett flertal program, vilka omväxlande kopplas in med hjälp av en till styrenheten hörande knappsats.In order to be able to decrypt messages, one must thus have access to the contents of the memory and the program 447 859 10 8 in the control unit. If there is the slightest suspicion that the contents of the memory and / or the control unit are known, the memory or program in the control unit can very easily be replaced. A number of programs can also be stored in the control unit, which are switched on alternately by means of a keypad belonging to the control unit.

Många modifieringar och ändringar kan naturligtvis vidtagas vid föreliggande uppfinning utan att man för den skull går utanför ramen för de efterföljande pa- tentkraven, och därför skall beskrivningen ovan endast uppfattas som ett exempel, vilket på intet sätt är be- gränsande.Many modifications and changes may, of course, be made in the present invention without departing from the scope of the appended claims, and, therefore, the foregoing description is to be construed as merely exemplary, and in no way limiting.

Claims

10 15 20 25 30 447 859 CLAIMS

1. l. Encryption device with an input (1) for a sequence of bits to be encrypted, an output (2) for the encrypted bit sequence and a mixing unit (3) connected between the input (1) and the output (2). receives the bit sequence to be encrypted, on the one hand a sequence of code bits intended for encrypting the bit sequence and which by mixing generates the encrypted bit sequence, and a code unit (4) for generating code bits, which comprises a shift register (9), in which bits from the encrypted bit sequence is shifted in, and a code bit containing memory (5), which is addressed with bits from the shift register (9), characterized by a first means (7) for selecting whether a bit in the bit sequence to be encrypted, to be mixed with a piece of code or not.

Encryption device according to claim 1, characterized by a second means (6) for selecting which bits in the encrypted bit sequence are to be shifted into the shift register (9).

Encryption device according to claim 2, characterized by a programmable control unit (8) for controlling the first (7) and the second (6) means.

Encryption device according to one of the preceding claims, characterized by a multiplexer (10), which is controlled by bits from the shift register (9) for selecting which bit in an addressed memory word is to constitute a code bit.

Decryption device with an input (ll) for a sequence of bits to be decrypted, an output (12) for the decrypted bit sequence and a mixing unit (13) connected between the input (ll) and the output (12), which receives on the one hand the sequence of bits to be decrypted, on the other hand a sequence of code bits intended for decrypting the bit sequence and which by mixing generates the decrypted bit sequence, and a code unit (14) for generating code bits, which comprises a shift code qister (19), in which bits from the encrypted bit sequence are shifted, and a code bit containing memory (15), which is addressed with bits from the shift register (19). a feature of a first means (17) for selecting whether or not a bit in the bit sequence to be decrypted should be mixed with a bit of code.

Decryption device according to claim 5, characterized by another means (16) for selecting which bits in the encrypted sequence of bits are to be shifted into the shift register (19) -

Decryption device according to claim 6, characterized by a programmable control unit (18) for controlling the first (17) and the second (16) means.

Decryption device according to one of the preceding claims, characterized by a multiplexer (20), which is controlled by bits from the shift register (19) for selecting which bit in an addressed memory word is to constitute a code bit.