DE2321902A1

DE2321902A1 - Verfahren und einrichtung zur verschluesselten nachrichtenuebertragung

Info

Publication number: DE2321902A1
Application number: DE2321902A
Authority: DE
Inventors: Gustav Dipl Ing Dr Guanella
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1458698A; ZA741739B; JPS5824983B2; DE2321902C2; CH558993A; NL7403484A; JPS49128604A; US3970790A; IL44440A; IL44440A0; FR2222809A1; SE393724B; FR2222809B1

Description

P 531 Me/er

Patelhold Pat ent verwertung s- und Elektro-Holding AG, Glarus

Verfahren und Einrichtung zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung durch Zerlegung der zu übertragenden Klarsignale in Elemente gleicher Länge, welche sendeseitig durch Verzögerung um wenigstens teilweise ungleiche Zeiten vertauscht und empfangsseitig durch weitere Verzögerung um wenigstens teilweise ungleiche Zeiten rückvertauscht werden. Die fortlaufend numerierten Elemente e, , e.., e ,... des Klarsignals χ haben übereinstimmende Länge T (vgl. Fig. 2), und ihre zeitliche Vertauschung führt beispielsweise zum verschlüsselten Signal y, dessen erstes Element e^ unverzögert im

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Zeitpunkt t = 3T erscheint, während die übrigen Elemente mit wechselnder Verzögerung auftreten. Nach Uebertragung des Signals y werden· die Elemente zur Rückgewinnung des ursprünglichen Klarsignals durch Rückt ausc-hung wieder in die ursprüngliche Lage gebracht.

Bei den Elementen e , e ,... kann es sich gemäss Fig. 2 um Impulse der Länge T handeln, die entsprechend einer telegraphischen Nachricht zwischen -1 und +1 oder zwischen O und getastet sind. Gemäss Fig. 3 kann jedes Element aber auch mehrere Einzelimpulse eines Datensignals s umfassen. Die Impulse können auch mehrstufig auantisiert sein. Die Bildung von Elementen, deren Amplitude den in Abständen T gebildeten Abtastwerten eines stetig veränderlichen Klarsignals s (t) entspricht, ist in Fig. 4 gezeigt. Statt dessen können als Elemente e.. , e_, ... aber auch Ausschnitte des Klarsignals s (t) mit gleichbleibender Länge T gemäss Fig. 5 gebildet werden. In Fig. 5· ist auch angedeutet, dass anstelle dieser '. stetig veränderlichen Signalausschnitte eine Folge von kurzen Einzelimpulsen c (t) zur Bildung der Elemente geeignet ist (vgl. Element e ). Durch den Verschlüsselungsprozess wird nun die zeitliche Reihenfolge solcher Elemente verändert, während die Beschaffenheit der einzelnen Elemente unverändert bleiben kann.

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Verfahren und Einrichtungen zur Zeltschlüsseiung, d.h. zur zeitlichen Vertauschung von Nachrichtenelementen, sind z.B. durch die schweizerischen Patentschriften Nr. 212 7^2 und 232 786 bekanntgeworden. Dabei wurde bereits angegeben, wie durch periodisch betätigte Schalter Auslassungen und auch Wiederholungen einzelner Elemente zu vermeiden sind. Eine in kurzen Abständen erfolgende periodische Wiederholung des Vertauschungsprogramms ist aber aus kryptologischen Gründen unerwünscht. In der schweizerischen Patentschrift Nr. 518 wurde deshalb ein Verfahren beschrieben_s welches die Steuerung des Vertauschungsprozesses durch Zufallssignale ermöglicht, wodurch periodische Wiederholungen des Vertauschungsprogrammes während einer Uebertragung vermieden werden. Diese Steuerung wird durch ein besonderes Belegungsregister erzielt, das den erforderlichen Gesamtaufwand allerdings erheblich vergrössert. Der Gesamtaufwand bekannter Einrichtungen ist zudem auch verhältnismässig gross, weil die verwendeten Speicher gewöhnlich nur teilweise mit Nachrichtenelementen gefüllt sind, während mindestens 50 % der Speicherplätze in jedem Zeitpunkt unbelegt bleiben.

Nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden durch paarweise Vertauschung von je zweiElementen, die einen bestimmten gegenseitigen Abstand haben, auf der Sendeseite und

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: ; " ■ ' ■ ■■■■'■■ _ ij - Γ " V '

paarweise Rücktauschung der gleichen Elemente auf der Empfangsseite, wobei die zur Vertauschung bzw. Rücktauschung kommenden Elementpaare sendeseitig und empfangsseitIg durch beidseitig übereinstimmende unregelmässige Folgen von Steuerimpulsen bestimmt sind, und wobei die den Elementpaaren nicht angehörenden Elemente sende- und empfangsseitlg um eine feste Zeit T verzögert werden, während das zuerst eintreffende Element Jedes Paares sende- und empfangsseitlg um die doppelte Zeit 2T verzögert und das zweite Element nicht verzögert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 6-23 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 6 eine Schaltung zur Durchführung der paarweisen Tauschung von Nachrichtenelementen,

Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen der Täuschung: benachbarter Elemente,

Fig. 9 und 11 Schaltungen zur Gewinnung von Steuersignalen für die Betätigung der Vertauschungsschalter aus Schlüsselsignalen,

FIg. IO und 12 Beispiele von Schlüsselsignalen und daraus gewonnenen Steuersignalen,

Fig. 13 eine Schaltung zur palrweisen Vertitüschung von nicht

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benachbarten Elementen mit zugehöriger Schaltung zur Gewinnung der Steuersignale,

Fig. 14 und 15 schematische Darstellungen der paarweisen Tauschung nichtbenachbarter Elemente,

Fig. 16 und.17 eine Schaltung zur wiederholten paarweisen Tauschung mit Schlüsse!signal-Aufbereitung sowie eine Schaltung zur wiederholten paarweisen Rücktauschung mit Schlüsselsignal-Aufbereitung,

Fig. 18 eine schematische Darstellung der wiederholten paarweisen Täuschung,

Fig. 19 eine Darstellung der bei wiederholter paarweiser Tauschung auftretenden Verzögerungszeiten,

Fig. 20 eine Schaltung zur Permutierung nach gleichbleibendem Programm,

Fig. 21 und 22 schematische Darstellungen von Permutierungen nach gleichbleibendem Programm,

ein Blockschaltbild von Einrichtungen zur Zeitschltisselung durch paarweise Element-Tauschungen in Verbindung mit Permutierungen nach festem Programm und zur Entschlüsselung durch paarweise Element-Tauschungen in Verbindung mit Permutierungen.

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λ - ; . 6. :; ;,.·■ ρ 53ΐ

Eine Erläuterung der Erfindung erfolgt nun zunächst anhand von PIg. 6, welche eine einfache Schaltung zur Durchführung der paarweisen Tauschung von Elementen zeigt. Die Schaltung enthält einen Verzögerer R mit der Durchlaufzeit T , welche der Länge eines Nachrichtenelementes entspricht. Dieser Verzögerer kann durch die Schalter H ,H (gezeichnete Stellung) mit der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung der Schaltung verbunden werden, so dass jeweils ein Element des Klarsignals χ dem Verzögerer zugeführt wird, während gleichzeitig ein gespeichertes oder verzögertes Element daraus als Äusgangssignal y entnommen wird. Durch einen Impuls des Steuersignals a mit der Dauer T werden die Schalter dagegen in die mit I bezeichnete Stellung gebracht, so dass ein Element des Eingangssignals χ jeweils direkt wieder als Element des Ausgangssignals y auftritt, während das vorausgehende Eingangselement durch Rückführung vom Ausgang auf den Eingang des Verzögerers weiter gespeichert wird. Die Lage des Elementanfanges im Verzögerer ist durch die veränderliche Länge d angedeutet»

Bei fehlendem Impuls des Steuersignals a wird also ein Element e, des Eingangssignals χ gemäss Fig. 7 nach der Zeit T wieder als Element ^₁ des Ausgangssignals y erscheinen. Während der Dauer des Elementes e^ erscheint dagegen beispielsweise ein

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Impuls des Steuersignals a, so dass dieses Element unverzögert über den Schalter H zum Ausgang gelangt (in Fig. 7 gestrichelt angedeutet), während das vorausgehende Element e,. über den Schalter H„ auf den Eingang des Verzögerers zurückgeführt wird und deshalb erst nach einer zusätzlichen Ver'zögerungszeit T , bzw. mit einer Gesamt verzögerung 2T zum Ausgang der Schaltung gelangt« Der zweimalige Durchlauf ist durch die aus Fig. 7-ersichtliche Lage d der Anfangskante . des Elementes erkennbar. Während das Element e.. lediglich um

die Zeit T verzögert wird, ist also beim Element e_c eine auf ο ■ ■ .. ο

O verminderte Verzögerung und beim Element e^ eine auf 2T vergrösserte Verzögerung eingetreten, so dass diese beiden letzteren Elemente in zeitlicher Vertauschung im Ausgangs- ·. signal y erscheinen. In analoger Weise wird gemäss Fig. 7 auch das Elementenpaar e , e zeitlich vertauscht, während z.B. das Element e^ ohne Vertauschung übertragen wird. Die gleichen Vertauschungen sind nun in Fig. 8 nochmals schematisch angedeutet. Dabei ist' zu beachten, dass der Ze it-Nullpunkt zur Erzielung einer anschaulicheren Darstellung beim Signal y um

T vorverschoben wurde,
ο :

Es ist zu beachten, dass bei der beschriebenen paarweisen Vertauschung die Schalter H , H nie länger als während der "Dauer T eines Elementes betätigt sein dürfen, damit kein Element

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länger als 2T gespeichert wird. Beim Steuersignal a sind ο

deshalb unmittelbare Wiederholungen (z.B. OOIIO) der Schaltimpulse nicht erlaubt. Zur Gewinnung der Steuersignale a aus einer quasi-zufällig verlaufenden Schlüsselsignal-Impulsfolge w ist deshalb ein Schlüsselsignal-Zusatz SZ nach Fig.

O- O

geeignet. Durch Verzögerung jedes Einzelimpulses des Schlüsselsignals w um die Elementlänge T im Verzögerer V entsteht dabei ein Sperrsignal ν , welches einen allfälligen nachfolgenden Impuls des Schlüsselsignals im Unterbrecher ü unterdrückt. Die Wirkung dieser Unterdrückung ist in Fig. 10 beispielsweise gezeigt. Die unterdrückten Impulse sind dabei durch Unterstreichung bezeichnet. Nachteilig ist dabei allerdings, dass bei einer ununterbrochenen Folge von 3 oder mehreren Impulsen alle Impulse ausser dem ersten gelöscht werden. Dieser Nachteil wird beim Schlüsselsignal-Zusatz SZ nach Fig. 11 vermieden, in dem der Unterbrecher U₁ durch die in V verzögerten Impulse des Steuersignals a.. betätigt wird. Bei einer ununterbrochenen Folge mehrerer Impulse des Schlüsselsignals w wird dabei nur jeder zweite Impuls unterdrückt, so dass beispielsweise das in Fig. 12 angedeutete Steuersignal a₁ entsteht, das den Forderungen einer paarweisen Elementtauschung geriürt. In Fig. 11 ist ausser der bereits erläuterten Einrichtunp: PT zur paarweisen Elementtauschunp ein Schlüsselsignal-Erzeuper SG anstedeütet, dessan Aufbau und Wirkungsweise

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bekannten Ausführungen entsprechen kann. Einrichtungen zur Erzeugung von Schlüsselsignalen mit Digitalschaltungen sind z.B. in der schweizerischen Patentschrift Nr, 36l 839 beschrieben.

Je nach Beschaffenheit der Klarsignale χ sind als Verzögerer R zur Element tauschung im Paartauscher PT Digital- oder Analogspeicher bekannter Ausführung einzusetzen. Es kann sich dabei um Verzflptfrunpsleitungen oder Leitunpsnachbndungen, elektrode chan Ische Verzögerer (z.B. akustische Systeme) oder auch um elektromagnetische Speicher (z.H. Magnettonaufzeichnunp· mit bewegtem Tr-Iper) hitde.'ln. Per.onierr. freeignet sin.l elektrische iichieberegister, mit welchen dipital getastete Signale (z.B. nach Plp·. 2 ur, i 3) bei Betrieb mit entsprechender Taktfrequenz ohne weiteres zu speichern sind. Bei Analogsipnalen (z.B. nach Flg. Ί und S) int periodische Abtastung und Speicherung der Abta:3twe:rte (c(t) in Pi fr. 5) erforderlich. "Diese Ahtastwerte können iiioh durch BinSrco-1 iVrunp in entsprechende Lnipulsrruppen t werden, deren 5'ppicherung dann mit" Digitalspeichern 'fd gro'sserer Stufenzahl erfolgt. Beli-i P'iartauscher

PT. nach FIp-. il 1st in diesem Fall die"Vbr'iChalt unp eines AnaloF./Digit ti-Umsetzers zur .Gewinnung clip·italer.· Eingan>i;-signale aus dem KL.irsignal χ sowie Mnchschaltnnp eines Digital/ AnalQg-ümsetzer.s" zur ^.ewinnunK von Ausgan^ss Lgnalen-y in Analor form erforderlich. Anstelle der Binäre cxi ierung ist aber auch

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Deltamodulation möglich. Die Umschalter H-. , H_ werden zweckmä'ssig durch entsprechend gesteuerte Halbleiter-Schaltelemente realisiert, ebenso der Unterbrecher U, im Schlüsselsismal-Zusatz SZ,.

Die Wirksamkeit der Zeitschlüsselunp wird gesteigert durch paarweise Vertauschung von Elementen, die nicht unmittelbar benachbart sind. In FIf. 13 1st eine Einrichtung PT_ zur paarweiiien Vertauschung von ,1e 2 Elementen gezeigt, deren Anfänge einen gegenseitigen Abstand von 3 Elementlängen T aufweisen, und in Flg. lH und IS sind entsprechende Elementfolgen zur beisplelsweisen Erläuterung der Funktion dargestellt. Bei der p-e zeigt en Normalstellung der Schalter H , H, erscheinen die Elemente les Aur.gangssipnals y gegenüber dem Eingangssignal χ Uli IT vfr-.öpert, v/enn die Laufzeit des Verzögerers R ebenfalls ■■ Vi¹ 'betr.¹! f'L . Dies ist De l-:vf. IeI sweise der Fall beim F-.lement .· „ (',^ΓιΊ. FIf₁ I¹'"), da die erwähnten Schalter sowohl bei Zu-■ nihruHF i-l;;- auch bei Kntnalime dienes Elementes in der pre^elgten Kuhestel Um et sIn i. Uas Element ο v.'ird ,zwar über den Schalter IL, ebenfalls dem Verzögerer zugeführt, doch wird es nach einem erstea Durchlauf durch rlie>;;en Verzögerer über den Schalter H^ nochi.rilrj auf dfn F Irif-ang des Verzögerers zurückgeführt , well dieser tlohiLter zu Λ leser Zelt durch einen Tmpuls des SteuersU'ii.Hls a_ in die (nicht rpzelchnete) Arbeitsstellung gebracht

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■:■... -11- Τ

wird. Gleichzeitig wird ein Element e^ des Eingangssignals χ über den ebenfalls betätigten Schalter Ή unverzögert zum Ausgang geleitet (in Fig. IM gestrichelt angedeutet). Erst 3 Elementlängen später erscheint schliesslich das gespeicherte Element e_ über den wieder in Normalstellung gebrachten Schalter Hj. im Ausgangssignaly. In analoger Weise werden z.B. auch die Elemente e.., ej. sowie e_, e_₀ vertauscht, während e_ und eη mit einfacher Verzögerung unyertauscht weitergeleitet werden. Dieser Prozess ist mit den zugehörigen Steuersignalen nochmals in Fig. 15 dargestellt. Die Vorverschiebung des Zeit-Nullpunktes 1st bei dieser vereinfachten Darstellung wieder zu beachten. Durch Betrieb mit Steuerimpulsen mit der einheitlichen Länge T wird erreicht,dass stets mehrere Elemente entsprechender Länge den Verzögerer durchlaufen.

Zur Vermeidung einer nochmaligen Rückführung aller bereits zweimalig verzögerten Elemente ist dafür zu sorgen, dass nach einem Impuls des Steuersignals a_ kein weiterer Impuls im Abstand 3T folgt. Aus diesem Grunde ist im Schlüsselsignal-Zusatz SZ_

ο ■ . - "■ 3

ein Sperrschalter U_ vorgesehen, der durch die in V um 3 Element Iringen T verzögerten Impulse des Steuersignals a betätigt wird, so dass allfällipenachfolpende unerlaubte Steuerimpulse ausfallen. Auch hier werden die Schlüsselsignale w , aus denen die Steuersignale a durch Unterdrückung uner-

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laubter Impulse gewonnen werden, einem Schlüsselsignal-Erzeuger SG entnommen.

Zur weiteren Erhöhung der Wirksamkeit einer Zeitschlüsselung empfiehlt sich Zusammenschaltung mehrerer Paartauschungsprozesse, so dass eine Vermehrung der Verschiebungsmöglichkeiten Jedes Elementes zustandekommt. In Fig. 16 ist eine Einrichtung ZT ersichtlich, bei der eine erste paarweise Vertauschung von Elementen des Klarsignals χ durch den Verzögerer R_ und die Schalter H , H. erfolgt, wodurch ein Signal y entsteht, dessen Elemente analog zu Fig. 13 und 15 zusätzliche Verschiebungen von 3T oder 6T aufweisen können.

ο ο

Eine zweite paarweise Vertauschung erfolgt dann durch den Verzögerer R und die Schalter H und H mit kleineren Verschiebungen analog zu Fig. 6 und 8. Auch der Schlüsselsignal-Zusatz SZ ist entsprechend den ungleichen Verschiebungszeiten mit Verzögerern V bzw. V entsprechend Fig. 13 bzw. Fig. 11 ausgerüstet. Diese Kaskadenschaltung von 2 paarweisen Vertauschungsprozessen ergibt aus einem Klarsignal x, dessen Element-Nummern in Fig. 18 mit n(x) bezeichnet sind, zunächst das Zwischensignal y, dessen Element-Nummern n(y) in Fig. 18 ebenfalls angegeben sind, und durch nochmalige paarweise Elementtauschung schliesslich das Ausgangs signal ζ mit den Element-Nummern n(z). Während im Zwischensignal Verschiebungen von O bzw.+3 Elementlängen auftreten, bringt die zweite Tau-

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schung weitere Verschiebungen von O bzw. +_ 1 Element länge, so dass im Ausgangssignal ζ Verschiebungen von O, + T ,

— ο

+ 2T , +_ 3"T , +_ ¹IT gegenüber einer'Mittellage der Elemente auftreten können. Im Hinblick darauf, dass auch diese Mittellage eine Verschiebung von *JT aufweist, da negative ZeItverschiebungen nicht möglich sind, erscheinen also die Ausgangselemente der Zeitschlüsselungseinrichtung ZT mit Verzögerungen von 0, T , 2T , 3T ,... bis ST gegenüber den Eingangselementen. Die beim gezeigten Beispiel auftretenden Verzögerungen sind in Fig. Ϊ9 als ganzzahlige Vielfache r(n) der Element länge T über den Element nummern η des Eingangssignals χ angegeben. Es ist ersichtlich, dass durch 2-malige Paartauschung bereits eine sehr wirksame Mischung aller Nachrichtenelemente zustandekommt. Dieser Prozess könnte durch eine oder mehrere weitere Paartauschuneen ergänzt werden. Dabei empfiehlt sich Vermeidung gleicher Speicherzeiten der verschiedenen Tauschunersprozesse. Die Zahl der möglichen Verschiebungen wird besonders gross bei Abstufung der Soeicherzeiten nach einem ternären System, indem Verzögerer mit Durchlaufzeiten von T , 3T , 9T , ... = 3 T zur Anwendung kommen (i = ganze Zahl), weil damit alle Gesamtverzögerungen mT

k+1
zwischen 0 und (3 - 1>T möglich sind (m = ganze Zahl, k = Gesamtzahl der Paar-Vertauschungseinrichtunfren). -

Zur empfanftsseitigen Rücktauschung der Nachrichtenelemente dient

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-14 -Ζ·" ^p 531 L

eine Einrichtung, die gemäss Fig. 17 weitgehend der sendeseitigen Vertauschungseinrichtung entspricht. Aus dem verschlüsselten Empfangssignal z*, das mit ζ übereinstimmt, entsteht durch eine erste Rücktauschung mit dem-Verzögerer R* und den Schaltern H*, H* wieder ein Zwischensignal y*, das mit y übereinstimmt und ' (abgesehen von der Verzögerung des Uebertragungskanals) gegenüber y um 2T verzögert ist, weil die unvertauschten Elemente sendeseitig und empfangsseitig eine Verzögerung von T erfahren. Bei der in Fig. 7 gezeigten Vertauschung der Elemente e,- und e^-kommt Rücktauschung dieser

D ο

Elemente zustande, wenn eine nachgeschaltete analoge Vertauschungseinrichtung im Zeitpunkt des empfangenen Elementes e einen Steuerimpuls a erhält, so dass dieses Element nicht weiter verzögert wird, während das vorausgehende Element e/ um 2T verzögert wird und damit gegenüber e_ wieder an den ursprünglichen Platz gelangt. Auch bei der Einrichtung nach Fig. 17 müssen deshalb die Steuerimpulse a* der ersten Rücktauschung mit den Schaltern H*, H* gegenüber den Steuerimpul- sen a, der in Fig. 16 gezeigten Tauschung mit den Schaltern H , H um T verschoben sein. Diese Verschiebung wird durch eine empfangsseitige zusätzliche Verzögerung T des Schlüsselsignals w* im Verzögerer W* erzielt (Fig. 17)· Dabei wird vorausgesetzt, dass der empfangsseitige SchlÜsselsignalerzeuger SG* mit dem sendeseitigen Schlüsselsignalerzeuger SG durch besonders übertragene Hilfssignale u bzw. u* synchroni-

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P 531 -lasiert Ist, beispielsweise nach der in der schweizerischen Patentschrift Nr. 36I 839 beschriebenen Methode. Bei paarweiser Elementtauschung mit Verschiebungen um 3 Element längen gemäss PiK- 13 und I¹J ist zu beachten, dass ein im sendeseitlgen Tauschprozess um 6 Elementlängen verschobenes Element e (vgl. Pig, Ik) in der empfaners seit igen Rücktauschung nicht weiter verzögert werden darf, während das sendeseitig nicht verzögerte Element e> empfangsseitIg um 6 Element längen zu verzögern ist. Der Steuerimpuls zur empfangsseitigen Rüektauschung muss also mit dem empfangenen Element e zusammenfallen; d.h. die Steuerung der Rücktauschung muss gegenüber der sendeseitigen Steuerung um 3T verzögert sein, wenn keine zusätzlichen Verzögerungen zu berücksichtigen sind. Beim übertragungssystem nach Pig. l6, 17 besteht aber zwischen den Signalen y und y*,wie bereits erläutert, ein Zeitunterschied von 2T ,so dass das Steuersignal a* zur paarweisen Rücktauschung im Verzögerer R*, dessen Durchlaufzeit 3T beträgt, gegenüber dem Steuersignal R zur paarweisen Tauschung

in R* insgesamt um 3T +2T = 5T verzögert sein muss. Zur Ge-3 000

währleistunpr dieser Verzugszelt ist der Verzögerer W* im empfangsseitiKen Schlüsselsignal-Zusatz SZ* vorgesehen (Pig. 17).

Die VJirksamkeit einer Verschlüsselung durch paarweise Element-

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tauschung wird auch erhöht durch zusätzliche Permutierung der Elemente nach einem festen Programm. Eine hierzu geeignete Einrichtung ZT kann gemäss FIg. 20 zwei Verzögerer R , R_ mit übereinstimmender Durchlaufzeit enthalten. Einzelne Elemente des Eingangssignals y können diesen Verzögerern über die Schalter A, bzw. B. zugeführt werden, während die Entnahme von Elementen zur Bildung des Ausgangssignals y_? über die Schalter A_ bzw. B_ möglich ist. Bei unbetätigten Schaltern Ist jedoch der Verzögererausgang jeweils auf den Eingang rückverbunden. Eine direkte Weiterleitung von Elementen des Eingangssignals y, zum Ausgang der Einrichtung ist schliess-1 ich über die weiteren Schalter C-, , C" möglich. Die Schalter A,, A_ werden jeweils gleichzeitig betätigt, ebenso die Schalter B,, Β- sowie C,j Cp, beispielsweise nach dem in Fig. 21 zuoberst angegebenen periodischen Programm S (wobei die jeweils nicht angegebenen Schalter in Ruhestellung sind). Die Elemente des Eingangssignals y, sind mit den in Fig. 21 unter dem Schalterprogramm S angegebenen Nummern fortlaufend numeriert. Darunter (DC) Ist die Durchschaltung durch die Schalter C schematisch angedeutet. Das Element Nr. 3 wird über die Schalter C direkt zum Ausgang weitergeleitet, so dass dieses Element unverzögert Im Ausgangssignal y_? (Fig. 21 unten) erscheint. Das Element Nr. 5 gelangt dagegen über den gleichzeitig betätigten

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Schalter A zum Verzögerer R (die Verzögerung in .R ist in der nächsten Zeile "VR " symbolisch dargestellt), und es wird unmittelbar nach einmaliger Verzöge^ng über A_ zum Ausgang geleitet. Das Eingangselement Nr. ¹T, welches über den Schalter B zum Verzögerer R~ gelangt (s. nächste Zeile "VR "), wird dagegen über die nach dieser Zuleitung in Ruhestellung wechselnden Schalter B , B vom Ausgang des Verzögerers auf den
Eingang desselben rückgeführt; es wird daraus erst nach 3
Durchläufen wieder entnommen und dem Ausgangssignal y zugefügt, sobald die Schalter B erneut betätigt werden. Unter der Annahme, dass die Durchlaufzeit eines Verzögerers R mit der Elementlänge T übereinstimmt, ergibt sich durch solche
Speicherungen und Umschaltungen schliesslich ein Ausgangssignal y mit zeitlich vertauschten Elementen, wie dies aus der resultierenden Numerierung in Fig. 21 unten erkennbar ist.

Gegenseitige Verschiebungen der Elemente um grössere Zeiten sind möglich bei vergrösserter Durchlaufzeit der Register R. Bei einer Verzögerungszeit 3T der Register R_ und R. ergeben sich die aus Fig. 22 ersichtlichen Verschiebungen, wenn die Schaltersteuerung entsprechend dem zuoberst angegebenen Programm S
erfolgt. Das Element Nr. 2 wird z.B. über Schalter C direkt übertragen, während das Element Nr. 3 im Verzögerer R um 3 Elementlängen verzögert wird. Das Element Nr. 5 erfährt dagegen im Verzögerer R nach zweimaliger Rückführung eine

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Verzögerung von 9T . Eine Verzögerung von 6T erfährt im gleichen Verzögerer das Element Nr. k, und das Element Nr. 1 wird in R^ sogar um 12T verzögert. Wegen der periodischen Wiederholung des UmschaltProgramms werden die Elemente Nr. 1, 6, 1,... um gleiche Beträge verzögert, ebenso die Elemente 2j 7, 12.. sowie die Elemente 3, 8, 13,..· usw. Weitere Durchführungsmöglichkeiten der periodisch wiederholten Vertauschung ergeben sich z.B. durch Erhöhung der Verzögerungszeiten von R₁ und R auf 4T oder noch grössere Beträge oder durch Einsatz von 3 oder mehreren Verzögerern, die in analoger Weise durch paarweise betätigte Schalter mit den Eingängen und Ausgängen der Einrichtung verbunden werden-

Eine Zusammenschaltung der erläuterten Einrichtung ZT zur periodisch wiederholten Permutierung von Nachrichtenelementen mit Einrichtungen PT, und PTp zur paarweisen Tauschung solcher Elemente ist in Fig. 23 gezeigt. Die Steuersignal-Zusätze zur Gewinnung der Steuersignale a.. und a„ aus den Schlüsselsignalen w, und Wp sind mit SZ₁ und SZp bezeichnet. Ein weiterer .Steuer signal-Zusatz SZ dient zur Erzeugung der periodisch wiederholten Steuersignale a für die Betätigung der Schalter A, B, C der Permutlereinrichtung ZT . In Fig. 23 sind auch die entsprechenden empfangsseitigen Einrichtungen zur Rückführung der Vertauschungen und die dabei auftretenden Signale unter

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Verwendung gleicher Bezeichnungen gezeigt. Ein zusätzlicher Stern (z.B. y*) dient zur Unterscheidung gegenüber den sendeseitigen Einrichtungen und Signale^. Die Durchlaufzeiten der in PT, und PT„ enthaltenen Verzögerer werden zweckmässig ungleich gewählt, um wieder eine möglichst grosse Vielfalt der erzielbaren Elementverschiebungen zu erhalten. '

Die beschriebene Zusammenschaltung von Einrichtungen zur paarweisen Elementtauschung mit einer Einrichtung zur Element-Permutierung nach festem Programm führt zu resultierenden Vertauschungen der Nachrichtenelemente, die auch bei Kenntnis der festen Permutierungen nur noch sehr schwer zu Überblicken sind. Besonders zu beachten ist dabei der Umstand, dass die Zahl der möglichen Elementverschiebungen erheblich grosser ist als bei einfacher paarweiser Elementtauschurp· und dass der erforderliche Gesamtaufwand, verhältnismässig gering bleibt, weil auch bei den Permutierungen mit optimaler Ausnutzung aller Signalspeicher gearbeitet wird.

Natürlich ist auch eine Ergänzung der paarweisen.Elementtauschung durch eine zusätzliche Zeitschlüsselung bekannter Ausführung möglich. Auch.in diesem Fall sind die einzelnen Vertauschungsoperationen auf der Empfangsseite gegenüber der Sendeseite in umgekehrter Reihenfolge vorzusehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit einer wirksamen Ergänzung der erf-indungs ge-

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massen paarweisen Elementtauschung durch Schlüsselungsprozesse anderer Art wie z.B. zusätzliche Zerlegung der Elemente in Einzelfrequenzbänder, die in vertauschter Frequenzlage zur Uebertragung kommen. Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit einer Aufteilung in zwei oder mehrere Frequenzbänder, die unabhängig voneinander und nach abweichendem Programm je einer Zeitschlüsselung durch paarweise Elementtauschung unterzogen werden. Zur Durchführung einer solchen Verschlüsselung sind also neben mindestens zwei Einrichtungen zur paarweisen Elementtauschung noch besondere Filter zur Aufteilung der Nachricht in mindestens zwei Teilbänder erforderlich.

Die Wirksamkeit der paarweisen Elementtauschung kann auch erhöht werden durch Zusammenschaltung von zwei oder mehreren Einrichtungen zur paarweisen Elementtauschunpr, bei denen mit ungleicher Elementlänge gearbeitet wird. Die Elementlängen stehen zweckmässig in einem ganzzähligen Verhältnis zueinander, so dass wenigstens ein Teil der Element-Trennstellen für die längeren und kürzeren Elemente gemeinsam ist.

Anstelle einer direkten Uebertragung der verschlüsselten Signale von der sendeseitigen zur "empf angsseltigen Einrichtung kann auch eine sendeseitige Aufzeichnung der verschlüsselten

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Signale vorgesehen werden, beispielsweise eine Tonbandaufzeichnung. Diese Aufzeichnung kann dann in einem späteren Zeitpunkt wieder abgetastet und zur Gewinnung der ursprünglichen Klarsignale der empfangsseitigen Rückschlüsselungseinrichtung zugeleitet werden.

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Claims

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. .P .a -t .en -t a .η .a ρ r ü c h e ■

1.^Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung durch Zerlegung der zu übertragenden Klarsignale in Elemente gleicher -Länge, welche sendeseitig durch Verzögerung um wenigstens teilweise ungleiche Zeiten vertauscht und empfangsseit-Ag durch weitere Verzögerung um wenigstens teilweise ungleiche Zeiten rückvertauscht werden, gekennzeichnet durch paarweise Vertauschung von je zwei-Elementen, die einen bestimmten gegenseitigen Abstand haben, auf der Sendeseite und paarweise Rücktauschung der gleichen Elemente auf der Empfangsseite, wobei die zur Vertauschung bzw. Rücktauschung kommenden Elementpaare sendeseitig und empfangsseitig durch beidseitig übereinstimmende unregelmässige-Folgen von Steuerimpulsen bestimmt sind, und wobei die den Elementpaaren nicht angehörenden Elemente sende- und empfangsseitig um eine feste Zeit T verzögert werden, während das zuerst eintreffende Element jedes Paares sende- und empfangsseitig um die doppelte Zeit 2T verzögert; und das zweite Element des Paares nicht verzögert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit T mit der Element länge T übereinstimmt (Fig. 11). .

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232

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die. Verzögerungszeit T mit einem ganzzahligen Vielfachen der Elementlänge T übereinstimmt (Fig. 13).

4. Verfahren nach Anspruch I₃ gekennzeichnet durch wiederholte Durchführung der paarweisen Elementtauschung auf der Sendeseite und der Rücktauschung auf der Empfangsseite, wobei die erste sendeseitige Elementtauschung und die letzte empfangsseitige Elementtauschung durch übereinstimmende Steuerimpülsfolgen bestimmt sind, während die letzte sendeseitige Elementtauschung und die erste empfangsseitige Elementtauschung ebenfalls durch übereinstimmende Steuerimpulsfolgen bestimmt sind (Fig. 16, 17).

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch gleiche Elementlänge der wiederholten paarweisen Elementtauschungen.

6. Verfahren nach Anspruch 4,. gekennzeichnet durch Wiederholung der paarweisen Tauschungen mit ungleicher Elementlänge.

7. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Wiederholung der Tauschungen mit veränderter Verzögerungszeit-T (Fig. 16).

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232190?)

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8. Verfahren nach Anspruch 4 und 7_S gekennzeichnet durch ein Verhältnis von 1 : 3 bei verschiedenen Tauschungen.

9- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verbindung der paarweisen Elementtauschungen mit einer zusätzlichen Permutierung der Elemente nach gleichbleibendem Programm (Fig. 23).

10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet -durch Verbindung der paarweisen Elementtauschung mit einer zusätzlichen bekannten Zeitschlüsselung mit wechselndem Programm der Elementvertauschung.

H. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschlüsselten Signale sendeseitig auf einem Nachrichtenträger aufgezeichnet und empfangsseitig in einem späteren Zeitpunkt wieder von diesem Nachrichtenträger abgetastet werden (Tonbandaufzeichnung).

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenelemente aus impulsförmigen Signalen gebildet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Nachrichtenelemente aus einer zweistufig quantisierten Impulsfolge gebildet werden (Fig. 2, 3).

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenelemente aus einer mehrstufig quantisierten Impulsfolge gebildet werden. .

15· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente aus Analogimpulsen ohne feste Amplitudenabstufung _x gebildet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente durch Bildung von Abschnitten aus einem veränder-liehen Analogsignal gebildet werden (Fig. 5)·

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente durch periodische Abtastung eines Analogsignals gebildet werden (Fig. 4, 5)· '

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element aus einem Einzelimpuls besteht (Fig. 2, 4).

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element mehrere Einzelimpulse umfasst (Fig. 3j 5)·

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20. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.nach Anspruch -1 oder einem der Ansprüche 2 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass sende- sowie empfangsseitig mindestens ein Elementtauscher und mindestens ein Steuerzusatz mit folgenden Merkmalen vorgesehen ist (Fig. 11, 13): "

- Der Elementtauscher enthält einen Signalverzögerer mit der konstanten Verzögerungszeit T sowie elektronische Umschalter;

- In der Grundstellung der Umschalter ist der Eingang des Verzögerers mit dem Eingang des Elementtauschers und der Ausgang des Verzögerers mit dem Ausgang 'des Elementtauschers verbunden; "

- In der Arbeitsstellung der Umschalter Ist der Eingang des Elementtauschers mit dem Ausgang des Elementtauschers und der Eingang des Verzögerers mit dem Ausgang des Verzögerers verbunden; .

- Der Steuerzusatz enthält einen elektronischen Unterbrecher, der einzelne Impulse einer quasistatistischen Impulsfolge (Schlüsselsignal) unterbricht;

- Der Unterbrecher des SteuerZusatzes wird über einen Impulsverzögerer mit der Laufzeit T durch vorausgehende Impulse betätigt, so dass am Ausgang des Unterbrechers keine Impulse

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auftreten, die einen gegenseitigen Abstand T aufweisen;

- Die Ausgangsimpulse des Unterbrechers bringen die elektronischen Umschalter des Elementtauschers in Arbeitsstellung.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit T des Signalverzögerers mit der Länge eines Nachrichtenelementes übereinstimmt.

22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit T des Signalverzögerers mit einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Nachrichtenelementes übereinstimmt. '

23. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausgehenden Impulse, welche dem Impülsverzögerer im. Steuerzusatz zugeführt werden, aus dem Eingangssignal des elektronischen Unterbrechers (Schlüsselsignal) bestehen (Fig. 9).

2*1. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausgehenden Impulse, welche dem Impülsverzögerer im Steuerzusatz zugeführt werden, aus dem Ausgangssignal des elektronischen Unterbrechers bestehen (Fig. 11).

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25. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet; durch Kaskadenschaltung von mindestens zwei Elementtauschern (Fig. 16).

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens zwei Elementtaüscher' ungleiche Verzögerungszeit der Signalverzögerer aufweisen.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeiten von zwei Signalverzögerern sich wie

1 : 3 verhalten.

28. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elementtaüscher mit ungleicher Elementlänge
arbeiten.

29. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen
dem Elementtaüscher vorgeschalteten Signalabtaster zur Bildung von Analogimpuls en aus veränderlichen EingangsSignalen.

30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz ein Vielfaches der Element-Wiederholungsfrequenz ist. -.'■".

31. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass

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homologe Elementtauscher mit den zugehörigen Steuerzusätzen auf Sende- und Empfangsseite in umgekehrter Reihenfolge in Kaskade geschaltet sind (Fig. 17). -' " "

32. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet.durch Verschaltung eines Analog/Digital-Umsetzers sowie Ausführung des Signalverzögerers als DigitalverzÖgerer zur Verzögerung von Binärimpulsfolgen der Umsetzer.

33· Einrichtung η ach Anspruch 2O₅ gekennzeichnet durch Nachschaltung eines Digital/Analog-Umsetzers zur Gewinnung von Analog-Ausgangssignalen aus paarweise vertauschten Elementen.

3^1. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Vorschaltung eines Umwandlers zur Gewinnung einer Impulsfolge aus den Eingangssignalen nach einer Methode der Deltamodulation.

35· Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch zusätzliche elektrische Filter zur Aufteilung des gesamten Frequenzbandes der Nachricht in mindestens zwei Teilfrequenzbänder mit separater Zeitschlüsselung der einzelnen Teilfrequenzbänder durch paarweise Elementtauschung nach verschiedenen Vertauschungsprogrammen und separater Entschlüsselung derselben.

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36. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung mit einer Zusatzeinrichtung zur Permutierung von Nachrichtenelementen nach gleichbleibendem Programm mit folgenden Merkmalen (Fig. 20):

- - Die Zusatzeinrichtung enthält mindestens 2 Verzögerer mit gleicher Verzögerungszeit T₁;

- Jeder Verzögerer ist mit elektronischen Umschaltern verbunden, welche in Ruhestellung den Eingang des Verzögerers mit dem Ausgang des Verzögerers und in Arbeitsstellung den Eingang des Verzögerers mit dem Eingang der Zusatzeinrichtung und den Ausgang des Verzögerers,mit dem Ausgang der Zusatzeinrichtung verbinden;

- Ein elektronischer Zusatzschalter verbindet in Arbeitsstellung den Eingang der Zusatzeinrichtung mit dem Ausgang der Zusatzeinrichtung;

- Die elektronischen.Schalter sind durch periodische Steuersignale so betätigt, dass jeweils die Umschalter eines Verzögerers oder der Zusatzschalter während der Dauer eines Elementes in Arbeitsstellung sind.

37. Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit T, der Verzögerer mit der Elementlänge üb er einstimmt. /' , -

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38. Einrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit Τ» der Verzögerer mit einem ganz zahligen Vielfachen der Elementlänge übereinstimmt.

Patelhold Patentverwertungs- und Elektro-Holding AG

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