DE2232256B2

DE2232256B2 - Verfahren zur Überprüfung der Berechtigung von Datenstationen benutzenden Teilnehmern eines Datenverarbeitungsnetzwerkes

Info

Publication number: DE2232256B2
Application number: DE2232256A
Authority: DE
Inventors: Horst Mount Kisco N.Y. Feistel (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1979-09-13
Also published as: JPS537111B1; US3798605A; DE2232256A1; GB1351574A; FR2144439A5; CA974654A; IT955888B; DE2232256C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur f>5 Überprüfung der Berechtigung von Datenstationen benutzenden Teilnehmern eines Datenverarbeitungsnetzwerkes, in einen Nachrichtenaustausch mit einer

zentralen Verarbeitungseinheit und ihren Datenbanken zu treten.

Mit der wachsenden Verwendung von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen mit Fernzugriff zur Verwaltung von Datenbanken, die vertrauliche Informationen aufnehmen, speichern, verarbeiten und ausgeben, hat die Frage der Sicherheit zunehmendes Interesse gefunden. Die Datensicherheit ist eine der wichtigeren Angelegenheiten der Geschäftswelt geworden, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß ein zunehmendes Vertrauen in die automatische Datenverarbeitung aller Geschäftsinformationen vorhanden ist, sowohl innerhalb als auch außerhalb eines Betriebes. So verfügen große Rechenzentren in ihren Dateien über verschiedene Arten von Informationen, die von Strategien der Geschäftsführung bis zu technologischen Betriebsgeheimnissen und anderen nützlichen Daten reichen, die mit Ausnahme einer begrenzten Anzahl von Teilnehmern geheim bleiben sollen.

Bei der Entwicklung großer Datenyerarbeitungssysteme sind Versuche gemacht worden, um die Systeme vor unberechtigtem Zugriff zu schützen. Alle bisherigen Versuche, das Geheimhaltungsproblem zu lösen, haben jedoch nur zu Teillösungen geführt. Ein Weg, der beschriften wurde, bestand darin, den gespeicherten Segmenten von Daten oder Informationen eine eindeutige Kombination von Binärziffern zuzuordnen, die gewöhnlich als Schutzschlüssel bezeichnet wird. Jedesmal, wenn ein Zugriff zu diesem Datenblock erfolgen soll, muß die Instruktion den gleichen Schutzschlüssel besitzen, um die Operation ausführen zu können, und bei Nichtübereinstimmung wird eine Unterbrechung für Prüfzwecke aufgezeichnet. Dieses Verfahren ist angewendet worden sowohl auf die internen Operationen des Computers als auch auf die datenspeichernden Eingabe-Ausgabeeinheiten. Beispiele für dieses Verfahren sind in den US-Patenten 3377624 und 3368207 beschrieben.

Ein anderer Weg zur Datensicherung wird im US-Patent 3 245 045 vorgeschlagen, das sich auf ein Datenverarbeitungssystem mit einer Reihe von Datenstationen bezieht. In diesem System sind verschiedene örtliche Datenstationen darauf beschränkt, nur Informationen anzufordern, die sich auf die spezielle Abteilung beziehen, bei der die Datenstation sich befindet. So können die Datenstationen in der Lohnabrechnungsabteilung nur Informationen bezüglich der Lohnliste anfordern und ähnliche Beschränkungen gelten für die anderen Datenstationen des Systems. Die Einrichtung, die eine unbefugte Benutzung der Datenstation verhindert, ist eine einfache boolesche Schaltung, die einen Vergleich bezüglich des Platzes, an dem sich die Datenstation befindet, und des Vor* ganges, den diese auszuführen wünscht, vornimmt. Dieses Verfahren bietet nur einen minimalen Schutz, daß eine bedenkenlose Person sehr leicht den richtigen Adreßcode erlernen kann, der dem System angeboten werden muß, um jede gewünschte Information zu erhalten. Dies ist besonders dann der Fall, wenn angenommen werden kann, daß der unberechtigte Benutzer Kenntnis von der Schaltung innerhalb des Systems besitzt.

Aufgrund der nicht erfolgreichen Versuche, eine vollständige Sicherheit innerhalb eines Datenverarbeitungssystems durch automatische Einrichtungen zu erhalten, hat man Zuflucht zu Sicherheitssystemen genommen, die die Anwesenheit von Personen an

verschiedenen Punkten innerhalb des Datenverarbeitungsnetzwerkes durch Identifizieren einiger körperlicher Eigenschaften der Person, wie z. B. der Fingerabdrücke oder der Gesichtserscheinung, begrenzen. Dieser Weg hat sich in einigen Fällen als erfolgreich erwiesen, ist jedoch mit hohen Kosten verbunden.

Ein anderes Sicherheitssystem beruht auf der Verwendung von mechanisch betätigten Spen-vorrichtungen wie sie im US-Patent 3508205 beschrieben sind. Dieses System arbeitet mit einem digitalen Symbolschlüssel, mit dem die digitalen Symbole übereinstimmen müssen, die bei Betätigung der mechanischen Sperrvorrichtung erzeugt werden. Diesem Weg haften die gleichen Nachteile an wie den Speicherschutzvorrichtungen, indem nämlich bedenkenlose Personen, die sich illegal Informationen des Datenverarbeitungssystems aneignen wollen, dazu in der Lage sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zugriff zu in einem Datenverarbeitungsnetzwerk ausgetauschten Informationen für unberechtigte Personen zu verhindern.

Die genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

vorbereitende Identifizierung einer eine Verbindung anfordernden Datenstation durch die zentrale Verarbeitungseinheit,

Bereitstellen eines dem Benutzer der Datenstation zugeordneten, in der zentralen Verarbeitungseinheil gespeicherten Benutzerschlüssels für gleichartig aufgebaute sowohl in der Datenstation als auch in der zentralen Verarbeitungseinheit befindliche Schlüsselgeräte,

Bilden einer zusammengesetzten Nachricht aus einer Reihe von Codegruppen, die Daten und sögenannte Losungswortinformation enthalten,

Verschlüsseln der zusammengesetzten Nachricht in einen zur Empfangsstation zu übertragenden Block,

Entschlüsseln des empfangenen Blocks in eine im Klartext vorliegende zusammengesetzte Nachricht,

Bilden einer Antwort aus einer Reihe von Codegruppen, von denen eine ein Teil der empfangenen Nachricht ist,

Verschlüsseln dieser zweiten zusammengesetzten Nachricht und Übertragen zur Datenstation,

Entschlüsseln in eine im Klartext vorliegende zweite zusammengesetzte Nachricht,

Vergleichen eines Teils der entschlüsselten Nachricht mit dem zurückübei tragenen Teil der ersten Nachricht und

Vorbereiten weiterer Übertragungen, wenn der Vergleich ein richtiges Codewort anzeigt.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines mit einem Losungswort arbeitenden zentralen Systems zur Adressenidentifizierung und Datenprüfung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines anderen zentralen Systems zur Adressenidentifikation und Datenprüfung, das nach dem Prinzip des sogenannten HändeschUttelns arbeitet,

Fig. 3 ein genaueres Schaltbild eines blockweise arbeitenden Verschlüsselungssystems, das in den zentralen Prüfsysteme» nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden kann.

In einem Datenverar ,eitungsnetzwerk mit einer Vielzahl von Datenstationen, über die bisweilen einige hundert Teilnehmer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit in Verbindung stehen, kann man erwarten, daß zu irgendeiner Zeit eine bedenkenlose Person

~> versuchen wird, sich Informationen oder Daten anzueignen, auf die sie kein Anrecht hat. Unter dieser Annahme ist es weiter anerkannt, daß der Gegner des Systems durch irgendwelche Mittel eine bestimmte Kenntnis des Systems gewinnt, um seine Täuschung

nt zu vervollkommnen. Beispielsweise ist es sehr wahrscheinlich, daß normale Telefonleitungen, über die ein Nachrichtenaustausch zwischen einer Datenstation und einer zentralen Verarbeitungseinheit erfolgt, angezapft werden. Außerdem wird angenommen, daß der Gegner auch eine vollständige Kenntnis der strukturellen Bestandteile der Datenstation und der zentralen Verarbeitungseinheit besitzt, da es diese Geräte zu kaufen gibt. Trotz der Tatsache, daß die obengenannten Elemente des Datenverarbeitungsnetzwerkes bekannt sind, gewährleistet das hier vorgeschlagene zentrale Prüfsystem die GehfrVahaltung gegenüber unbefugten Teilnehmern bei F;hr geringen Kosten. In der einfachsten Form kann ein Prüfsystem auf einem genügend langen Block zufällig erzeugter

2-j Ziffern beruhen, der innerhalb des Datenverarbeitungssy&'ems nur dem Sender und dem Empfänger bekannt ist. Aufgrund der obigen Ausführungen ist offensichtlich, daß in einer feindlichen Umgebung mit nur minimaler Spitzfindigkeit ein solches zufällig er-

Kt zeugtes Losungswort nur einmal benutzt werden könnte, denn nur eine Übertragung läuft auf ein Bekanntwerden hinaus, welches das Losungswort für jeden verfügbar macht, der es für unehrenhafte Zwecke zu benutzen wünscht. Darüber hinaus ist offensicht-

n Hch, daß ein Losungswort, das nicht mit den über den Kanal zu übertragenden Daten in Beziehung steht, im wesentlichen nutzlos ist, da jeder, der mit dem allgemeinen Aufbau des Systems vertraut ist, sich den Datenteil der Übertragung unerlaubterweise ver-

4Ii schaffen könnte, während er das Losungswort in unveränderter Form läßt und so illegal Zugriff zu der zentralen Verarbeitungseinheit und allen Informationen, die in ihren Datenbanken gespeichert sind, gewinnt.

4Ί Das hier vorgeschlagene Prüfsystem schützt gegen gefälschte Losungsworte, die ein sehr spitzfindiger Eindringling entworfen hat und schützt auch gegen Versuche, die von befugten Benutzern des Systems übertragenen Nachrichten zu ändern, einschließlich

in möglicher Wiederholungen vorab gespeicherter Nachrichten.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines sogenannten Losungswort-Prüfsystems dargestellt. In diesem System besteht die Anfangsverbindung zwischen der

v> Datenstation A und der zentralen Verarbeitungseinheit 10 in einer einfachen Forderung nach einer Verbindung, wie sie Angabe der Adresse der Datenstation A darstellt. Aus Gründen der Einfachheit und des leichteren Verständnisses beziehen sich die nach-

Mi folgenden Ausführungen auf eine einzige Datenstation, die mit einer zentralen Verarbeitungseinheit in Verbindung steht. Es sei jedoch bemerkt, daß riie hier vorgeschlagenen Grundsätze auch auf ein großes Datenverarbeitungsnetzwerk anwendbar sind, das aus

h-, möglicherweise Hunderten von Datenstationen und mehr als einer zentralen Verarbeitungseinheit besteht, wie das bei einem großen Teilnehmersystem der Fall sein mag. Die Datenstation A kann aus einem beim

Teilnehmer befindlichen Eingabegerät für ein Computernetzwerk bestehen, z. B. aus einer Schreibmaschine, einer Anzeigevorrichtung oder einem sonstigen Gerät.

Nach dem Erkennen der Adresse der Datenstation A durch die zentrale Verarbeitungseinheit und nach der Bereitstellung eines Nachrichtenkanals zwischen der Datenstation A und der zentralen Verarbeitungseinheit 10 beginnt der durch das in Fig. 1 dargestellte System ermöglichte Prüfprozeß. Bei diesem mit einem Losungswort arbeitenden Ausfuhrungsbeispiel wird die Prüfung der Daten in der Weise durchgeführt, daß die Datenstation bezüglich der Gültigkeit des zufälligen Losungswortes abgefragt wird. In diesem Fall erzeugt die zentrale Verarbeitungseinheit 10 gleichzeitig ein vorher vereinbartes Losungswort, das identisch mit dem Losungswort ist, das in der Datenstation erzeugt wird. Diese zufällige Erzeugung eines Losuiigswuries verhiiiueii, daß ein unberechtigter Teilnehmer eine frühere Übertragung aufzeichnet und dann versucht, Zugriff zu der zentralen Verarbeitungseinheit 10 durch erneutes Aussenden der vorher gespeicherten Daten zu gewinnen. Da das zufällig erzeugte Losungswort sich fortlaufend ändert, würde eine erneute Aussendung unmittelbar eine ungültige Verbindung identifizieren.

Ein kostensparender Weg zur Erzeugung des zufälligen Losungswortes besteht darin, den zentralen Taktgeber Cl in der zentralen Verarbeitungseinheit und in den Datenstationen zu benutzen. Dies stellt eine sehr praktische Ausführung dar, da die meisten datenverarbeitenden Geräte zumindest einen internen Taktgeber enthalten. Der interne Taktgeber 12 bietet eine codierte Taktzeit, die sich fortlaufend ändert und für jeden neuen Ziffernblock 20, der übertragen wird, einen anderen Wert besitzt.

Es sei angenommen, daß die Identifizierung der Datenstation ausgeführt worden ist, und daß der geeignete leilnehmerschlüssel K_A in der zentralen Verarbeitungseinheit 10 zur Entschlüsselung der empfangenen Nachrichten vorbereitet wurde. Der Teilnehmer beginnt die Übertragung zur zentralen Verarbeitungseinheit 10 durch Anbieten eines Datenblokkes D als Eingangsnachricht für die Datenstation A. In Verbindung mit dem Datenblock D fügt die Datenstation ein Losungswort P hinzu, um einen vollständigen Datenblock zu bilden, der aus η Binärziffern geeigneter Dimensionen für die Verschlüsselungseinheit 22 besteht. Diese Einheit 22 wird im folgenden als ein π-Verschlüsselungssystem bezeichnet Fig. 3 zeigt pin genaueres Schaltbild einer möglichen Ausführungsform des .τ-Verschlüsselungssystem 22 und wird später genauer beschrieben. Jetzt genügt es, festzustellen, daß das -τ-Verschlüsselungssystem eine Produktziffer entwickelt, die eine Funktion des Teilnehtnerschlüssels K_A ist. Die Blockdimension der Produktziffer ist gleich der Blockdimension der Klartexteingabe in das Verschlüsselungssystem 22. Nach der Verschlüsselung wird die Blockziffer 20 durch ein Fehlerkorrektur-Codiergerät 24 codiert, das durch das Symbol ε dargestellt ist. Das Codiergerät 24 kann jeden der bekannten fehlerkorrigierenden Codes verwenden, der eine Fehlererkennung und -korrektur aufgrund der Redundance in dem erzeugten Code ermöglicht. Verschiedene Beispiele für solche Codes und für Geräte zur Implementierung der Codes sind im elften Kapitel des Buches von R. W. Lucky »Principles of Data Communications« McGraw Hill Book Co. 1968 veröffentlicht. Die codierten Daten 26 werden über einen Kanal übertragen, der die Datenstation mit der zentralen Verarbeitungseinheit 10 verbindet, wobei der Kanal ein Kabel oder irgendeine Fernsprechleitung sein kann. Nach dem Empfang des codierten Datenblockes 26 decodiert ein Decodierer 28 ihn und ermöglichst einen Grad der Fehlererkennung und -korrektur, durch den natürliche Störungen korrigiert werden, die in dem Kanal auftreten können. Hierdurch wird die Möglichkeit der Verfälschung gültiger Nachrichten durch kleinere Störungen, die in dem Kanal auftreten, eleminiert. Der Grad des Schutzes ist eine Frage des gewählten Entwurfs und hängt von der Leistungsfähigkeit des Codes ab, der im Codiergerät 24 und im Decodiergerät 28 verwendet wird.

Das decodierte Ausgangssignal des Decodierers 28 erscheint als ein verschlüsselter Textblock, der mit dem verschlüsselten Textblock 20 am Ausgang des JT-Verschiüsseiungssysiems identisch sein soiiie. Der verschlüsselte Block wird entschlüsselt mittels des π-Entschlüsselungssystems 30, das aufgrund des iiiversen Teilnehmerschlüssel K_A~' arbeitet. Der eindeutige Teilnehmerschlüssel wird aus einer Schlüsselliste innerhalb der zentralen Verarbeitungseinheit 10 erhalten. Wenn bei der Übertragung von der Datenstation 12 zur zentralen Verarbeitungseinheit 10 keine ernsten Störungen auftreten, wird der verschlüsselte Block '.9 richtig entschlüsselt, so daß das Losungswort P und die Daten D wieder in der Form vorliegen, in der sie ursprünglich durch die Datenstation 12 verschlüsselt wurden. Das Losungwort P wird nach der Entschlüsselung durch dav. Entschlüsselungssystem 30 mit einem unabhängig erzeugten Losungswort 32 verglichen, das von dem internen Taktgeber 34 der zentralen Verarbeitungseinheit 10 abgeleitet wird. Der interne Taktgeber 34 ist ein üblicher Taktgeber, wie er in jeder zentralen Verarbeitungseinheit vorhanden ist. Dieser Taktgeber wird dazu benutzt, um die Benutzungszeit aufzuzeichnen und die Kunden mit der Rechenzeit richtig zu belasten. Während in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der interne Taktgeber benutzt wird, kann auch jeder sequenziell arbeitende Zähler in der Datenstation 12 oder der zentralen Verarbeitungseinheit 10, der ein sich ständig veränderndes Binärmuster liefert, dazu benutzt werden, um das Losungswort P zu erzeugen. Der Losungswortvektor 32 wird mit dem entschlüsselten Losungswort P verglichen, und wenn der Vergleich positiv ausfällt, wird die Torschaltung 36 geöffnet, um die Daten D den internen Registern der zentralen Verarbeitungseinheit 10 zuzuleiten.

Bei einem vorgegebenen Losungswort P, das η Binärziffern lang ist, hat ein Gegner, der das Losungswort P zu erraten sucht, eine Wahrscheinlichkeit von V₂", um das System durch eine richtige Mutmaßung zu täuschen. Allgemein ist es wünschenswert, innerhalb der physikalischen und kostenmäßigen Beschränkungen des verwendeten Verschlüsselungssystems die Blockdimension so groß wie möglich zu wählen. Eine empfohlene Blockgröße, die ein verläßliches Maß an Geheimhaltung liefert, ist ein aus 128 Bits bestehender Block, der ein Losungswort P aus 64 Bits aufweist.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für das zentrale Prüfsystem dargestellt. Auf dieses Ausführungsbeispiel wird hier als auf ein System Bezug genommen, das nach dem Prinzip des Händeschüttelns arbeitet. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach

Fig. 1 muß der Benutzer oder Teilnehmer, der die Datenstation 12 benutzt, sich zuerst gegenüber der zentralen Verarbeitungseinheit 10 identifizieren, so daß diese das richtige Schlüsselwort K_A für den Benutzer A lokalisieren und vorbereiten kann, so daß die Entschlüsselung richtig erfolgt. Auch das hier benutzte Verschlüsseiungssystem ist ein blockweise arbeiten/.« Verschlüsselungsgerät, von dem ein Ausführungsbeispiel in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Datenstation 12, die auch als Datenstation A identifiziert wird, hat ihren eigenen eindeutigen Geheimschlüssel K_A für den Teilnehmer K. In der zentralen Verarbeitungseinheit 10 ist eine Liste aller Teilnehmer, die dem System bekannt sind, und ihre eindeutigen Teilnehmerschlüssel gespeichert. Jeder Schlüssel steuert die besondere Umordnung der Information, die in das Verschlüsselungssystem eingegeben wird, um den Klartext zu verschlüsseln und entwickelt einen

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merschlüssels ist.

Zur F.rläuterung und Erleichterung des Verständnisses wird das in Fig. 2 dargestellte System beschrieben mittels einer Reihe von Verbindungen zwischen der Datenstation 12 und der zentralen Verarbeitungseinheit 10. Die Datenstation 12 wählt einen Code I, der aus einer Reihe von binären Bits besteht, die die Information für das Verarbeitungssystem darstellen. Diese Information / zeigt an, daß der spezielle Teilnehmer A, der die Datenstation 12 benutzt, eine geprüfte Datenübertragung einzuleiten wünscht. In Verbi'.dung mit der Codegruppe / fügt die Datenstation eine Reihe von Zufallsziffern X ein. Diese Zufallsziffern X können in ähnlicher Weise erhalten werden wie die Ziffern des Losungsuchenden, oder mittels eines Generators für Zufallszahlen, wie er in dem US-Patent 3 366 779 beschrieben ist. Gleichzeitig mit dem Zuführen von Zufallsziffern X zu den Eingangsleitungen d.s Verschlüsselungssystems 40, das unter dem eindeutigen Teilnehmerschlüssel K_A arbeitet, werden die gleichen A'-Ziffern in einem internen (nicht gezeigten) Register der Datenstation gespeichert. Die Ziffern werden für einen weiteren Vergleich und eine Prüfung mit den binären Ziffern gespeichert, die innerhalb einer nachfolgenden Rückverhindung von der zentralen Verarbeitungseinheit übertragen werden.

Die binären Codegruppen / und X werden als ein Block durch das Verschlüsselungssystem 40 verschlüsselt und ergeben einen verschlüsselten Text, der übertragen wird und ohne Kenntnis des Teilnehmerschlüssels K_A nicht verständlich oder zu deuten ist.

Nach dem Empfang des verschlüsselten Textes in der zentralen Verarbeitungseinheit wird dieser Text durch das Entschlüsselungssystem 42 entschlüsselt, das mit dem inversen Teilnehmerschlüssel K_A ~^! arbeitet. Zu diesem Zeitpunkt hat die zentrale Verarbeitungseinheit 10 die Prüfung noch nicht vollendet. Der durch das Entschlüsselungssystem 42 erzeugte entschlüsselte Text besteht aus der Nachricht im Klartext, die der Datenstation 12 in Form der Bitgruppen / und X eingegeben wurde. Die Tatsache, daß die Zifferngruppe / und X für die zentrale Verarbeitungseinheit verständlich sind, zeigt dieser an, daß der Benutzer der Datenstation in der Tat ein rechtmäßiges Mitglied der Datenbank-Gemeinschaft ist und im Besitz eines Teilnehmerschlüssels K_A sein muß und daher in der Lage sein sollte, weitere Nachrichten zu deuten, die von der zentralen Verarbeitungseinheit 10 ausgesandt und durch den Schlüssel K_A verschlüsselt werden. Die Ziffer X, die entziffert wurde, wird jetzt mit einer neuen Zifferngruppe Y kombiniert, die aus dem (nicht dargestellten) Speicher der zentralen Ver- < arbeitungseinheit abgeleitet und durch das Verschlüsselungssystem 42 in Übereinstimmung mit dem Teilnehmerschlüssel K_A verschlüsselt wird. Dieser verschlüsselte Textblock wird als Verbindung 46 zu der Datenstation 12 zurückübertragen. Nach dem Emp-

i<> fang in der Datenstation 12 wird der verschlüsselte Text mittels des Verschlüsselungssystems 40 entschlüselt, v<Hi dem der Klartext in eine Zifferngruppe X und eine Zifferngruppe Y entwickelt werden soll. Zu diesem Zeitpunkt führt die Vergleichs-■■ schaltung 50 einen Vergleich der Zifferngruppe X, die in dem internen (nicht dargestellten) Register der Datenstationen gespeichert ist, mit der empfangenen Zifferngruppe X durch, die einen vollständigen Zy- 1.1...- _s,nn <-!>*_ Ππ^ηη»»«*:»» "f Ί -·..·· -. A .-. t .-n I m-t l/ncni-Un!

f\i ti j Twii uvi UOtviiaiaiiun m tut luiiiiuivii tviuii/^i-

> tungseinheit 10 und von dort zurück zur Datenstation 12 durchlaufen hat. Wenn der Vergleich ergibt, daß die Zifferngruppe X gleich sind, wird die Torschaltung 52 geöffnet, was anzeigt, daß in der Tat der Empfänger der Nachricht berechtigt ist und weitere Nach-

y< richtenübertragungen ausgeführt werden können. Das öffnen der Torschaltung 52 erlaubt dem Benutzer der Datenstation oder Teilnehmer A, weitere Daten D der zentralen Verarbeitungseinheit 10 anzubieten. Diese Daten D werden kombiniert mit der empfange-

Hi nen Zifferngruppe Y und werden erneut als Block durch das Verschlüsselungssystem 40 verschlüsselt. Die erzeugte Verschlüsselung wird über die Verbindung 56 übertragen, von der zentralen Verarbeitungseinheit 10 empfangen und mittels des Systems 42 ent-

i-> schlüsselt. Der erhaltene entschlüsselte Klartext sollte beim Fehlen ernsthafter Störungen in dem Kanal eine Zifferngruppe X und eine Datengruppe D ergeben. Ähnlich den Vergleichen, die in der Datenstation 12 durchgeführt werden, vergleicht auch die zentrale

4(i Verarbeitungseinheit 10 die empfangene Zifferngruppe Λ'mit der Zifferngruppe X, die in ihrem internen (nicht dargestellten) Register gespeichert wurde. Dieser Vergleich wird in der Vergleichsschaltung 56 vorgenommen. Wenn der Vergleich Gleichheit an-

n zeigt, wird die Torschaltung 58 geöffnet, wodurch die Daten D den speziellen Speicherstellen in der zentralen Verarbeitungseinheit 10 zugeleitet werden, in denen die Information D zu speichern ist.

Bei der Beschreibung des in Fig. 2 dargestellten

Vi Ausführungsbeispieles war angenommen worden, daß keine Übertragungsfehler auf dem Verbindungsweg zwischen der Datenstation 12 und der zentralen Verarbeitungseinheit 10 auftreten. Es sei jedoch bemerkt, daß auch ein Blockcode zur Fehlererkennung und

,5 -korrektur, wie er bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendet wurde, auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 anwendbar ist. Beispiele solcher fehlererkennenden und -korrigierenden Systeme finden sich in dem früher zitierten Buche von R. W. Lucky.

bo Es sei bemerkt, daß die Reihe der für Prüfzwecke durchgeführten und vorher beschriebenen Nachrichtenübertragungen für alle Verbindungen zwischen Datenstationen und einer zentralen Verarbeitungseinheit vorgesehen werden können und nicht auf drei

b5 Übertragungen beschränkt zu werden brauchen. So ist es möglich, eine fortlaufende Prüfung zwischen einer Datenstation und der zentralen Verarbeitungseinheit zu haben.

Für eine Datenübertragung, die eine Reihe einander angrenzender Datenblöcke betrifft, braucht die beschriebene Operation nicht nur einmal durchgeführt zu werden. Das einzige Erfordernis, das erfüllt sein muß, besteht darin, daß jeder Block mit seinen benachbarten Plocks durch eine geeignete Redundance-Struktur verbunden ist, die in dem verschlüsselten Block verankert ist. Ein mögliches Beispiel ist das folgende:

(DD)5(DD)5(D

(,_?)^(₂₁)_/,(₁)
worin die Ziffern in den Klammern dazu dienen, um eine Ziffer S^ mit einem Schlüssel A zu erzeugen. Es sei bemerkt, daß jeder Code eine Wiederholung der Daten seines vorausgehenden Nachbarn enthält.

Eine Datenübertragung, wie sie in diesem Beispiel dargestellt ist, betrifft einen Datenzug, der aus einem früheren Codewort und dem nachfolgenden Datenteil besteht. Die zentrale Verarbeitungseinheit 10 kann fortlaufend Titscl'lüssc!* und nac^¹ *^*^ir" Pmnfann ηϊ*» nachfolgenden Datenteile erhalten. Wenn die Struktur der Redundance nicht mehr wiederholt wird, stellt die zentrale Verarbeitungseinheit 10 das Ende des Datenzuges fest. Die zentrale Verarbeitungseinheit 10 bestimmt auch, wenn ein neuer Datenzug durch Erscheinen eines neuen führenden Codewortes beginnt. Es ist auch möglich, anstelle der Benutzung eines Teils der empfangenen Nachricht als eine rückübertragene Prüfsymbolgruppe ein eindeutiges Losungswort zu benutzen, das sich fortlaufend ändert, ähnlich dem Losungswort, das in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erzeugt wird. In diesem Fall ist der Code/ug folgendermaßen angeordnet:

(D_i-D₂);S_A;{D₂;P)S;(D_[;P)S oder
;(D)^(DP)^

worin P ein sich stets änderndes Losungswort darstellt, das für jeden Datenzug verschieden ist.

In den Fig. 3 Abis 3F ist ein genaueres Schaltbild eines Ausführungsbeispieles des π-Verschlüsselunnssystemsder Fig. 1 und 2 dargestellt. Ein zu verschlüsselnder Datenblock D wird über die Informationskitungen 80,81,82,83, i?4,85 und 86 einer sogenannten Zerhackereinrichtung 30 zugeführt. Jede dieser Eiezugsziffern bezeichnet vier Informationsleitungen, von denen jede mit einem zweistufigen Schieberegister 41 bis 64 verbunden ist. Jedes Schieberegister besteht aus einem oberen Speicherelement 41 bis 64 und einem unteren Speicherelement 41a bis 64a. Die binären Daten, die in jeder der oberen und unteren Stufen der Schieberegisterteile gespeichert sind und die Nachricht D bilden, können in jedem der 2 Bits speichernden Teile des Schieberegisters aufwärts oder abwärts verschoben werden, abhängig von den Binärwerten, die auf den Steuerleitungen für die Zerhakkereinrichtungen erscheinen, welche Steuerleitungen von einer sogenannten Schlüsseleffekt-Weiterleiteinrichtung 100 ausgehen.

Während der ersten Runde des Verschlüsselungssystems fuhrt die Zerhackereinrichtung 30 keine einleitende Operation mit den Daten D durch. Die unteren 24 Bits in den Speicherelementen 41a bis 64a werden einer Reihe von Torschaltungen G und G zugeführt, wobei jedes Paar von Torschaltungen ein Ausgangssignal der Zerhackereinrichtung 30 empfängt. Beispielsweise führt an die Torschaltungen 325 und 326 die Ausgangsleitung von dem unteren Speicherelement 41 a. Der Vierergruppe von Schieberegistern, an die crie Vierergruppe von Informationsleitungen führtest ein Satz von vier Torschaltungspaaren G und G zugeordnet, wobei jede Torschaltung durch eine der Steuerleitungen 300, 301 und 302 beeinflußt wird. Abhängig von den binären Signalwerten auf den Steuerleitungen 300, 301 und 302 wird entweder die Torschaltung G oder die Torschaltung G zur Steuerung der Weiterleitung der Information zu einer bestimmten Substitutionseinheit S_u oder S₁ betätigt. Jede Substitutionseinheit besteht aus einem Decodier- und einem Codierteil, wobei eine zufällige Verbindung zwischen den Ausgängen der Decodiereinrichtung und den Eingängen der Codiereinrichtung besteht. Durch dieses einfache Gerät ist es möglich, eine aus 2"! möglichen Permutationen für η Einnonnc|a|liinn0n **t

lrt Dio QuKc ti t1 it irvn

von den Einheiten S₀ und 5, ausgeführt wird, bewirkt eine nichtlineare Transformation und Ausgangssignale der Zerhackereinrichtung 30.

Die Ausgänge der Einheiten S₀ und S₁, die an Vierergruppen 200, 201, 202, 203, 204, 205 und 206 angeordnet sind, sind mit einem sogenannten Diffusor 34 verbunden, der eine lineare Transformation der binären Signalpegel am Eingang ausführt und das Muster von Einsen und Nullen abhängig von der Verbindung zwischen dem Eingang und Ausgang des Diffusors 34 umordnet. Die Ausgangssignale des Diffusors 34, die auf den Ausgangsleitungen 225 bis 248 erscheinen, werden eine Reihe von Modulo-2-Addierwerken zugeführt, die eine Antivalenzverknüpfung zwischen den Signalen auf den Ausgangsleitungen des Diffusors 34 und den binären Werten durchführen, die von der Schlüsscleffekt-Weiterleiteinrichtung 100 abgeleitet sind und auf den Leitungen 251 bis 274 erscheinen. Jedes Ausgangssignal des Modulo-2-Addierwerkes wird dann über die Leitungen 275 rückgekoppelt, um den Modulo-2-Addierwerken der oberen Speicherelemente 41 bis 64 der Verstümmelungseinrichtung 30 zugeführt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt die Zerhackereinrichtung 30 eine Reihe von Verschiebungen in jedem der zweistufigen Schieberegister, abhängig von den binären Signalwerten, die von der Schlüsseleffekt-Weiterleiteinrichtung 100 mittels der Steuerleitungen der Zerhackereinrichtung weitergeleitet werden. Im Anschluß an das durch die Zerhackereinrichtung 30 vorgenommene Zerhacken hat das π-Verschlüsselungssystem eine erste Runde der Verschlüsselung beendet. Für nachfolgende Runden wird der Inhalt jedes der zyklischen Schlüssel-Untergruppenregister 350,351 und 352 um eine Bitstelle verschoben. Daher sind am Ende von acht Verschlüsselungsrunden die Daten in jedem der Untergruppen-VerschlusselungsregisterSSO, 351 und 352 identisch mit denen, die in diesen Registern zu Beginn des Verschlüsselungsverfahrens erschienen. Selbstverständlich ist es auch möglich ein Verschlüsselungsgerät mit mehr oder weniger Runden zu betreiben und dadurch verschiedene Umordnungen der Information zu erzielen und dadurch die Wahrscheinlichkeit dafür zu ändern, daß die Verschlüsselung aufgebrochen wird.

Hkrzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

2:> 32 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überprüfung der Berechtigung von Datenstationen benutzenden Teilnchmern eines Datenverarbeitungsnetzwerkes, in einem Nachrichtenaustausch mit einer zentralen Verarbeitungseinheit und ihren Datenbanken zu treten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

vorbereitende Identifizierung einer eine Verbindung anfordernden Datenstation (12, Fig, I) durch die zentrale Verarbeitungseinheit (10);

Bereitstellen eines dem Benutzer (z. B. C) der Datenstation zugeordneten, in der zentralen Vjerarbeitungseinheit gespeicherten Benutzerschlliissels (K_c) für gleichartig aufgebaute sowohl in der Datenstation als auch in der zentralen Verarbeitungseinheit befindlichen Schlüsselgeräte (22,30),

Bilden einer zusammengesetzten Nachricht (20) aus einer Reihe von Codegruppen, die Daten (D) und sogenannte Losungswortinformatiorien (P) enthalten,

Verschlüsseln der zusammengesetzten Nachricht in einem zur Empfangsstation zu übertragenden Block (26),

Entschlüsseln des empfangenen Blocks in eine im Klartext vorliegende zusammengesetzte Nachricht (29),

Bilden einer Antwort (46, Fig. 2) aus einer Reihe von Codegruppen, von denen eine (X) «in Teil der empfangenen Nachricht ist,

Verschlüsseln dieser zweiten zusammengesetzten Nachricht und Übertragen zur Datenstation,

Entschlüsseln in eine im Kl· rtext vorliegende zweite zusammengesetzte Nachricht,

Vergleichen eines Teils (X) der entschlüsselten Nachricht mit dem zurückübertragenen Teil (X) der ersten Nachricht und Vorbereiten weiterer Übertragungen, wenn der Vergleich ein richtiges Codewort anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jeder empfangene!» Nachricht sowohl in den Datenstationen als auch in der zentralen Verarbeitungseinheit gespeichert wird zum Vergleich mit nachfolgend empfangenen Nachrichten und daß alle Codegruppen mit einem Teil der vorher empfangenen Nachricht zur Bildung einer zusammengesetzten Nachricht sowohl in der Datenstation als auch in der zentralen Verarbeitungseinheit kombiniert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Losungswort eine sich fortlaufend ändernde Kombination von Binärziffern verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte verschlüsselte Nachricht (20) vor der Übertragung in einen Code zur Fehlerkorrektur umgesetzt wird und empfangsseitig vor der Entschlüsselung eine Decodierung erfolgt,