DE2334330C3

DE2334330C3 - Circuit arrangement for transmitting communication signals

Info

Publication number: DE2334330C3
Application number: DE19732334330
Authority: DE
Inventors: Sigrfried Ing.(grad.) 7150 Backnang Bosch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1973-07-06
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE2334330A1; DE2334330B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Übertragen von Nachrichtensignalen, bei der durch sende- und empfangsseitig angeordnete, gleichartig aufgebaute und synchron betriebene Schlüsselimpulsgeneratoren identische Pseudozufallsfolgen erzeugt werden, die sendeseitig Tür die Verschlüsselung mit der klaren und empfangsseitig für die Entschlüsselung mit der verschlüsselten Nachrichtenfolge verknüpft werden, und bei der die Schlüsselgeneratoren vor dem Beginn der Übertragung mittels eines bei jeder Station gespeicherten Anfangsschlüssels eingestellt und durch eine zwischen den Stationen einer Nachrichtenverbindung übertragene Kennung gleichphasig angelassen werden.The invention relates to a circuit arrangement for the transmission of message signals in which by Identically structured and synchronously operated key pulse generators arranged on the sending and receiving sides identical pseudo random sequences are generated, the encryption with the door on the sending side clearly linked to the encrypted message sequence for decryption on the receiving end, and in which the key generators before the start of the transmission by means of one at each station stored initial key and set by a communication link between the stations transmitted identifier are left in phase.

In bekannten Verschlüsselungsgeräten für Nachrichtensignale werden durch Verknüpfung einer aus den Nachrichtensignalen abgeleiteten Klarimpulsfolge mit einer Schlüsselimpulsfolge den Zeichen des Klartextes zugeordnete verschlüsselte Sigiialimpulsfolgen gebildet Die empfangsseitige Wiedergewinnung des Klartextes nach der Übertragung der verschlüsselten Signaliolge wird durch die inverse Verknüpfung der verscWüsselten Signale mit einer identischen Schlüsselimpulsfolge herbeigeführtIn known encryption devices for message signals by linking a clear pulse sequence derived from the message signals with an encrypted signal pulse train assigned to the characters of the plain text is formed from a key pulse train The recovery of the plain text at the receiving end after the encrypted signal log has been transmitted is created by inversely combining the encrypted signals with an identical key pulse sequence brought about

lü Die Schlüsselimpulsfolgen können durch Schlüsselgeneratoren erzeugt werden, die allgemein aus Zählern bestehen, die über logische Schaltungen miteinander verbunden sind und durch Tatkgeber gesteuert werden. Die erzeugte Schlüsselimpulsfolge gehorcht durch die dabei durchgeführte Verwürfelung der Zählerstände einem Zufallsgesetz.lü The key pulse trains can be generated by key generators are generated, which generally consist of counters connected to each other via logic circuits connected and controlled by Tatkgeber. The generated key pulse train obeys by the scrambling of the counter readings carried out according to a random law.

Um auf der Sende- und Empfangsseite mit gleichen Schlüsselgeneratoren identische Schlüsselimpulsfolgen zu erhalten, müssen die Schlüsselgeneratoren vor dem Beginn einer verschlüsselten Nachrichtenübertragung in die gleiche Ausgangsstellung gebracht werden und sie müssen während des Schlüsselbetriebes im Synchronbetrieb gehalten werden. Hierzu werden die Schlüsselgeneratoren durch einen geheimen Anfangsschlüssel in die gleiche Ausgangsstellung gebracht und gleichphasig gestartet.In order to have identical key pulse sequences on the sending and receiving side with the same key generators the key generators must be used before commencing an encrypted transmission of messages be brought into the same starting position and they must be synchronized during key operation being held. For this purpose, the key generators are replaced by a secret initial key in brought the same starting position and started in phase.

Dieses bekannte Verfahren eignet sich nicht nur zur Synchronisierung der Pseudozufallsgeneratoren in Schlüsselgeräten, sondern allgemein zur Synchronisierung der die Band- oder Zeitverwürfelung in Sprachverschlüsselungsgeräten steuernden Generatoren oder zur Steuerung der Trägerfrequenzgeneratoren in Funkanlagen, die nach dem Frequenzsprungverfahren arbeiten. Auch in Übertragungsanlagen, die das SSMA- oder dasThis known method is not only suitable for synchronizing the pseudo-random generators in Key devices, but generally used to synchronize the scrambling or time scrambling in voice encryption devices controlling generators or for controlling the carrier frequency generators in radio systems, which work according to the frequency hopping process. Even in transmission systems that use the SSMA or the

j^r> CDMA-Verfahren benutzen, können die synchronisierten Zufallsgeneratoren die zur Modulation und Demodulation der übertragenen Signale erforderlichen Zeichenfolgen liefern.
Geheimhaltungsgründe zwingen zu einem häufigen Wechsel der Anfangsschlüssel.j ^r > CDMA method, the synchronized random number generators can supply the character strings required for modulation and demodulation of the transmitted signals.
Reasons for secrecy force a frequent change of the initial key.

Es ist in der deutschen Auslegeschrift 12 37 366 ein Verschlüsselungsverfahren beschrieben, bei dem der Anfangszustand der Schlüsselgeneratoren eingestellt wird in Abhängigkeit vom Ergebnis der Mischung einer ersten und einer zweiten Zustandsinformation, wobei die erste Zustandsinformation als Grundschlüssel sowohl sende- als auch empfangsseitig in gespeicherter Form vorliegt und wobei die zweite Zustandsinformation als Verschiebungsinformation sendeseitig mittels eines Zufallsgenerators erzeugt und unverschlüsselt zur Empfangsseite übertragen wird. Dabei kann die Anzahl der Elemente der beiden Zustandsinformationen bzw. ihres Mischungsergebnisses so groß sein, daß eine sehr große Anzahl verschiedener Anfangszustände der Schlüsselgeneratoren ermöglicht wird.It is described in the German Auslegeschrift 12 37 366, an encryption method in which the The initial state of the key generators is set depending on the result of mixing one first and second status information, the first status information as a basic key is present in stored form on both the sending and receiving sides, and the second status information generated as displacement information on the transmit side by means of a random generator and unencrypted for Receiving side is transmitted. The number of elements of the two status information items or their mixing result must be so large that a very large number of different initial states of the Key generators is made possible.

Bei diesem bekannten Verfahren enthalten alle Stationen dieses Vermittlungsnetzes in ihren Speichern den gleichen Grundschlüssel, und es wird die Verschiebeinformation vor der Aufnahme des Schlüsselbetriebes zur gewünschten Empfangsstation offen übertragen, es kann daher auch jede andere Station des Netzes durch Mischung beider Informationen, sofern ihr die Informationsfolge beispielsweise auf dem Funkwege zugeleitet wird, die Einstellung des Schlüsselgenerators vorneh-In this known method, all stations contain this switching network in their memories the same basic key, and it is the shift information before the start of the key operation openly transmitted to the desired receiving station, so any other station in the network can pass through Mixing of both pieces of information, provided that the sequence of information is transmitted to you by radio, for example the setting of the key generator is carried out.

*>■> men und den verschlüsselten Text entschlüsseln.*> ■> men and decrypt the encrypted text.

Im Vermiulungsverkehr innerhalb eines Nachrichtennetzes ist es wünschenswert, nur ausgewählten Teilnehmergruppen die Entschlüsselung bestimmter Informa-In vermilion traffic within a communications network it is desirable to allow only selected groups of participants to decrypt certain information

tionen zu ermöglichen. Hierzu können verschiedenen Teilnehmergruppen zur gleichen Zeit unterschiedliche Anfangsschlüssel zugeordnet sein, so daß verschiedene »Schlüsselbereiche« bestehen, in denen die Teilnehmer mit den ihnen zugeordneten Anfangsschlüsseln nur innerhalb ihrer Gruppe, jedoch nicht zwischen den Gruppen verkehren können.to make possible. To this end, different groups of participants can have different at the same time Initial key must be assigned so that there are different "key areas" in which the participants with the initial keys assigned to them only within their group, but not between the Groups can circulate.

Aus der Siemens-Zeitschrift 41 (1967), Heft 4, Seite 298—300, ist auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik ein »Namenstaster« bekannt, bei dem eine bestimmte Anzahl von Informationen (hier Rufnummern) in einem Speicher gespeichert sind, und bei dem jeder eingespeicherten Information eine eine Kennzahl (hier einen Namen) darstellende Zeichenfolge zugeordnet ist, durch deren Eingabe (mittels der betreffenden Taste) in eine dem Namenstaster zugeordnete Einrichtung die der Kennzahl (Namen) zugeordnete Wahlinformation aus dem Speicher auswählt und der Wähleinrichtung zur Wahl des gewünschten Teilnehmers zuführbar istFrom the Siemens magazine 41 (1967), No. 4, pages 298-300, is in the field of telephony "Name button" known, with which a certain amount of information (here call numbers) in one Memories are stored, and in which each stored information is a code number (here a Name) is assigned, by entering it (using the relevant key) into a The facility assigned to the name button selects the dialing information assigned to the code (name) selects the memory and can be fed to the selection device for selecting the desired subscriber

Mit einer solchen Einrichtung ist es nicht möglich mit den verschiedenen berechtigten Teilnehmern einen synchronen Betrieb durchzuführen, wie es bei einer Ver- und Entschlüsselung von Nachrichtensignalen zwingend notwendig ist.With such a facility, it is not possible to have one with the various authorized participants to carry out synchronous operation, as is mandatory for an encryption and decryption of message signals necessary is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest einer Anzahl berechtigter Stationen verschiedener Gruppenzugehörigkeit den verschlüsselten Informationsaustausch sowohl untereinander als auch mit beliebigen anderen Teilnehmerstationen, die über die ihnen zugeordnete Kennziffer und damit über den ihnen zugeordneten Grundschlüssel verfügen, zu ermöglichen.The invention is based on the object of providing at least a number of different authorized stations Group membership enables the encrypted exchange of information both with each other and with any other subscriber stations using the code assigned to them and thus using them assigned basic key to enable.

Die Erfindung und ihre Weiterbildung sind durch die in den Patentansprüchen beschriebenen Maßnahmen gekennzeichnet.The invention and its further development are characterized by the measures described in the claims marked.

Hierdurch werden die Vorteile erreicht, daß verschiedene Anfangsschlüssel im Netz für die einzelne Verbindung verwendet werden können. Es wird den einzelnen Stationen, die selbst keinen Schlüsselwähler besitzen, jeweils ein Anfangsschlüssel zugeteilt und es werden den einzelnen Anfangsschlüsseln Kennziffern zugeordnet, durch die die Anfangsschlüssel unterscheidbar sind. Es ist dabei vorteilhaft, die Bestimmung des Anfangsschlüssels derjenigen Station zu überlassen, die nur über einen einzelnen Schlüssel verfügt, so daß die Einphasung zwischen den Stationen je nach Erfordernis in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung erfolgt. Es werden hierdurch unnötige Richtungswechsel bei der Einphasung eingespart. Es kann dabei nach der Bestätigung der erfolgten Einphasung unmittelbar das Anlaufkennzeichen für den phasenrichtigen Anlauf der beiden Schlüsselgeneratoren übertragen werden, so daß die verschlüsselte Nachrichtenübertragung beginnen kann.This has the advantage that different initial keys in the network for the individual Connection can be used. It becomes the individual stations that do not have a key selector themselves each have an initial key assigned and the individual initial keys are assigned identification numbers assigned by which the initial key can be distinguished. It is advantageous to determine the To leave the initial key of the station that only has a single key, so that the Phasing between the stations takes place in the forward or reverse direction, depending on the requirements. It This saves unnecessary changes of direction during phasing. It can be according to the Confirmation of the phasing that has taken place immediately the start-up indicator for the correct start of the both key generators are transmitted, so that the encrypted message transmission begin can.

Die Erfindung wird an dem Blockschaltbild erläutert.The invention is explained using the block diagram.

Es sind die beiden Stationen 10 und 20 eines Vermittlungsnetzes dargestellt, die über die Leitung sx miteinander verbunden sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft der Daten- und Kennungsverkehr über diese Leitung und es ist der wechselweise Verkehr in beiden Richtungen möglich. Als Leitung sind auch Leitungen für Duplexverkehr oder Leitungen, die außer einem Datenkanal auch einen Hilfskanal enthalten, anwendbar. An die Stelle des Richtungswechsels tritt dann einfach eine Übertragung der Information über den Gegenkanal.The two stations 10 and 20 of a switching network are shown, which are connected to one another via the line sx. In the exemplary embodiment shown, the data and identification traffic runs over this line and alternating traffic in both directions is possible. Lines for duplex traffic or lines which, in addition to a data channel, also contain an auxiliary channel, can also be used as lines. Instead of changing direction, the information is then simply transmitted via the opposite channel.

Bei jeder Station befindet sich ein Nachrichten-Sende-Empfangsgerät U bzw. 21, beispielsweise eine Fernschreibmaschine, welche Nachrichten in der FormAt each station there is a message transceiver U or 21, for example a teletypewriter, which messages in the form

von unverschlüsselten Impulsfolgen senden und empfangen kann. Der Ausgang des gerade als Sender tätigen ■Nachrichtengerätes 11 speist das Mischgerät 122, in welchem die Nachrichtenimpulsfolge mit der durch den Schlüsselgenerator 12 erzeugten Schlüsselimpulsfolge gemischt und dadurch verschlüsselt wird. Die verschlüsselte Nachrichtenimpulsfolge wird über die Leitung sx zur empfangenen Station 20 übertragen, wo die verschlüsselte Nachrichtenimpulsfolge im Mischgerät 222 mit der im Schlüsselgenerator 22 erzeugten Schlüsselimpulsfolge gemischt wird. Solange Synchronlauf zwischen der sendeseitigen und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge besteht, wird die verschlüsselte Nachrichtenimpulsfolge im Mischgerät 222 entschlüsselt und es gibt das Empfangsgerät 21 die Nachrichtenfolge im Klartext wieder.can send and receive unencrypted pulse trains. The output of the message device 11 currently acting as a transmitter feeds the mixer 122, in which the message pulse sequence is mixed with the key pulse sequence generated by the key generator 12 and thereby encrypted. The encrypted message pulse sequence is transmitted via the line sx to the receiving station 20, where the encrypted message pulse sequence is mixed in the mixer 222 with the key pulse sequence generated in the key generator 22. As long as synchronous operation existing between the transmitting side and the receiving side key pulse sequence, the pulse sequence encrypted messages in the mixing device 222 is decrypted, and there is the receiving device 21, the sequence of messages in plain text again.

Die Schlüsselgeneratoren 12 und 22 werden durch je einen Taktgeber 121 und 221 gesteuert, die durch hier nicht dargestellte Einrichtungen im Gleichtakt gehalten werden solange ein ununterbrochener Datenfluß über die Leitung sx besteht Um den Synchronlauf der beiden Schlüsselgeneratoren, also die Erzeugung identischer Schlüsselimpulsfolgen bei der sendenden und der empfangenden Station sicherzustellen, genügt nicht alleine der Gleichlauf der beiden Generatoren, es müssen die beiden Generatoren bei der Einleitung jedes Verschlüsselungsbetriebes mit der gleichen Anfangsstellung beginnen, sie müssen demnach beim Betriebsbeginn auf den gleichen Anfangsschlüssel eingephast werden.The key generators 12 and 22 are each controlled by a clock 121 and 221 , which are kept in the same mode by devices not shown here as long as there is an uninterrupted flow of data over the line sx To ensure the receiving station, the synchronization of the two generators alone is not sufficient; the two generators must begin with the same initial position when each encryption operation is initiated; they must therefore be phased to the same initial key at the start of operation.

Bei der Station 10 ist ein Schlüsselwähler 131 vorgesehen, der einen elektronischen Speicher 13 zur Abspeicherung einer Anzahl Anfangsschlüssel enthält. Die Eingabe der Sch'üsselinformationen in den Speicher des Schlüsselwählers kann beispielsweise mit Hilfe eines Lochstreifenlesers 132 erfolgen. Die Auswahl eines bestimmten Anfangsschlüssels erfolgt durch eine über die Steuereinheit 15 gelieferte Kennziffer. Die Kennziffer kann beispielweise ein 5-Bit-Zeichen sein und es kann auch zusammen mit einer Anzahl variabler Schlüsselzeichen, die im Generator 141 erzeugt und im Speicher 14 aufbewahrt sind, durch die Steuereinheit 15 zur Gegenstelle übertragen werden. In der eigenen Station 10 kann der ausgewählte Anfangsschlüssel mit den variablen Schlüsselzeichen im Mischgerät 123 gemischt und für die Anfangseinstellung des Schlüsselgenerators 12 ausgenutzt werden. In der Gegenstelle können die übertragenen Zeichen für die Entnahem des ausgewählten Anfangsschlüssels aus einem Schlüsselwähler und dieser Grundschlüssel zusammen mit den übertragenen variablen Schlüsselzeichen für die Anfangseinstellung des dortigen Schlüsselgenerators ausgenutzt werden. Nach einer Bestätigung der Empfangsstation der erfolgten Anfangsstellung können dann auf ein von der sendenden Stelle übertragenes Startzeichen die Schlüsselgeneratoren eingephast anlaufen. Der Schlüsselbetrieb beginnt anschließend. Bei dieser Einstellungsart erfolgt die Einphasung in Vorwärtsrichtung von der sendenden zur empfangenden Station.At the station 10 a key selector 131 is provided which contains an electronic memory 13 for storing a number of initial keys. The key information can be entered into the memory of the key selector with the aid of a punched tape reader 132 , for example. A specific initial key is selected by means of a code number supplied by the control unit 15. The code number can, for example, be a 5-bit character and it can also be transmitted by the control unit 15 to the remote station together with a number of variable key characters that are generated in the generator 141 and stored in the memory 14. In the own station 10, the selected initial key can be mixed with the variable key characters in the mixer 123 and used for the initial setting of the key generator 12. In the remote station, the transmitted characters can be used to extract the selected initial key from a key selector and this basic key together with the transmitted variable key characters for the initial setting of the local key generator. After the receiving station has confirmed that the initial position has taken place, the key generators can then start phased in response to a start signal transmitted by the sending station. The key operation then begins. With this type of setting, the phasing takes place in the forward direction from the sending to the receiving station.

Es sei jedoch im Gegensatz zur Station 10 die in dem Blockschaltbild dargestellte Gegenstation 20 in an sich bekannter Weise ausgerüstet und verfüge nicht über einen Schlüsselwähler, sondern nur über den Schlüssel-Speicher 23, in den durch die Lochstreifeneinheit 231 nur der für diese Station allein bestimmte Grundschlüssel eingegeben sei.In contrast to station 10, however, the opposite station 20 shown in the block diagram is equipped in a manner known per se and does not have a key selector, but only the key memory 23, in which only the one intended for this station by the punched tape unit 231 Basic key is entered.

Es ist in diesem Falle zwingend, die Einphasung in RückwärtsrichtunE durchzuführen, und zwar unterIn this case it is imperative to carry out the phase-in in the reverse direction, namely under

Benutzung des bei der Station 20 im Speicher 23 gespeicherten Anfangsschlüssels. Aber auch bei vollständiger Ausrüstung der Gegenstation mit einem Schlüsselwähler und einem Schlüsselspeicher kann die Einphasung in Rückwärtsrichtung vorgenommen werden. Die mit einem Schlüsselwähler ausgerüstete Station, die eine verschlüsselte Nachrichtenübertragung zu einer anderen Station durchführen möchte, beginnt mit der Aussendung einer Aufforderung zur Rückwärtseinphasung. Um Irrtümer auszuschließen, kann das Aufforderungssignal eine einen Konferenzbetrieb ausschließende Kennung enthalten, damit nicht andere mitverbundene Stationen ihre Kennziffer aussenden können. Anschließend schaltet sich die sendende Station selbst auf Empfangsbereitschaft. Die Empfangsstation wertet das empfangene Aufforderungssignal aus. Gleichgültig, ob sie über einen Schlüsselwähler oder nur über einen einzelnen Schlüsselspeicher verfügt, sendet sie das Einphasprogramm aus, das aus dem Bereichskennzeichen eines bzw. ihres Anfangsschlüssels und gegebenenfalls aus einer Anzahl variabler Schlüsselzeichen besteht. Außerdem sendet sie eine Schlußkennung, durch die sichergestellt wird, daß in beiden Stationen die Schlüsselgeneratoren zeichenrichtig stehen bleiben, j Jetzt kann ein zweiter Richtungswechsel vollzogen werden, die Empfangsstation schaltet sich wieder auf »Empfang« und die übernehmende Station steuert sich selbst wieder auf »Sendung« um. Sie überträgt die Bestätigung der vollzogenen Einphasung zusammen mitUse of the initial key stored in the memory 23 at the station 20. But even with complete The remote station can be equipped with a key selector and a key memory Phasing can be carried out in the reverse direction. The one equipped with a key selector Station that wants to transmit encrypted messages to another station begins with the transmission of a request for reverse phasing. In order to rule out errors, this can Request signal contain an identifier that excludes conference operation, so that others do not connected stations can send out their code number. Then the sending station switches itself even on readiness to receive. The receiving station evaluates the request signal received. It does not matter whether it has a key selector or just a single key store, sends the phase-in program, which is made up of the area identifier of an initial key and possibly consists of a number of variable key characters. It also sends a final identifier, which ensures that the key generators in both stations remain in the correct characters, j Now a second change of direction can be made, the receiving station switches itself on again "Reception" and the receiving station switches itself back to "broadcast". She broadcasts the Confirmation of the completed phasing together with

in einer Kennung, die die beiden Schlüsselgeneratoren zeichenrichtig freigibt. Während der sich anschließenden verschlüsselten Übertragung darf keine Unterbrechung des Datenflusses eintreten, da hierdurch der Gleichlauf der Generatoren gestört werden könnte. Esin an identifier that contains the two key generators releases correctly. No interruption is allowed during the subsequent encrypted transmission of the data flow, as this could disrupt the synchronization of the generators. It

ii müssen daher während der Nachrichtenübertragung eintretende Dauerzustände ebenfalls verschlüsselt und übertragen werden. Eine Kontrollkennung am Ende der Nachrichtenübertragung veranlaßt die Freigabe der Sendung in umgekehrter Richtung.ii must therefore be used during message transmission occurring permanent states are also encrypted and transmitted. A control identifier at the end of the Message transmission causes the transmission to be released in the opposite direction.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for the transmission of message signals, in which by send and Identically structured and synchronously operated key pulse generators arranged on the receiving side identical pseudo random sequences are generated, which are used on the sending side for the encryption with the clear and linked on the receiving side for decryption with the encrypted message sequence , and in which the key pulse generators before the start of the transmission by means of a at Each station stored initial key and set by one between the stations of a Communication transmitted information are left in-phase, characterized in that

that in at least some of the stations (10) of a communications network a certain number The initial keys are stored in a key memory (13) each,

that each stored initial key is assigned a character string representing an identification number is, by entering them in a dialing device (131) assigned to the key memory of the Initial key assigned to the code number can be selected from the key memory and the key generator (12) can be supplied for its initial setting,

that after the transmission of a code from a first initiating the transmission traffic Station (10) to a second station (20) or several stations of the transmitted code number assigned initial key in two or more stations to the key generators (12, 22) can be supplied for their initial setting and the key generators after the transmission of a Characteristic sequence can be started in phase.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that after the transmission of a Request sequence from a first station (10) initiating the transmission traffic, an area identifier from a second station (20) to first station is transferable, whereby the assigned initial key in both stations Key generators (12, 22) can be supplied for their initial setting and the two generators can be initiated after the transmission of a code sequence.