CH639229A5

CH639229A5 - Verfahren zur verschluesselten nachrichtenuebertragung.

Info

Publication number: CH639229A5
Application number: CH110378A
Authority: CH
Inventors: Ekkehard Glitz
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1978-02-01
Publication date: 1983-10-31
Also published as: NL7801619A; DE2706421B1; GB1598415A; NO780513L; AT376344B; FR2381423A1; FR2381423B1; US4211891A; NO143601C; ATA87678A; NO143601B; DE2706421C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung zwischen einem Sender und mindestens einem Empfänger, bei welchem sendeseitig die Nach-35 richtenklartexte mit Schlüsseltexten verknüpft und empfangsseitig durch Verknüpfen mit identischen Schlüsseltexten wiedergewonnen werden und bei welchem sende- und empfangsseitig derselbe Grundschlüssel in gespeicherter Form vorliegt.

Die Erfindung kann nicht nur zur Datensicherung vor 40 unberechtigtem Zugriff bei der Datenübertragung zwischen entfernten Sendern und Empfänger, sondern beispielsweise auch bei der Datenverarbeitung innerhalb eines Systems, bei dem der unberechtigte Zugriff zu Daten verhindert werden soll, angewendet werden.

45 Aus der DT-AS 1237 366 ist ein Verfahren bekannt, das den Anfangszustand eines Schlüsseltextgenerators in Abhängigkeit vom Ergebnis der Mischung einer ersten mit einer zweiten Zustandsinformation einstellt, wobei die erste Zustaridsinformation sendeseitig vorzugsweise mittels eines so Zufallsgenerators erzeugt und unverschlüsselt an die Empfangsseite übertragen wird.

Dieses Verfahren hat die Wirkung, dass das Gesetz für das Bilden der Binärzeichenfolge des Schlüsseltextes durch den starren Schaltungsaufbau des Schlüsseltextgenerators festge-55 legt ist und durch Ändern der Anfangs Stellung nur ein anderer Abschnitt aus der Gesamtschlüsseltextfolge als neuer Schlüsseltext ausgewählt werden kann. Ausserdem muss für jede Einstellung mittels eines Zufallsgenerators ein neuer Zusatzschlüssel erzeugt werden.

60 Aus der DT-OS 2457027 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Schlüsseltextgenerators bekannt, bei dem ein Grundschlüsselwort bestimmend ist für die Anfangsstellung des Schlüsseltextgenerators und ein Zusatzschlüssel in Verbindung mit dem Grundschlüsselwort das Bildungsgesetz für die Binär-65 Zeichenfolge des Schlüsseltextes erstellt.

Dieses Verfahren arbeitet zwar nicht mehr mit einem starren Bildungsgesetz für die Binärzeichenfolge des Schlüsseltextes und ist damit wesentlich sicherer gegen unbefugtes Entschlüsseln, aber es wäre viel zu aufwendig, wenn es bei gleicher Sicherheit auch rundspruchfähig gemacht werden sollte,

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d.h., wenn in kurzen Zeitabständen immer wieder neue Zusatzschlüssel erzeugt, übertragen und eingestellt werden müssten.

Die zu der Erfindung führende Aufgabe war es, ein Verfahren anzugeben, bei dem mit grösstmöglicher Sicherheit 5 Rundsprüche abgesetzt werden können und das mit geringem Aufwand verwirklicht werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst, wie im Anspruch 1 beschrieben.

Anhand der Figuren sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Verwirklichung des Verfahrens 10 näher beschrieben :

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau von Schlüsselgeräten,

die Fig. 2 den Durchlaufbetrieb des sendeseitigen Schlüsseltextgenerators. 15

Die Fig. 3 zeigt die verschlüsselte Übertragung der Registerstände zur identischen Einstellung der Schlüsseltextgene-ratoren auf der Sende- und Empfangsseite.

Nach Fig. 1 bestehen die Schlüsseltextgeneratoren aus einer Anzahl von Schlüsseltextbildungsregistern AI bis An, 20 z.B. aus rückgekoppelten Schieberegistern, deren Rückkopplungsnetzwerke programmierbar sind; weiterhin aus einem Zuordner-Schaltnetzwerk C, das die Verknüpfungen der Register untereinander einstellt; ferner aus einem Bildungsgesetzregister B mit einer Speicherkapazität von n Bit, so dass eine 25 Einstellvielfalt von 2n verschiedenen Bildungsgesetzen möglich ist.

Die prinzipielle Arbeitsweise einer Datenverschlüsselung ist folgende:

Sendeseitig wird ein Klartext KT mit Hilfe eines Ver- 30 knüpfungsgliedes mit dem Schlüsseltext ST verknüpft, so dass sich der Geheimtext GT ergibt, der übertragen wird. Empfangsseitig wird aus dem Geheimtext GT durch Verknüpfung mit dem nach identischen Regeln gewonnenen Schlüsseltext ST der Klartext wieder zurückgewonnen. 35

Im Durchlaufbetrieb des Schlüsseltextgenerators nach Fig. 2 wird die Ausgangsstellung der Schlüsseltextgeneratoren erwürfelt, von der aus am Sender verschlüsselt und am Empfänger entschlüsselt wird. Nach Anlegen der Betriebsspannung nehmen die Schlüsseltextbildungsregister A und das Bil- 40 dungsgesetzregister B eine unbestimmte Anfangsstellung ein, die durch den Durchlaufbetrieb noch verändert wird. Während des Durchlaufbetriebes wird ein frei laufender Takt T1 aus einem astabilen Multivibrator oder einem Zufallsgenerator angelegt, der asynchron zum Übertragungsschrittakt die « Schlüsseltextbildungsregister A um eine unbestimmte Anzahl von Durchlauftakten weiterschaltet. Der Schlüsseltextgenerator arbeitet dabei zunächst mit einem im Bildungsgesetzregister B gespeicherten unbestimmten Bildungsgesetz, welches während des Durchlaufbetriebes noch laufend dadurch verän- so dert wird, dass die durch das Zuordner-Schaltnetzwerk C verknüpfte Bitfolge durch das Bildungsgesetzregister B hindurchgeschoben wird.

In einer Variante des Durchlaufbetriebes nach Anspruch 7 wird in den Kreislauf, beispielsweise zwischen dem Ausgang 55 des Zuordnungsnetzwerkes C und dem Eingang des Bildungsgesetzregisters B, zusätzlich ein Zufallsgenerator eingeschaltet, der den Würfelvorgang steuert.

Der freilaufende Durchlaufbetrieb wird eine gewisse Mindestzeit durchgeführt, nach der diese Arbeitsweise zu jedem 60 beliebigen Zeitpunkt durch Stillsetzen des Taktes T1 abgebrochen werden kann. Zum Zeitpunkt «Durchlaufbetrieb-Ende» haben dann alle Registerelemente des Schlüsseltextgenerators eine zufällige Ausgangsstellung, d.h. es wurde ein zufälliges Bildungsgesetz und eine zufällige Startposition des Schlüssel- 05 textgenerators «erwürfelt».

Zum Aufbau einer verschlüsselten Nachrichtenverbindung zwischen einem Sender und einem oder mehreren Empfängern muss den Empfängern das Bildungsgesetz und die Ausgangsstellung des Schlüsseltextgenerators mitgeteilt werden.

In einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden dazu sendeseitig die Schlüsseltextbildungsregister A und Bildungsgesetzregister B hintereinander geschaltet, seriell ausgelesen und empfangsseitig eingelesen, so dass nach y-Übertragungs-schrittakten sende- und empfangsseitig an allen Registerstellen vom Schlüsseltextbildungsregister A und vom Bildungsgesetzregister B eine übereinstimmende Ausgangsstellung herrscht.

Bei verschlüsselter Nachrichtenübertragung sollen nur solche Teilnehmer eine Entschlüsselung durchführen können, die dazu mit dem Grundschlüssel autorisiert werden. Deshalb muss die Übertragung der Registerstände des sendeseitigen Schlüsseltextgenerators zu den Empfängern verschlüsselt erfolgen. Die Verschlüsselung kann beispielsweise durch linear rückgekoppelte Schieberegister SC 1 und SC2, die auch als «Scrambler» bekannt sind, erfolgen.

Diese Schieberegister sind auf der Sendeseite und auf der Empfangsseite identisch aufgebaut, und ihre Voreinstellung wird durch einen zwischen den korrespondierenden Teilnehmern abgestimmten Grundschlüssel GS festgelegt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel nach Anspruch 3 arbeitet in folgender Weise:

Die durch den Durchlaufbetrieb «erwürfelte» Anfangsstellung des Schlüsseltextgenerators wird in einem Zwischenspeicher ZS1 (nicht dargestellt) gespeichert. Danach werden einzelne oder alle Schlüsseltextbildungsregister A und/oder das Bildungsgesetzregister B sende- und empfangsseitig vom Grundschlüssel GS eingestellt. Zur verschlüsselten Übertragung der Anfangsstellung des Schlüsseltextgenerators wird dem Verknüpfungsglied (Fig. 1) die im Zwischenspeicher ZS1 gespeicherte Anfangsstellung als Klartext KT und der vom Grundschlüssel GS festgelegte Schlüsseltext ST des Schlüsseltextgenerators zugeführt. Die als Geheimtext GT übertragene Anfangsstellung wird auf der Empfangsseite als Klartext KT wiedergewonnen und in einem Zwischenspeicher ZS2 (nicht dargestellt) gespeichert. Vor der eigentlichen Nachrichtenübertragung wird nun sende- und empfangsseitig die Anfangsstellung aus den Zwischenspeichern ZS1 bzw. ZS2 in den Schlüsseltextgenerator eingeschoben.

Während der verschlüsselten Nachrichtenübertragung werden die Schlüsseltextbildungsregister A sende- und empfangsseitig synchron weitergeschaltet, dagegen bleiben die Registerstände des Bildungsgesetzregisters B bis zu einer neuen Einstellung der Ausgangsstellung fest bestehen.

Bei einmaliger Synchronisierung vor einer verschlüsselten Nachrichtenübertragung wird sendeseitig das Bildungsgesetz und die Ausgangsstellung des Schlüsseltextgenerators erwürfelt und den Empfängern übertragen.

In einem Ausführungsbeispiel nach Anspruch 6 wird das Bildungsgesetz des Schlüsseltextgenerators auf der Sende- und Empfangsseite errechnet, so dass eine verschlüsselte Übertragung des Bildungsgesetzes entfällt. Das Bildungsgesetz wird aufgrund der Anfangsstellung der Schlüsseltextbildungsregister AI bis An nach einer vereinbarten Vorschrift im Schlüsseltextgenerator berechnet und sende- und empfangsseitig in einem Zwischenspeicher ZS3 bzw. ZS4 (nicht dargestellt) gespeichert. Vor der eigentlichen Nachrichtenver- bzw. -ent-schlüsselung wird das Bildungsgesetz aus den Zwischenspeichern ZS3 bzw. ZS4 in die jeweiligen Bildungsgesetzregister B des Schlüsseltextgenerators übernommen.

Dagegen wird bei sich wiederholender Synchronisierung, wie dies bei Rundspruchbetrieb notwendig ist, vom Sender zu festgelegten Zeitpunkten immer wieder sein aktueller Registerstand im Schlüsseltextbildungsregister A und gegebenenfalls sein neues oder gleichbleibendes Bildungsgesetz im Bildungsgesetzregister B übertragen. Neu hinzukommende Empfänger haben dann Gelegenheit, sich in laufende Übermittlungen ein-zuphasen. Dazu muss der Schlüsseltextgenerator nur jeweils um y-Takte den normalen Nachrichtenfluss unterbrechen.

2 Blatt Zeichnung

Claims

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1. Verfahren zur verschlüsselten Nachrichtenübertragung zwischen einem Sender und mindestens einem Empfänger, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklartexte mit Schlüsseltexten verknüpft und empfangsseitig durch Verknüpfung mit identischen Schlüsseltexten wiedergewonnen werden und bei welchem sende- und empfangsseitig derselbe Grundschlüssel in gespeicherter Form vorliegt, dadurch gekennzeichnet,

dass, bevor der Nachrichtenfluss beginnt, folgende Verfahrensschritte angewendet werden:

a) der sendeseitige Schlüsseltextgenerator würfelt mit Hilfe eines festen oder während des Würfeins sich ändernden Bildungsgesetzes und mit Hilfe mindestens eines Schlüsseltextbil-dungsregisters (A) eine gewisse Mindestzeit lang mit einem zum Übertragungstakt verschiedenen nichtperiodischen Durchlauftakt (Tl), bis im Schlüsseltextbildungsregister (A) eine zufällige Bitfolge von n Elementen erreicht ist (Fig. 2),

b) diese zufällige Bitfolge wird festgehalten und dient als Anfangsstellung für die Schlüsseltextgeneratoren auf der Sende- und auf der Empfangsseite,

c) diese zufällige Bitfolge wird vom Sender zu dem/den Empfänger/n übertragen, wobei sendeseitig die Schlüsseltextbildregister (A) zyklisch so geschoben werden, dass nach der Übertragung die sende- und empfangsseitigen Schlüsseltextgeneratoren dieselbe Ausgangsstellung haben,

d) die Übertragung der Anfangsstellung der Schlüsseltextgeneratoren wird durch ein Kennwort angekündigt und unter Verwendung einer sende- und empfangsseitig bekannten gleichartigen Grundschlüsselinformation verschlüsselt übertragen,

e) das Bildungsgesetz der Schlüsseltextgeneratoren wird aus der sendeseitig erzeugten und verschlüsselt zu dem/den Empfänger/n übertragenen zufälligen Bitfolge abgeleitet,

dass nach Beginn des Nachrichtenflusses dieser, wenn kurzzeitig unterbrochen wird, um neue Teilnehmer an der Übertragung zu beteiligen, folgende Verfahrensschritte angewendet werden:

f) die zum Zeitpunkt der Unterbrechung in den Schlüsseltextbildregistern (A) des Senders festgehaltene Bitfolge dient als Anfangsstellung der Schlüsseltextgeneratoren für neu hinzukommende Empfänger oder zur Überprüfung des Gleichstandes der zu einem früheren Zeitpunkt synchronisierten Empfänger,

g) diese zum Zeitpunkt der Unterbrechung sendeseitig festgehaltene Bitfolge des bzw. der Schlüsseltextbildungsregister^) (A) wird durch ein Kennwort markiert und unter Verwendung einer sende- und empfangsseitig bekannten identischen Grundschlüsselinformation verschlüsselt übertragen,

h) das Bildungsgesetz der Schlüsseltextgeneratoren wird beibehalten oder aus der festgehaltenen Bitfolge des bzw. der Schlüsseltextbildungsregister(s) (A) sende- und empfangsseitig abgeleitet.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsselung der zu übertragenden Anfangsstellung für den Schlüsseltextgenerator mit Hilfe eines linear rückgekoppelten Schieberegisters erfolgt, dessen Voreinstellung und/oder Bildungsgesetz vom Grundschlüssel (GS) abhängt (Fig. 3).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsselung der zu übertragenden Anfangsstellung für den Schlüsseltextgenerator mit Hilfe des vom Grundschlüssel (GS) eingestellten Senders (Fig. 1) selbst erfolgt, dass die Anfangsstellung zuerst in einem Zwischenspeicher (ZS1) gespeichert wird, dass die Anfangsstellung nach der Entschlüsselung auf der Empfangsseite ebenfalls in einem Zwischenspeicher (ZS2) gespeichert wird und dass vor Beginn der Nachrichtenver- und Entschlüsselung die Anfangsstellung aus den Zwischenspeichern (ZS1, ZS2) in die Schlüsseltextgeneratoren übernommen wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der die Anfangsstellung darstellenden Elemente sendeseitig erwürfelt wird und verschlüsselt zur Empfangsseite übertragen und eingestellt wird und ein zweiter Teil der die Anfangsstellung darstellenden Elemente sende-

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildungsgesetz sendeseitig im Schlüsseltextgenerator erwürfelt und zusätzlich zur Anfangsstellung des Schlüs-

10 seltextbildungsregisters (A) verschlüsselt zur Empfangsseite übertragen wird.

5 und empfangsseitig abhängig vom Grundschlüssel eingestellt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildungsgesetz des Schlüsseltextgenerators sende- und empfangsseitig nach Einstellung der Schlüsseltext-

15 bildungsregister (AI bis An) nach einer vereinbarten Vorschrift im Schlüsseltextgenerator errechnet und im Zwischenspeicher (ZS3 bzw. ZS4) gespeichert wird und vor der Nachrichtenver- bzw. -entschlüsselung das errechnete Bildungsgesetz aus dem Zwischenspeicher (ZS3 bzw. ZS4) in das jewei-

20 lige Bildungsgesetzregister (B) des Schlüsseltextgenerators übernommen wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sendeseitige Würfelvorgang zum Erzeugen der zufälligen Anfangsstellung des Schlüsseltextgenerators mit

25 Hilfe eines Zufallsgenerators gesteuert wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der die Anfangsstellung darstellenden Elemente n è 50 gewählt wird.