DE3832946A1 - Verfahren zur verschluesselung digitaler zeitmultiplexsignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschlüsselung digita­ ler Zeitmultiplexsignale mit hoher Bitrate.

Von herkömmlichen Verschlüsselungsgeräten können digitale Nach­ richten mit hoher Bitrate im Echtzeitbetrieb noch nicht verar­ beitet werden, weil die interne Verarbeitungsgeschwindigkeit in den Verschlüsselungsgeräten weit über der Bitrate des zu ver­ schlüsselnden Signals liegt. Für viele Anwendungszwecke ist je­ doch auch eine Verschlüsselung im herkömmlichen Sinne nicht er­ forderlich, wenn keine als geheim einzustufenden Informationen übertragen werden müssen, sondern nur ein unbefugter Empfang verhindert beziehungsweise erschwert werden soll. Aus der deut­ schen Offenlegungsschrift 36 38 554.9 ist ein Verfahren zur Ver­ schlüsselung von digitalen Videosignalen bekannt, beim dem le­ diglich die Synchronsignale verschlüsselt werden. Durch Ver­ schachteln von Abtastwerten wird hier ein Mitsehen nochmals er­ schwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verschlüsselungsverfahren für digitale Zeitmultiplexsignale mit hohen Datenraten anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist es, daß nur ein Vergleich von verschlüsselten Synchronwörtern vorgenommen wird und die Da­ ten sofort weiterverarbeitet werden können. Bis zum Empfang des nächsten Synchronwortes wird das entsprechende Synchronwort emp­ fangsseitig einem Speicher entnommen oder in einem entsprechen­ den Generator erzeugt.

Die Synchronwörter der verschiedenen Multiplexebenen, beispiels­ weise ein Rahmenkennungswort für den Überrahmen und weitere Syn­ chronwörter für Unterrahmen können nach unterschiedlichen Algo­ rithmen erzeugt werden. Auch eine bestimmte Anzahl von aufeinan­ derfolgenden Bits einer Pseudo-Randomfolge kann als Synchronwort verwendet werden.

Nur bei Kenntnis der Synchronsignale kann das Zeitmultiplexsi­ gnal entsprechend seiner Zeitmultiplexstruktur wieder in einzel­ ne Signale aufgeteilt werden. Dies Verfahren benötigt nur einen geringen Aufwand, weil das Nutzsignal selbst unverschlüsselt bleiben kann.

Es ist jedoch vorteilhaft, wenn auch die Multiplexstruktur vari­ iert wird. Hierzu können bestimmte Multiplexmode-Signale über­ tragen werden, deren Bedeutung wiederum der berechtigten Emp­ fangsstation bekannt ist. Durch diese Signale werden verschiede­ ne Arten der Verschachtelung von verschiedenen Signalen zugehö­ rigen Datenwörtern oder Datenblöcken oder auch nur einzelnen Bits festgelegt. Ein oder mehrere Multiplexmode-Signale können fest vereinbart sein, durch spezielle Schlüsselwörter bestimmt oder auch vor der Übertragung nach einem herkömmlichen Verfah­ ren verschlüsselt zur Empfangsstation übertragen werden.

Das Verfahren wird anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Zeitmultiplexsignal,

Fig. 2 ein in Blöcken strukturiertes Zeitmultiplexsignal,

Fig. 3 eine Sendeeinrichtung und

Fig. 4 eine Empfangseinrichtung.

In Fig. 1 ist ein einfach strukturiertes Zeitmultiplexsignal dargestellt. Es besteht aus einem Rahmensynchronwort RSY, dem Datenwörter DW 1 bis DW 4 von vier Digitalsignalen folgen. Auf Probleme der Geschwindigkeitsanpassung der Digitalsignale braucht hier nicht eingegangen zu werden, da dies die Erfindung nicht betrifft.

In Fig. 2 ist ein blockmäßig strukturiertes Zeitmultiplexsignal dargestellt. Der Rahmenanfang ist wieder durch ein Rahmensyn­ chronwort RSY gekennzeichnet. Diesem folgt ein erstes Blocksyn­ chronwort BSY 1, dem ein erster Informationsblock INB 1 folgt. Der Beginn des zweiten Informationsblockes INB 2 ist durch ein zwei­ tes Blocksynchronwort BSY 2 gekennzeichnet usw. Die Datenblöcke können hierbei unterschiedliche Länge aufweisen. Ebenso sind Pulsrahmen mit mehreren ineinander geschachtelten Unterrahmen bekannt, die jeweils durch eigene Synchronwörter gekennzeichnet sind. Zur Erläuterung des Verfahrens sind jedoch die dargestell­ ten einfachen Multiplexstrukturen ausreichend.

In Fig. 3 ist eine sendeseitige Anordnung zur verschlüsselten Übertragung von Synchronwörtern dargestellt. Außer den üblichen hier nicht dargestellten Einrichtungen zur Taktversorgung und Taktanpassung besteht sie im wesentlichen aus einem Multiplexer MX, dessen Eingängen die Digitalsignale DS 1 bis DS 4 und ein Syn­ chronwort SY/SYV zugeführt werden, einem Umschalter S 1, einem Synchronwortgeber SYW und einem Synchronwortgenerator SYG, an dessen Stelle auch ein Synchronwortspeicher treten kann.

Bei unverschlüsseltem Betrieb wird über dem Umschalter S 1 zu­ nächst das Synchronwort SY - dies kann beispielsweise das Rah­ mensynchronwort RSY entsprechend Fig. 1 sein - an den Ausgang AM des Multiplexers durchgeschaltet, dann folgt jeweils ein Daten­ wort DW 1 bis DW 4 der Digitalsignale DS 1 bis DS 4. Bei verschlüs­ seltem Betrieb werden die Synchronwörter SY durch verschlüsselte Synchronwörter SYV ersetzt, die ein Synchronwortgenerator SYG erzeugt. Dieser kann als Pseudo-Randomgenerator ausgeführt sein und eine Folge von speziellen Bitkombinationen erzeugen, die auch beispielsweise von einer Magnetkarte oder einem Schlüssel­ kennwort beeinflußt werden kann. Der Synchronwortgenerator kann auch als Speicher ausgebildet sein, der über eine spezielle Schlüsselkarte, Codewörter usw. geladen wird.

In Fig. 4 ist eine Empfangsanordnung zum Demultiplexen darge­ stellt. Diese enthält neben den üblichen Einrichtungen zur Takt­ erzeugung und Taktanpassung im wesentlichen einen Demultiplexer DX, dessen Eingang EM das Multiplexsignal MS zugeführt wird und an dessen Ausgang die Digitalsignale DS 1 bis DS 4 abgegeben wer­ den. Außerdem ist eine Vergleichseinrichtung CO vorgesehen, der das Multiplexsignal MS und jeweils ein Synchronwort SY oder SYV zugeführt wird. Dieses kann von einem Synchronwortgeber SYW oder von einem Synchronwortgenerator SYG stammen, der dieselbe Folge von verschlüsselten Synchronwörtern SYV wie der sendeseitige Synchronwortgenerator liefert. Außerdem ist eine Steuerung vor­ gesehen, die von der Vergleichseinrichtung Synchronsignale SS erhält und den Demultiplexer DX und den Synchronwortgenerator SYG steuert.

Der Synchronwortgenerator kann natürlich ebenfalls als Speicher ausgebildet sein, der über die Schlüsselkarte geladen wird oder in den verschlüsselten Synchronwörtern nach einer zusätzlich mit einem üblichen Verschlüsselungsverfahren gesicherten Übertragung von der Sende- zur Empfangsanordnung eingeschrieben wird.

Am Eingang EM des Demultiplexers DX liegt das Multiplexsignal MS an. Dieses wird ständig in der Vergleichseinrichtung CO mit ei­ nem verschlüsselten Synchronwort SYV verglichen. Stimmt eine Bi­ närkombination des Multiplexsignals mit dem verschlüsselten Syn­ chronwort SYV überein, so wird ein Synchronsignal SS an die Steuerung ST abgegeben, die den Demultiplexer entsprechend steu­ ert und auch ein Signal an den Synchrongenerator SYG weitergibt, der das nächste folgende Synchronwort über den Umschalter S 2 an die Vergleichseinrichtung anlegt. Nach Empfang des nächsten ver­ schlüsselten Synchronwortes wiederholt sich der Vorgang. Die Steuerung beziehungsweise eine nichtdargestellte Synchronein­ richtung wird im allgemeinen Einrichtungen zum sicheren Fest­ stellen des einsynchronisierten Zustandes enthalten, die dafür sorgen, daß der Synchrongenerator auch bei einem fehlerhaften Empfang korrekt weiterarbeitet und kein Synchronisierverlust auftritt.

In derselben Weise wie bei einem Rahmensynchronisierwort erfolgt auch der Vergleich mit einem Blocksynchronisierwort BSY, wobei dann der entsprechende folgende Informationsblock durch entspre­ chende Steuerung des Demultiplexers einem Teilnehmer richtig zu­ geordnet wird.

Ein Multiplexmode-Signal bewirkt eine spezielle Steuerung des Demultiplexers. Auch dieses Signal kann verschlüsselt beispiels­ weise nach jedem Rahmensynchronwort übertragen werden. Die Ver­ gleichseinrichtung CO kann dann für mehrere unterschiedliche Multiplexmode-Signale ausgelegt werden.

Bei unverschlüsseltem Betrieb werden dagegen stets dieselben Synchronwörter SY verwendet, die einem Synchronwortgeber SYW entnommen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verschlüsselung digitaler Zeitmultiplexsignale (MS) mit hoher Datenrate, dadurch gekennzeichnet,
daß im Zeitmultiplexsignal (MS) enthaltene Synchronwörter (SYV) verschlüsselt übertragen werden,
daß empfangsseitig verschlüsselte Synchronwörter (SYV) gespei­ chert oder erzeugt werden,
daß diese verschlüsselten Synchronwörter (SYV) mit den im emp­ fangenen Multiplexsignal (MS) enthaltenen Synchronwörtern ver­ glichen werden und
daß bei Übereinstimmung die Steuerung des Demultiplexers (DX) erfolgt und/oder das unverschlüsselte Multiplexsignal (MS) wie­ derhergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Synchronsignale (RSY, BSY) nach unter­ schiedlichen Algorithmen verschlüsselt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Multiplexmode-Signal übertragen wird, daß die Reihenfolge bei der Verschachtelung von Datenwörtern (DW 1, DW 2, DW 3 . . . ) des Multiplexsignals (MS) angibt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Verschlüsselungsalgorithmen in beiden Über­ tragungsrichtungen vorgesehen sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Übertragung von Information eine Schlüsselkennung übertragen wird oder die verschlüsselten Synchronwörter (SYV) zusätzlich verschlüsselt übertragen und empfangsseitig gespei­ chert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüsselalgorithmus ganz oder teilweise von einer manu­ ell oder über eine Chip- oder Magnetkarte eingebbaren Schlüssel­ kennung bestimmbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als verschlüsselte Synchronwörter (SYV) eine Pseudo-Random­ folge verwendet wird.