DE3103576A1 - Verfahren zum kodieren und dekodieren von nachrichten - Google Patents

Verfahren zum kodieren und dekodieren von nachrichten

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DE3103576A1
DE3103576A1 DE19813103576 DE3103576A DE3103576A1 DE 3103576 A1 DE3103576 A1 DE 3103576A1 DE 19813103576 DE19813103576 DE 19813103576 DE 3103576 A DE3103576 A DE 3103576A DE 3103576 A1 DE3103576 A1 DE 3103576A1
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
    • H03M13/03—Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words
    • H03M13/05—Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words using block codes, i.e. a predetermined number of check bits joined to a predetermined number of information bits

Description

N.V. Philips' Giö2i!gmp33Äiienr tinühoveri: 3103576
9680 y$ 23.11.1980
"Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Nachrichten".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Nachrichten, bei dem in einer Sendestation Nachrichtenklarimpulsen und Kodeimpulsen zum Bilden einer kodierten Nachricht gemischt werden und bei dem in einer Empfangsstation die kodierten Nachrichtenimpulse und identische Kodeimpulse zum Erhalten der Nachrichtenklarimpulse gemischt werden, wobei die Kodeimpulse in der Sendestation und in der Empfangsstation von einem Kodegenerator erzeugt werden, dessen Anfangszustand die Kodeimpulsfolge bestimmt und die Anzahl möglicher Anfangszustände sehr gross ist und in der Sendestation sowie in der Empfangsstation der Anfangszustand durch eine in der Sendestation und in der Empfangsstation gespeicherte erste Zustandsinformation, die als Basisschlüssel bezeichnet wird, und durch eine zweite Zustandsinformation bestimmt wird, die als Nachrichtens chltis sei bezeichnet wird und die in einer der Stationen beliebig gewählt und zu der anderen Station übertragen wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der U.S.Patentschrift 3.291.908 bekannt.
In Fernmeldenetzen, in denen zur Geheimhaltung der Nachrichten das obengenannte Verfahren angewandt wird, gibt es oft das Bedürfnis, eine Anzahl Basisschlüssel zu verwenden, beispielsweise um die Stationen in Gruppen mit je einem eigenen Basisschlüssel aufteilen zu können oder um Nachrichten in Gruppen mit je einem eigenen Basisschlüssel klassieren zu können. Die Anzahl Basisschlüssel, die aus deutlichen Gründen auch Tagesschlüssel genannt werden, kann einige Zehn betragen. Die Tagesschlüssel werden meistens in abgesicherten Speicherteilen (Kompartimenten) der Kodieranordnung gespeichert, in welchem Zusammenhang die
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Bezeichnung "Schlüsselkompartimentierung" Eingang gefunden hat.
Die Vervrendung einer Vielzahl von Tages Schluss ein erfordert in einer Empfangsstation die Einstellung des richtigen TagesSchlussels, der von der Gegenstation und/ oder der Art der Nachricht abhängig sein kann. Diese Einstellung erfolgt bisher von Hand, was eine Tätigkeit einer bedienenden Person erfordert und zugleich Irrtümmern ausgesetzt ist.
^ Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren der obengenannten Art zu schaffen, nach dem in der Empfangsstation der richtige Tagesschlüssel (Basisschlüssel) automatisch eingestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch ge-
^ löst, dass für den Fall einer Anzahl möglicher gespeicherter Basisschlüssel in der Sendestation und in der Empfangsstation vor der Verarbeitung der Nachrichtenimpulse ein erster Teil eines Nachrichtenschlüssels mit einem gewählten BasisSchlussel zum Bestimmen eines Anfangszustandes des Kodegenerators kombiniert wird und in der Sendestation die klaren Nachrichtenschlüsselimpulse, die eine Folge eines zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl daraus abgeleiteter Prüfzeichen darstellen, mit den Kodeimpulsen zum Erhalten eines kodierten Nachrichtenschlüssels gemischt werden und in der Empfangsstation die kodierten Nachrichtensclilüsselimpulse mit den Kodeimpulsen gemischt werden und dieser letzte Schritt jeweils wiederholt wird, ausgehend von jeweils einem anderen Basisschlüssel, bis als Resultat der Mischung eine Folge eines dekodierten zweiten Teils des Naclirichtenschlüssels und einer Anzahl dekodierter Prüfzeichen, die dem in der Empfangsstation aus dem dekodierten zweiten Teil des Nachrichtenschlüssels abgeleiteten Prüfzeichen entsprechen, erhalten wird, wodurch der
richtige Anfangszustand des Kodegenerators in der Empfangsstation, der zum einwandfreien Dekodieren der kodierten Nachrichtenimpulse erforderlich ist, durch den zuletzt ge-
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■wählten Basisschlüssel und die Kombination des ersten und des zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels bestimmt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
In Fig. 1 wird eine Sende station E> und eine Empfangsstation R eines Systems zur Uebertragung von Nachrichten unter Geheimhaltung, insofern dies zum Erläutern des erfindungsgemässen Verfahrens notwendig ist, dargestellt.
Es sei bemerkt, dass das erfindungsgemässe Verfahren nur dazu dient, in der Empfangsstation das Finden des richtigen Tagesschlüssels zu ermöglichen. Die darauffolgende Kodierung und Dekodierung der Nachrichtenimpulse kann auf die in der U.S.-Patentschrift 3.29I.908 beschriebenen Weise erfolgen. Die Empfangsstation R und die Sendestation _S sind nur so weit detailliert dargestellt, wie es zum Erläutern des erfindungsgemässen Verfahrens notwendig ist. Die Anordnungen zum Kodieren und Dekodieren der Nachrichtenimpulse ist nur symbolisch angegeben.
Die Sendestation j3 enthält eine Sendeanordnung 1 für Klartext, beispielsweise einen Fernschreiber; die Empfangsstation R enthält eine Empfangsanordnung 2 für Klartext, beispielsweise ebenfalls einen Fernschreiber
Nachrichten, die von der Sendestation _S zu der Empfangsstation R durch den Uebertragungskanal 3 übertragen werden, werden in der Sendestation dadurch kodiert, dass die Nachrichtenimpulse mit einer Reihe von Kodeimpulsen in einer Mischanordnung 4 gemischt werden.
In der Empfangsanordnung werden die kodierten Nachrichtenimpulse mit einer identischen Reihe von Kodeimpulsen in einer Mischanordnung 5 gemischt. Die Reihe von Kodeimpulsen, die einen ZufallsCharakter hat, wird in der Sendestation von dem Kodeimpulsgenerator 6 und in der Empfangsstation von dem identisch aufgebauten Kodeimpulsgenerator 7 erzeugt. Das Resultat ist eine Reihe Nachrichtenklar-
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impulse an dem Ausgang der Mischanordnung 5 j wenn tatsächlich die Impulsgeneratoren 6 und 7 identische Reihen von Kodeimpulsen liefern.
Eine Reihe von Kodeimpulsen wird durch den Anfangszustand des Kodeimpulsgenerators bestimmt, wobei die Anzahl Anfangszustände im Vergleich zu 10 exp. 10 (10 ) sehr gross ist.
Der Anfangszustand des Impulsgenerators 6 wird durch einen Tagesschlüssel und einen Nachrichtenschlüssel bestimmt. Der Nachrichtenschlüssel wird von einem Zufallgenerator 8 geliefert. Der Tagesschlüssel ist in einem gesicherten Speicher 9 gespeichert. Der Nachrichtenschlüssel wird durch den Uebertragungskanal 3 zu der Empfangsstation R übertragen. In der Empfangsstation ist der Tagesschlüssel in einem gesicherten Speicher 10 gespeichert. Der Anfangszustand des Impulsgenerators 7 kan also durch den Tagesschlüssel aus dem Speicher 10 und den empfangenen Nachrichtenschlüssel bestimmt werden. Die Verschlüsselung der Nachrichtenüber— tragung liegt hier in dem Anfangszustand des Impulsgenerators. Die Information über den Anfangszustand wird dadurch erhalten, dass der Tagesschlüssel mit dem Nachrichtenschlüssel in den Mischanordnungen 11 und 12 gemischt wird.
Die Konstruktionen der Mischanordnungen k, 5f 11 und 12 und der Impulsgeneratoren 6 und 7 sowie des Zufallgenerators 8 sind bekannt, beispielsweise aus der U.S. Patentschrift 3.29I.908.
Betrachtet wird nun der Fall, dass eine Anzahl Tagesschlüssel verwendet wird, wobei die Empfangsstation aus einer Gruppe von TagesSchlussein eine Auswahl machen muss. Die TagesSchlussel sind in Kompartimenten der Speicher 9 und 10 gespeichert und können daraus durch Abruf erhalten werden. In der Sende station S_ wird ein bestimmter Tagesschlüssel gewählt. Es wird vorausgesetzt, dass in der Empfangsstation R dieser Tegesschlüssel in einem der Speicherkompartimente des Speichers 10 ge-
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speichert ist. Es werden in bezug auf das Kompartiment, in dem sich dieser Tagesschlüssel befindet, keine Vorkenntnisse vorausgesetzt.
Der Nachrichtenschlüssel wird von dem Zufallgenerator 8 erzeugt. Ein bestimmtes Verfahren wird nun befolgt, das es ermöglichen soll, in der Empfangsstation den TagesSchlussel automatisch zu bestimmen.
Der Nachrichtenschlüssel, der beispielsweise aus zehn Zeichen besteht, wird in einen ersten Teil I zu fünf Zeichen und einen zweiten Teil II zu fünf Zeichen aufgeteilt. Der Nachrichtenschlüssel wird in einem Umlaufspeicher 13 gespeichert. Der Teil I des Nachrichtenschlüssels wird ausserdem in einem Speicher 14 gespeichert.
Der Teil I des Nachrichtenschlüssels wird mit dem Tagesschlüssel in der Mischanordnung 11 gemischt.
Das Resultat der Mischung bestimmt den Anfangszustand des Kodeimpulsgenerators 6. Weiterhin wird der Teil I des Nachrichtenschlüssels durch den Uebertragungskanal 3 zu dem Speicher 15 der Empfangsstation übertragen, wozu die Schalter 16 und I7 in der Stellung (1) eingestellt sind. Diese Uebertragung kann zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und zur Bezeichnung des Anfangs einer neuen Nachricht eine Anzahl Male, beispielsweise fünfmal wiederholt werden, .wozu der Speicher 13 mit einer Rückführungsleitung versehen ist.
Nach der Uebertragung des Teils I des Nachrichtenschlüssels wird eine Folge von Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels durch Mischung mit den Kodeimpulsen des Impulsgenerators 6 kodiert, dessen Anfangszustand durch den Tagesschlüssel und den Teil I des Nachrichtenschlüssels bestimmt ist. Dazu wird der Teil II des Nachrichtenschlüssels eine Anzahl Male, beispielsweise fünfmal, der Mischanordnung h zugeführt, wozu der Schalter 18 in der Stellung (2) steht. Das Resultat der Mischung ist ein kodierter Nachrichtenschlüssel, der aus einer kodierten Folge von fünf Wieder-
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holungen des Teils II des klaren Nachrichtenschlüssels besteht. Dieser kodierte Nachrichtenschlüssel wird durch den Uebertragungskanal 3 zu dem Speicher I9 der Empfangsstation Übertragen, wozu die Schalter 16 und I7 in der Stellung (2) stehen.
In der Empfangsstation wird der TagesSchlussel eines beliebigen Kompartimentes des Speichers 10 mit dem Teil I des Nachrichtenschlüssels in der Mischanordnung 12 gemischt. Das Resultat der Mischung bestimmt den Anfangszustand des Kodeimpulsgenerators 7·
Der kodierte Fachrichtenschlüssel, der im Speicher 19 gespeichert ist, wird durch Mischung mit den Kodeimpulsen des Impulsgenerators 7 dekodiert. Dazu wird der kodierte Nachrichtenschlüssel einer Mischan-Ordnung 5 zugeführt, wozu der Schalter 20 in der Stellung (1) steht. Das Resultat der Mischung wird dem Prüfkreis 21 zugeführt, wozu der Schalter 22 in der Stellung (1) steht.
Der kodierte Nachrichtenschlüssel besteht aus
ZO einer kodierten Folge von fünf Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels, also aus fünfmal fünf bzw. fünfundzwanzig Zeichen. Der Prüfkreis 21 ermittelt nun, ob die fünfundzwanzig dekodierten Zeichen fünf gleiche Gruppen zu fünf Zeichen bilden, dabei eine gewisse Möglich keit von Uebertragungsfehlern berücksichtigend. Dazu wird untersucht, ob das erste Bit jedes Zeichens den ersten Bits aller anderen Zeichen entspricht. Dasselbe wird für das zweite Bit und die folgenden Bits jedes Zeichens wiederholt. Wenn die Anzahl Uebereinstimmungen kleiner ist als ein eingestellter Schwellenwert, ist das Resultat der Prüfung negativ und im anderen Fall positiv.
Wenn die von dem Prüfkreis 21 durchgeführte Prüfung negativ ist, wird unter Ansteuerung des Prüfkreises 21 der TagesSchlussel eines anderen Kompartiments des Speichers 10 gewählt. Weiterhin wird unter Ansteuerung des Prüfkreises 21 abermals der kodierte Nachrichtenschlüssel dem Speicher I9 entnommen und der Mischanordnung
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5 zugeführt. Wenn sich danach herausstellt, dass die Prüfung wieder negativ ist, wird wieder ein andez-es Kompartiment des Speichers 10 gewählt und das Vorhergehende wiederholt, bis die Prüfung positiv ist. Der gesuchte Tagesschlüssel ist dann der Tagesschlüssel des letztgewählten Kompartiments des Speichers 10.
Nach einer positiven Prüfung kann der Teil II des Nachrichtenschlüssels durch die gestrichelt dargestellte Verbindung vom Prüfkreis 21 dem Speicher 15 zugeführt werden. Der Anfangszustand des Impulsgenerators 7 kann dann dadurch bestimmt werden, dass der zuletzt gewählte TagesSchlussel mit dem vollständigen Nach richtenschlüssel gemischt wird. Weiterhin kann die Empfangsstation in den Zustand zum Dekodieren der Nachrichtenimpulse gebracht werden, in dem der Schalter in der Stellung (3) und die Schalter 20 und 22 in der Stellung (2) stehen.
In der Sendestation kann nach dem Aussenden des kodierten Nachrichtenschlüssels der Teil Il des Nachrichtenschlüssels durch die gestrichelt dargestellte Verbindung von dem Speicher 13 dem Speicher 14 zugeführt werden. Der Anfangszustand des Impulsgenerators 6 kann dann dadurch bestimmt werden, dass der TagesSchlussel mit dem vollständigen Nachrichtenschlüssel gemischt wird. Weiterhin kann die Sendestation in den Zustand zum Kodieren der Nachrichtenimpulse gebracht werden, in dem der Schalter 16 in der Stellung (2) und der Schalter in der Stellung (T) steht.
Das Kodieren und Dekodieren der Nachrichten unter Verwendung des in der Sendestation gewählten Tages schlüssels und des in der Empfangsstation automatisch gesuchten TagesSchlüssels und des in der Sendestation beliebig gewählten und zu der Empfangsstation übertragenen Nachrichtenschlüssels kann nun auf bekannte Weise erfolgen.
Obenstehend ist beschrieben worden, dass eine kodierte Folge von Wiederholungen des Teils II des Nach-
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richtenschlUssels durch die Sendestation zu der Empfangsstation übertragen wird. Wenn diese Folge mit dem richtigen TagesSchlussel dekodiert wird, wird eine Folge von Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels erhalten. Wird jedoch ein anderer TagesSchlussel verwendet, so entsteht eine Folge relativ beliebiger Zeichen, die nicht die charakteristischen Wiederholungen einer Gruppe von Zeichen umfasst, wie dies bei Verwendung des richtigen TagesSchlusseis der Fall wäre.
Ein Kriterium kann festgelegt werden, mit dem eine Folge relativ beliebiger Zeichen von einer Folge unterschieden werden kann, in der Wiederholungen einer Gruppe von Zeichen auftreten. Diese Funktion wird vom Prüfkreis 21 durchgeführt.
Statt der Uebertragung einer kodierten Folge einer Anzahl Wiederholungen des Teils II des Nachrichtenschlüssels kann in dem obenstehend beschriebenen Verfahren die Uebertragung einer kodierten Folge des Teils II des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl daraus berechneter Prüfzeichen angewandt werden. In der Empfangsstation werden nach Dekodierung dieser Folge aus dem dekodierten Teil II des NachrichtenschlUssels Prüfzeichen auf dieselbe Weise wie in der Sendestation berechnet. Diese in der Empfangsstation erzeugten PrUfzeichen werden mit den dekodierten Prüfzeichen verglichen. Wenn dabei die Anzahl Uebereinstimmungen kleiner ist als ein eingestellter Schwellenwert, ist das Resultat der Prüfung negativ und ist bei der Dekodierung offenbar von dem falschen Tagesschlüssel ausgegangen worden.
Die Dekodierung wird dann abermals durchgeführt, aber mit einem anderen TagesSchlussel. Dies wird gegebenenfalls wiederholt, und zwar jeweils mit einem anderen Tagesschlüssel, bis die in der Empfangsstation erzeugten Prüfzeichen (im wesentlichen) den dekodierten Prüf-
zeichen entsprechen. Auf diese Weise wird mit der Uebertragung von Prüfzeichen derselbe Effekt erreicht wie mit der Uebertragung der Wiederholungen des Teils II des
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Nachrichtenschlüsseis
Das Berechnen der Prüfzeichen kann auf eine ¥eise erfolgen, die für fehlerdetektierende oder fehlerkorrigierende Kodes bekannt ist. Es sei bemerkt, dass eine einfache Wiederholung eines Nachrichtenzeichens bereits ein J'ruT'/ioiehon bildet in dom Sinne, daa.s damit ein Fehler in dem Nachrichtenzeichen detektiert werden kann. Durch den Begriff Prüfzeichen wird der Fall einer Zeichenwiederholung sowie eines aus der Nachricht jeweils auf verwickeitere Weise berechneten Prüfzeichens umfasst.
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Claims (1)

  1. PHN 9680 \/ 23.II.I98O
    PATENTANSPRUCH:
    Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Nachrichten, bei dem in einer Sendestation Nachrichtenklarimpulse und Kodeiinpulse zum Bilden einer kodierten Nachricht gemischt werden und bei dem in einer Empfangsstation die kodierten Nachrichtenimpulse und identische Kodeimpulse zum Erhalten der Nachrichtenklarimpulse gemischt werden, wobei die Kodeimpulse in der Sendestation und in der Empfangsstation von einem Kodegenerator erzeugt werden, dessen Anfangszustand die Kodeimpulsfolge bestimmt und die Anzahl möglicher Anfangszustände sehr gross ist und in der Sendestation sowie in der Empfangsstation der Anfangszustand durch eine in der Sendestation und in der Empfangsstation gespeicherte erste Zustandsinformation die als Basisschlüssel bezeichnet wird, und durch eine zweite Zustandsinformation bestimmt wird, die
    ^ als Nachrichtenschlüssel bezeichnet wird und die in einer der Stationen beliebig gewählt und zu der anderen Station übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall einer Anzahl möglicher gespeicherter BasisschlUssel in der Sendestation und in der Empfangsstation vor der
    " Verarbeitung der Nachrichtenimpulse ein erster Teil eines Nachrichtenschlüssels mit einem gewählten Basis— schlüssel zum Bestimmen eines Anfangszustandes des Kodegenerators kombiniert wird und in der Sendestation die klaren Nachrichtenschlüsselimpulse, die eine Folge eines zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl daraus abgeleiteter Prüfzeichen darstellen, mit den Kodeimpulsen zum Erhalten eines kodierten Nachricht ens chlüssels gemischt werden und in der Empfangsstation die kodierten Nachrichtenschlüsselimpulse mit den Kodeimpulsen gemischt werden und dieser letzte Schritt jeweils wiederholt wird, ausgehend von jeweils einem anderen Basisschlüssel, bis als Resultat der Mischung eine
    130ÖS1/0626
    9680 yf ·£· 23.11.1980
    Folge eines dekodierten zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels und einer Anzahl dekodierter Prüfzeichen, die dem in der Empfangsstation aus dem dekodierten zweiten Teil des Nachrichtenschlüssels abgeleiteten Prüfzeichen entsprechen, erhalten wird, wodurch der richtige Anfangszustand des Kodegenerators in der Empfangsstation, der zum einwandfreien Dekodieren der kodierten Nachrichtenimpulse erforderlich ist, durch den zuletzt gewählten Basisschlüssel und die Kombination des ersten und zweiten Teils des Nachrichtenschlüssels bestimmt ist.
    13Ö051/052S
DE3103576A 1980-02-04 1981-02-03 Verfahren zum Kodieren und Dekodieren von Nachrichten Expired DE3103576C2 (de)

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