PROCESS AND CIRCUIT FOR DATA ENERYPTION

Abstract: 1. Method for the enciphering of communications characters (text in clear), wherein these are replaced by characters of a secret alphabet of the length of the clear text alphabet, wherein the secret alphabet is generated through intermixing of characters from a character stock of n characters, n is greater than 2 and the individual characters of the secret alphabet (secret characters) are selected with the aid of a random or pseudorandom sequence (ZFG1), characterised thereby, that additionally a selected secret character, which displays a first storage place, is exchanged each time against another secret character, which displays a second storage place and has been selected by means of a further sequence (ZFG2).

Description: Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Permutationen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Permütationen von n Elementen, wobei die einzelnen Elemente mit Hilfe einer Zufalls- oder Pseudo-Zufallsfolge erwürfelt werden. Solche Verfahren sind beispielsweise für geheime Nachrichten übertragungen vorgeschlagen worden, wobei die n Elemente ein. Zeichenalphabet bilden. Bei der Verschlüsselung von Textzeichenfolgen werden die zu verschlüsselnden Zeichen eines Klartextes durch ihnen entsprechende Zeichen eines Schlsseltextesersetzt. Dazu wird ein Schlüsselalphabet benötigt, das zu jedem Zeichen des Klart,extalphabetes entsprechende Schlüsselzeichen enthält. Besonders sicher wird dieses Ersetzverfahren, wenn zur Verschlüsselung jedes Zeichens des Klartextes ein anderes, neues Schlüsselalphabet verwendet wird. Diese Schlüsselalphabete werden durch elektronischewReehner aus einem zuvor eingegebenen Grundschlüssel erzeugt, wobei in einem ersten Schritt mittels eines Pseudozufallsfolgen¯ generators aus'dem eingegebenen Grundschlüssel eine Pseudozufallszeichenfolge von praktisch unbegrenzter Länge errechnet wird, aus der in einem zweiten Schritt die Schlüs selalphabete, die aus Permutationen eines vorgegebenen Alphabets bestehen, erzeugt werden. Bei einem solchen Verfahren wurde vorgeschlagen, die von der obengenannten Pseudozufallszeichenfolge erzeugten Zeichen in der Reihenfolge ihrer Erzeugung als neues Schlüsselalphabet zu verwenden, wobei wiederholt erzeugte Zeichen nicht verwendet werden. Nachteilig ist dabei, dass die Pseudozufallszeichenfolge wesentlich mehr Zeichen benötigt, als das Schlüsselalphabet enthält. Weiterhin werden nicht mit Sicherheit alle Zeichen des Schlüsselalphabets erfasst, so dÅass diese systematisch ergänzt werden müssen, was kryptologisch nachteilig ist. Ausserdem ist nachteilig, dass die Reihenfolge der Schlüsselalphabetzeichen mit der Reihenfolge der Zeichen der Pseudozufallszeichenfolge hauptsächlich am Anfang weitgehend übereinstimmt, was gewisse Rückschlüsse vom Schlüsselalphabet aufdie Pseudozufallszeichenfolge erlaubt. Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren zur Erzeugung von Perwmutationen der obigen Art anzug geben, bei dem ohne grossen Aufwand und ohne dass die Zufallsbzw. Pseudozufallsfolge wesentlich mehr Elemente benötigt, alle Elemente erfasst werden können. Ausserdem soll die Korrelation zwischen erzeugter Permutation und erzeugender Zufalls- oder Pseudozufallsfolge nicht ohne weiteres ersichtlich sein. Weiterhin war die Aufgabe gestellt, eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäs sen Verfahrens anzugeben, die mit wenig technischem Aufwand realisierbar ist. Die Erfindung geht von der Idee aus, dass von einer beliebig gen Anfangspermutation von n Elementen ausgegangen wird, aus der unter der Steuerung durch eine Pseudozufallsfolge durch nochmaliges paarweises Vertauschen der Elemente eine neue Permutation erzeugt wird. Die Anzahl der vertauschten Vorgänge -ist an sich beliebig, vorteilhafterweise liegt sie etwa in der Grössenordnung der Elementeanzahl n. Es ist einzusehen, dass die Arbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens umso höher ist, je weniger Vertauschungsvorgänge für eine neue Permutation aufgewendet werden, wobei dann jedoch die Korrelation zwischen zwei aufeinanderfolgenden Permutationen zu durchsichtig wird. Im folgenden wird der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens näher beschrieben. Ausgegangen wird von'einer Permutation von n Elementen, beispielsweise von der natürlichen Reihenfolge El, E2, ... Ea ... Eb ..., En-1, En. Durch eine Pseudozufallsfolge werde ein Element Ea erzeugt. Mit Hilfe einer zweiten Folge werde ein Zeichen Eb ausgewählt. Element Ea tauscht seinen Platz mit Element Eb, wodurch ein erster Ver tauschungsschritt'- abgeschlossen ist, dem eine Anzahl Wiederholungen mit anderen Elementen Ea, Eb folgt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin-; dung wechselt jedes Element mindestens einmal, im Durchschnitt sogar zweimal seinen Platz, indem jedes Element mittels der zweiten Folge einmal adressiert wird, beispielsweise in der natürlichen Reihenfolge El, E2 ... En. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfins dung werden die beiden zu vertauschenden Elemente durch nichtkorrelierte Pseudozufallsfolgen bestimmt. Falls keine Reproduzierbarkeit;der Permutationen erforderlich ist, können anstelle der Pseudozufallsfolgen echte Zufallsfolgen verwendet werden, wie sie z.B. von einem Rauschgenerator ableitbar sind. Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Verfahren nicht auf die Anwendung in Text- oder Sprachschlüsselgeräten be- schränkt, sondern kann vorteilhafterweise auch bei der Frequenzzuweisung in Funknetzen eingesetzt werden, die nach dem Frequenzsprungverfahren unter Vermeidung einer Doppelbelegung der Frequenzen arbeiten. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Auswahl der beiden zu vertauschenden Elemente derart erfolgt, dass die Folgen nicht die Elemente selbst, sondern deren Platzadressen angeben. Von bedeutendem Vorteil ist hierbei, dass die Anfangspermutation entscheidenden Einfluss auf alle im folgenden erzeugten Permutationen aufweist. Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren. Die Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Textschlüsselgeräten, wobei n Elemente ein Zeichenalphabet bilden und jedes Zeichen beispielsweise m Bit enthalte. Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei Zeichenfolgegeneratoren ZFG1 bzw. ZFG2, aus zwei Speichern mit wahlfreiem Zugriff RAM1, RAM2 und zwei Zwischenspeichern ZS1 bzw. ZS2. Im zweiten Speicher ist das Schlüsselalphabet abgespeichert, dessen Zeichen durch die Zeichen des Klaralphabets adressierbar sind. Im ersten Speicher RAM1 ist dagegen das inverse Alphabet abgespeichert d.h. die Zeichen des Klaralphabets, die durch die zugeordneten Zeichen des Schlüsselalphabets adressierbar sind. Es wird also hier der zweite Speicher RAM2 zum Verschlüsseln und der erste Speicher RAM1 zum Entschlüsseln benutzt. Bei beiden Speichern ist der Ausgang auf den Eingang des zugeordneten Zwischenspeichers geschaltet, dessen Ausgang über steuerbare Schalter ul, u2 in Stellung y auf den Eingang des Speichers rückführbar ist. In Stellung x der Umschalter sind die Ausgänge der beiden Zeichenfolgegeneratoren jeweils auf den Eingang eines Speichers und auf den Adresseingang des jeweiligen anderen Speichers geschaltet. Die Schaltung ermöglicht dadurch den folgenden Vertauschungsvorgang. Einsvon dem Zeichenfolgegenerator ZFG1, der eine Pseudozufallsfolge erzeuge, geliefertes.Zeichen Za gelangt über den x-Kontakt des Umschalters u1 auf den Dateneingang des ersten Speichers RAM1 und auf den Adresseingang des zweiten Speichers RAM-2. --Ein vom zweiten Zeichenfolgegenerator ZFG2 geliefertes Zeichen Zb gelangt entsprechend über den x-Kontakt des zweiten Umschalters u2 zum Adresseingang des ersten Speichers RAM1 und zum Dateneingang des zweiten Speichers RAM2. Aus dem ersten Speicher RAM1 wird nun das unter der Adresse Zb stehende Zeichen Zzb ausgelesen und im Zwischenspeicher ZS1 abgelegt. Entsprechendes passiert im zweiten Speicher RAM2, wo das unter der Adresse Za stehende Zeichen Zza ausgelesen und in dem entsprechenden Zwischenspeicher ZS2 abgelegt wird. Bei unveränderter Stellung der beiden steuerbaren Umschalter wird anschliessend nach dem Auslesen im ersten Speicher RAM1 das Zeichen Za unter der Adresse Zb abgespeichert. Entsprechendes passiert im zweiten Speicher, wo unter der Adresse Za das Zeichen Zb abgespeichert wird. Nunmehr werden die beiden steuerbaren Umschalter in Stellung y gebracht. und das vorher aus dem-ersten Speicher ausgelesene und im zugeordneten Zwischenspeicher ZS1 abgelegte Zeichen Zzb wird nunmehr unter der Adresse des zuvor aus dem zweiten Speicher ausgelesenen und im Zwischenspeicher ZS2 abgelegten Zeichens Zza im ersten Speicher abgespei chert. Umgekehrt wird das im zweiten Zwischenspeicher ZS2 abgelegte Zeichen Zza unter der im ersten Zwischenspeicher enthaltenen Adresse Zzb im zweiten Speicher abgelegt. Damit ist ein Vertauschungsschritt beendet. Die beiden Schalter ul, u2 werden wieder in die Ausgangsstellung x gebracht, und ein nächster- Vertauschungsschritt mit neuen Zeichenpaaren Za, Zb kann beginnen. üblicherweise erfolgt die Zeichenumspei cherung bitweise parallel, die einfach gezeichneten Leitung gen und Kontakte der Figur 1 (wie auch die der Figur 2) gelten dann stellvertretend für m Leitungen und Kontakte. Es ist einleuchtend, dass die Zeichenanzahl der beiden Alphabete gleich sein muss. Der Zeichenvorrat selbst muss jedoch nicht identisch sein. Die' von den Zeichenfolgegeneratoren gelieferten Zeichen Za bzw. Zb müssen Zeichen des entsprechenden Klar- bzw. Schlüsselalphabets sein, d. h. die Zei- chenfolgegeneratoren dürfen jeweils nur solche Zeichen liefern, die in den ihnen zugeordneten Speichern abgelegten Alphabeten enthalten sind. Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einem Speicher RAM3, beispielsweise mit wahlfreiem Zugriff, dessen Ausgang auf den Eingang eines Zwischenspeichers ZS und dessen Eingang an den Ausgang des Zwischenspei chers geschaltet sind. Der Adress,eingang des Speichers ist über einen steuerbaren Umschalter u in Stellung x an jenen ersten Zeichenfolgegenerator ZFG 1 und in der Stellung y an einen zweiten Zeichenfolgegenerator ZFG2 anschaltbar. Beide Generatoren liefern Folgen von Zeichen, unter denen im Speicher RAM3 Zeichen eines Alphabets abgespeichert sind. Der Zwischenspeicher ZS ist zweistufig, d. h. ein erstes vom RAM3 geliefertes Zeichen wird zunächst in der Stufe 1 abgelegt. Folgt ein weiteres Zeichen des Speichers RAM3, so wird das in der Zelle 1 abgelegte Zeichen in die Zelle 2 weitergeschoben. Der Zwischenspeicher ZS kann beispielsweise durch m zweistufige Schieberegister realisiert werden. Die Funktion der Schaltung verläuft wie folgt. Ein vom ersten Zeichenfolgegenerator ZFG1 geliefertes Zeichen A gelangt über die Stellung x des Umschalters u auf den Adress eingang des Speichers RAM3, aus dem das unter der Adresse A stehende Zeichen Za ausgelesen und in die erste Zelle 1 des Zwischenspeichers ZS abgespeichert wird. Anschliessend wird der steuerbare Umschalter u auf die Stellung y umgeschaltet, wodurch ein vom zweiten Zeichenfolgegenerator ZFG2 geliefertes Zeichen B auf den Adresseingang des Speichers RAM3 gelangen kann, in dem das unter der Adresse B Zb ausgelesen und ebenfalls in die erste Zelle 1 des Zwi- schenspeichers ZS abgespeichert wird, nachdem zuvor der Inhalt der ersten Zelle in die zweite Zelle 2 geschoben worden ist. Dadurch steht das zuerst ausgelesene Zeichen Za wieder am Eingang des Speichers RAM3 an und kann unter der Adresse B dort abgespeichert werden. Es folgt nunmehr eine erneute Umschaltung auf die Stellung x des Umschalters u, wodurch die noch im ersten Zufallsfolgegenerator ZFG1 anstehende Adresse A wieder auf den Adresseingang des Speichers RAM3 gelangen kann. Dadurch ist eine Einspeicherung des Zeichens Zb, das mittlerweile aus der ersten in die zweite Zelle des Zwischenspeichers geschoben worden ist uncS,.s.omit auch am Eingang des Speichers RAM3 ansteht, in denselben unter der Adresse A möglich, womit ein Tau schungsvorgang beendet ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Figur 2 ist ein zweiter Speicher RAM4 mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen, dessen Eingang bzw. Adresseingang mit dem Adresseingang bzw. mit dem Eingang des ersten Speichers RAM3 verbunden ist (strichliert). Durch diese Anodnung werden Inhalt und Adresse des zweiten Speichers gegenüber Inhalt und Adresse des ersten Speichers vertauscht, wodurch im zweiten Speicher das inverse Alphabet entsteht. Die Anord nung gestattet damit auch die Entschlüsselung von Texten.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung von Permutationen von n Elementen, wobei die einzelnen Elemente mit Hilfe einer Zufalls- oder Pseudo-Zufallsfolge erwürfelt werden, dadurch gekennzeich net, dass jeweils der Platz eines ersten erwürfelten Ele ments mit dem Platz eines zweiten mittels einer zweiten Folge ausgewählten Elements getauscht wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Folge eine Zufalls- oder Pseudo-Zufallsfolge bzw. eine Folge ist, die alle Elemente erfasst. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platz-Adresse eines Elements er würfelt bzw. ausgewählt wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet'durch die Anwendung in Schlüssel- bzw. Ver schleierungsgeräten. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich net durch die Verwendung bei der Frequenzzuweisung in nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Funknetzen. 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die n Elemente ein Zeichenalphabet bilden, gekennzeichnet durch zwei Speicher (RAM1, RAM2), denen jeweils ein Zwischenspeis cher (ZS1, ZS2), ein Zeichenfolgegenerator (ZFG1, ZFG2) und ein steuerbarer Umschalter (u1, u2) zugeordnet sind, wobei durch die steuerbaren Umschalter auf die Eingänge bzw. Adress-Eingänge der Speicher, deren Ausgänge jeweils mit dem Eingang des zugeordneten Zwischenspeichers ver bunden sind, jeweils in der einen Stellung (x) der steuer baren Umschalter der Ausgang des zugeordneten bzw. des anderen Zeichenfolgegenerators und in der anderen Stel lung (y) der Ausgang des zugeordneten bzw. des anderen Zwischenspeichers anschaltbar sind. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch .6, dadurch gekennzeich net, dass die beiden Speicher (RAM1, RAM2) jeweils ein Alphabet enthalten, dessen Zeichen durch die Zeichen des anderen Alphabets adressierbar sind. 8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die n Elemente ein Zeichenalphabet bilden, gekennzeichnet durch einen Speicher (RAM3) und einen. Zwischenspeicher (ZS), deren Eingänge jeweils mit dem Ausgang des anderen verbunden sind, sowie durch zwei Zeichenfolgegeneratoren (ZFG1, ZFG2), deren Ausgänge jeweils auf den AdreReingang des Speichers (RAM3) anschaltbar sind. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen weiteren Speicher (RAM4), dessen Adresseingang mit dem Ausgang des Zwischenspeichers (ZS) verbunden ist und auf dessen Eingang die Ausgänge der Zeichenfolgegeneratoren (ZFG1, ZFG2) anschaltbar sind. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis,9, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Zeichenfolgegene rator ein periodischer Zähler ist.

Inventors: BITZER, WOLFGANG, DIPL.-ING.
Applicants: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH
Application year: 1980
Main classification: H04K1
IPC codes: H04L9, H04K1