DE2231835A1

DE2231835A1 - Verfahren zur in mehreren stufen erfolgenden ver- und entschluesselung binaerer daten

Info

Publication number: DE2231835A1
Application number: DE2231835A
Authority: DE
Inventors: Horst Feistel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1973-01-11
Also published as: GB1351572A; FR2143971B1; JPS5425785B1; DE2231835C3; DE2231835B2; US3798360A; FR2143971A1; IT956497B

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 970 111

Verfahren zur in mehreren Stufen erfolgenden Ver- und Entschlüsselung binärer Daten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur in mehreren Stufen erfolgenden Ver- und Entschlüsselung binärer Datenblöcke, die in einem Datenverarbeitungsnetzwerk zwischen einzelnen Teilnehmern zugeordneten Datenstationen und einer zentralen Verarbeitungseinheit zu übertragen sind.

Mit der zunehmenden Verwendung von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen mit Fernzugriff, die einer großen Anzahl von Teilnehmern Zugriff zu Datenbanken zum Smpfangen, Speichern, Verarbeiten und Ausgeben von vertraulichen Informationen ermöglichen, hat die Frage der Datensicherung eine zunehmende Bedeutung erlangt. Mit der Entwicklung von Fernmeldegeräten, die die Verbindung einer Datenstation mit einer zentralen Verarbeitungseinheit über Fernsprechleitungen gestatten, hat die Möglichkeit stark zugenommen, daß die Fernsprechleitungen durch gewissenlose Personen angezapft werden.

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Während es in der Verschlüsselungstechnik allgemein bekannt ist, daß Signale so codiert oder verschlüsselt werden können, daß sie einer Analyse und einem Verständnis durch einen Feind trotzen, sind solche Codier- oder Verschlüsselungsverfahren noch nicht auf dem Gebiet der Datenverarbeitung angewandt worden. Daher können Nachrichten, die in einem Datenverarbeitungsnetzwerk vertrauliche Informationen, wie Geschäftsberichte, Kundenlisten, technische Betriebsgeheimnisse usw., enthalten, sehr leicht in die Hände von gewissenlosen Personen gelangen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik werden in Datenverarbeitungsnetzwerken verschiedene Identifizierungsverfahren angewandt, um die Verfügbarkeit des Netzwerkes auf einen beschränkten Personenkreis zu begrenzen. Da die Datenübertragungsnetzwerke jedoch anwachsen, wird es zunehmend schwieriger, die Anzahl von Personen zu begrenzen, die in der Lage sind, mit der zentralen Verarbeitungseinheit und den Datenspeichern innerhalb des Computernetzwerkes in Verbindung zu treten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ver- und Entschlüsselung von binären Datenblöcken anzugeben, durch das die Geheimhaltung von in einem Datenverarbeitungsnetzwerk übertragenen Informationen besser gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: Gliedern eines Stromes z.u übertragender binärer Daten in Datensegmente, Eingeben des ersten Datensegmentes in ein Verschlüsselungsgerät für blockweises Verschlüsseln zum Erzeugen eines verschlüsselten Blocks, Speichern eines Teiles des verschlüsselten Blocks und Zusammenfassen mit einem Teil eines nachfolgenden Datensegments zur Bildung eines zusammengesetzten Datenblocks, Eingeben des zusammengesetzten Datenblocks in das Verschlüsselungsgerät zum Erzeugen eines zusammengesetzten verschlüsselten Blocks, Übertragen und Entschlüsseln des zusammengesetzten verschlüsselten Blocks und Erzeugen weiterer zusammengesetzter verschlüsselter Blöcke aus den Datensegmenten, bis der Datenstrom verbraucht ist.

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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, von denen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Durchführung des stufenweisen Verschlüsselungsverfahrens mit entweder einem festen Benutzerschlüssel oder mit einem veränderlichen Schlüssel;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der Datenübertragungen in

einem System, das nach einem stufenweisen Verschlüsselungsverfahren arbeitet, welches auch eine Fehlerprüfung ermöglicht;

Fig. 3 ein genaueres Schaltbild eines Verschlüsselungsgerätes für blockweise Verschlüsselung, das in dem System für stufenweise Verschlüsselung verwendet werden kann.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Systems für eine in mehreren Stufen erfolgende Verschlüsselung dargestellt. Dieses System wird bei der Datenübertragung zwischen einem Sender und einer Empfangsstation verwendet. Beispielsweise werden in einem großen Computernetzwerk, das aus einer zentralen Verarbeitungseinheit und einer Reihe von Datenstationen besteht, die mit der zentralen Verarbeitungseinheit entweder über einen direkten Kanal oder über Fernsprechleitungen verbunden sind, Nachrichten oder Datenblöcke auf der Sendeseite verschlüsselt und auf der Empfangsseite entschlüsselt. Es sei bemerkt, daß sowohl die zentrale Verarbeitungseinheit als auch die Datenstationen sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeiten können. In jeder sendenden Station ist ein (nicht dargestelltes) Datenregister vorhanden, in dem die binären Symbole vor der Verschlüsselung gespeichert werden.

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In der zentralen Verarbeitungseinheit werden die von einer Datenbank erhaltenen Daten, die der Teilnehmer angefordert hat, der die Datenstation benutzt, im Datenregister gesammelt. Im Falle einer Datenstation wird die durch den Benutzer der Datenstation eingetastete Information in dem Datenregister gesammelt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn genügend Daten sich im Datenregister befinden, um einen Datenblock geeigneter Größe für die Verschlüsselung zu bilden, wird der gesamte Datenblock, der aus den Abschnitten A, B und C besteht, in dem Eingaberegister 20 gespeichert. Zur Erläuterung sei angenommen, daß das Eingaberegister 20 eine Kapazität zur Speicherung von 19 2 Datenbits besitzt und jeder der Abschnitte A, B und C 64 Bits speichert. Es sei bemerkt, daß die Abschnitte A, B und C jede beliebige Größe besitzen können und nicht notwendigerweise gleich sein müssen.

Bei der folgenden Beschreibung des durch das System nach Fig. 1 ausgeführten Verfahrens sind die Verfahrensschritte durch eingekreiste Zahlen dargestellt. Nachdem der Datenblock A, B und C in dem Eingaberegister 20 gespeichert ist, werden die Abschnitte A und B einem Verschlüsselungsgerät 22 für blockweise Verschlüsselung zugeführt, das als aus einer linken Hälfte L-n und einer rechten Hälfte Rtt bestehend dargestellt ist. Die beiden Hälften werden hier lediglich zur Beschreibung der Verschiebung der Information in das und aus dem Verschlüsselungssystem 22 benutzt. Es sei bemerkt, daß in Wirklichkeit keine Unterteilung des Versehlüsselungssystems 22 existiert und daß die beiden Hälften Lu und Ru in Wirklichkeit einen vollständigen Block binärer Ziffern in dem Verschlüsselungssystem 22 darstellen. Ein Beispiel für ein Verschlüsselungssystem für blockweise Verschlüsselung wird weiter unten beschrieben.

Nach dem Schriet 1 enthält, der Teil Επ des Verschlüsselunossysteirs das Segment A und der Teil Ιιπ das Segrent B. Beide Datensegmente Ä und B liegen als Klartext vor, der durch das Verschlüsselungssystem 22 zu verschlüsseln ist. Pieses Sys ten¹

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führt eine bestimmte Anzahl von Transformationen in seinen internen Registern und der zugehörigen Schaltung durch, um den im Klartext vorliegenden Datenblock A, B in einen verschlüsselten Block zu verschlüsseln, der als E,X bezeichnet wird. Dieser Verschlüsselungsschritt wird als Schritt 2 identifiziert. Der Abschnitt X bleibt in dem mit Rir bezeichneten Teil des Verschlüsselungssystems 22 für eine nachfolgende Verschlüsselung zurück . und ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Der verschlüsselte Text EX ist eine Funktion einer eindeutigen Kombination von binären Schlüsselziffern K, die in einem Block angeordnet und einem bestimmten Teilnehmer oder Benutzer des Computernetzwerkes zugeordnet sind. Der eindeutige Benutzerschlüssel K wird dem Verschlüsselungssystem 22 über eine Torschaltung 24 zugeführt, die es dem Block von Binärziffern K des Schlüsselregisters 26 gestattet, als Steuerung für den durch das Verschlüsselungssystem 22 erzeugten verschlüsselten Text zu wirken. Den verschlüsselten Text EX kann man sich als aus zwei Teilen bestehend vorstellen, einem ersten Teil E, der aus 64 Bits besteht, die in der linken Hälfte des Verschlüsselungssystems 22 erscheinen, und aus einer zweiten Hälfte X, die ebenfalls aus 64 Bits besteht, die sich in der rechten Hälfte des Verschlüsselungssystems 22 befinden. Der Teil E des verschlüsselten Blockes wird zu einem Übertragungsregister 28 übertragen und dort gespeichert, bis das Übertragungsregister 28, das 192 Bits speichern kann, vollständig aufgefüllt ist. Die übertragung des Teiles E des verschlüsselten Textes ist als Schritt 3 bezeichnet.

Nach dem Schritt 3 bleibt der Teil X des verschlüsselten Textes in dem Teil Rir des Eingaberegisters 22 und wird in Verbindung . mit einer neuen Untergruppe von 64 Datenbits C, die von dem Eingaberegister 20 im Schritt 4 in den Teil Lir des Verschlüsselungssystems 22 übertragen wurden, in mehreren Stufen verschlüsselt. Nachdem sich jetzt 128 Bits in dem Verschlüsselungssystem 22 befinden, wiederholt das System das Verschlüsselungsverfahren nach Schritt 5, um einen neuen verschlüsselten Block GF zu entwickeln,

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der aus 128 Bits besteht. Der verschlüsselte Block GF wird dann im Schritt 6 zum übertragungsregister 2 8 übertragen. Wobei die Untergruppen G und F nacheinander angeordnet werden und der verschlüsselten Bitgruppe E folgen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Übertragungsregister 28 vollständig gefüllt und der zusammengesetzte Block E, F, G wird über einen Nachrichtenkanal oder eine Leitung zu einer Empfangseinheit übertragen. Während der Schritte 1 bis 6, die in dem Verschlüsselungsteil des in Fig. 1 dargestellten Systems ausgeführt werden, wird angenommen, daß Daten gleichzeitig in dem (nicht dargestellten) Datenregister gesammelt werden zur Vorbereitung der Speicherung in dem Eingaberegister 20, sobald dieses Register verfügbar ist.

An der Empfangsstation wird ein Entschlüsselungsverfahren in umgekehrter Weise zu dem auf der Sendeseite vorgenommenen Verschlüsselungsprozeß durchgeführt. Alle Abschnitte werden durch einen hochgestellten Strich neben ihrer Bezeichnung gekennzeichnet, um anzugeben, daß sie sich auf das Entschlüsseln beziehen. Darüber hinaus ist der Benutzerschlüssel, der dem Teilnehmer, der mit dem System .arbeitet, eindeutig zugeordnet wurde, dargestellt durch K~ , was symbolisch die umgekehrte Anwendung der binären Schlüsselziffern K des Schlüsselregisters 26' darstellt, die über die Torschaltung 24' dem Entschlüsselungssystem 22' zugeleitet werden, um dieses zu steuern.

Der als zusammengesetzter Block E, F, G übertragene verschlüsselte Text wird dem Empfangsregister 32 der Empfangsstation zugeführt und für Zwecke der Erläuterung hier mit E¹, F¹, G¹ bezeichnet. Der Schritt 1 der Entschlüsselungsoperation besteht in dem übertragen der Untergruppen F¹ und G¹ aus dem Empfangsregister 32 in die Abschnitte Rir¹ und Lu¹. Das Entschlüsselungssystem 22', das unter der Steuerung des Benutzerschlüssels K arbeitet, entschlüsselt das Kryptogramm F¹G¹ in den Klartextblock C¹, X¹. Diese Entschlüsselungsoperation ist als Schritt 2 bezeichnet. Die Untergruppe C" wird dann im Schritt 3 in das Eingaberegister

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20' übertragen. Dann wird die Untergruppe E¹ des empfangenen verschlüsselten Blocks im Schritt 4 dem Abschnitt Lir¹ zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Entschlüsselungssystern 22 wieder aktiviert, um eine Entschlüsselungsoperation im Schritt 5 auszuführen, um die Untergruppen E¹, X¹ in die Klartextuntergruppen A¹, B¹ zu entziffern, die dann im Schritt 6 in das Eingaberegister 20¹ übertragen werden. Der erhaltene Klartextblock A¹, B¹, C¹, der aus 19 2 Bits besteht, entspricht genau dem Klartextblock A_f B, C, der in der Sendestation verschlüsselt wurde.

Obgleich das oben beschriebene Verfahren einer mehrfachen Verschlüsselungsoperation als aus zwei Verschlüsselungsverfahren bestehend beschrieben wurde, sei bemerkt, daß jede Anzahl von mehrfachen Verschlüsselungsoperation ausgeführt werden kann, um ein Blockkryptogramm vor der Übertragung zu entwickeln. Außerdem ist die Größe der Untergruppen in den Datenblocks und die Unterteilung der Datenblocks in dem Verschlüsselungssystem eine Frage des gewählten Entwurfs.

Die obige Beschreibung des in Fig. 1 dargestellten Systems erläutert die Verschlüsselung und Entschlüsselung unter der Steuerung der Benutzerschlüssel K und K . In bestimmten Fällen, in denen es erwünscht ist, einen höheren Grad der Datensicherung zu erhalten, wird der Klartext unter der Steuerung von zwei verschiedenen Schlüsseln in einem mehrfachen Verschlüsselungsverfahren verschlüsselt. Der Grad der Sicherheit hängt ab von der Wahrscheinlichkeit, daß die eindeutige Kombination der binären Schlüsselziffern durch jemand erraten wird, der sowohl Kenntnisse von der Schaltung des Systems als auch die Gelegenheit hat, voraufgehende Übertragungen und die Verschlüsselungen zu beobachten. Bei der Verschlüsselung mit veränderlichem Schlüssel, die unter Steuerung der Steuereinheit 42 erfolgt, wird eine Kombination von Binärziffern, die als R bezeichnet wird, während der ersten Verschlüsselung in dem mehrfachen Verschlüsselungsverfahren angewandt. Die eindeutige Kombination der Binärziffern R wird dem

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Verschlüsselungssystem 22 durch Anlegen eines Steuersignals C₂ an die Torschaltung 44 zugeführt, die es einem Generator 43 für Zufallsschlüsselzahlen ermöglicht, eine eindeutige, sich fortlaufend ändernde Kombination von Binärziffern einem Schlüsselregister in dem Verschlüsselungssystem 22 zuzuführen. Diese gleiche Zufallszahl, die aus einer zufälligen Anordnung von Binärziffern besteht, wird gleichzeitig einem der Abschnitte des Datenblocks zugeführt, der in dem Eingaberegister 20 erscheint. Ein Beispiel für einen Generator von Zufallszahlen findet sich in dem US-Patent 3 366 779. Wenn der Zufalls-Steuerschlüssel R eine größere Dimension binärer Ziffern erfordert als in der tatsächlich erzeugten Zufallszahl vorhanden ist, wird die von dem Zufallszahlen-Generator 43 entwickelte Zahl mit einer festen Kombination von Bits aufgefüllt.

Die Zahl R wird in den Abschnitt C des Eingaberegisters 20 eingegeben. Dann läuft das Verschlüsselungsverfahren in der gleichen Weise ab und es wird die gleiche Anzahl von Schritten 1 bis 6 ausgeführt, die oben beschrieben wurde. Wenn die Steuerschaltung 42 die veränderliche Verschlüsselung aktiviert, macht ein invertiertes Steuersignal C₂ das Schlüsselregister durch Sperren der Torschaltung 24 während des Zeitintervalls unwirksam, in dem die erste Verschlüsselungsoperation ausgeführt wird. Dann öffnet die Steuerschaltung 42 die Torschaltung 44 und sperrt die Torschaltung 24, um der zweiten Verschlüsselungsoperation zu gestatten, einen verschlüsselten Text zu entwickeln, der eine Funktion des Teilnehmerschlüssels K ist.

Beim Entschlüsseln wird in der Empfangsstation der veränderliche Steuerschlüssel R durch den gleichen Zufallszahlen-Generator 43· geliefert, der synchron mit dem Generator 43 im Sender arbeitet. Das einzige zusätzliche Merkmal, das bei der Entschlüsselungsfolge vorgesehen ist, ist eine zusätzliche Fehlerprüfmöglichkeit, die aufgrund der Vergleichsschaltung 50 gegeben ist. Sowohl die Empfangs- als auch die Sendestation, bei denen es sich zu jedem

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Zeitpunkt entweder um eine Datenstation oder die zentrale Verarbeitungseinheit innerhalb eines Datenverarbeitungsnetzwerkes handeln kann, besitzen den gleichen Zufallszahlen-Generator 43. Daher wird nach der Entschlüsselung der Untergruppe C¹, die aus der Zufallszahl R besteht, ein Vergleich durchgeführt. Eine von der Vergleichsschaltung 50 festgestellte Ungleichheit zeigt an, daß ein Fehler vorliegt, der entweder verursacht ist durch eine falsche Nachricht auf der übertragungsleitung oder durch einen Fehler, der in dem Verschlüsselungssystem 22 oder dem Entschlüsselungssystem 22' entstanden ist.

Während das oben beschriebene System besonders nützlich für Übertragungen zwischen einer Datenstation und einer zentralen Verarbeitungseinheit ist, kann es weitere Anwendung finden für Verbindungen zwischen einer zentralen Verarbeitungseinheit und deren Datenbanken. Ebenso wie Nachrichtenübertragungskanäle von Unberechtigten angezapft werden können, können in ähnlicher Weise die Kanäle zwischen zentralen Verarbeitungseinheiten und deren Speichereinheiten, die aus Magnetbandgeräten, Magnetplatteneinheiten, Magnettrommeln und anderen Speichermedien bestehen, ebenfalls von Unberechtigten überwacht werden. Durch Verschlüsseln der Daten, die zwischen der zentralen Verarbeitungseinheit und den Speichergeräten übertragen werden, kann die. Geheimhaltung der Informationen innerhalb der Datenbanken sichergestellt werden. Mit der Erkenntnis der Tatsache, daß ein geringerer Grad von Vertraulichkeit verschiedenen Arten von Informationen innerhalb einer Datenbank beigemessen werden kann, wird das oben beschriebene System modifiziert, um ein rasches Mehrfach-Verschlüsselungsverfahren zu ermöglichen, das den Speicherbedarf und die Zugriffszeit der zentralen Verarbeitungseinheit zu den Speichereinheiten in dem Netzwerk nicht merklich beeinflußt.

Alle Datensätze, die zu einer Gruppe von Datensätzen gehören, erhalten ein Kennzeichen F. Dieses Kennzeichen F besteht aus digitalen Hinweisen und gibt an, ob ein bestimmtes Merkmal in den verschlüsselten Daten, dem das Kennzeichen F zugeordnet ist,

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vorhanden ist. So kann die erste Ziffernstelle des Kennzeichens F angeben, ob das Kryptogramm vertrauliche finanzielle Informationen enthält, die nächste Ziffer enthält Bestandsdaten usw. Im allgemeinen erfordert das Kennzeichen F nicht den gleichen Grad an Sicherheit wie das zugehörige Kryptogramm des Datensatzes, da die bloße Kenntnis der Natur der Information nicht die Einzelheiten der Daten enthüllt, die EigentumsCharakter besitzen. Für den Fall, daß das Kennzeichen F keine Verschlüsselung erfordert, durchlaufen die Daten das Verschlüsselungssystern 22 und werden im Klartext gespeichert.

In dem Fall, in dem die kennzeichnende Information F eine bestimmte Sicherheit für Geheimhaltung aufweisen soll, wird das in mehreren Stufen arbeitende Verschlüsselungssystem der Fig. 1 zu einer besonderen Betriebsart aktiviert. In dieser Betriebsart führt das System nicht die gleiche Anzahl von Umläufen durch, wie sie zur Entwicklung eines vollständigen Kryptogramms erforderlich sind. Stattdessen wird eine geringere Anzahl von Umläufen unter einem besonderen Schlüssel K_f durchgeführt. Dadurch, daß nicht die übliche Anzahl von Umläufen ausgeführt wird, arbeitet das mehrstufige Verschlüsselungssystem viel schneller und erlaubt dadurch, daß die Speicherung von Daten bei einem minimalen Zeitverlust geheim bleibt.

In einem System für blockweise Verschlüsselung ist es erwünscht, in jeden Nachrichtenblock ein oder zwei Zeichen für Prüfzwecke einzuschließen. Dieses Prüffeld kann benutzt werden als ein Losungswort in einem Verfahren, bei dem die Glaubwürdigkeit durch einen Aufruf und eine Antwort festgestellt wird, um die Kontinuität und Gültigkeit jedes Nachrichtenblockes sicherzustellen und auch um sicherzustellen, daß stereotype Nachrichten jedesmal in verschiedener Weise durch Verwendung eines eindeutigen Anfangsprüffeldes verschlüsselt werden.

Die im Zusammenhang mit dem System nach Fig. 1 beschriebene

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stufenweise Verschlüsselung ist eine Verschlüsselung/ bei der ein im Klartext vorliegender zu verschlüsselnder Block nach der Verschlüsselung aus X Nachrichtenzeichen und Y Prüfzeichen besteht. Nach der Verschlüsselung werden die X Zeichen oder Bytes des Kryptogramms übertragen und die Y Bytes werden gespeichert, um an X neue Nachrichtenzeichen angehängt zu werden, um den zweiten zu verschlüsselnden Block zu bilden usw. Auf der Empfangsseite werden die so gebildeten verschlüsselten Textblöcke in der umgekehrten Reihenfolge entschlüsselt und der zuletzt entschlüsselte Block enthält das Prüffeld.

In Fig. 2 ist ein Verfahren zur Ausführung einer stufenweisen Verschlüsselung so dargestellt, daß anstelle, daß nur X Bytes jedes verschlüsselten Blockes ausgesandt werden, der vollständige Block (X + Y Bytes) übertragen wird. Bei diesem Verfahren weist der vollständig verschlüsselte Text eine um den Faktor (X + Y)/X größere Länge auf als die Nachricht, aber die Blöcke können an der Empfangsstation in der gleichen Reihenfolge entschlüsselt werden, wie sie empfangen werden. Als Erläuterung habe X den Wert 4· und Y den Wert 2. Von der zentralen Verarbeitungseinheit gelieferte Nachrichten im Klartext sind in römischen Großbuchstaben und der an einer Datenstation entstehende Klartext in römischen Kleinbuchstaben dargestellt. Der verschlüsselte Text ist in griechischen Kleinbuchstaben wiedergegeben.

Der von der zentralen Verarbeitungseinheit auszusendende Klartext ist dargestellt als ABCDEFGHIKLM. Der erste zu verschlüsselnde Block lautet ABCD, an den PQ angehängt werden, der hier eindeutig das Datum und die Zeit bezeichnet. Die Verschlüsselung liefert den verschlüsselten Textblock, der durch α, bis a_c darge-

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stellt wird und den Inhalt der mit 1 bezeichneten Übertragung bildet. Der zweite Block umfaßt EFGH und die Zeichen a_c und a_c, welche von dem voraufgehenden verschlüsselten Textblock zurückbehalten wurden. Dieser zweite Block wird verschlüsselt in (i.

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bis 3g und bildet den Inhalt der übertragung 2. Dieser Prozeß wird, wie in Fig. 2 angegeben, fortgesetzt, bis die gesamte Nachricht verschlüsselt wurde.

Da alle die verschlüsselten Textblöcke in sich vollständig und unabhängig sind, können sie in der Reihenfolge, in der sie empfangen werden, entschlüsselt werden. Mittels einer Einrichtung zur Speicherung der Prüffelder nur des laufenden und des unmittelbar vorhergehenden verschlüsselten Textblocks kann eine vollständige Prüfung auf Gültigkeit für jeden Block der Nachricht durchgeführt werden. In Fig. 2 sind die Felder, welche auf genaue Übereinstimmung zu vergleichen sind, durch Doppelpfeile bezeichnet.

Für jede nachfolgende Nachricht wird das Anfangsprüffeld aus dem letzten entschlüsselten Klartextblock gewonnen. Sonst ist die Zusammensetzung der Blöcke wie vorher beschrieben, um einen verschlüsselten Text für die Übertragungen 4, 5 und 6 und 7, 8 und 9 zu ergeben.

Dieses Verfahren kann zum Austausch von Nachrichten von unbestimmter Länge fortgeführt werden, während es eine Methode liefert, eine fortlaufende Prüfung der Gültigkeit jedes Blockes aufrechtzuerhalten. Unter der Bedingung, daß das erste Prüffeld PQ eindeutig ist, ist eigentlich die Gewißheit gegeben, daß der verschlüsselte Text für einen vollständigen Austausch von Nachrichten niemals zweimal der gleiche ist, selbst bei gleichem Klartext.

Ein Fehler bei der übertragung irgendeines verschlüsselten Textblocks zerstört die in diesem Block enthaltene Information, und bei seiner Entschlüsselung wird mit ziemlicher Sicherheit eine Übereinstimmung des Prüffeldes nicht feststellbar sein. Da jeder verschlüsselte Block unabhängig ist, wird sich der Fehler nicht in irgendeinen nachfolgenden (fehlerfreien) Block fortpflanzen.

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In den Fign. 3A bis 3F ist ein genaueres Schaltbild eines Ausführungsbeispieles des Verschlüsselungssystems 22 und des Entschlüsse lungssy stems 22' dargestellt.

Ein zu verschlüsselnder Datenblock D wird über die Informationsleitung 80, 81, 82, 83, 84, 85 und 86 einer sogenannten Zerhackereinrichtung 30 zugeführt. Jede dieser Bezugsziffern bezeichnet vier Informationsleitungen, von denen jede mit einem zweistufigen Schieberegister 41 bis 64 verbunden ist. Jedes Schieberegister besteht aus einem oberen Speicherelement 41 bis 64 und einem unteren Speicherelement 41a bis 64a. Die binären Daten, die in jeder der oberen und unteren Stufen der Schieberegisterteile gespeichert sind und die Nachricht D bilden, können in jedem der 2-Bits speichernden Teile des Schieberegisters aufwärts oder abwärts verschoben werden, abhängig von den Binärwerten, die auf den Steuerleitungen für die Zerhackereinrichtung erscheinen, welche Steuerleitungen von einer sogenannten Schlüsseleffekt-Weiterleiteinrichtung 100 ausgehen.

Während der ersten Runde des Verschlüsselungssystems führt die Zerhackereinrichtung 30 keine einleitende Operation mit den Daten D durch. Die unteren 24 Bits in den Speicherelementen 41a bis 64a werden einer Reihe von Torschaltungen G und' G zugeführt, wobei jedes Paar von Torschaltungen ein Ausgangssignal der Zerhackereinrichtung 30 empfängt. Beispielsweise führt an die Torschaltungen 325 und 326 die Ausgangsleitung von dem unteren Speicherelement 41a. Der Vierergruppe von Schieberegistern, an die die Vierergruppe von Informationsleitungen führt, ist ein Satz von vier Torschaltungspaaren G und G zugeordnet, wobei jede Torschaltung durch eine der Steuerleitungen 300, 301 und 302 beeinflußt wird. Abhängig von den binären Signalwerten auf den Steuerleitungen 300, 301 und 302 wird entweder die Torschaltung G oder die Torschaltung G zur Steuerung der Weiterleitung der Information zu einer bestimmten Substitutionseinheit S_Q oder S betätigt. Jede Substitutionseinheit besteht aus einem Decodierund einem Codierteil, wobei eine zufällige Verbindung zwischen

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den Ausgängen der Decodiereinrichtung und den Eingängen der Codiereinrichtung besteht. Durch dieses einfache Gerät ist es möglich, eine aus 2ⁿi möglichen Permutationen für n. Eingangsleitungen zu entwickeln. Die Substitution, die von den Einheiten S und S ausgeführt wird, bewirkt eine nichtlineare Transformation der Ausgangssignale der Zerhackereinrichtung 30.

Die Ausgänge der Einheiten S und S , die in Vierergruppen 200, 201, 202, 203, 204, 205 und 206 angeordnet sind, sind mit einem sogenannten Diffusor 34 verbunden, der eine lineare Transformation der binären Signalpegel am Eingang ausführt und das Muster von Einsen und Nullen abhängig von der Verbindung zwischen dem Eingang und Ausgang des Diffusors 34 umordnet. Die Ausgangssignale des Diffusors 34, die auf den Ausgangsleitungen 225 bis erscheinen, werden einer Reihe von Modulo-2-Addierwerken zugeführt, die eine Antivalenzverknüpfung zwischen den Signalen auf den Ausgangsleitungen des Diffusors 34 und den binären Werten durchführen, die von der Schlüsseleffekt-Weiterleiteinrichtung abgeleitet sind und auf den Leitungen 251 bis 274 erscheinen. Jedes Ausgangssignal des Modulo-2-Addierwerkes wird dann über die Leitungen 275 rückgekoppelt, um den Modulo-2-Addierwerken der oberen Speicherelemente 41 bis 64 der Zerhackereinrichtung 30 zugeführt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt die Zerhackereinrichtung 30 eine Reihe von Verschiebungen in jedem der zweistufigen Schieberegister, abhängig von den binären Signalwerten, die von der Schlüsseleffekt-Weiterleiteinrichtung 100 mittels der Steuerleitungen der Zerhackereinrichtung weitergeleitet werden. Im Anschluß an das durch die Zerhackereinrichtung 30 vorgenommene Zerhacken hat das Verschlüsselungssystem einen ersten Umlauf der Verschlüsselung beendet. Für nachfolgende Umläufe wird der Inhalt jedes der zyklischen Schlüssel-Untergruppenregister 350, 351 und 352 um eine Bitstelle verschoben. Daher sind am Ende von acht Verschlüsselungsumläufen die Daten in jedem der Untergruppen-Verschlüsselungsregister 350, 351 und 352 identisch mit denen, die in diesen Registern zu Beginn des Ver-

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SchlüsselungsVerfahrens erschienen. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein Verschlüsselungsgerät mit mehr oder weniger Umläufen zu betreiben und dadurch verschiedene Umordnungen der Information zu erzielen und damit die Wahrscheinlichkeit dafür zu ändern, daß die Verschlüsselung aufgebrochen wird.

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Claims

- 16 PATENTANSPRUCH _E

lJ Verfahren zur in mehreren Stufen erfolgenden Ver- und Entschlüsselung binärer Datenblöcke, die in einem Datenverarbeitungsnetzwerk zwischen einzelnen Teilnehmern zugeordneten Datenstationen und einer zentralen Verarbeitungseinheit zu übertragen sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

Gliedern eines Stromes zu übertragender binärer Daten in Datensegmente (A, B, C,- Fig. 1) ,

Eingeben des ersten Datensegmentes in ein Verschlüsselungsgerät (22) für blockweises Verschlüsseln zum Erzeugen eines verschlüsselten Blocks,

Speichern eines Teiles des verschlüsselten Blocks und Zusammenfassen mit einem Teil eines nachfolgenden Datensegments zur Bildung eines zusammengesetzten Datenblocks, Eingeben des zusammengesetzten Datenblocks in das Verschlüsselungsgerät zum Erzeugen eines zusammengesetzten verschlüsselten Blocks,

übertragen und Entschlüsseln des zusammengesetzten verschlüsselten Blocks und Erzeugen weiterer zusammengesetzter verschlüsselter Blöcke aus den Datensegmenten, bis der Datenstrom verbraucht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlüsseln eines Blocks unter Steuerung durch eine Kombination von Binärziffern erfolgt, die einem bestimmten Teilnehmer eindeutig als Schlüssel zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlüsseln eines Blocks unter Steuerung durch eine Kombination von Binärsiffern erfolgt, die einen Block bilden _f der z\x jedem Seitpunkt eine zufällige Anordnung von Einsen und !Mullen ist.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das blockweise Verschlüsseln abwechselnd unter Steuerung durch einen Teilnehmerschlüssel und durch eine zufällige Kombination von binären Einsen und Nullen erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zufällige Kombination von Binärziffern auch mit Teilen der Datensegmente zur Erzeugung der zusammengesetzten verschlüsselten Blöcke kombiniert wird.