DE19530393A1

DE19530393A1 - Vocoder coding-decoding method esp. for analogue and digital communications signals

Info

Publication number: DE19530393A1
Application number: DE1995130393
Authority: DE
Inventors: Antonius Dr Rer Nat Klingler
Original assignee: PORTZ MICHAEL DR
Current assignee: PORTZ MICHAEL DR
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1997-02-20

Abstract

The method is based on deterministically generating noise from a transmitter to a receiver via a communications channel e.g. telephone, radio link, magnetic tape. Each apparatus on the transmitter and receiver side generates identical noise signals. The first useful signal is coded for transmission, and the received signal is decoded with the same noise. The useful signals take the form of a train of numerical values of a discrete, or continuous intervals. The noise signals are available in similar form for the interval. The useful signal and noise signal numerical values are specified. The (de)coding is carried out by addition and subtraction, respectively.

Description

TECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vocoderlosen Ver- und Entschlüsselung von analogen und digitalen Kommunikationssignalen auf der Basis deterministisch erzeug ten Rauschens.The invention relates to a method for vocoderless encryption and decryption of Generate analog and digital communication signals based on determinism th noise.

Wesentlich dabei ist, daß es sich um ein Verfahren zur wirklichen Verschlüsselung (engl. "encryption") und nicht nur zur Verschleierung (engl. "scrambling") der Signale handelt. Verschlüsselte Signale sind beim Einsatz von kryptologischen Methoden (DES, IDEA, SAFER o. ä.) nach heutigem Stand der Technik durch unbefugte Dritte praktisch nicht zu rekonstruieren [Beut 93]. Selbst bei gleichzeitigem Einsatz aller auf der Welt verfügbaren Rechner würde eine solche Rekonstruktion mehrere Tausend Jahre in Anspruch nehmen. Verschleierte Signale hingegen [NEC 91] können üblicher weise mit geringem technischem Aufwand in kurzer Zeit auch durch unbefugte Dritte rekonstruiert werden.It is essential that this is a method for real encryption (English "encryption") and not just for the "scrambling" of the signals acts. Encrypted signals are when using cryptological methods (DES, IDEA, SAFER or similar) according to the current state of the art by unauthorized third parties practically impossible to reconstruct [booty 93]. Even when everyone is using it at the same time Such a reconstruction would be several thousand in the world Take years. Concealed signals, on the other hand, can be more common wise with little technical effort in a short time even by unauthorized third parties be reconstructed.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß die Begriffe "Verschlüsselung" bzw. "Ver schleierung" nicht in allen Veröffentlichungen hinreichend genau unterschieden wer den. Generell kann man festhalten, daß bisher bekannte Verfahren nur dann eine wirkli che Verschlüsselung realisieren, wenn die verschlüsselten Kommunikationssignale digi tal übertragen werden können. Dies macht beispielsweise bezogen auf die Sprachver schlüsselung den Einsatz von ausgesprochen aufwendigen Techniken, wie Vocodern, zwingend erforderlich.It should be noted that the terms "encryption" and "Ver veil "not sufficiently differentiated in all publications the. In general, it can be said that previously known methods are only effective Realize encryption when the encrypted communication signals digi valley can be transferred. This makes, for example, related to Sprachver the use of extremely complex techniques, such as vocoders, absolutely necessary.

Diese Einschränkung entfällt bei Einsatz des nachstehend beschriebenen Verfahrens.This limitation does not apply when using the procedure described below.

STATE OF THE ART

In der US-PS 5,008,937 wird ein verschleiertes Kommunikationssystem beschrieben, das adaptive Transversalfilter zur Entschlüsselung des empfangenen Signals verwen det.A disguised communication system is described in US Pat. No. 5,008,937. use the adaptive transversal filter to decrypt the received signal det.

In der US-PS 4,841,571 wird ein durch Verschlüsselung geschütztes Signal-Übertra gungssystem beschrieben, bei dem ein analoges Nutzsignal digitalisiert und verschlüs selt und ein analoges Fehlersignal, das den Digitalisierungsfehler darstellt, einem Sen dersignal aufmoduliert. Am Empfangsort wird nach Demodulation das digitalisierte Nutzsignal entschlüsselt und analogisiert und anhand des analogen Fehlersignals das ursprüngliche Signal wiederhergestellt.US Pat. No. 4,841,571 describes a signal transmission protected by encryption described system in which an analog user signal is digitized and encrypted and an analog error signal that represents the digitization error, a sensor the signal is modulated. After demodulation, the digitized is received at the receiving location The user signal is decrypted and analogized, and based on the analog error signal original signal restored.

In der US-PS 4,747,137 wird ein durch Permutation arbeitender Sprachverschlüssler offenbart, bei dem durch orthogonale Transformation eines Zeit-Domain-Signals ein Frequenzspektrum erhalten wird und in mehrere Blöcke aufgeteilt wird. Ein Block mit Energie geringer als ein bestimmter Wert wird durch ein Dummy-Spektrum ersetzt und das sich ergebende Spektrum nach vorbestimmter Regel neu angeordnet. Zur Über tragung wird das Spektrum durch inverse orthogonale Transformation in den Zeit- Domain-Bereich zurückverwandelt.In US Pat. No. 4,747,137 a voice encryptor working by permutation is described discloses in which by orthogonal transformation of a time domain signal Frequency spectrum is obtained and divided into several blocks. A block with Energy less than a certain value is replaced by a dummy spectrum and the resulting spectrum rearranged according to a predetermined rule. About the spectrum is carried by inverse orthogonal transformation in the time Domain area converted back.

Die US-PS 4,827,507 beschreibt einen analogen Frequenzumsetzer-Verschlüssler, bei dem ein Austausch von eingefügten Zufallszahlen stattfindet.US Pat. No. 4,827,507 describes an analog frequency converter encryptor, at an exchange of inserted random numbers takes place.

Die US-PS 4,663,501 beschäftigt sich mit selbst-synchronisierenden Entschlüsslern, die eine einfache Implementierung durch Halbleiterchips ermöglichen.The US-PS 4,663,501 deals with self-synchronizing decryptors, which enable simple implementation using semiconductor chips.

In der US-PS 4,683,586 wird ein Verschlüsselungssystem für Tonfrequenzsignale be schrieben, das ein Zeit-Basis-Kompressions und Dekompressionssystem verwendet und zwischen Zeitsegmenten eine Markierung überträgt.In US-PS 4,683,586 an encryption system for audio frequency signals is wrote that uses a time-based compression and decompression system and transmits a marker between time segments.

Die US-PS 4,608,456 setzt ein analoges Tonsignal in ein digitales Signal um und kom primiert dieses zu einem Vorzeichen-Bit, drei Exponenten-Bits und sieben Mantissen-Bits, welche Bits dann verschlüsselt werden.The US-PS 4,608,456 converts an analog audio signal into a digital signal and com primes this to a sign bit, three exponent bits and seven mantissa bits, which bits are then encrypted.

Die US-PS 4,560,832 beschäftigt sich mit einem schnurlosen Telefonsystem, bei dem Ruf-Signale und Tonsignale von der Basis-Station zur entfernten Station (und in umge kehrter Richtung) digitalisiert und verschlüsselt werden gemäß einem Pseudo-Zufalls-Code, um so unbefügtes Mithören zu unterbinden.The US-PS 4,560,832 deals with a cordless telephone system in which Call signals and sound signals from the base station to the remote station (and in vice versa reverse direction) are digitized and encrypted according to a pseudo-random code, so as to prevent unauthorized listening.

Die US-PS 4,434,323 beschreibt ein Verfahren zur Synchronisation der Verschlüsse lungssequenzen.US Pat. No. 4,434,323 describes a method for synchronizing the closures sequences.

Mit einem ähnlichen Thema beschäftigt sich auch die US-PS 5,392,354.US Pat. No. 5,392,354 also deals with a similar topic.

In der US-PS 5,361,302 wird ein Verfahren zur Verkopplung einer verschlüsselten Zwei-Wege-RF-Übertragungsstrecke mit einer verschlüsselten Landleitungs-Kommu nikationseinheit beschrieben, wobei es um das Problem der Kryptographie bei stark gestörten oder schlechten Übertragungskanälen geht.US Pat. No. 5,361,302 describes a method for coupling an encrypted Two-way RF transmission link with an encrypted landline commu nication unit described, it deals with the problem of cryptography at strong disturbed or bad transmission channels.

Die US-PS 5,335,279 beschäftigt sich mit verschlüsselten schnurlosen Telefonanlagen, bietet aber wenig Sicherheit gegen Abhören.US Pat. No. 5,335,279 deals with encrypted cordless telephone systems, but offers little security against eavesdropping.

Auch bei der US-PS 5,297,203 geht es um schnurlose Telefone und um Einrichtungen, um das Mithören zu unterbinden.U.S. Patent No. 5,297,203 is also about cordless phones and facilities, to stop listening.

In der US-PS 5,278,907 geht es um eine zelluläre Telefonanordung und der Verschlüs selung der Signale, wobei die Druckschrift ausführlich die damit im Zusammenhang auftretenden Probleme schildert, ohne sie jedoch befriedigend lösen zu können. US Pat. No. 5,278,907 is concerned with a cellular telephone arrangement and the locks selung of the signals, the document in detail the related problems that occur without being able to solve them satisfactorily.

Es finden sich zahlreiche weitere Literaturangaben in dieser Druckschrift.There are numerous other references in this publication.

Schließlich sei noch auf die US-PS 5,392,355 hingewiesen, die sich auch mit Telefon anlagen und deren Abhörsicherheit beschäftigt.Finally, reference should be made to US Pat. No. 5,392,355, which also deals with telephone systems and their security against eavesdropping.

In der Zeitschrift ELRAD, 1994, Heft 8, S. 28-32, findet sich ein Artikel von. B. Wir nitzer u. a. über adaptive Filter in Telefonnetzen.In the magazine ELRAD, 1994, issue 8, pp. 28-32, there is an article by. B. We nitzer u. a. via adaptive filters in telephone networks.

Max Perner beschreibt in FA (Funkamateur) 3/95, S. 240-243 ebenfalls Filter verschie dener Art zur Digital-Signal-Verarbeitung, insbesondere zur Geräusch-Unterdrückung.Max Perner also describes various filters in FA (Funkamateur) 3/95, pp. 240-243 their kind for digital signal processing, in particular for noise suppression.

Adaptive Filter beschreibt schließlich auch Sen Kuo u. a. in einem Artikel mit der Be zeichnung "An Implementation of Adaptive Filters with TMS320C25 or the TMS320C30".Finally, adaptive filters also describe Sen Kuo u. a. in an article with the Be drawing "An Implementation of Adaptive Filters with TMS320C25 or the TMS320C30 ".

Allgemein ist zu sagen, daß die bisher verwendeten Verschlüsselungssysteme sehr ge räteaufwendig und damit teuer sind. Diese sind im Militärbereich, bei Behörden und Nachrichtendiensten noch tragbar, im Geschäftsverkehr oder gar für einzelne, private Anwender jedoch nicht.In general, it can be said that the encryption systems used to date are very ge are complex and therefore expensive. These are in the military, with authorities and Intelligence services still portable, in business or even for private individuals However, users do not.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit weniger Aufwand realisiert werden kann und gleichwohl sicher ist. Des weiteren sollte das Verfahren auch für analoge Signale geeignet sein, etwa zur Anwendung auf solchen Strecken, wo keine digitale Übertragung erlaubt oder tech nisch möglich ist. Auf die Anwendung von Vocodertechnik soll verzichtet werden, was insbesondere von Vorteil ist, wenn asiatische Sprachen verschlüsselt werden, die häu fig aufgrund ihrer besonderen Struktur zu Problemen geführt hatten. Im übrigen sind fast alle bisher verwendeten, mit Vocoder arbeitenden Verfahren ungeeignet bei der Übertragung von FAX-Signalen über das Telefonnetz. Die bei der Vocodertechnik durchgeführte Extraktion von Sprachmerkmalen ist zudem mit großem Geräteaufwand verknüpft.The object of the invention is to provide a method according to the type mentioned create that can be realized with less effort and is nevertheless safe. Furthermore, the method should also be suitable for analog signals, for example for Use on routes where digital transmission is not allowed or tech nisch is possible. What should be done without the use of vocoder technology It is particularly advantageous if Asian languages are encrypted that often fig had caused problems due to their special structure. For the rest are Almost all of the previously used methods using vocoder are unsuitable for the Transmission of FAX signals over the telephone network. The one with vocoder technology performed extraction of language features is also with a lot of equipment connected.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.The task is solved by the characteristic features of the main claim.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren dargestellt sind.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments which are shown in the figures.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 anhand einer schematischen Darstellung die grundsätzliche Arbeitsweise des er findungsgemäßen Verfahrens; Fig. 1 with reference to a schematic view of the basic operation of he inventive method;

Fig. 2 anhand einer schematischen Darstellung die Verschlüsselung und anschließende digitale bzw. analoge Übertragung eines Nutzsignals; Fig. 2 is based on a schematic representation of the encryption and subsequent digital or analog transmission of a desired signal;

Fig. 3 anhand einer schematischen Darstellung die Entschlüsselung (mit Prädiktion) eines empfangenen analogen oder digitalen Signals; Fig. 3 based on a schematic representation of the decryption (predictive) of a received analog or digital signal;

Fig. 4 bzw. Fig. 4a jeweils eine Kurvendarstellung eines Eingangssignals mit Abta stungen; Fig. 4 and Fig. 4a each show a curve of an input signal with Abta stungen;

Fig. 5 bzw. Fig. 5a eine Kurvendarstellung eines Rauschsignals mit Abtastungen; Figure 5 is a graph or 5a with a noise signal samples..;

Fig. 5a das Rauschsignal der Fig. 5, ergänzt durch komplementäre Werte der Abta stungen; Fig. 5a, the noise signal of Figure 5, supplemented by complementary values of the Abta stungen.

Fig. 6 das verschlüsselte Signal gemäß einer ersten Verschlüsselungsweise; Fig. 6 is the encrypted signal according to a first encryption means;

Fig. 6a das gleiche verschlüsselte Signal gemäß einer zweiten Verschlüsselungsweise; FIG. 6a, the same encrypted signal according to a second encryption manner;

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Prädiktion; Figure 7 is a diagram for explaining the prediction.

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Entschlüsselung; Fig. 8 is a diagram for explaining the decoding of the invention;

Fig. 9 die Prädiktion mit Störabstand; und Fig. 9 with the prediction signal to noise ratio; and

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Anordnung, mit der eine digitale Ent schlüsselung mit Prädiktion durchgeführt werden kann. Fig. 10 is a schematic representation of an arrangement with which a digital Ent decryption can be performed with prediction.

BEST WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

1. In a procedure for encryption and decryption of analog and digi tal communication signals based on deterministically generated noise First the concept of encryption (English encryption) strictly from the concept of To delineate disguise (English scrambling). An encrypted signal is without Knowledge of the so-called key code only through an immense computing effort to decrypt again. According to the book "Krytologi" by Albrecht Beutelspacher, 3rd edition 1993, Vieweg publishing house (hereinafter referred to as [Beut 93]) is based on this get that for recognized encryption procedures (DES = Data Encryption Stan dard, see [Beut 93], p. 30; IDEA) such an attempt to decrypt the years would require long use of high-performance computers and thus under practical aspects is impracticable. The veiling, however, causes only that a communication signal cannot be understood without further aids is. The removal of the veil is easy with little technical effort to accomplish known methods. A signal obscured by noise ([NEC 91], see literature at the end of the description) can for example can be unveiled again by using an anti-noise filter [Funk 95].

1.1 The above procedure is particularly in the following conditions can be used with advantage

a) Existing communication path consisting of transmitter (e.g. telephone, radio the, device for recording sound, image or data signals), communication channel (e.g. radio connection, telephone line, magnetic tape) and one or more emp catch (e.g. telephone, radio receiver, device for the reproduction of sound, picture or Da signals).
b) an existing facility on the part of the sender and the recipient for generating deterministic noise signals. Both facilities must be in the Be able to generate the same noise signal, taking up the problem of synchro nization of both noise sources using the approach described here (Section 2.4) or another method can be solved. The deterministic noise can be represented by an analog or digital signal. For the determi nistic noise signals have numerous known approaches (e.g. Cryptological algorithms that can generate deterministic random numbers like DES or IDEA [Beut 93]).

1.2 Principle of operation of the procedure

Das Verfahren verknüpft das für den Sender bestimmte Signal (z. B. Sprache, Bild/Tonsignale aller Art oder digitale Daten) mit dem lokal erzeugten deterministi schen Rauschsignal, bevor es auf den Kommunikationskanal gelangt. Das auf diese Weise verschlüsselte Signal gelangt über den Kommunikationskanal zum Empfänger und wird dort durch eine zweite Verknüpfung mit dem gleichen Rauschsignal wieder entschlüsselt (siehe Fig. 1). Das hier beschriebene Verfahren ist im wesentlichen durch die Art dieser beiden Verknüpfungen bestimmt.The method links the signal intended for the transmitter (e.g. voice, image / sound signals of all kinds or digital data) with the locally generated deterministic noise signal before it reaches the communication channel. The signal encrypted in this way reaches the receiver via the communication channel and is decrypted there again by a second link with the same noise signal (see FIG. 1). The method described here is essentially determined by the type of these two links.

1.3 Encryption (part of the procedure on the transmitter side)

Im folgenden werden das für den Sender bestimmte sowie alle übrigen Signale als eine Folge von Zahlenwerten eines diskreten oder kontinuierlichen Bereichs betrachtet. Un ter Einbeziehung allgemein bekannter Grundsätze der Nachrichtentechnik, insbesonde re des Shannon′schen Abtasttheorems [Lüke 83] gelten die dabei gemachten Aussagen sowohl für digitale als auch für analoge Signale, da jedes frequenzbegrenzte analoge Signal eindeutig durch eine entsprechende Zeichenfolge repräsentiert werden kann.In the following the intended for the transmitter as well as all other signals as one Sequence of numerical values of a discrete or continuous range considered. Un ter incorporation of generally known principles of telecommunications, in particular right of Shannon's sampling theorem [Lüke 83] the statements made apply for both digital and analog signals, since each frequency-limited analog Signal can be clearly represented by an appropriate string.

Sei in diesem Sinne das für den Sender bestimmte Signal beispielsweise durch Werte s_i aus dem Intervall [-1,1) und das Rauschsignal durch Werte r_i aus dem Intervall [-1,1) gegeben. Für jedes i = 1 . . . ist dann die Verknüpfung von s_i und r_i zum verschlüsselten Signal v_i folgendermaßen definiert:In this sense, let the signal intended for the transmitter be given, for example, by values s _i from the interval [-1.1) and the noise signal by values r _i from the interval [-1.1). For every i = 1. . . the combination of s _i and r _i to the encrypted signal v _i is then defined as follows:

v_i = s_i + r_i, falls -1 = < s_i + r_i < 1
vi = (s_i + r_i) + 2, falls s_i + r_i < -1
v_i = (s_i + r_i)-2, falls s_i + r_i < = 1v _i = s _i + r _i if -1 = <s _i + r _i <1
vi = (s _i + r _i ) + 2 if s _i + r _i <-1
v _i = (s _i + r _i ) -2 if s _i + r _i <= 1

Das verschlüsselte Signal nimmt also wiederum Werte v_i des Intervalls [-1,1) an (siehe Fig. 4, 5 und 6). Die wesentliche Eigenschaft dieser modifizierten Additionsoperation besteht darin, daß sich die Eigenschaft der Zufälligkeit, die wir für das Rauschsignal r_i voraussetzen können, auf das Resultat v_i überträgt. Unabhängig von s_i ist jedes Resul tat v_i gleich wahrscheinlich, falls (wie vorausgesetzt) der Wert von r_i (gleichverteilt-) zufällig ist. Es ist also nicht möglich, von v_i auf das ursprüngliche Signal s_i zu schließen, ohne den Wert r_i zu kennen, der zur Verschlüsselung benutzt wurde.The encrypted signal therefore again assumes values v _{i of} the interval [-1.1) (see FIGS. 4, 5 and 6). The essential property of this modified addition operation is that the property of randomness, which we can assume for the noise signal r _i , is carried over to the result v _i . Regardless of s _i , any result v _{i is} equally probable if (as provided) the value of r _{i is} (evenly distributed) random. It is therefore not possible to deduce the original signal s _i from v _i without knowing the value r _i that was used for the encryption.

Der wesentliche Nachteil dieses einfachen Verfahrens besteht in seiner Nichtlinearität, d. h., daß sich der Wert von v_i sprunghaft ändert, wenn (s_i + r_i ) im Bereich der Inter vallgrenzen 1 bzw. -1 liegt. Diese Eigenschaft würde eine Nutzung des Verfahrens ins besondere im Zusammenhang mit analogen Kommunikationskanälen praktisch aus schließen.The main disadvantage of this simple method is its non-linearity, ie that the value of v _i changes abruptly when (s _i + r _i ) lies in the range of the interval limits 1 or -1. This property would practically preclude the use of the method, in particular in connection with analog communication channels.

Die folgende Modifikation liefert die Voraussetzung für eine Linearisierung des Ver fahrens, welche die Verschlüsselungseigenschaft nicht beeinflußt. Dazu wird zu jedem Zufallswert r_i aus dem Intervall [-1,1) ein eindeutig bestimmter komplementärer Wert r_i′ wie folgt definiert:The following modification provides the prerequisite for a linearization of the method, which does not affect the encryption property. For this purpose, for each random value r _i from the interval [-1.1), a clearly determined complementary value r _{i ′} is defined as follows:

sgn(r_i′) = - sgn(r_i)
|r_i′| = 2-|r_i|sgn (r _{i ′} ) = - sgn (r _i )
| r _{i ′} | = 2- | r _i |

Der komplementäre Wert r_i′ kann nun bei der Verschlüsselungsoperation immer dann eingesetzt werden, wenn (s_i + r_i) die Grenzen des Intervalls [-1,1) überschreitet. Die modifizierte Verknüpfungsvorschrift lautet somit:The complementary value r _{i '} can now be used in the encryption operation whenever (s _i + r _i ) exceeds the limits of the interval [-1.1). The modified linking rule is therefore:

v_i = s_i + r_i, falls -1 = < s_i + r_i < 1
v_i = s_i + r_i′, sonstv _i = s _i + r _i if -1 = <s _i + r _i <1
v _i = s _i + r _{i ′} , otherwise

Es ist zu beachten, daß diese modifizierte Verknüpfungsvorschrift genau die gleichen Werte liefert wie die zuerst eingeführte und damit in identischer Weise eine Verschlüs selung der s_i bewirkt (siehe Fig. 4a, 5a und 6a). Dies ist der Fall, obwohl die zur Ver schlüsselung benutzten Werte r_i bzw. r_i′ jetzt vom zu verschlüsselnden Wert s_i abhän gig sind!It should be noted that this modified linking rule provides exactly the same values as the first one introduced and thus effects an encryption of the s _i in an identical manner (see FIGS . 4a, 5a and 6a). This is the case, although the values r _i or r _{i ′ used} for encryption are now dependent on the value s _i to be encrypted!

Eine Linearisierung des Verfahrens läßt sich erreichen, indem mit jedem v_i zusätzlich die Information übertragen wird, ob bei dessen Berechnung r_i oder sein komplementä rer Wert r_i′ verwendet wurde. Welcher der beiden in der Verknüpfungsvorschrift auf tretenden Fälle für ein bestimmtes v_i relevant ist, ist durch diese Information eindeutig festgelegt, so daß eine lineare Beziehung zwischen v_i und den beiden bei der Berech nung verwendeten Summanden s_i und r_i (bzw. r_i′) besteht.A linearization of the method can be achieved by additionally transmitting the information with each v _i as to whether r _i or its complementary value r _{i 'was} used in its calculation. Which of the two in the linking rule is relevant for a particular v _i is clearly defined by this information, so that a linear relationship between v _i and the two summands s _i and r _i used in the calculation (or r _{i ′} ) exists.

1.4 Decryption (part of the procedure on the recipient side)

Die Entschlüsselung wird durch eine der Verschlüsselungsoperation zugeordneten Um kehroperation bewirkt. Empfängerseitig liegen dazu das empfangene verschlüsselte Signal v_i und der identische bereits bei der Verschlüsselung eingesetzte Zufallswert r_i vor. Entsprechend der nicht-linearen Verschlüsselungsoperation kann auch die Ent schlüsselung nicht-linear durch die entsprechende Subtraktion der r_i realisiert werden:The decryption is effected by a reverse operation assigned to the encryption operation. For this purpose, the received encrypted signal v _i and the identical random value r _i already used for the encryption are present on the receiver side. Corresponding to the non-linear encryption operation, the decryption can also be implemented non-linear by the corresponding subtraction of the r _i :

s_i = v_i - r_i, falls -1 = < v_i + r_i < 1
s_i = (v_i - r_i) + 2, falls v_i - r_i < -1
s_i = (v_i - r_i)-2, falls v_i - r_i < = 1s _i = v _i - r _i if -1 = <v _i + r _i <1
s _i = (v _i - r _i ) + 2 if v _i - r _i <-1
s _i = (v _i - r _i ) -2 if v _i - r _i <= 1

Wie aber bereits im Zusammenhang mit der Verschlüsselung erwähnt wurde, ist dieses direkte Verfahren vor allem bei analoger Übertragung von geringer praktischer Bedeu tung, da bereits beliebig kleine Fehler bei der Übertragung von v_i den für die Fallunter scheidung bestimmenden Term (v_i - r_i) verfälschen und zu sprunghaften Änderungen des berechneten s_i führen können.However, as already mentioned in connection with encryption, this direct method is of little practical importance, especially for analogue transmission, since arbitrarily small errors in the transmission of v _i the term determining the case distinction (v _i - r _i ) falsify and lead to abrupt changes in the calculated s _i .

Beim linearisierten Verfahren kann vorausgesetzt werden, daß neben v_i und r_i auch die Information vorliegt, ob r_i oder das entsprechende Komplement r_i′ zur Verschlüsse lung eingesetzt wurde. Daraus folgt die beim Empfang zu verwendende Verknüpfungs vorschrift:In the linearized method it can be assumed that in addition to v _i and r _{i there is} also information as to whether r _i or the corresponding complement r _{i 'was used} for the encryption. From this follows the linking rule to be used when receiving:

s_i = v_i - r_i, falls r_i verwendet wurde
s_i = v_i - r_i′, falls r_i′ verwendet wurde.s _i = v _i - r _i if r _{i was} used
s _i = v _i - r _{i ′} if r _{i ′ was} used.

Die Problematik der automatischen Unterscheidung dieser beiden Fälle beim Empfang des verschlüsselten Signals wird im nachfolgenden Abschnitt 2.2 behandelt.The problem of automatically distinguishing between these two cases on receipt of the encrypted signal is dealt with in section 2.2 below.

2.0 Technical implementation of the process

Dieser Abschnitt beschreibt Lösungen für die vier hinsichtlich der technischen Realisie rung des Verfahrens entscheidenden Problemkreise. Dies sind im einzelnen:This section describes solutions for the four in terms of technical realism of the procedure crucial problem areas. In detail, these are:

1. The technical implementation of the encryption operation
2. Linearization through prediction
3. The technical implementation of the decryption operation
4. The synchronization of transmitter and receiver

2.1 Technical implementation of encryption

Eine technische Umsetzung der in Abschnitt 1.3 eingeführten Verknüpfung von Eingangs- und Rauschsignal kann in gleicher Weise durch analoge und/oder digitale Komponenten erfolgen. Das i.a. in digitaler Form vorliegende deterministische Rausch signal kann dazu durch einen Digital/Analog-Wandler in analoge Form überführt und durch übliche Analogrechner-Komponenten (z. B. Operationsverstärker) in der be schriebenen Weise verknüpft werden.A technical implementation of the linking of Input and noise signals can be processed in the same way by analog and / or digital Components are done. The i.a. deterministic intoxication in digital form For this purpose, signal can be converted into analog form by a digital / analog converter through conventional analog computer components (e.g. operational amplifiers) in the be linked way.

Die hinsichtlich der allgemeinen technischen Entwicklung bedeutendere Variante stellt aber zweifellos die vollständig digitale Realisierung dar. Dazu ist wiederum i.a. zu nächst eine Analog/Digital-Wandlung des Eingangssignals s_i notwendig, das dann mit tels üblicher Digitalrechner-Komponenten mit dem Rauschsignal verknüpft wird. Lie gen die digitalen Werte als vorzeichenbehaftete sogenannte 2er-Complement-Zahlen vor, so reicht ein einziger Rechenschritt eines binären Addierwerks aus, um die in 1.3 beschriebene Verknüpfung auszuführen (siehe [Oberschelp 93]). Soll eine Übertragung über einen analogen Kommunikationskanal (Telefon etc.) stattfinden, so muß eine ab schließende Digital/Analog-Wandlung des Ergebnisses vorgenommen werden (siehe Fig. 2).The variant that is more important in terms of general technical development is undoubtedly the completely digital implementation. To do this, an analog / digital conversion of the input signal s _i is generally necessary, which is then linked to the noise signal using conventional digital computer components. If the digital values are available as so-called 2's complement numbers, a single calculation step of a binary adder is sufficient to carry out the link described in 1.3 (see [Oberschelp 93]). If a transmission via an analog communication channel (telephone, etc.) is to take place, then a final digital / analog conversion of the result must be carried out (see FIG. 2).

Die in 1.3 eingeführte Verknüpfung auf der Basis einer Addition kann durch eine ent sprechende subtraktive Verknüpfung ersetzt werden, wenn die Empfängerseitigen Ver knüpfungen analog dazu in Additionen umgewandelt werden.The link introduced in 1.3 based on an addition can be replaced by an ent speaking subtractive link are replaced if the recipient Ver links can be converted into additions analogously.

2.2 Linearization through prediction

Um eine Linearisierung des Verfahrens zu erreichen, ist es lediglich notwendig, eine binäre Entscheidung über die Verwendung von r_i bzw. r_i′ zu treffen. Dazu wird in der sogenannten Prädiktionsstufe zunächst probeweise r_i für die Entschlüsselung benutzt, d. h. es wird der Wert (v_i - r_i) bestimmt (siehe Fig. 7). Wurde bei der Verschlüsselung tatsächlich r_i verwendet, so muß der Betrag |v_i - r_i| kleiner oder gleich 1 sein. Dies folgt allein aus der Tatsache, daß der Eingangswert s_i aus dem Intervall [-1,1), seinem gültigen Wertebereich stammen muß. Ist der Wert von |v_i - r_i| hingegen größer als 1, so kann daraus geschlossen werden, daß nicht r_i sondern r_i′ zur Entschlüsselung benö tigt wird (siehe Fig. 8). Daß sowohl |v_i - r_i| als auch |v_i - r_i′| größer bzw. kleiner als 1 sind, ist ausgeschlossen, da |r_i| + |r_i′| = 2.To achieve a linearization of the method, it is only necessary to make a binary decision about the use of r _i or r _{i '} . For this purpose, in the so-called prediction stage, r _{i is} initially used as a test for decryption, ie the value (v _i - r _i ) is determined (see FIG. 7). If r _{i was} actually used for the encryption, the amount | v _i - r _i | be less than or equal to 1. This follows solely from the fact that the input value s _{i must} come from the interval [-1.1), its valid range of values. Is the value of | v _i - r _i | however, greater than 1, so it can be concluded that not r _i but r _{i 'Untitled} Benö for decryption (see Fig. 8). That both | v _i - r _i | as well as | v _i - r _{i ′} | are greater or smaller than 1, it is excluded that | r _i | + | r _{i ′} | = 2.

Bei analogen Übertragungsverfahren ist damit zu rechnen, daß der verschlüsselte Wert v_i durch Störungen verändert wird. Um Fehler bei der Prädiktion zu vermeiden, kann der Wertebereich des Eingangssignals s_i auf ein Teilintervall [-a,a) von [-1,1) (d. h. 0<a<1) eingeschränkt werden. Diese Maßnahme hat keinerlei Einfluß auf die Ver schlüsselungseigenschaft des Verfahrens, da diese vollkommen unabhängig von s_i ist. Für die binäre Entscheidung in der Prädiktionsstufe läßt sich so ein entsprechender Störabstand einstellen (siehe Fig. 9).With analog transmission methods, it can be expected that the encrypted value v _{i will} be changed by interference. In order to avoid errors in the prediction, the value range of the input signal s _{i can be} restricted to a partial interval [-a, a) of [-1.1) (ie 0 <a <1). This measure has no influence on the encryption property of the method, since it is completely independent of s _i . A corresponding signal-to-noise ratio can be set for the binary decision in the prediction stage (see FIG. 9).

In diesem Zusammenhang bietet sich die Verwendung eines Kompanders an.In this context, the use of a compander is recommended.

2.3 Technical implementation of the decryption operation

Auf der Grundlage der von der Prädiktionsstufe gelieferten Informationen kann die Entschlüsselung durch Berechnung von |v_i - r_i| bzw. |v_i - r_i′| (erfolgen (siehe Fig. 3). Bei einem analogen Kommunikationskanal können jedoch, ähnlich wie schon im Fall der Prädiktion, Störungen auftreten, die den Wert von v_i verfälschen. Der in v_i enthal tene Anteil des deterministischen Rauschsignals r_i bzw. r_i′ wird damit ebenfalls ver fälscht, so daß eine genaue Rückgewinnung des Eingangssignals s_i durch Subtraktion des unverfälschten r_i bzw. r_i′ nicht mehr möglich ist.Based on the information provided by the prediction level, decryption can be done by calculating | v _i - r _i | or | v _i - r _{i ′} | (done (see FIG. 3). In an analog communication channel, however, similarly as in the case of prediction, interference can occur which falsifies the value of v _i . The proportion of the deterministic noise signal r _i or r contained in v _i _{i '} is thus also falsified, so that an exact recovery of the input signal s _i by subtracting the unadulterated r _i or r _{i' is} no longer possible.

Bestimmte systematische Übertragungsfehler (z. B. Phasenverzerrungen oder Verände rungen des Betragsspektrums von v_i) lassen sich kompensieren, wenn r_i bzw. r_i′ vor der Berechnung von |v_i - r_i| bzw. |v_i - r_i′| durch Filterung den gleichen Veränderungen unterzogen werden, die v_i auf dem Übertragungskanal erfahren hat. Diese Technik ist unter der Bezeichnung "adaptives Filter" bekannt [Stearns 85], und wurde auch bereits zur Verschleierung (Scrambling) von Sprachsignalen durch Rauschen [NEC 91] (nicht aber zu deren Verschlüsselung) eingesetzt. Fig. 10 zeigt eine Anordnung, die sich voll ständig digital, d. h. z. B. als Programm eines digitalen Signalprozessors realisieren läßt. Auf unwesentliche Details, wie z. B. die automatische Verstärkungskontrolle für das empfangene Signal, wurde dabei zugunsten größerer Übersichtlichkeit verzichtet.Certain systematic transmission errors (e.g. phase distortions or changes in the magnitude spectrum of v _i ) can be compensated if r _i or r _{i ′} before the calculation of | v _i - r _i | or | v _i - r _{i ′} | undergo the same changes by filtering that v _i has undergone on the transmission channel. This technique is known under the name "adaptive filter" [Stearns 85], and has also already been used for obscuring (scrambling) speech signals by noise [NEC 91] (but not for encrypting them). Fig. 10 shows an arrangement that can be fully digital, that is, for example, implemented as a program of a digital signal processor. Insignificant details, such as B. the automatic gain control for the received signal was omitted in favor of greater clarity.

Die eigentliche Entschlüsselung findet im adaptiven Filter 2 statt, das das durch komplementierte und unkomplementierte Werte des Rauschgenerators gegebene Si gnal zunächst filtert und dann vom empfangenen Signal subtrahiert.The actual decryption takes place in the adaptive filter 2 , which first filters the signal given by complemented and uncomplemented values of the noise generator and then subtracts it from the received signal.

In analoger Weise rührt das adaptive Filter 1 die Prädiktion aus, nur wird hier statt des Rauschsignals das empfangene Signal gefiltert. Das adaptive Filter 2 versucht dabei die Veränderungen des Rauschanteils im Signal v_i, die durch die Übertragung entstanden sind, so weit wie möglich zu kompensieren, und insbesondere (im Zusammenwirken mit Filter 1, das vor allem für diesen Zweck vorgesehen ist) die Synchronizität zwi schen r_i und v_i herzustellen. Diese Vorgehensweise ist erforderlich, da bei der Prädik tion immer der genaue Wert r_i bearbeitet werden muß, um in der Entscheidungsstufe bestimmen zu können, ob r_i zu komplementieren ist oder nicht. Der Wert r_i würde durch eine Filterung verändert und könnte so das Ergebnis der Prädiktion in Frage stel len. Das empfangene Signal wird durch die Verzögerungsstrecke des adaptiven Filters geleitet und gelangt so verzögert aber unverändert in das adaptive Filter 2 zur Ent schlüsselung. Diese Verzögerung ist notwendig, da dem adaptiven Filter 2 zur Ent schlüsselung eines Wertes v_i nicht nur der zugehörige Wert r_i zur Verfügung stehen muß, sondern auch eine Anzahl von Nachfolgewerten (r_i+1, r_i+2, . . . ) und Vorgängerwer ten (r_i-1, r_i-2, . . . ). Die Filteranordnungen der beiden adaptiven Filter sollten daher in etwa gleich groß sein.The adaptive filter 1 carries out the prediction in an analogous manner, only the received signal is filtered here instead of the noise signal. The adaptive filter 2 tries to compensate as much as possible for the changes in the noise component in the signal v _i that have arisen from the transmission, and in particular (in cooperation with filter 1 , which is primarily intended for this purpose) the synchronicity between to produce r _i and v _i . This procedure is necessary because the exact value r _i must always be processed in the prediction in order to be able to determine in the decision stage whether r _{i is} to be complemented or not. The value r _i would be changed by filtering and could thus question the result of the prediction. The received signal is passed through the delay line of the adaptive filter and thus passes unchanged but unchanged into the adaptive filter 2 for decryption. This delay is necessary because the adaptive filter 2 not only has the associated value r _i to decode a value v _i , but also a number of subsequent values (r _{i + 1} , r _{i + 2} ,...) and previous values (r _i-1 , r _i-2 ,...). The filter arrangements of the two adaptive filters should therefore be approximately the same size.

Es ist anzumerken, daß der Adaptionsmechanismus des adaptiven Filters 2 nicht mit den komplementierten Werten des Rauschsignals gespeist werden kann, vielmehr müs sen diese wieder durch die Originalwerte ersetzt werden. Dies ist in der Tatsache be gründet, daß die Adaption der Koeffizienten allein auf der Grundlage des in v_i enthalte nen Rauschanteils stattfinden muß, da allein dieser durch das adaptive Filter entfernt werden soll. Die durch Entscheidungsstufe und Komplementierer vorgenommenen Veränderungen von r_i werden aber auch vom Signalanteil s_i beeinflußt der neben dem Rauschanteil in v_i enthalten ist. Das veränderte Rauschsignal weist damit eine (schwa che) Korrelation zu s_i auf, die dazu führen würde, daß der Adaptionsmechanismus eine (schwache) Tendenz entwickelt neben dem Rauschsignal auch s_i herauszufiltern. Eine Verzerrung des bei der Entschlüsselung zurückgewonnenen Signals s_i wäre die Folge.It should be noted that the adaptation mechanism of the adaptive filter 2 cannot be fed with the complemented values of the noise signal, rather they have to be replaced by the original values. This is due to the fact that the adaptation of the coefficients has to take place solely on the basis of the noise component contained in v _i , since this alone is to be removed by the adaptive filter. The changes in r _i made by the decision stage and complementer are also influenced by the signal component s _i , which is contained in v _{i in} addition to the noise component. The changed noise signal thus has a (weak) correlation to s _i , which would lead to the adaptation mechanism developing a (weak) tendency to filter out s _{i in} addition to the noise signal. The result would be a distortion of the signal s _i recovered during decryption.

2.4 Synchronization of transmitter and receiver

Übliche Techniken der Sender/Empfänger-Synchronisation beruhen auf der Übermitt lung eines Synchronisationssignals, aus dem direkt oder durch Weiterverarbeitung das Taktsignal für den Empfänger gewonnen werden kann. Diese Möglichkeit besteht grundsätzlich auch im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Verfahren. Da für die Übertragung eines expliziten Synchronisationssignals jedoch i.a. ein Teil der Band breite des Kommunikationssignals bzw. ein Teil der verfügbaren Dynamik geopfert werden muß, wurde im Rahmen des hier beschriebenen Verschlüsselungsverfahrens ein Ansatz entwickelt, der eine implizite Synchronisation erlaubt. Dies bedeutet, daß neben v_i kein zusätzliches Signal übertragen werden muß um die Sender/Empfänger-Synchro nisation sicherzustellen.Usual techniques of transmitter / receiver synchronization are based on the transmission of a synchronization signal from which the clock signal for the receiver can be obtained directly or through further processing. In principle, this possibility also exists in connection with the method described here. However, since a part of the bandwidth of the communication signal or a part of the available dynamics generally has to be sacrificed for the transmission of an explicit synchronization signal, an approach was developed within the framework of the encryption method described here which allows implicit synchronization. This means that in addition to v _i no additional signal has to be transmitted to ensure the transmitter / receiver synchronization.

Diese implizite Synchronisation nutzt den Umstand, daß sich die beim Empfang be nutzten adaptiven Filter selbsttätig auf jede lineare Phasenverschiebung zwischen dem empfangenen und dem Rauschsignal einstellen. Der Adaptionsmechanismus des Filters erzeugt im Koeffizientenspeicher (siehe Fig. 10) eine Filterfunktion, die neben den durch den Kommunikationskanal hervorgerufen spektralen Veränderungen bzw. nicht- linearen Phasenverzerrungen auch die linearen Phasenverschiebung, d. h. die Asynchro nität zwischen dem empfangenen und dem Rauschsignal ausgleicht. Dies geschieht, im Rahmen der Genauigkeit der gespeicherten Koeffizienten, stufenlos.This implicit synchronization takes advantage of the fact that the adaptive filters used for reception adjust automatically to any linear phase shift between the received and the noise signal. The adaptation mechanism of the filter generates a filter function in the coefficient memory (see FIG. 10) which, in addition to the spectral changes or non-linear phase distortions caused by the communication channel, also compensates for the linear phase shift, ie the asynchronicity between the received and the noise signal. This is done continuously, within the accuracy of the stored coefficients.

Neben dieser "Feinsynchronisation" wird ein weiterer Synchronisationsmechanismus benötigt, der verhindert, daß die lineare Phasenverschiebung so groß wird, daß sie durch Adaption der Koeffizienten nicht mehr ausgeglichen werden kann. Dies ist durch die Tatsache begründet, daß das eingesetzte Filter nur endliche Ordnung hat, d. h. nur über eine beschränkte Anzahl von Koeffizienten und ebenso viele Stufen in der Verzö gerungsstrecke verfügt. Der Synchronisationspunkt kann also aus dem "Fangbereich" des Filters "herauswandern". Dieses "Wandern" (d. h. Zu-/Abnehmen der linearen Phasenverschiebung) äußert sich im Koeffizientenspeicher des Filters, da der Adap tionsmechanismus die Werte der Koeffizienten ständig der Phasenverschiebung an gleicht. Die durch die Koeffizienten repräsentierte Filterfunktion erfährt dabei eine Verschiebung nach recht oder links.In addition to this "fine synchronization" there is another synchronization mechanism that prevents the linear phase shift from becoming so large that it can no longer be compensated for by adapting the coefficients. This is through justifies the fact that the filter used has only finite order, d. H. just over a limited number of coefficients and as many stages in the delay distance. The synchronization point can therefore be taken from the "capture range" of the filter "wander out". This "wandering" (i.e., increasing / decreasing the linear Phase shift) manifests itself in the coefficient memory of the filter, since the Adap tion mechanism constantly adjusts the values of the coefficients of the phase shift equal. The filter function represented by the coefficients experiences one Right or left shift.

Die Translation der Filterfunktion wird nun durch ein geeignetes mathematisches Ver fahren bestimmt und als Ist-Wert an einen Regelmechanismus weitergegeben. Der Regelmechanismus kann dann durch Beeinflussung des dem System vorgelagerten Analog/Digital-Wandlers dessen Wandlungsrate so steuern, daß keine oder nur eine geringe Translation der Filterfunktion stattfindet.The translation of the filter function is now carried out by a suitable mathematical ver drive determined and passed as an actual value to a control mechanism. Of the Control mechanism can then by influencing the upstream of the system Analog / digital converter control its conversion rate so that no or only one low translation of the filter function takes place.

Das mathematische Verfahren zur Messung der Translation läßt sich sehr einfach reali sieren, wenn Informationen über die Form der im Koeffizientenspeicher vorliegenden Filterfunktion herangezogen werden. So kann beispielsweise der Umstand genutzt werden, daß der Kommunikationskanal und die A/D- bzw. D/A-Wandlung die ur sprüngliche spektrale Bandbreite des Signals v_i reduzieren. Die Filterfunktion hat dann die grundsätzlichen Eigenschaften eines Tief- bzw. Bandpaßfilters und die Translation der Filterfunktion kann anhand der Translation des Maximums der Filterfunktion ge messen werden.The mathematical method for measuring the translation can be realized very easily if information about the form of the filter function present in the coefficient memory is used. For example, the fact that the communication channel and the A / D or D / A conversion reduce the original spectral bandwidth of the signal v _i can be used. The filter function then has the basic properties of a low or bandpass filter and the translation of the filter function can be measured using the translation of the maximum of the filter function.

Es sind jedoch noch weitere Verfahren zur Bestimmung eines "charakteristischen Punktes" der Filterfunktion denkbar auf deren Grundlage sich dann ähnlich verfahren läßt.However, there are still other methods for determining a "characteristic Point "of the filter function is conceivable on the basis of which the procedure is then similar leaves.

3. Literature

[Beut 93] A. Beutelspacher, Kryptologie, Vieweg, 1993
[Funk 95] M.Perner, Das Nf-Filter DSP-59+ in der Praxis, Zeitschrift "Funk Amateur", Ausgabe März 1995, Seiten 240-243
[Lüke 83] H.D. Lüke, Signalübertragung, Springer-Verlag, 1983
[Oberschelp 92] W. Oberschelp, G. Vossen, Rechneraufbau und Rechnerstrukturen, Oldenburg, 1992
[NEC 91] Y. Yamamura et.al. Scrambled Communication System using Adaptive Transversal Filters For Descrambling Received Signals, US. PAT. 5,008,937, 1991
[Stearns 85] S. Stearns, B. Widrow, Adaptive Signal Processing, Prentice-Hall, 1985[Beut 93] A. Beutelspacher, Kryptologie, Vieweg, 1993
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[Stearns 85] S. Stearns, B. Widrow, Adaptive Signal Processing, Prentice-Hall, 1985

INDUSTRIAL APPLICABILITY

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in verschiedenen technischen Bereichen ge werblich anwenden. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz in der Telefontechnik:The inventive method can be used in various technical areas apply for promotional purposes. However, use in telephone technology is particularly advantageous:

1. On the phone, for. B. enables bidirectional operation with two uncorrelated noise signals, the signal v i being masked.
2. The method is particularly robust in telephony technology, because of the adaptive Filters and the stochastic method, which is based on mean values, is an automatic one Synchronization after z. B. Transmission is interrupted.
3. Furthermore, the high security through the use of "real" cryptological Procedure.
4. An overlaid plain text unchanged passes the decryption, z. B. a Ge speak to an antechamber because of the linearity of the procedure.

Claims

1. Method for (vocoderless) encryption and decryption of analog and digital communication signals on the basis of deterministically generated noise, using one from a transmitter (such as a telephone, radio transmitter, device for recording / reproducing sound, image and / or data signals) , Communication channel (such as telephone line, radio link, magnetic tape) and receiver (such as telephone, radio receiver, device for recording / reproducing sound, image and / or data signals) existing communication path
with the following process steps:

a) arranging in each case a device for generating deterministic noise on the part of the transmitter and the receiver, which generate the same noise signals;
b) first linking (encryption) of the signal (useful signal, such as voice, image or sound signals, digital data) intended for transmission by means of a transmitter, communication channel, receiver, with the deterministic noise signal generated locally (at the transmission location);
c) transmitting the linked signal to the receiving location using the transmitter, communication channel and receiver;
d) second linking (decoding) of the received signal with the same deterministic noise signal;

characterized,
that the useful signals are in the form of a sequence of numerical values s _{i of} a discrete or continuous interval, such as [-1.1], or are converted into this (e.g. by scanning),
that the noise signals are in the form of a sequence of numerical values r _{i of} the interval,
that for every i = 1. . . the combination of s _i and r _i to the encrypted signal value v _i is defined as follows: v _i = s _i + r _i , if -1 = <s _i + r _i <1
v _i = (s _i + r _i ) +2 if s _i + r _i <-1
v _i = (s _i + r _i ) -2, if s _i + r _i <= 1 if the interval is defined in the form [-1,1) and the link is made by addition, or a corresponding definition in another selected interval and / or when linked by subtraction.

2. The method according to claim 1, characterized in that for each random value r _i from the interval [-1.1) a clearly determined complementary value r _{i '} is defined as follows: sgn (r _i' ) = -sgn (r _i )
| r _{i ′} | = 2- | r _i | where the complementary value r _{i ′ is} always used if (s _i + r _i ) exceeds the limits of the interval [-1.1), resulting in the modified linking rule: v _i = s _i + r _i if -1 = <s _i + r _i <1
v _i = s _i + r _{i ′} , otherwise

3. The method according to claim 2, characterized in that for linearization with each v _i additionally the information is transmitted as to whether r _{i '} or its complementary value r _{i' was} used in its calculation.

4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the decryption by one of the encryption operation assigned reverse operation is effected.

5. The method according to claim 4, characterized in that the received encrypted values v _i and the random value r _i already used in the encryption (in the case of encryption according to the definition of claim 1 for an interval [-1.1) and with original linkage by Addition) can be linked as follows: s _i = v _i - r _i , if -1 = <v _i + r _i <1
s _i = (v _i - r _i ) +2 if v _i - r _i <-1
s _i = (v _i - r _i ) -2, if v _i - r _i <= 1 or a corresponding link at a different selected interval and / or in the case of an original link by subtraction.

6. The method according to claim 5, characterized in that the linking rule s _i = v _i - r _i , if r _{i was} used
s _i = v _i - r _{i ′} if r _{i ′ was} used.

7. The method according to claim 6, characterized in that the decision on the use of r _i or r _{i 'is} first made on a trial basis and the associated value (v _i - r _i ) is determined (prediction) ( Fig. 7) and checked whether the amount | v _i - r _i | is less than or equal to 1, in which case the choice was correct, while otherwise, if the amount | v _i - r _i | is greater than 1, the value r _{i 'is} used instead of r _i .

8. The method according to claim 7, characterized in that the value range of the input signal s _i to a partial interval, for. B. [-a, a) of [-1.1).

9. The method according to any one of claims 6-8, characterized in that r _i and r _{i '} before the calculation of | v _i - r _i | or | v _i - r _{i ′} | by filtering (e.g. using so-called adaptive filters) the same changes or delays that v _i has experienced on the transmission channel.

10. The method according to claim 9, characterized in that a part of the adaptive filter arrangement (filter 2 ) filters the complemented and uncomplemented values of the noise generator and then subtracts from the received signal, the filter arrangement working digitally and thereby performing the actual decryption in addition to the filtering .

11. The method according to claim 10, characterized in that in the same way another part of the filter arrangement (filter 1 ) executes the prediction, but at the same time filters the received signal instead of the noise signal.

12. The method according to claim 11, characterized in that the received signal by a delay path of the first adaptive filter and then delayed, but otherwise unchanged second adaptive filter for decryption is supplied.

13. The method according to claim 12, characterized in that to control the adaptation mechanism of the second adaptive filter the original values (not the complemented values) are supplied.

14. The method according to any one of claims 1-13, characterized in that for the synchronization of transmitter and receiver Synchronization signal is transmitted from the transmitter to the receiver, from which directly or a clock signal for the receiver is obtained by further processing.

15. The method according to any one of claims 1-13, characterized in that for the synchronization of transmitter and receiver the adaptive filter used at reception is used, which automatically adjusts to the linear phase shift between the received signal and the noise signal.

16. The method according to claim 15, characterized in that in a coefficient memory of the adaptive filter Filter function is generated in addition to those caused by the communication channel spectral changes or non-linear phase distortions also the linear Phase shift (asynchrony between the received signal and the Noise signal) compensates (fine synchronization).

17. The method according to claim 16, characterized in that the linear phase shift of the adaptive filter (translation the filter function) determined by means of a suitable mathematical method and as an actual value is passed on to a regulating mechanism, which in turn is influenced by the the control system upstream analog-digital converter controls its conversion rate so that there is little or no translation of the filter function (Coarse synchronization).

18. The method according to claim 17, characterized in that the mathematical method for measuring translation is realized in that information about the shape of the in the coefficient memory filter function can be used.

19. The method according to claim 18, characterized in that the fact is used that the communication channel and the analog-digital conversion or digital-analog conversion reduce the original spectral bandwidth of the signal v _i , so that the filter function then the basic Has properties of a low or band filter and the translation of the filter function can be measured using the translation of the peak value of the filter function.

20. The method according to any one of claims 1-19, characterized in that the deterministic noise by a digital signal is represented.

21. The method according to claim 20, characterized in that the deterministic noise by deterministic generation generated by random numbers, such as B. using cryptological algorithms such as DES.

22. An apparatus for performing the method according to claim 1, in a device consisting of a transmitter (such as a telephone, radio transmitter, device for recording / reproducing sound, image and / or data signals), communication channel (such as telephone line, radio link, magnetic tape) and receivers (such as telephone, radio transmitter, device for recording / reproducing sound, image and / or data signals), characterized by

a) a device for generating deterministic noise on the transmitter and receiver side, which devices generate the same noise signals,
b) a first linking device (encryptor) receiving the smoke signal and the signal to be transmitted (useful signal) at the transmission location,
c) an arrangement downstream of the encryptor for transmitting the linked signal from the transmitter via the communication channel to the receiver,
d) a second link device (decoder) which receives the received signal and the noise signal of the local device for generating deterministic noise,
e) the useful signal being in the form of a sequence of numerical values s _{i of} a discrete or continuous interval, such as [-1.1), or the useful signal being fed to a scanning device in which it is converted into this form,

and the noise signals are in the form of a sequence of numerical values r _{i of} the interval,
that for every i = 1. . . the combination of s _i and r _i to the encrypted signal value v _i at the above interval is defined as follows: v _i = s _i + r _i , if -1 = <s _i + r _i <1
v _i = (s _i + r _i ) +2 if s _i + r _i <-1
v _i = (s _i + r _i ) -2, if s _i + r _i <= 1 if the interval is defined in the form [-1,1) and the link is made by addition, or a corresponding definition in another selected interval and / or when linked by subtraction.

23. Apparatus according to claim 22, characterized in that the encryptor is designed such that for each random value r _i from the interval [-1.1) a clearly defined complementary value r _{i '} is defined as follows: sgn (r _i' ) = -sgn (r _i )
| r _{i ′} | = 2- | r _i | where the complementary value r _{i ′ is} always used if (s _i + r _i ) exceeds the limits of the interval [-1.1), resulting in the modified linking rule: v _i = s _i + r _i if -1 = <s _i + r _i <1
v _i = s _i + r _{i ′} , otherwise

24. Apparatus according to claim 23, characterized in that the encryptor is constructed such that the information is transmitted for linearization with each v _i additionally whether r _{i '} or its complementary value r _{i' was} used in its calculation.

25. Device according to one of claims 22-24, characterized in that the decryptor is constructed such that the decryption is caused by a reverse operation associated with the encryption operation.

26. Device according to claim 25, characterized in that the received encrypted values v _i and the random value r _i already used in the encryption (for an encryption according to the definition of claim 1 for an interval [-1.1] and with original linkage by Addition) can be linked as follows: s _i = v _i - r _i , if -1 = <v _i + r _i <1
s _i = (v _i - r _i ) +2 if v _i - r _i <-1
s _i = (v _i - r _i ) -2, if v _i - r _i <= 1 or a corresponding definition for another selected interval and / or for the original linkage by subtraction.

27. Apparatus according to claim 26, characterized in that the linking rule s _i = v _i - r _i , if r _{i was} used
s _i = v _i - r _{i ′} if r _{i ′ was} used.

28. Apparatus according to claim 27, characterized in that a prediction device is provided which is constructed in such a way that the decision about the use of r _i or r _{i 'is} first made on a trial basis and the associated value (v _i - r _i ) is determined ( Fig. 7) and it is checked whether the amount | v _i - r _i | is less than or equal to 1, in which case the choice was correct, while otherwise, if the amount | v _i - r _i | is greater than 1, the value r _{i 'is} used instead of r _i .

29. Apparatus according to claim 28, characterized in that an arrangement is provided which limits the value range of the input signal s _i to a partial interval [-a, a) of [-1.1).

30. Device according to one of claims 27-29, characterized in that filter devices are provided which operate in such a way that r _i and r _{i '} before the calculation of | v _i - r _i | or | v _i - r _{i ′} | by filtering (e.g. by means of so-called adaptive filtering) are subjected to the same changes that have experienced on v _i on the transmission channel.

31. Apparatus according to claim 30, characterized in that part of the adaptive filter arrangement (filter 2 ) filters the complemented and uncomplemented values of the noise generator and then subtracts them from the received signal, the filter arrangement working digitally and thereby simultaneously performing the actual decryption in addition to the filtering .

32. Apparatus according to claim 31, characterized in that in the same way another part of the filter arrangement (filter 1 ) executes the prediction, but at the same time filters the received signal instead of the noise signal.

33. Device according to claim 32, characterized in that a delay line is provided which the received Passes signal through a delay device of the first adaptive filter and then delayed, but otherwise unchanged the second adaptive filter for decryption feeds.

34. Device according to claim 32, characterized in that to control the adaptation mechanism of the second adaptive Filters the original values (not the complemented values) are fed.

35. Device according to one of claims 22-34, characterized in that a device for synchronizing the transmitter and receiver is provided for transmitting a synchronization signal from the transmitter to the receiver, from which a clock signal for the receiver is obtained directly or by further processing becomes.

36. Device according to one of claims 22-35, characterized in that for the synchronization of transmitter and receiver the adaptive filter used for reception is used, which is constructed in such a way that it automatically on linear phase shifts between the received signal and the Noise signal sets.

37. Device according to claim 36, characterized in that the adaptive filter has a coefficient memory, so is built up that a filter function is generated in it, in addition to the by the Communication channel caused spectral changes or non-linear Phase distortions include the linear phase shift (asynchrony between the received signal and the noise signal) compensates (fine synchronization).

38. Device according to claim 37, characterized in that the adaptive filter is constructed so that the linear Phase shift of the adaptive filter (translation of the filter function) using a appropriate mathematical method determined and as an actual value to a control mechanism is passed on, which in turn by influencing the upstream of the tax system Analog-digital converter whose conversion rate controls so that no or only a small one Translation of the filter function takes place.

39. Device according to claim 38, characterized in that a device is provided with which the mathematical Method for measuring the translation is realized in that information about the Form of the filter function present in the coefficient memory can be used.

40. Apparatus according to claim 39, characterized in that a device is provided in which the fact is used that the communication channel and the analog-digital conversion or digital-analog conversion reduce the original spectral bandwidth of the signal v _i , so that the filter function then has the basic properties of a low or band filter and the translation of the filter function can be measured on the basis of the translation of the maximum of the filter function.

41. Device according to one of claims 22-40, characterized in that a noise generator is provided in which the deterministic noise is represented by an analog signal.

42. Device according to one of claims 22-40, characterized in that a noise generator is provided in which the deterministic noise is represented by a digital signal.

43. Device according to one of claims 41 or 42, characterized in that a noise generator is provided in which the deterministic Noise is generated by deterministic generation of random numbers, such as. B. means cryptological algorithms like DES.