Кіріспе
АҚШ криптографиялық жабдықтары
M 94 – АҚШ Армиясы қолданған, цилиндр түрінде орналасқан бірнеше әріпті дискілерден тұратын криптографиялық жабдық. Ол АҚШ Әскери-теңіз күштерінде CSP 488 деген атпен де қолданылды. Құрылғы полковник Паркер Хиттің ойлап табуымен жасалған, кейін 1917 жылы майор Джозеф Моборн оны жетілдірді; бұл Томас Джефферсон мен Этьен Базеридің ойлап тапқан жүйесіне негізделген. 1922 жылы ресми түрде қабылданған құрылғы шамамен 1942 жылға дейін қолданыста болды, содан кейін оны күрделірек және қауіпсіз электромеханикалық роторлы машиналар, әсіресе M 209 алмастырды.
Принцип
Құрылғы төрт жарым дюймдік ұзындықтағы таяққа бекітілген 25 алюминий дискіден тұрады, әр дискіде рим әліпбиінің 26 әрпі оның шеңберінде шатастырылған тәртіппен орналасқан (17-ші дискіден басқа, ол "АҚШ ӘСКЕРІ" әріптерімен басталды). Әр доңғалақтың әліпбиі әртүрлі болды және оған сәйкестендіру нөмірі мен әрпі таңбаланды; доңғалақтар сол доңғалақтағы "А" әрпінен кейін келетін әріп бойынша анықталды, "В 1" -ден "Z 25" -ге дейін. Доңғалақтарды таяққа кез келген ретпен құрастыруға болады, ал шифрлау кезінде қолданылған рет кілтті құрады. Мүмкін болатын кілттер саны 25! (25 факториал) = 15,511,210,043,330,985,984,000,000 (15 септиллионнан астам) тең, бұл шамамен 84 биттік кілт өлшемімен өрнектеледі. Хабарламалар бір уақытта 25 әріптен шифрланды. Дискілерді жеке-жеке бұра отырып, оператор хабардағы әріптерді көлденеңінен туралайды. Содан кейін цилиндр шеңберінің қалған кез келген жолы шифрланған мәтін ретінде жіберіледі. Шифрды алу үшін доңғалақтарды шифрланған мәтіннің 25 әріптен тұратын блогымен бір жол сәйкес келгенше айналдырады. Содан кейін түпнұсқа мәтін басқа жолдардың бірінде пайда болады, оны оңай табуға болады, себебі ол "оқылатын" жалғыз жол болады. M 94/CSP 488 құрылғысының негізгі принципін алғаш рет 1795 жылы Томас Джефферсон өзінің "доңғалақты шифры" арқылы ойлап тапты, бірақ ол кеңінен танымал болған жоқ, ал бір ғасырдан кейін Этьен Базери тәуелсіз түрде қайтадан ойлап тапты.
M-138-A
Осы жалпы принциптің кеңейтілуі ретінде, АҚШ армиясы, әскери-теңіз флоты (CSP 845 ретінде), Жағалау күзеттері және Мемлекеттік департамент екінші дүниежүзілік соғыс кезінде қолданған M 138 A жолақты шифрлау машинасы жүздеген жалпақ картонды жолақты қамтыды. Әр жолақта екі рет қайталанатын, бір жақтау ішінде алға-артқа жылжытылатын шифрланған әліпбилер болды; әр шифрлау сессиясына 30 жолақ таңдалып алынды. Егер сәйкес жолақтар берілсе, жолақты шифрлау M 94 машинасымен өзара жұмыс істей алатын еді. Алғашқы конструкцияда алюминий негіз қолданылған. Уильям Фридман оларды өндіру мәселесін және оны қалай шешкенін былай сипаттады: "Әскер мен әскери-теңіз криптологтарына тез арада M 94 құрылғысының әліпбиін өзгермейтін емес, өзгермелі ету арқылы криптоқорғаныстың күрт артуы мүмкін екені анық болды. Осы принципке негізделген практикалық құралды әзірлеу үшін екі қызметте де күш-жігер жұмсалды. Мен осы әзірлемелердің бәрін көрсетпеймін, тек әскер қабылдаған соңғы нұсқасын – Жолақты шифрлау құрылғысы, M 138 A түрін ғана айтамын. Бұл құрылым алюминийден жасалған негізді пайдаланды, онда картон жолақтарды ұстау үшін жиектері көтеріңкі арналар кесілген, оларды арналардың ішінде оңай жылжытуға болатын. Сізге қызықты болуы мүмкін, мен алюминийден жасалған, саңылаулы құрылғыларды көптеп шығаратын фирманы табуға тырысқаннан кейін, Фридман ханым, әйелдік тартымдылығы мен сөйлеу өнері арқылы АҚШ Жағалау күзетіндегі өз тобының атынан бір фирманы оларды жасауға көндіруге жетті. Осылайша алюминийден жасалған шифрлау құрылғыларының алғашқы үлгілері экструзия әдісімен жасалды, және АҚШ армиясы әкімшілік ынтымақтастық арқылы қызметтік деңгейде және техникалық ынтымақтастық арқылы отбасылық деңгейде өз Жолақты шифрлау құрылғысын, M 138 A түрін әзірлеуді және көптеп өндіруді тиімді деп тапты. Бұл 1935 жылдан 1941 немесе 1942 жылға дейін Армия, Әскери-теңіз флоты, Теңіз жаяу әскерлері, Жағалау күзеттері және т.б., соның ішінде Қаржы және Мемлекеттік департаменттер қолданды. Бұл жүйе тіпті әскери қызметтер мен Мемлекеттік департамент жоғары жылдамдықты және қауіпсіз шифрлау машиналарын қолдануды бастағаннан кейін де қосымша жүйе ретінде қолданылды". Тағы бір мәселе соғыстың басында алюминийдің жетіспеушілігі болды, сондықтан жолақты шифрлау негіздерін пластиктен немесе махагониден жасауға тырысты, бірақ нәтижесі шектеулі болды. Бақытымызға орай, 1943 жылдың күзінде алюминийді қайтадан осы мақсатқа пайдалануға мүмкіндік болды. Әскери қызметтен басқа, Мемлекеттік департамент және көптеген басқа да азаматтық агенттіктер (ОҚҚ сияқты) оны ең маңызды хабарлар үшін қолданды, және теорияда күшті болғанына қарамастан, көптеген қателіктер жіберілді, нәтижесінде жүйе бұзылып, бірнеше Оксіс елдері оны шешуге мүмкіндік алды.
"It soon became apparent to both Army and Navy cryptologists that a great increase in cryptosecurity would be obtained if the alphabets of the M 94 device could be made variant instead of invariant. There began efforts in both services to develop a practical instrument based upon this principle. I won't take time to show all these developments but only the final form of the one adopted by the Army, Strip Cipher Device Type, M 138 A. This form used an aluminum base into which channels with overhanging edges were cut to hold cardboard strips of alphabets which could be slid easily within the channels. It may be of interest to you to learn that after I had given up in my attempts to find a firm which would
or could make such aluminum grooved devices in quantity, Mrs. Friedman, by womanly wiles
and cajolery on behalf of her own group in the U. S. Coast Guard, succeeded in inducing or enticing one firm to make them for her. And it's how the first models of strip cipher devices
made of aluminum by the extrusion process came about, and how the U. S. Army, by administrative cooperation on an inter Service level and technical cooperation on a marital level,
found it practical to develop and produce in quantity its Strip Cipher Device, Type M 138 A. This was used from 1935 to 1941 or 1942 by the Army, the Navy, the Marine Corps, the Coast Guard, et al, including the Treasury and State Departments. It was used as a back up system even after the Armed Services as well as the Department of State began employing much better and more sophisticated cipher machines of high speed and security." Another problem was that aluminum was in short supply early in the war and attempts were made to make the strip cipher bases out of plastic or mahogany, with limited success. Fortunately, aluminum became available again for this use in the fall of 1943. Besides the military, Department of State and many other civilian agencies (like OSS) were using it for most important messages, and despite it being a powerful method in theory, made many mistakes so the system was compromised, letting multiple Axis countries decipher it.
Криптоанализ
Көбінесе классикалық шифрлар сияқты, егер жеткілікті шифрланған мәтін болса, жолақты шифрларды оңай бұзуға болады. Дегенмен, бұл уақыт пен арнайы біліктерді қажет етеді, сондықтан M 94 Екінші дүниежүзілік соғыстың алғашқы жылдарында оның мақсаты бойынша "тактикалық шифр" ретінде қолдануға әлі де жеткілікті болды; осыған ұқсас, көбірек заманауи DRYAD және BATCO шифрлары да солай болды. M 138 A жаңа әліпбилермен бірге жүйелі түрде, тіпті SIGABA сияқты қауіпсіз жүйелерді пайдалана отырып, радио арқылы да жаңа таспалар берілуі мүмкін болғандықтан күштірек болды, бірақ АҚШ 1943 жылдың басында олардың таспаларының бұзылғанын анықтағанға дейін бұл практикаланбады. Екеуі де қолжетімді болғаннан кейін М 209 механикалық роторлы машинамен ауыстырылды. Орталық державалар жүйелерді физикалық түрде қолға түсіруден басқа, M 138 A шифрын бұзудың негізгі әдісі белгілі ашық мәтіндік шабуылды (мысалы, бірдей мәтін баспасөз хабарламаларында жарияланған кезде) және елшіліктердің кілттер мен таспаларды тым аз пайдаланғанын пайдалану болды.