ROMULUS: АҚШ үкіметінің және НАТО-ның 1950 жылдарғы шифрлау жүйесі

Кіріспе

TSEC/KW 26, ROMULUS кодтық атауымен, АҚШ Үкіметі және кейіннен НАТО елдері қолданған шифрлау жүйесі болды. Бұл технология 1950-ші жылдары Ұлттық қауіпсіздік агенттігі (NSA) тарапынан тәулігіне 24 сағат жұмыс істейтін телепринтерлік схемаларды қамтамасыз ету үшін әзірленген. Ол вакуумдық түтіктер мен магниттік өзекті логиканы пайдаланып, роторлар мен электромеханикалық релелерді пайдаланған SIGABA және британдық 5 UCO сияқты бұрынғы жүйелерді алмастырды. KW 26 жүйесі (хабар таратушы немесе қабылдағыш) 800-ден астам өзекті және шамамен 50 вакуумдық түтікше драйверлік схемаларды қамтиды, ол стандартты 19 дюймдік тіреудің жартысынан астам орынды иеленді. Тіреудегі кеңістіктің көп бөлігі және 1 кВт кіріс қуатының көп бөлігі бірнеше кіріс және шығыс схемаларының конфигурациясымен үйлесімділікті қамтамасыз етуге қажетті арнайы вакуумдық түтікше схемаларына қажет болды. Әскери қызметтердің көптеген режимдер мен жылдамдықтарға қойған талаптары шығындарды арттырып, жеткізілуді кешіктірді. NSA-ның мәлімдемесіне сәйкес, қолданылған барлық мүмкін конфигурациялардың үш-төртіншісі ғана болған болуы мүмкін. KW 26, NSA әзірлеген, ауысу тіркегіне негізделген шифрлау алгоритмін пайдаланды. Алгоритм бес биттік Бодо телепринтер кодын XOR операциясы арқылы өңдеп, біттердің үздіксіз ағынын жасады, нәтижесінде хабар тарату бағытында шифрланған мәтін, ал қабылдау бағытында қарапайым мәтін пайда болды. NSA терминологиясында, осы біттер ағыны "кілт" деп аталады. Алгоритмді бастау үшін қажетті ақпарат, бүгінгі криптографтар "кілт" деп атайтынын, NSA "криптоайнымалы" деп атайды. Әдетте, әрбір KW 26 күніне бір рет жаңа криптоайнымалы алатын. NSA криптоайнымалыны жүктеу үшін жалпы толтыру құрылғысын (CFD) жасады. Ол Remington Rand (UNIVAC) форматындағы перфокартаны (45 баған, дөңгелек тесіктер) пайдаланды. Оператор күнделікті кілт картасын CFD-ге енгізіп, есікті қауіпсіз түрде жауып, картаны бекітті. Карталар NSA тарапынан жасалып, курьер арқылы жіберілді. Карталар қатаң есепке алынды. KW 26 ағын шифрлауын қолданғандықтан, егер бір кілт картасы екі рет қолданылса, шифрлау бұзылуы мүмкін. Қайта пайдалануды болдырмау үшін карта CFD қайта ашылғанда автоматты түрде екіге бөлінді. Карта оқу құрылғылары ескірген сайын, олардың сенімділігі төмендеді, ал операторлар оларды дұрыс жұмыс істету үшін түрлі амалдарға жүгінді, мысалы, карта оқу құрылғысының қақпағын бұрандамен соққылау. Карта оқу құрылғылары құрылғының кез келген күтім жұмысының бөлігі ретінде тазаланып, контактілердің серіппелі жүктемесі тексерілді. KW 26 біттердің үздіксіз ағынын жібергендіктен, ол трафик ағынының қауіпсіздігін қамтамасыз етті. Шифрланған мәтін ағынын ұстап алған адам қанша нақты хабарлама жіберілгенін анықтай алмады, бұл трафик талдауын мүмкін емес етті. KW 26-ның бір мәселесі қабылдағыш және хабар таратушы құрылғыларды үнемі синхронды ұстау қажеттігі болды. KW 26-дағы кристаллмен басқарылатын сағат, жіберуші және қабылдаушы бірліктері арасындағы физикалық байланыс жоғалған жағдайда да, контурдың екі басын көп сағат бойы синхронды ұстауға қабілетті болды. Бұл мүмкіндік KW 26-ны сенімді емес ЖЖ радио схемаларында пайдалануға қолайлы етті. Алайда, құрылғылар синхрондылықтан шығып қалғанда, әр шетке жаңа кілт картасын енгізу қажет болды. Жаңа карталар енгізілген сайын трафик ағынының қауіпсіздігі жоғалады. Іс жүзінде, операциялық протокол карталарды схеманың максималды қауіпсіздігін сақтау үшін қажеттіден жиі ауыстыруға әкелді. Бұл әсіресе радио схемаларында, онда операторлар радио байланысының жоғалғанына байланысты карталарды күнде бірнеше рет ауыстыратын. Қалай болғанда да, шифрлау үлгісінің қайталануын болдырмау үшін карталарды күніне кем дегенде бір рет ауыстыру қажет болды. Алғашқы KW 26 бірліктері CRITICOMM желісін қорғады, ол сигналдарды жинауды үйлестіру үшін қолданылатын байланыс схемаларын қорғауға арналған. Осы қолданба үшін 1957 жылы Burroughs компаниясына берілген бастапқы өндіріс тапсырысы 1500 дананы құрады. Басқа қызметтер де KW 26 талап етті, нәтижесінде 1960 жылдардың басында АҚШ Әскери-теңіз күштері, Армиясы, Әуе күштері, Қорғаныс байланыс агенттігі, Мемлекеттік департамент және Орталық барлау қызметі үшін шамамен 14000 бірлік салынды. Ол АҚШ-тың одақтастарына да берілді. 1968 жылы USS Pueblo Солтүстік Корея тарапынан қолға түскенде, кемеде KW 26 болды. Осыған жауап ретінде NSA басқа да бірліктерге өзгерістер енгізді, ықтимал, крипто алгоритмін өзгертті, мысалы, ауысу тіркегінің кері байланыс тізбектерін өзгертіп. 1980 жылдардың ортасынан бастап KW 26 жүйесі NSA тарапынан тоқтатылды, оның орнына әлдеқайда жетілген, толық күйдік деректер шифрлаушысы TSEC/KG 84 келді.

The TSEC/KW 26, code named ROMULUS, was an encryption system used by the U. S. Government and, later, by NATO countries. It was developed in the 1950s by the National Security Agency (NSA) to secure fixed teleprinter circuits that operated 24 hours a day. It used vacuum tubes and magnetic core logic, replacing older systems, like SIGABA and the British 5 UCO, that used rotors and electromechanical relays. A KW 26 system (transmitter or receiver) contained over 800 cores and approximately 50 vacuum tube driver circuits, occupying slightly more than one half of a standard 19 inch rack. Most of the space in the rack and most of the 1 kW input power were required for the special purpose vacuum tube circuits needed to provide compatibility with multiple input and output circuit configurations. The military services' requirements for numerous modes and speeds significantly increased costs and delayed delivery. NSA says it is doubtful that more than three or four of the possible configurations were ever used. The KW 26 used an NSA developed encryption algorithm based on shift registers. The algorithm produced a continuous stream of bits that were xored with the five bit Baudot teleprinter code to produce ciphertext on the transmitting end and plaintext on the receiving end. In NSA terminology, this stream of bits is called the key. The information needed to initialize the algorithm, what most cryptographers today would call the key, NSA calls a cryptovariable. Typically each KW 26 was given a new cryptovariable once a day. NSA designed a common fill device (CFD), for loading the cryptovariable. It used a Remington Rand (UNIVAC) format punched card (45 columns, round holes). The operator inserted the daily key card into the CFD and closed the door securely, locking the card in place. Decks of cards were created by NSA and sent by courier. The cards were strictly accounted for. Because the KW 26 used a stream cipher, if the same key card was ever used twice, the encryption could be broken. To prevent re use, the card was automatically cut in half upon reopening the CFD. As the units aged, the card reader contacts became less dependable, and operators resorted to various tricks, such as hitting the card reader cover with a screwdriver, to get them to work properly. Card readers were cleaned and the spring loading of the contacts checked as part of the routine maintenance of the device. Because the KW 26 sent a continuous stream of bits, it offered traffic flow security. Someone intercepting the ciphertext stream had no way to judge how many real messages were being sent, making traffic analysis impossible. One problem with the KW 26 was the need to keep the receiver and transmitter units synchronized. The crystal controlled clock in the KW 26 was capable of keeping both ends of the circuit in sync for many hours, even when physical contact was lost between the sending and receiving units. This capability made the KW 26 ideally suited for use on unreliable HF radio circuits. However, when the units did get out of sync, a new key card had to be inserted at each end. The benefit of traffic flow security was lost each time new cards were inserted. In practice, operational protocol led to the cards being replaced more often than was desirable to maintain maximum security of the circuit. This was especially so on radio circuits, where operators often changed the cards many times each day in response to a loss of radio connectivity. In any case, it was necessary to change the cards at least once per day to prevent the cypher pattern from repeating. Early KW 26 units protected the CRITICOMM network, used to protect communications circuits used to coordinate signals intelligence gathering. The initial production order for this application, awarded to Burroughs in 1957, was for 1500 units. Other services demanded KW 26's and some 14000 units were eventually built, beginning in the early 1960s, for the U. S. Navy, Army, Air Force, Defense Communications Agency, State Department and the CIA. It was provided to U. S. allies as well. When the USS Pueblo was captured by North Korea in 1968, KW 26's were on board. In response, the NSA had modifications made to other units in the field, presumably changing the crypto algorithm in some way, perhaps by changing the shift register feedback taps. Starting in the mid 1980s, the KW 26 system was decommissioned by NSA, being replaced by the more advanced solid state data encryptor, TSEC/KG 84.