Кіріспе
1943 жылдан 1960 жылға дейін қолданылған, SIGCUM, сондай-ақ Converter M 228 деп аталатын, АҚШ-тың шифрлау машинасы, Америка Құрама Штаттары армиясының телепринтерлік хабарларын шифрлауға арналған роторлық шифрлау машинасы болды. Уильям Фридман және Фрэнк Роулетт шапшаңдықпен жасаған бұл жүйе 1943 жылдың қаңтарында, оның қауіпсіздігіне мұқият талдау жасалбастан пайдалануға енгізілді. Кейіннен Роулетт SIGCUM-ның қауіпсіз емес екенін анықтады және ол дереу қолданыстан алынды. Машина қауіпсіздігін жақсарту үшін қайта жобаланып, 1943 жылдың сәуірінде қайта қолданысқа берілді және 1960 жылға дейін қолданыста болды.
SIGCUM, also known as Converter M 228, was a rotor cipher machine used to encrypt teleprinter traffic by the United States Army. Hastily designed by William Friedman and Frank Rowlett, the system was put into service in January 1943 before any rigorous analysis of its security had taken place. SIGCUM was subsequently discovered to be insecure by Rowlett, and was immediately withdrawn from service. The machine was redesigned to improve its security, reintroduced into service by April 1943, and remained in use until the 1960s.
Даму
1939 жылы Фридман мен Роулетт қауіпсіз телепринтерлік шифрлау жүйесін құру мәселесімен айналысты. Олар Гилберт Вернам ұсынғандай, магниттік лентаға негізделген жүйені пайдаланудан бас тартып, оның орнына сымды роторлар арқылы бес биттік импульстар ағынын жасау идеясын ұсынды. Бірақ, қаражат және қызығушылықтың жетіспеуіне байланысты, бұл ұсыныс сол кезде одан әрі дамытылмады. Бұл 1941 жылдың желтоқсанында АҚШ-тың Екінші дүниежүзілік соғысқа қатысуымен өзгерді. Роулеттке Ұлыбритания мен Австралиядағы (кейін Солтүстік Африкада) армияның басқару орталықтары арасында қолдану үшін телепринтерлік шифрлау жүйесін әзірлеу міндеті тапсырылды. Фридман Роулеттке өзі ойлап тапқан телепринтерлік шифр машинасының нақты жобасын сипаттады. Алайда, Роулетт Фридманның ұсынған схемасындағы кейбір кемшіліктерді анықтады, бұл жобаның дұрыс еместігін көрсетті. Машинаның прогресі туралы жоғары лауазымды тұлғаға есеп беруге қысым көрсеткен Фридман, Роулеттті криптоаналитик ретіндегі беделін құлатпақ болды деп ашуланып айыптады. Фридманның ашуы басылғаннан кейін, Роулетт роторларға негізделген жаңа машинаның бірнеше жобаларын ұсынды. Олар бірін таңдап, толық жобаны жазып, оны ертеңгі күні тағы бір криптоанализге жіберуге келісті. Келісілген жоба стандартты телепринтерге арналған қосымша құрылғы болды. Құрылғыда SIGABA – жоғары қорғалған американдық офлайн шифр машинасысында қолданылған сияқты бес 26 контактілі ротордан тұратын жиын қолданылды. Әрбір кілттік символ қажет болғанда, ротор жиынының кіріс жағындағы он үш кіріс қуаттандырылды. Ротор жиынынан өтіп, осы он үш кіріс шығыс жағындағы тақтада шатастырылуы керек еді. Бірақ, тек бес жұмыс істейтін контакт қолданылатын болады. Осы бес шығыс шифрдің кілттік ағынын құрайтын бес бинарлық импульс құрады, ол 5 биттік Бодо кодында кодталған хабармен біріктіріледі. Роторлар одометриялық принцип бойынша жылжиды; яғни, әр шифрлаудан кейін «жедел» ротор бір қадамға жылжиды. «Жедел» ротордың әрбір толық айналымында «орта» ротор бір қадамға жылжиды. Сол сияқты, «орта» ротордың әрбір толық айналымында «баяу» ротор жылжиды, және басқа екі ротор үшін де осылай. Алайда, қай ротор «жедел», «орта», «баяу» деп тағайындалғаны бес көппозициялық коммутаторлар жиынтығымен бақыланды. Бұл ротордың әртүрлі жылжу схемаларын қамтамасыз етті. Машинада барлығы 10 ротор болды, олардың әрқайсысын «түзу» немесе «кері» ретпен орнатуға болады, бұл роторлардың мүмкін болатын орналасуы мен сәйкестігін анықтайды.
Машинаны таныстыру
Конвертер М 228 немесе SIGCUM деп аталған бұл машинаның жобасы Teletype корпорациясына берілді, олар SIGABA-ны да өндірді. Роулетт машинаны қабылдауды оның криптографиялық қауіпсіздігі зерттелгенге дейін кейінге шегеруді ұсынды, бірақ Армия SIGCUM-ға шұғыл түрде мұқтаж болды, сондықтан машина өндіріске жіберілді. Роулетт Пентагонның код бөлмесінде қолданылатын машинаны "шпион машинасы" арқылы басып шығару арқылы бақылауға алуды ұсынды. Содан кейін шығыс деректері машинаның шабуылға төзімділігін анықтау үшін зерттелуі мүмкін еді. Роулетттің ұсынысы 1943 жылғы қаңтарда Пентагонға орнатылған алғашқы М 228 машиналарымен бірге іске асырылды, олар Вашингтон-Алжир байланысы үшін қолданылды. Машиналар жоспарланғандай жұмыс істеді және бастапқыда Роулетт пен криптоаналитик Роберт Фернердің оның қауіпсіздігін зерттеуі криптографиялық әлсіздіктің ешқандай белгісін көрсетпеді. Алайда, бірнеше күннен кейін SIGCUM операторы ауыр қате жіберіп, бір хабарды бірдей машина параметрлерін қолданып екі рет қайта жіберді, бұл тереңдікке әкелді. Осыдан Роулетт машина қолданған түпкілікті мәтінді және кілт ағынын анықтай алды. Түнгі сағат 2-ге дейін кілт ағынын талдау оған жылдам және орташа роторлардың, сондай-ақ шығыс сымдарының схемасын анықтауға мүмкіндік берді. SIGCUM дереу қызметтен алынды, ал Лео Розен жасаған бір реттік таспа машинасы SIGTOT – алмастыру жүйесіне жұмыс басымдық берілді.
Қайта құру
Осы арада M 228 қауіпсіздігін арттыру үшін қайта жобаланды. Он үш емес, тек бес кіріс қуаттандырылды. Бес шығыс контактісі тікелей бес шығыс биті ретінде пайдаланылмай, әрқайсысы әртүрлі шығыс нүктесіне қосылған үш сым арқылы жалғастырылды. Бұл шығыс биті ротор лабиринтінен келетін үш түрлі шығыстың кез келгені арқылы қуаттандырылуы мүмкін дегенді білдірді, бұл машинаны талдауды күрделірек етті. Кірістердің санының азаюы жасалған кілттің бұрмаланбауын қамтамасыз етті. Ротордың жылжуы да күрделіленді. Бастапқыда шифрлау барысында жылжуы аз ғана ықтимал болған ең баяу екі ротор, енді алдыңғы кілт шығысының нәтижесіне байланысты жылдайтындай етіп қайта жобаланды. Бір ротор, "жылдам серпіліс" роторы, егер алдыңғы шығыстың төртінші және бесінші биттері оң болса, жылдамдайтын болды; ал "баяу серпіліс" роторы да осыған ұқсас, бірінші, екінші және үшінші биттер үшін де солай істейтін. Ротордың жылжу схемаларының кейбіреуі басқаларына қарағанда нашар екені анықталды, сондықтан олар кілт тізімдерінен алынып тасталды. M 228-дің қайта жобаланған нұсқасы 1943 жылдың сәуірінде қолданысқа енгізілді. Дегенмен, машинаның құпиялылығы тек телефон арқылы SECRET және CONFIDENTIAL деңгейіндегі, ал радио арқылы CONFIDENTIAL деңгейіндегі трафиктерді қамтамасыз етуге жеткілікті деп бағаланды. Машина Біріккен Корольдікпен бірлескен байланыс үшін де бөлісті. Жоғары деңгейдегі трафиктерге қолданылатын M 228-дің тағы бір өңделген нұсқасы M 228 M немесе SIGHUAD деп аталды. Осыдан бастап армия жоғары деңгейдегі жүйелерінің байланысын қадағалап, SIGABA және SIGTOT сияқты жоғары қауіпсіз құрылғылар үшін де дұрыс операциялық процедуралар сақталуын қамтамасыз етті. Нәтижесінде, хабарларды тереңдетіп жіберу сияқты операторлардың нашар әдеттері көбінесе жойылды.