Электромеханикалық шифрлеу машинасы: Хеберн роторының тарихы
Hebern rotor machine
Электромеханикалық шифрлеу машинасы: Hebern Rotor Machine – II дүниежүзілік соғыста қолданылған Enigma сияқты машиналардың алғашқы прототипі. Тарихы мен қағидалары.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электромеханикалық шифрлау машинасы
Electro mechanical encryption machine
Хеберн роторлы машинасы – стандартты жазу машинасының механикалық бөліктерін электрлі жазу машинасының электрлік бөліктерімен біріктіріп, оларды араластырғыш арқылы байланыстыру арқылы құрылған электромеханикалық шифрлау машинасы. Бұл машиналар класының – роторлы машиналардың – алғашқы мысалы (шартты түрде), ол Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде және содан кейін бірқатар жылдар бойы шифрлаудың басты түріне айналды, және оның ішінде неміс Энигмасы сияқты танымал үлгілер де болды.
The Hebern Rotor Machine was an electro mechanical encryption machine built by combining the mechanical parts of a standard typewriter with the electrical parts of an electric typewriter, connecting the two through a scrambler. It is the first example (though just barely) of a class of machines known as rotor machines that would become the primary form of encryption during World War II and for some time after, and which included such famous examples as the German Enigma.
Тарих
Эдвард Хью Хеберн 1908 жылы жылқы ұрлағаны үшін түрмеге қамалған құрылысшы болатын. Ол уақыты болғандықтан, шифрлау мәселесін ойлай бастады және ақырында осы процесті жазу машинасы арқылы механикаландырудың жолын тапты. 1912 жылы ол шифрлау машинасына (роторлық емес) алғашқы патентке өтініш берді. Ол кезде оның мұндай құрылғыны жасауға уақыт жұмсауға жеткілікті қаражаты болмады, бірақ ол жобаларды жасауды жалғастырды. Хеберн 1917 жылы роторлық машинаның алғашқы суреттерін жасады, ал 1918 жылы оның үлгісін құрастырды. 1921 жылы ол оған патент алуға өтініш берді, ол 1924 жылы мақұлданды. Ол оны одан әрі жетілдіріп, роторларды қосты. Гувердің мемлекеттік хатшысы болған Стимсон Герберт Ярдлидің «Американдық қара бөлмесіне» Мемлекеттік департаменттің қолдауын кері алып, оның жабылуына себеп болды. Ақырында оның инвесторлары шыдамдылықтарын жоғалтып, Хебернді акциялармен манипуляция жасағаны үшін сотқа берді. Ол тағы да қысқа мерзімге түрмеге жабылды, бірақ машина жасау идеясынан ешқашан бас тартпады. 1931 жылы Әскери-теңіз күштері бірнеше жүйені сатып алды, бірақ бұл оның жалғыз нақты сатылымы болды. 1919 жылы роторлық машиналарға тағы үш патент берілді, сонымен қатар сол кезде дербес түрде бірнеше роторлық машиналар жасалды. Ең сәтті және кеңінен қолданылғаны – «Энигма» машинасы.
Edward Hugh Hebern was a building contractor who was jailed in 1908 for stealing a horse. It is claimed that, with time on his hands, he started thinking about the problem of encryption, and eventually devised a means of mechanizing the process with a typewriter. He filed his first patent application for a cryptographic machine (not a rotor machine) in 1912. At the time he had no funds to be able to spend time working on such a device, but he continued to produce designs. Hebern made his first drawings of a rotor based machine in 1917, and in 1918 he built a model of it. In 1921 he applied for a patent for it, which was issued in 1924. He continued to make improvements, adding more rotors. It was Stimson, as Secretary of State under Hoover, who withdrew State Department support for Herbert Yardley's American Black Chamber, leading to its closing. Eventually his investors ran out of patience, and sued Hebern for stock manipulation. He spent another brief period in jail, but never gave up on the idea of his machine. In 1931 the Navy finally purchased several systems, but this was to be his only real sale. There were three other patents for rotor machines issued in 1919, and several other rotor machines were designed independently at about the same time. The most successful and widely used was the Enigma machine.
Сипаттама
Хеберн дизайнының кілті екі жағында электрлік контактілері бар диск болды, қазіргі кезде ротор деп аталады. Ротордың екі жағындағы контактілер сымдармен байланыстырылған, әр әріп бір жақтағы екіншісіне кездейсоқ түрде қосылған. Сымдар бір алмастыру алфавитін кодтайтын. Пайдаланушы баспа машинасының пернетақтасында перне басса, батареядан шағын ток перне арқылы дискінің кіріс жағындағы контактілердің біріне, сымдар арқылы, басқа контактіден өтеді. Содан кейін ток электрлі баспа машинасының механизмдерін шифрланған әріпті басуға немесе телетайп машинасынан шамды жағуға немесе қағаз лентаны тесуге қолданылады. Әдетте, мұндай жүйе 16 ғасырдың бір әліпбилік жүйелерінен артық болмас еді. Бірақ Хеберн машинасының роторы баспа машинасының пернетақтасына байланысты болғандықтан, әрбір перне басылғаннан кейін ротор бұрылып, алмастыру алфавиті сәл өзгеретін. Бұл қарапайым алмастыруды белгілі Виженер шифрына ұқсас полиалфабиттікке айналдырады, бірақ кілттерді немесе шифрмәтінді қолмен іздеудің қажеті болмайды. Операторлар роторды алдын ала таңдалған бастапқы қалпына бұрып, басуды бастайды. Хабарды шифрлау үшін роторды ұясына кері бұрып, барлық алмастыруларды кері қайтарады. Содан кейін шифрмәтінді басып, ашық мәтінді алады. Одан да жақсысы, бірнеше роторларды тізбектей орналастыруға болады, яғни біріншісінің шығысы келесісінің кірісіне қосылады. Бұл жағдайда бірінші ротор бұрынғыдай жұмыс істейді, әрбір перне басылғанда бір рет бұрылады. Қосымша роторлар оның жанындағы ротордың камерасымен айналдырылады, әрқайсысы жанындағы ротор толық айналғаннан кейін бір позицияға бұрылады. Осылайша алфавиттердің саны күрт өседі. Алфавитінде 26 әріп бар ротор үшін, осындай бес роторды тізбектеп қосу 26⁵ = 11 881 376 түрлі алмастыруға мүмкіндік береді. Уильям Фридман 1920 жылдары Хеберн машинасы нарыққа шыққаннан кейін көп ұзамай оған шабуыл жасады. Ол Хебернге ұқсас құрылған кез келген машинаны тез "шеше алды", онда роторлар қатарластырылған, ал ротордың бірі әрбір перне басылғанда бұрылады, осыған байланысты ол "жедел ротор" деп аталды. Мұндай жағдайларда алынған шифрмәтін 26 әріптен тұратын бір-біріне алмастырылған шифрлар тізбегінен тұрады. Ол осындай жүйелерге қарсы, жеткілікті күш-жігер жұмсалған жағдайда, стандартты әдістерді қолдануға болатынын көрсетті. Әрине, бұл фактінің өзі үлкен құпия болды. Бұл армия мен флоттың Хеберннің дизайнын қолданғысы келмеген себебін түсіндіруге болады, бұл оны қатты таң қалдырды.
The key to the Hebern design was a disk with electrical contacts on either side, known today as a rotor. Linking the contacts on either side of the rotor were wires, with each letter on one side being wired to another on the far side in a random fashion. The wiring encoded a single substitution alphabet. When the user pressed a key on the typewriter keyboard, a small amount of current from a battery flowed through the key into one of the contacts on the input side of the disk, through the wiring, and back out a different contact. The power then operated the mechanicals of an electric typewriter to type the encrypted letter, or alternately simply lit a bulb or paper tape punch from a teletype machine. Normally such a system would be no better than the single alphabet systems of the 16th century. However the rotor in the Hebern machine was geared to the keyboard on the typewriter, so that after every keypress, the rotor turned and the substitution alphabet thus changed slightly. This turns the basic substitution into a polyalphabetic one similar to the well known Vigenère cipher, with the exception that it required no manual lookup of the keys or cyphertext. Operators simply turned the rotor to a pre chosen starting position and started typing. To decrypt the message, they turned the rotor around in its socket so it was "backwards", thus reversing all the substitutions. They then typed in the ciphertext and out came the plaintext. Better yet, several rotors can be placed such that the output of the first is connected to the input of the next. In this case the first rotor operates as before, turning once with each keypress. Additional rotors are then spun with a cam on the one beside it, each one being turned one position after the one beside it rotates a full turn. In this way the number of such alphabets increases dramatically. For a rotor with 26 letters in its alphabet, five such rotors "stacked" in this fashion allows for 265 = 11,881,376 different possible substitutions. William F. Friedman attacked the Hebern machine soon after it came on the market in the 1920s. He quickly "solved" any machine that was built similar to the Hebern, in which the rotors were stacked with the rotor at one end or the other turning with each keypress, the so called fast rotor. In these cases the resulting ciphertext consisted of a series of single substitution cyphers, each one 26 letters long. He showed that fairly standard techniques could be used against such systems, given enough effort. Of course, this fact was itself a great secret. This may explain why the Army and Navy were unwilling to use Hebern's design, much to his surprise.