Британдық шифр машинасы Typex және оның қауіпсіздігі

Кіріспе

Британдық шифрлау машинасы
түзету сұйықтығы

Криптография тарихында Typex (сондай-ақ, X типі немесе TypeX) машиналары 1937 жылдан бастап қолданылған британдық шифрлау машиналары болды. Бұл неміс Enigma коммерциялық машинасының жетілдірілген нұсқасы болып табылады, оның қауіпсіздігін едәуір арттыратын бірнеше жақсартулар енгізілген. Шифрлау машинасы (және оның көптеген өзгертілген нұсқалары) 1950 жылдардың ортасына дейін, жаңа, заманауи әскери шифрлау жүйелері пайда болғанға дейін қолданылды.

Сипаттама

Энигма сияқты, Typex та роторлық машина болды. Typex бірнеше нұсқада шықты, бірақ барлығында Enigma-дағы үш немесе төрт роторға қарағанда бес ротор болды. Энигма сияқты, сигнал роторлардың соңында орналасқан "рефлекторды" пайдалана отырып, роторлар арқылы екі рет жіберілді. Typex роторында сенімділікті арттыру үшін әрбір электрлік контакт екі еселенген. Бес ротордың бірінші екеуі әдетте қозғалмайтын болды. Олар ротордың айналу механизмін күрделілендірмей, қосымша шифрлауды қамтамасыз етті. Олардың мақсаты Энигмадағы плагинді еске түсірді, оңай өзгертілетін қосымша кездейсоқтық ұсынды. Дегенмен, Энигманың плагинінен айырмашылығы, осы екі ротордың сымдарын күнделікті ауыстыру қиын болды. Typex-тің кейінгі нұсқаларына плагиндер қосылды. Typex-тің стандартты Enigma-ға қарағанда басты артықшылығы – машинадағы роторларда көрші роторды айналдыратын бірнеше ойықтар болды. Бұл жүйеге қарсы шабуылдың толық класын жойды, ал Энигманың тұрақты ойықтары белгілі бір жағдайларда шифрмәтінде көрінетін нақты үлгілерге әкелді. Кейбір Typex роторлары екі бөліктен тұрды, сымдауды қамтитын цилиндрлі бөлік металл корпусқа салынатын. Әртүрлі корпусқа жиектің бойында 5, 7 немесе 9 ойық сияқты әртүрлі сандағы ойықтар орналастырылған. Әрбір цилиндрлі бөлікті айналдыру арқылы корпусқа екі түрлі жолмен орнатуға болады. Жұмыс істеу кезінде машинаның барлық роторлары бірдей ойық саны бар корпус қолданады. Әдетте он цилиндрлі бөліктен бесеуі таңдалады. Кейбір модельдерде операторлар минутына 20 сөз жылдамдыққа жете алды, ал шығыс шифрмәті немесе ашық мәтін қағаз лентаға басылды. Кейбір портативті нұсқаларда, мысалы Mark III, хабарды сол қолмен теріп, оң қолмен тұтқаны бұру қажет болды. Интернеттегі бірнеше Typex туралы мақалаларда Typex машиналарын майлау үшін тек вазелин ғана қолданылғаны, басқа майлау материалдары қолданылмағаны айтылады. Ротор дискісінің контактілерін майлау үшін вазелин қолданылды. Осының болмауы контактілер арасындағы изоляцияның өртенуіне әкелуі мүмкін еді. Машинаның қалған бөліктері үшін екі түрлі май (Шпиндель майлары 1 және 2) қолданылды. Тұрақты тазалау және техникалық қызмет көрсету өте маңызды болды. Атап айтқанда, әріптер/цифрлар камерасының балата дискілері майланған күйде ұсталуы керек еді.

Like Enigma, Typex was a rotor machine. Typex came in a number of variations, but all contained five rotors, as opposed to three or four in the Enigma. Like the Enigma, the signal was sent through the rotors twice, using a "reflector" at the end of the rotor stack. On a Typex rotor, each electrical contact was doubled to improve reliability. Of the five rotors, typically the first two were stationary. These provided additional enciphering without adding complexity to the rotor turning mechanisms. Their purpose was similar to the plugboard in the Enigmas, offering additional randomization that could be easily changed. Unlike Enigma's plugboard, however, the wiring of those two rotors could not be easily changed day to day. Plugboards were added to later versions of Typex. The major improvement the Typex had over the standard Enigma was that the rotors in the machine contained multiple notches that would turn the neighbouring rotor. This eliminated an entire class of attacks on the system, whereas Enigma's fixed notches resulted in certain patterns appearing in the cyphertext that could be seen under certain circumstances. Some Typex rotors came in two parts, where a slug containing the wiring was inserted into a metal casing. Different casings contained different numbers of notches around the rim, such as 5, 7 or 9 notches. Each slug could be inserted into a casing in two different ways by turning it over. In use, all the rotors of the machine would use casings with the same number of notches. Normally five slugs were chosen from a set of ten. On some models, operators could achieve a speed of 20 words a minute, and the output ciphertext or plaintext was printed on paper tape. For some portable versions, such as the Mark III, a message was typed with the left hand while the right hand turned a handle. Several Internet Typex articles say that only Vaseline was used to lubricate Typex machines and that no other lubricant was used. Vaseline was used to lubricate the rotor disc contacts. Without this there was a risk of arcing which would burn the insulation between the contacts. For the rest of the machine two grades of oil (Spindle Oils 1 and 2) were used. Regular cleaning and maintenance was essential. In particular, the letters/figures cam cluster balata discs had to be kept lubricated.

Тарих және дамуы

1920 жылдары британ үкіметі қауіпсіз емес және пайдалануы қиын әрі баяу болып табылған кітап шифрлау жүйелерін алмастыруды көздеді. 1926 жылы оларды шифрлау машиналарымен ауыстыру мүмкіндігін қарастыру үшін ведомствоаралық комитет құрылды. Бірнеше жыл бойы және үлкен шығындармен комитет бірқатар нұсқаларды зерттеді, бірақ ешбір ұсыныс қабылданбады. Wing Commander Oswyn G. W. G. Lywood коммерциялық Enigma-ны басып шығару блогын қосу арқылы бейімдеу туралы ұсыныс жасады, бірақ комитет Lywood-тың ұсынысын іске асырудан бас тартты. 1934 жылдың тамызында Lywood RAF бекіткен машинада жұмыс істей бастады. Lywood Гринвичтегі Кидбрук қаласында J. C. Coulson, Albert P. Lemmon және Ernest W. Smith-пен бірге, Creed & Company ұсынған баспа бөлімімен жұмыс істеді. Бірінші прототип 1935 жылдың 30 сәуірінде Әуе министрлігіне жеткізілді. 1937 жылдың басында RAF-қа 30-ға жуық Typex Mark I машинасы жеткізілді. Машина бастапқыда "RAF Enigma with Type X attachments" деп аталды. Оның ізбасарының дизайны 1937 жылдың ақпанына қарай басталды. 1938 жылдың маусым айында шифрлау машинасы комитетіне Typex Mark II көрсетілді, олар 350 машинаны тапсырыс берді. Mark II моделі көлемді болды, екі принтерді қамтыды: біреуі ашық мәтінге, екіншісі шифрланған мәтінге арналған. Осының салдарынан, ол Enigma-дан әлдеқайда үлкен болды, салмағы шамамен 300 кг, өлшемдері – × ×. Сынақтардан кейін машина RAF, Армия және басқа да мемлекеттік мекемелер қабылдады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде көптеген Typex машиналарын Powers Samas табуляция машиналарын өндіруші жасады. Typex Mark III – Mark II машиналары сияқты барабандарды пайдалана отырып, тұтқаны айналдыру арқылы жұмыс істейтін (моторлы жетек орнатуға да болады) портативті нұсқасы болды. Максималды жұмыс жылдамдығы минутына 60 әріп, бұл Mark II-ге қарағанда 300-ден әлдеқайда баяу. Typex Mark VI тағы бір тұтқамен басқарылатын нұсқасы болды, өлшемдері × ×, салмағы және 700-ден астам компоненттерден тұрды. 1941 жылдың қарашасынан бастап машинаға роторлық пластиналар қосылды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде одақтастар арасындағы байланыс үшін Біріктірілген шифрлау машинасы (CCM) әзірленді, ол 1943 жылдың қарашасынан бастап Корольдік теңіз күштерінде қолданылды. CCM Typex және АҚШ ECM Mark II машиналарымен үйлесімді болу үшін өзгерістер енгізу арқылы іске асырылды. Typex Mark VIII – морз перфораторымен жабдықталған Mark II. Typex 22 (BID/08/2) және Typex 23 (BID/08/3) – қауіпсіздікті арттыру үшін роторлық пластиналарды қамтитын соңғы модельдер болды. Mark 23 – CCM-мен пайдалану үшін өзгертілген Mark 22. Жаңа Зеландияда 1950 жылдың 1 қаңтарында Mark 22 және Mark 23 типті машиналары Mark II және Mark III машиналарының орнын басты. Корольдік әуе күштері 1960 жылға дейін Creed телепринтері мен Typex комбинациясын пайдаланды. Бұл біріктіру бір операторға шифрланған материалды жіберу және қабылдау үшін перфолента мен баспа материалдарын пайдалануға мүмкіндік берді. Erskine (2002) екінші дүниежүзілік соғыстың соңына дейін 12000-ға жуық Typex машинасы жасалғанын болжайды.

By the 1920s, the British Government was seeking a replacement for its book cipher systems, which had been shown to be insecure and which proved to be slow and awkward to use. In 1926, an inter departmental committee was formed to consider whether they could be replaced with cipher machines. Over a period of several years and at large expense, the committee investigated a number of options but no proposal was decided upon. One suggestion was put forward by Wing Commander Oswyn G. W. G. Lywood to adapt the commercial Enigma by adding a printing unit but the committee decided against pursuing Lywood's proposal. In August 1934, Lywood began work on a machine authorised by the RAF. Lywood worked with J. C. Coulson, Albert P. Lemmon, and Ernest W. Smith at Kidbrooke in Greenwich, with the printing unit provided by Creed & Company. The first prototype was delivered to the Air Ministry on 30 April 1935. In early 1937, around 30 Typex Mark I machines were supplied to the RAF. The machine was initially termed the "RAF Enigma with Type X attachments". The design of its successor had begun by February 1937. In June 1938, Typex Mark II was demonstrated to the cipher machine committee, who approved an order of 350 machines. The Mark II model was bulky, incorporating two printers: one for plaintext and one for ciphertext. As a result, it was significantly larger than the Enigma, weighing around , and measuring × × After trials, the machine was adopted by the RAF, Army and other government departments. During World War II, a large number of Typex machines were manufactured by the tabulating machine manufacturer Powers Samas. Typex Mark III was a more portable variant, using the same drums as the Mark II machines powered by turning a handle (it was also possible to attach a motor drive). The maximum operating speed is around 60 letters a minute, significantly slower than the 300 achievable with the Mark II. Typex Mark VI was another handle operated variant, measuring × ×, weighing and consisting of over 700 components. Plugboards for the reflector were added to the machine from November 1941. For inter Allied communications during World War II, the Combined Cipher Machine (CCM) was developed, used in the Royal Navy from November 1943. The CCM was implemented by making modifications to Typex and the United States ECM Mark II machine so that they would be compatible. Typex Mark VIII was a Mark II fitted with a morse perforator. Typex 22 (BID/08/2) and Typex 23 (BID/08/3) were late models, that incorporated plugboards for improved security. Mark 23 was a Mark 22 modified for use with the CCM. In New Zealand, Typex Mark II and Mark III were superseded by Mark 22 and Mark 23 on 1 January 1950. The Royal Air Force used a combination of the Creed Teleprinter and Typex until 1960. This amalgamation allowed a single operator to use punch tape and printouts for both sending and receiving encrypted material. Erskine (2002) estimates that around 12,000 Typex machines were built by the end of World War II.

Энигмаға қарағанда артықшылықтары

Типкстің барлық нұсқалары Энигма машинасының неміс әскери нұсқаларынан артықшылықтарға ие болды. Екінші дүниежүзілік соғыста неміс телепринтерлері (жоғары деңгейдегі, бірақ далалық бөлімшелерде қолданылмаған) Лоренц SZ 40/42 және Фиш шифрларын қолданатын Сименс және Халске T52 болды. Энигманың көптеген нұсқаларында тиімді жұмыс істеу үшін екі оператор қажет болды – біреуі мәтінді Энигмаға енгізу үшін, екіншісі шифрланған немесе шифрланбаған таңбаларды көшіру үшін. Typex оператордың көшіру қатесін болдырмады, себебі шифрланған немесе шифрланбаған мәтін қағаз лентаға автоматты түрде басылды. Энигмадан өзгеше, Typex I машиналары телепринтерлерге тікелей қосылды, ал Typex II машиналары қажет болған жағдайда қосылуы мүмкін еді. Энигма хабарламаларын жазып, шифрлап, (Морс әліпбиі арқылы) жіберіп, қабылдап, шифрлап, қайта жазу қажет болды, ал Typex хабарламалары бір қадамда теріліп, автоматты түрде шифрланып, жіберілетін, кері процесте де осылай болды.

Жалпы және келтірілген сілтемелер

Мартин Кэмпбелл Келли, ICL: Бизнес және техникалық тарих, Оксфорд университетінің баспасы, 1990. Дороти Кларксон, "Шифрлық машиналар: алпыс жылдық қызмет етуі мен қалпына келтіру", Cryptologia, 27(3), 2003 жылғы шілде, 209–212 беттер. Cipher A. Deavours және Louis Kruh, "Машиналық криптография және қазіргі заманғы криптоанализ", Artech House, 1985, 144–145; 148–150 беттер. Ральф Эрскин, "Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Әскери-теңіз министрлігі мен шифрлау машиналары: олар ақымақ емес". Ақпараттық тарих журналы 2(2) (қыс 2002). Ральф Эрскин, "Typex-тің дамуы", The Enigma Bulletin 2 (1997): 69–86 беттер. Крух және Деаворс, "Typex криптографы", Cryptologia 7(2), 145–167 беттер, 1983. Эрик Моргон, "Жаңа Зеландиядағы байланыс қауіпсіздігінің тарихы", 1-бөлім (PDF). HTML түріндегі мүмкін байланысты бет.