Механическая шифровальная машина M-209

Введение

Механическая шифровальная машина
шоссе в штате Мичиган, США

В криптографии, M 209, обозначенный как CSP 1500 Военно-морским флотом США (C 38 у производителя), – это портативная механическая шифровальная машина, использовавшаяся американскими военными преимущественно во время Второй мировой войны, хотя она оставалась в активной эксплуатации и во время Корейской войны. M 209 был разработан шведским криптографом Борисом Хагелином в ответ на запрос о создании такой портативной шифровальной машины и являлся усовершенствованием более ранней модели C 36. M 209 имеет размер коробки для ланча, в окончательной версии его размеры составляют и вес (плюс для корпуса). Это было выдающимся достижением для доэлектронных технологий. Это была роторная машина, подобная телешифровальной машине, такая как шифр Лоренца и Geheimfernschreiber.

Основная работа

Основная работа M 209 относительно проста. На верхней части корпуса расположены шесть регулируемых ключевых колес, на каждом из которых отображена буква алфавита. Эти шесть колес составляют внешний ключ машины, обеспечивающий начальное состояние, подобное вектору инициализации, для процесса шифрования. Чтобы зашифровать сообщение, оператор устанавливает ключевые колеса в случайную последовательность букв. Шифровально-дешифровочный рычаг на левой стороне машины устанавливается в положение "шифрование". На левой стороне также находится циферблат, известный как индикаторный диск, который поворачивается к первой букве сообщения. Эта буква кодируется путем вращения ручной рукоятки или ручки питания на правой стороне машины; в конце цикла буква шифротекста печатается на бумажной ленте, ключевые колеса сдвигаются на одну позицию, и машина готова к вводу следующего символа сообщения. Для обозначения пробелов между словами в сообщении шифруется буква "Z". Повторение процесса для остальной части сообщения дает полный шифротекст, который затем может быть передан с помощью кода Морзе или другим способом. Поскольку начальная настройка ключевых колес производится случайным образом, необходимо также передать эти настройки принимающей стороне; они также могут быть зашифрованы с использованием суточного ключа или переданы открытым текстом. Напечатанный шифротекст автоматически разделяется на группы по пять символов для удобства чтения. Счетчик букв на верхней части машины показывал общее количество закодированных букв и мог использоваться в качестве ориентира в случае ошибки при шифровании или дешифровании. Процедура дешифрования почти идентична процедуре шифрования; оператор устанавливает шифровально-дешифровочный рычаг в положение "дешифрование" и выравнивает ключевые колеса в той же последовательности, что и при шифровании. Первая буква шифротекста вводится через индикаторный диск, и рукоятка приводится в действие, сдвигая ключевые колеса и печатая расшифрованную букву на бумажной ленте. При обнаружении буквы "Z" кулачок создает пробел в сообщении, тем самым восстанавливая исходное сообщение с пробелами. Отсутствие букв "Z" обычно может быть интерпретировано оператором на основе контекста. Опытный оператор M 209 мог тратить от двух до четырех секунд на шифрование или дешифрование каждой буквы.

Basic operation of the M 209 is relatively straightforward. Six adjustable key wheels on top of the box each display a letter of the alphabet. These six wheels comprise the external key for the machine, providing an initial state, similar to an initialization vector, for the enciphering process. To encipher a message, the operator sets the key wheels to a random sequence of letters. An enciphering deciphering knob on the left side of the machine is set to "encipher". A dial known as the indicator disk, also on the left side, is turned to the first letter in the message. This letter is encoded by turning a hand crank or power handle on the right side of the machine; at the end of the cycle, the ciphertext letter is printed onto a paper tape, the key wheels each advance one letter, and the machine is ready for entry of the next character in the message. To indicate spaces between words in the message, the letter "Z" is enciphered. Repeating the process for the remainder of the message gives a complete ciphertext, which can then be transmitted using Morse code or another method. Since the initial key wheel setting is random, it is also necessary to send those settings to the receiving party; these may also be encrypted using a daily key or transmitted in the clear. Printed ciphertext is automatically spaced into groups of five by the M 209 for ease of readability. A letter counter on top of the machine indicated the total number of encoded letters, and could be used as a point of reference if a mistake was made in enciphering or deciphering. The deciphering procedure is nearly the same as for enciphering; the operator sets the enciphering deciphering knob to "decipher", and aligns the key wheels to the same sequence as was used in enciphering. The first letter of the ciphertext is entered via the indicator disk, and the power handle is operated, advancing the key wheels and printing the decoded letter on the paper tape. When the letter "Z" is encountered, a cam causes a blank space to appear in the message, thus reconstituting the original message with spaces. Absent "Z"s can typically be interpreted by the operator, based on context. An experienced M 209 operator might spend two to four seconds enciphering or deciphering each letter.

Безопасность

Безопасность M 209 была хороша для своего времени, но далеко не идеальна. Как и в случае с шифровальной машиной Lorenz Electric (кодовое название Tunny у союзников), если криптоаналитик получал две перекрывающиеся последовательности, это давало ему зацепку для определения настроек M 209, а в работе машины были некоторые характерные особенности, которые можно было эксплуатировать. К началу 1943 года немецкая криптография во время Второй мировой войны позволяла расшифровывать 10–30% сообщений M 209. Машина считалась достаточной для тактического применения и продолжала использоваться армией США во время Корейской войны. Американский исследователь Деннис Ричи описал сотрудничество в 1970-х годах с Джеймсом Ридсом и Робертом Моррисом над атакой только по шифротексту на M 209, которая могла расшифровывать сообщения объемом не менее 2000–2500 символов. Ричи рассказывает, что после обсуждения с Агентством национальной безопасности (АНБ) авторы решили не публиковать результаты, поскольку им сообщили, что этот принцип применим к машинам, которые в то время все еще использовались иностранными правительствами.

Производство и использование

В США M 209 производились со скоростью 400 единиц в день компанией Smith Corona Typewriter Company в Гротоне, штат Нью-Йорк, начиная с 1942 года. Было произведено более 140 000 машин. Она постепенно заменила более старый тактический шифр M 94. Немецкая SG 41 задумывалась как стандартная тактическая шифровальная машина, но у немцев были ограничены запасы легких металлов, таких как магний и алюминий, и она оказалась слишком тяжелой для тактического применения. Менцер также работал над двумя другими шифровальными машинами, основанными на технологии Хагелина, включая разработку, последовавшую за "Энигмой" – "SG 39", и простую, но достаточно надежную портативную шифровальную машину "Schlüsselkasten" ("Кодовый ящик"). Ни одна из этих машин не была запущена в производство. Если бы устройства Менцера поступили на вооружение, они, несомненно, создали бы трудности для криптоаналитиков союзников, хотя они не были бы более неуязвимыми, чем M 209. После войны Хагелин разработал улучшенную модель M 209, получившую обозначение "C 52". C 52 отличалась периодом до 2 756 205 443; колесами, которые можно было извлекать и вставлять в другом порядке; и печатным колесом со смешанным алфавитом. Однако C 52 стала одним из последних поколений классических шифровальных машин, поскольку к тому времени новые цифровые технологии позволяли создавать шифры, значительно более безопасные.