TSEC/KW 26 "Ромулус": История Шифровальной Системы Холодной Войны.

Введение

TSEC/KW 26, кодовое название ROMULUS, была системой шифрования, используемой правительством США, а позже странами НАТО. Она была разработана в 1950-х годах Агентством национальной безопасности (АНБ) для защиты фиксированных телепринтерных каналов, работающих круглосуточно. В ней использовались вакуумные лампы и логика на магнитных сердечниках, заменяя более старые системы, такие как SIGABA и британский 5 UCO, которые использовали роторы и электромеханические реле. Система KW 26 (передатчик или приемник) содержала более 800 сердечников и приблизительно 50 вакуумных ламп, занимая чуть более половины стандартной 19-дюймовой стойки. Большая часть пространства в стойке и большая часть потребляемой мощности в 1 кВт требовались для специализированных вакуумных ламп, необходимых для обеспечения совместимости с различными конфигурациями входных и выходных цепей. Требования военных ведомств к многочисленным режимам и скоростям значительно увеличили стоимость и сроки поставки. АНБ утверждает, что, вероятно, использовалось не более трех или четырех возможных конфигураций. KW 26 использовал алгоритм шифрования, разработанный АНБ и основанный на сдвиговых регистрах. Алгоритм генерировал непрерывный поток битов, который складывался по модулю 2 (XOR) с пятибитным кодом телепринтера Baudot для создания зашифрованного текста на передающей стороне и открытого текста на принимающей стороне. В терминологии АНБ этот поток битов называется ключом. Информация, необходимая для инициализации алгоритма, которую большинство современных криптографов назвали бы ключом, АНБ называет криптопеременной. Обычно каждой установке KW 26 выдавалась новая криптопеременная один раз в день. АНБ разработало общее устройство загрузки (CFD) для загрузки криптопеременной. Оно использовало перфокарту формата Remington Rand (UNIVAC) (45 столбцов, круглые отверстия). Оператор вставлял ежедневную карту в CFD и плотно закрывал дверцу, фиксируя карту на месте. Наборы карт изготавливались АНБ и доставлялись курьером. Учет карт велся строго. Поскольку KW 26 использовал потоковый шифр, повторное использование одной и той же карты могло привести к взлому шифрования. Чтобы предотвратить повторное использование, карта автоматически разрезалась пополам при повторном открытии CFD. С течением времени контакты считывателя карт становились менее надежными, и операторы прибегали к различным уловкам, например, ударяли по крышке считывателя отверткой, чтобы заставить их работать. Считыватели карт регулярно чистились, и проверялась пружинная нагрузка контактов в рамках планового технического обслуживания. Поскольку KW 26 передавал непрерывный поток битов, он обеспечивал безопасность трафика. Перехвативший зашифрованный поток не мог определить количество реально отправленных сообщений, что делало анализ трафика невозможным. Одной из проблем KW 26 была необходимость синхронизации приемника и передатчика. Кварцевый генератор в KW 26 мог поддерживать синхронизацию обоих концов канала в течение многих часов, даже при потере физического контакта между передающей и принимающей установками. Это делало KW 26 идеально подходящим для использования на ненадежных радиоканалах HF. Однако, когда установки расходились по фазе, новую карту необходимо было вставлять на обоих концах. При этом терялась безопасность трафика. На практике оперативные протоколы приводили к более частой замене карт, чем было желательно для поддержания максимальной безопасности канала. Особенно это касалось радиоканалов, где операторы часто меняли карты несколько раз в день из-за потери радиосвязи. В любом случае, карты необходимо было менять не реже одного раза в день, чтобы предотвратить повторение шифропаттерна. Первые установки KW 26 защищали сеть CRITICOMM, использовавшуюся для защиты коммуникационных каналов, применяемых для координации сбора сигнальной разведки. Первоначальный заказ на производство для этой цели, размещенный у Burroughs в 1957 году, составлял 1500 единиц. Другие службы также потребовали KW 26, и в конечном итоге было построено около 14000 единиц, начиная с начала 1960-х годов, для ВМС США, армии, ВВС, Агентства оборонных коммуникаций, Государственного департамента и ЦРУ. Она также была предоставлена союзникам США. Когда USS Pueblo был захвачен Северной Кореей в 1968 году, на борту находились установки KW 26. В ответ АНБ внесло изменения в другие установки в поле, предположительно, изменив криптоалгоритм, возможно, изменив отводы обратной связи сдвиговых регистров. Начиная с середины 1980-х годов, система KW 26 была выведена из эксплуатации АНБ и заменена более совершенным твердотельным шифратором данных TSEC/KG 84.

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.