Машина Хеберна: первая электромеханическая шифровальная машина.
Hebern rotor machine
Машина Хеберна: первая электромеханическая шифровальная машина, предшественница Enigma. Изобретение строителя, заключенного в тюрьму, в 1912 году. История шифров.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Электромеханическая машина шифрования
Electro mechanical encryption machine
Машина Хеберна с роторами была электромеханической машиной шифрования, созданной путем объединения механических компонентов стандартной пишущей машинки с электрическими компонентами электрической пишущей машинки, соединенных через перемешивающее устройство. Это первый (хотя и незначительный) пример класса машин, известных как роторные машины, которые стали основной формой шифрования во время Второй мировой войны и некоторое время после неё, и в который входили такие известные образцы, как немецкая «Энигма».
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.
История
Эдвард Хью Хеберн был строительным подрядчиком, который в 1908 году был заключен в тюрьму за кражу лошади. Утверждается, что, располагая свободным временем, он начал размышлять о проблеме шифрования и в конечном итоге разработал способ механизации этого процесса с помощью пишущей машинки. Он подал свою первую заявку на патент на криптографическую машину (не роторную) в 1912 году. В то время у него не было средств, чтобы посвятить время работе над таким устройством, но он продолжал создавать проекты. В 1917 году Хеберн сделал первые чертежи машины на основе роторов, а в 1918 году построил ее модель. В 1921 году он подал заявку на патент, который был выдан в 1924 году. Он продолжал вносить улучшения, добавляя новые роторы. Именно Стимсон, будучи госсекретарем при Гувере, отозвал поддержку Госдепартамента для Американской Черной Палаты Герберта Ярдли, что привело к ее закрытию. В конечном итоге его инвесторы потеряли терпение и подали на Хеберна в суд за манипуляции с акциями. Он снова провел короткий срок в тюрьме, но не отказался от идеи своей машины. В 1931 году флот наконец-то закупил несколько систем, но это была его единственная значимая продажа. В 1919 году были выданы еще три патента на роторные машины, и несколько других роторных машин были разработаны независимо примерно в то же время. Самой успешной и широко используемой машиной стала «Энигма».
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.
Описание
Ключом к конструкции Хеберна был диск с электрическими контактами с обеих сторон, известный сегодня как ротор. Контакты с обеих сторон ротора соединялись проводами, причем каждая буква с одной стороны была соединена с другой на противоположной стороне случайным образом. В этой проводке кодировался один алфавит подстановки. Когда пользователь нажимал клавишу на клавиатуре пишущей машинки, небольшой ток от батареи проходил через клавишу в один из контактов на входной стороне диска, по проводам и обратно через другой контакт. Затем ток приводил в действие механику электрической пишущей машинки для печати зашифрованной буквы или, альтернативно, просто зажигал лампочку или пробивал бумажную ленту телетайпа. Обычно такая система не была бы лучше, чем системы с одним алфавитом, использовавшиеся в XVI веке. Однако ротор в машине Хеберна был соединен с клавиатурой пишущей машинки таким образом, что после каждого нажатия клавиши ротор поворачивался, и алфавит подстановки незначительно менялся. Это превращало простую подстановку в полиалфавитную, подобную хорошо известному шифру Виженера, за исключением того, что она не требовала ручного поиска ключей или шифротекста. Операторы просто поворачивали ротор в заранее выбранное начальное положение и начинали печатать. Для расшифровки сообщения они переворачивали ротор в гнезде, чтобы он был "в обратном направлении", тем самым обращая все подстановки. Затем они вводили шифротекст, и на выходе получали открытый текст. Еще лучше, можно было разместить несколько роторов так, чтобы выход первого был подключен ко входу следующего. В этом случае первый ротор работал как и прежде, поворачиваясь один раз при каждом нажатии клавиши. Дополнительные роторы приводились в движение кулачком на соседнем роторе, каждый из них поворачивался на одну позицию после того, как соседний ротор совершал полный оборот. Таким образом, количество таких алфавитов резко возрастало. Для ротора с 26 буквами в алфавите пять таких роторов, "уложенных" таким образом, обеспечивали 26⁵ = 11 881 376 различных возможных подстановок. Уильям Ф. Фридман начал атаковать машину Хеберна вскоре после ее появления на рынке в 1920-х годах. Он быстро "взламывал" любые машины, построенные по аналогии с Хеберном, в которых роторы были сложены, а ротор на одном из концов поворачивался при каждом нажатии клавиши, так называемый "быстрый ротор". В этих случаях полученный шифротекст состоял из серии шифров простой подстановки, каждый из которых содержал 26 букв. Он показал, что при достаточных усилиях против таких систем можно было использовать довольно стандартные методы. Разумеется, сам этот факт был большой тайной. Это может объяснить, почему армия и флот не хотели использовать конструкцию Хеберна, к большому удивлению самого Хеберна.
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.