Британская шифровальная машина Typex: Устройство и история

Введение

Британская шифровальная машина
коррекционная жидкость

В истории криптографии машины Typex (также известные как Type X или TypeX) были британскими шифровальными машинами, использовавшимися с 1937 года. Они представляли собой адаптацию коммерческой немецкой машины «Энигма» с рядом усовершенствований, значительно повысивших её безопасность. Шифровальная машина (и её многочисленные модификации) использовалась до середины 1950-х годов, когда на смену пришли другие, более современные военные системы шифрования.

Описание

Как и "Энигма", "Типэкс" был роторной машиной. "Типэкс" выпускался в нескольких вариантах, но все они содержали пять роторов, в отличие от трех или четырех в "Энигме". Как и в "Энигме", сигнал проходил через роторы дважды, используя "рефлектор" в конце стека роторов. На роторе "Типэкс" каждый электрический контакт был продублирован для повышения надежности. Из пяти роторов, как правило, первые два были неподвижными. Они обеспечивали дополнительное шифрование, не усложняя механизмы вращения роторов. Их назначение было схоже с функцией плагина в "Энигме", обеспечивая дополнительную рандомизацию, которую можно было легко изменить. Однако, в отличие от плагина "Энигмы", проводку этих двух роторов нельзя было легко менять ежедневно. Плагины были добавлены в более поздние версии "Типэкс". Основным преимуществом "Типэкс" перед стандартной "Энигмой" было то, что роторы машины имели несколько выемок, которые поворачивали соседний ротор. Это устраняло целый класс атак на систему, в то время как фиксированные выемки "Энигмы" приводили к появлению определенных закономерностей в шифротексте, которые можно было заметить при определенных условиях. Некоторые роторы "Типэкс" состояли из двух частей: в металлический корпус вставлялась втулка с проводкой. Разные корпуса имели разное количество выемок по окружности – например, 5, 7 или 9. Каждую втулку можно было вставить в корпус двумя способами, переворачивая ее. При работе все роторы машины использовали корпуса с одинаковым количеством выемок. Обычно выбирали пять втулок из набора в десять штук. На некоторых моделях операторы могли достигать скорости 20 слов в минуту, а зашифрованный или расшифрованный текст выводился на бумажную ленту. В некоторых портативных версиях, таких как Mark III, сообщение набирали левой рукой, а правой вращали рукоятку. В нескольких интернет-статьях о "Типэкс" утверждается, что для смазки машин использовался только вазелин, и никаких других смазочных материалов не применялось. Вазелин использовался для смазки контактов роторных дисков. Без этого существовал риск возникновения дуги, которая могла прожечь изоляцию между контактами. Для остальной части машины использовались два сорта масла (масла для шпинделей №1 и №2). Регулярная чистка и техническое обслуживание были необходимы. В частности, требовалось поддерживать смазанными диски кулачкового механизма букв/цифр.

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.

История и развитие

К 1920-м годам британское правительство искало замену своим системам шифрования книгами, которые были признаны небезопасными и оказались медленными и неудобными в использовании. В 1926 году был сформирован межведомственный комитет для рассмотрения вопроса о возможности их замены шифровальными машинами. В течение нескольких лет и с большими затратами комитет исследовал ряд вариантов, но ни одно предложение не было принято. Одним из предложений, выдвинутых командованием крыла Освином Г. В. Г. Лайвудом, было адаптировать коммерческую «Энигму», добавив печатный блок, но комитет решил не рассматривать предложение Лайвуда. В августе 1934 года Лайвуд приступил к работе над машиной, санкционированной Королевскими ВВС. Лайвуд работал с Дж. К. Колсоном, Альбертом П. Леммоном и Эрнестом В. Смитом в Кидбруке, Гринвич, а печатный блок предоставила компания Creed & Company. Первый прототип был доставлен в Министерство авиации 30 апреля 1935 года. В начале 1937 года около 30 машин Typex Mark I были поставлены в Королевские ВВС. Изначально машина называлась «RAF Enigma с приставками типа X». Проектирование ее преемника началось к февралю 1937 года. В июне 1938 года Typex Mark II была продемонстрирована комитету шифровальных машин, который одобрил заказ на 350 машин. Модель Mark II была громоздкой, включала два принтера: один для открытого текста и один для шифротекста. В результате она была значительно больше, чем «Энигма», весила около 300 кг и имела размеры × ×. После испытаний машина была принята на вооружение Королевскими ВВС, армией и другими государственными ведомствами. Во время Второй мировой войны большое количество машин Typex было изготовлено производителем табуляторов Powers Samas. Typex Mark III была более портативным вариантом, использующим те же барабаны, что и машины Mark II, приводимые в действие поворотом рукоятки (также была возможность установки моторного привода). Максимальная скорость работы составляла около 60 букв в минуту, что значительно медленнее, чем 300, достижимых с Mark II. Typex Mark VI была еще одним вариантом с ручным приводом, размерами × ×, весом и состояла более чем из 700 компонентов. С ноября 1941 года в машину были добавлены коммутационные панели для отражателя. Для межсоюзной связи во время Второй мировой войны была разработана Комбинированная шифровальная машина (CCM), которая использовалась в Королевском флоте с ноября 1943 года. CCM была реализована путем внесения изменений в Typex и американскую машину ECM Mark II, чтобы обеспечить их совместимость. Typex Mark VIII представляла собой Mark II, оснащенную морзевским перфоратором. Typex 22 (BID/08/2) и Typex 23 (BID/08/3) были поздними моделями, включавшими коммутационные панели для повышения безопасности. Mark 23 была модифицированной Mark 22 для использования с CCM. В Новой Зеландии Typex Mark II и Mark III были заменены Mark 22 и Mark 23 1 января 1950 года. Королевские ВВС использовали комбинацию телепринтера Creed и Typex до 1960 года. Это объединение позволило одному оператору использовать перфоленты и распечатки как для отправки, так и для приема зашифрованных сообщений. По оценкам Эрскина (2002), к концу Второй мировой войны было построено около 12 000 машин Typex.

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.

Преимущества по сравнению с Enigma

Все версии Typex имели преимущества перед немецкими военными версиями машины «Энигма». Немецкими аналогами телепринтерных машин, использовавшимися во Второй мировой войне на более высоких уровнях управления, но не в полевых подразделениях, были Lorenz SZ 40/42 и Siemens и Halske T52, использующие шифры «Фиш». Для эффективной работы большинству версий «Энигмы» требовалось два оператора: один вводил текст, а другой записывал зашифрованные или расшифрованные символы. Typex исключал ошибки, возникающие при ручном копировании оператором, поскольку зашифрованный или расшифрованный текст автоматически печатался на бумажной ленте. В отличие от «Энигмы», машины Typex I были подключены к телепринтерам, а Typex II могли быть подключены при необходимости. Сообщения, зашифрованные с помощью «Энигмы», приходилось писать, шифровать, передавать (телеграфом, азбукой Морзе), принимать, расшифровывать и снова записывать, в то время как сообщения Typex набирались на клавиатуре, автоматически шифровались и передавались за один шаг, и то же самое происходило при расшифровке.

Общие и цитируемые ссылки

Мартин Кэмпбелл Келли, ICL: Бизнес и техническая история, Oxford University Press, 1990. Дороти Кларксон, "Шифровальные машины: обслуживание и восстановление за шестьдесят лет", Cryptologia, 27(3), июль 2003, с. 209–212. Cipher A. Deavours и Louis Kruh, "Машинная криптография и современный криптоанализ", Artech House, 1985, с. 144–145; 148–150. Ральф Эрскин, "Адмиралтейство и шифровальные машины во время Второй мировой войны: не так уж и глупо", Журнал истории разведки, 2(2) (Зима 2002). Ральф Эрскин, "Разработка Typex", The Enigma Bulletin, 2 (1997): с. 69–86. Kruh и Deavours, "Криптограф Typex", Cryptologia, 7(2), с. 145–167, 1983. Эрик Моргон, "История безопасности связи в Новой Зеландии", Часть 1 (PDF). Возможно, связанная страница в формате html.