М-209

редактировать
Чтобы узнать о шоссе в американском штате Мичиган, см. M-209 (Мичиганское шоссе). М-209

В криптографии, то М-209, обозначенный СНТ-1500 в ВМС США ( C-38 от производителя) представляет собой портативный, механический Шифр машина используется в вооруженных силах США, прежде всего в Второй мировой войны, хотя она по- прежнему находится в активном использовании через Корейская война. M-209 был разработан шведским криптографом Борисом Хагелиным в ответ на запрос на такую ​​портативную шифровальную машину и являлся усовершенствованием более ранней машины, C-36.

M-209 размером с коробку для завтрака, в ее окончательном виде - 3 штуки.+1 ⁄ 4 на 5+1 ⁄ 2 на 7 дюймов (83 мм × 140 мм × 178 мм) и весом 6 фунтов (2,7 кг) (плюс 1 фунт (0,45 кг) для футляра). Это было блестящим достижением для доэлектронных технологий. В нем использовалась схема колеса, аналогичная схеме телешифрующей машины, такой как шифр Лоренца и Geheimfernschreiber.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Основные операции
  • 2 Внутренние элементы
    • 2.1 Обзор
    • 2.2 Пример конфигурации
    • 2.3 Пример кодировки
  • 3 Безопасность
  • 4 Производство и использование
  • 5 ссылки
    • 5.1 Дальнейшее чтение
  • 6 Внешние ссылки

Основная операция

M209B-IMG 0553-black.jpg

Основные операции с M-209 относительно просты. На шести регулируемых ключевых колесиках наверху коробки отображается буква алфавита. Эти шесть колес составляют внешний ключ для машины, обеспечивая начальное состояние, подобное вектору инициализации, для процесса шифрования.

Чтобы зашифровать сообщение, оператор настраивает ключевые колеса на случайную последовательность букв. Шифровани-расшифровке ручку на левой стороне машины установлен в положение «шифровать». Циферблат, известный как индикаторный диск, также находится слева, повернут к первой букве сообщения. Эта буква кодируется поворотом рукоятки или рукоятки с правой стороны машины; в конце цикла буква зашифрованного текста печатается на бумажной ленте, ключевые колесики продвигают каждую букву, и машина готова к вводу следующего символа в сообщение. Для обозначения пробелов между словами в сообщении зашифровывается буква «Z». Повторение этого процесса для оставшейся части сообщения дает полный зашифрованный текст, который затем может быть передан с использованием кода Морзе или другого метода. Поскольку начальная настройка ключевого колеса случайна, необходимо также отправить эти настройки принимающей стороне; они также могут быть зашифрованы с использованием ежедневного ключа или переданы в открытом виде.

Напечатанный зашифрованный текст автоматически разделяется M-209 на группы по пять для удобства чтения. Буква счетчик на верхней части машины указан общее количество закодированных букв, и может быть использован в качестве точки отсчета, если была допущена ошибка в шифровании или расшифровке.

Процедура дешифрования почти такая же, как и при шифровании; оператор устанавливает ручку шифрования-дешифрования в положение «дешифровать» и выравнивает ключевые колеса в той же последовательности, которая использовалась при шифровании. Первая буква зашифрованного текста вводится через индикаторный диск, и ручка мощности приводится в действие, продвигая ключевые колеса и печатая декодированную букву на бумажной ленте. Когда встречается буква «Z», кулачок вызывает появление пустого места в сообщении, таким образом восстанавливая исходное сообщение с пробелами. Отсутствие «Z» обычно может интерпретироваться оператором в зависимости от контекста.

Опытный оператор M-209 может потратить от двух до четырех секунд на шифрование или расшифровку каждой буквы.

Внутренние элементы

Обзор

Внутри корпуса М-209 вырисовывается гораздо более сложная картина. Каждое из шести ключевых колесиков имеет небольшой подвижный штифт, совмещенный с каждой буквой на колесе. Каждый из этих штифтов может быть расположен слева или справа; Расположение этих штифтов влияет на работу машины. Левая позиция неэффективна, а правая - эффективна.

Промежуточный редуктор (центральный) входит в зацепление с шестернями, примыкающими к каждому шпоночному колесу. Слева от изображения видны бумажная лента и печатное колесо, которые распечатывают сообщения и зашифрованный текст. Неактивный штифт (красный) в нижней части левого ключевого колеса (голубой) оттягивает направляющий рычаг (зеленый) назад. Никакой штифт не блокирует правый направляющий рычаг, поэтому пружина наклоняет этот направляющий рычаг вперед. Левый направляющий рычаг не может взаимодействовать с выступами (фиолетовый) на барабане (синий), в то время как правый направляющий рычаг находится в рабочем положении и будет толкать влево любые стержни с выступом в этом положении.

Каждое ключевое колесо содержит разное количество букв и, соответственно, разное количество штифтов. Слева направо на колесах:

  • 26 букв, от А до Я
  • 25 букв от A до Z, кроме W
  • 23 буквы, от A до X, кроме W
  • 21 буква от A до U
  • 19 букв, от A до S
  • 17 букв, от A до Q

Это несоответствие выбрано для того, чтобы размеры колес носили взаимно простой характер; Конечный результат состоит в том, что колеса выравниваются одинаково только один раз каждые 26 × 25 × 23 × 21 × 19 × 17 = 101 405 850 зашифрованных букв (также известных как точка). Каждое ключевое колесико связано с наклонным металлическим направляющим рычагом, который приводится в действие любыми штифтами в «рабочем» положении. Расположение штифтов на каждом ключевом колесе составляет первую часть внутреннего ключевого механизма M-209.

За рядом из шести ключевых колес находится цилиндрический барабан, состоящий из 27 горизонтальных стержней. Каждый барабан закреплен двумя подвижными проушинами ; выступы могут быть выровнены с любым из шести ключевых колес или могут быть помещены в одно из двух «нейтральных» положений. Эффективный штифт заставляет его направляющий рычаг наклоняться вперед, контактируя с барабаном. Расположение выступов составляет вторую часть внутреннего ключевого механизма. Из-за сложности настройки внутреннего механизма ключей меняли относительно нечасто; смена внутренних ключей один раз в день была обычным явлением.

Когда оператор поворачивает ручку привода, цилиндрический барабан совершает полный оборот через все 27 стержней. Если выступ на одной из планок касается направляющего рычага активного ключевого колеса, эта планка сдвигается влево; выступы в нейтральном положении или которые не соприкасаются с направляющим рычагом, не влияют на положение шины. Все полосы, которые сдвинуты влево, содержат зубчатое колесо с регулируемыми зубьями, которое, в свою очередь, перемещает кодируемую букву; смещение равно количеству выступающих влево столбцов. Полученная буква зашифрованного текста печатается на бумажной ленте.

После завершения вращения ретрактор возвращает выступающие стержни на место. Набор промежуточных шестерен перемещает ключевые колеса на одну позицию, а стопорный рычаг защелкивается в барабане, чтобы предотвратить повторное кодирование, пока индикаторный диск не будет настроен на следующую букву.

Эта система позволяла изменять смещение для каждого зашифрованного письма; без этого средства схема шифрования напоминала бы очень небезопасный шифр Цезаря со сдвигом.

Пример конфигурации

Перед кодированием чего-либо с помощью M-209 оператор должен настроить машину в соответствии с предустановленной конфигурацией. Эта конфигурация включает настройки для каждого штифта на всех шести ключевых колесах и положение каждого выступа на вращающемся барабане; они обычно указывались в таблицах в секретной системной публикации, предоставляемой как отправителю, так и получателю. Вращение ключевых колес может быть выбрано отправителем произвольно и предоставлено получателю по защищенному каналу связи.

Каждая буква на каждом ключевом колесе связана с булавкой, которую можно установить влево или вправо. Таблица, в которой указаны настройки этих контактов, может выглядеть следующим образом:

Колесо Настройки PIN-кода
1 AB-D --- HI-K-MN ---- ST-VW ---
2 A - DE-G - JKL —- O - RS-UX--
3 AB ---- GH-J-LMN --- РСТУ-X
4 --C-EF-HI --- MN-P - СТЮ
5 -B-DEF-HI --- MN-P - S
6 AB-D --- H - K - NO-Q

Буквы, которые присутствуют в таблице для данного ключевого колеса, должны иметь соответствующий штифт, установленный в правое или «эффективное» положение. Отсутствующие буквы, обозначенные тире, устанавливаются в левую или «неэффективную» позицию.

Вращающийся барабан имеет 27 стержней, на каждой по два выступа. Эти выступы могут быть установлены в любое положение с 1 по 6, и в этом случае они выровнены с соответствующим колесиком ключа, или они могут быть установлены в одно из двух положений «0», и в этом случае они неэффективны. Таблица с указанием настроек выступов для барабана может выглядеть следующим образом:

Бар 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Проушины 3-6 0-6 1-6 1-5 4-5 0-4 0-4 0-4 0-4
Бар 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Проушины 2-0 2-0 2-0 2-0 2-0 2-0 2-0 2-0 2-0
Бар 19 20 21 год 22 23 24 25 26 год 27
Проушины 2-0 2-5 2-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5

Ушки стержня 1 должны быть установлены в положения «3» и «6», выступы стержня 2 - в положения «0» и «6» и так далее. Например, любой выступ в положении «3» будет оттеснен в сторону направляющим рычагом, когда активный в данный момент штифт на ключевом колесе 3 находится в «рабочем» положении.

Наконец, внешний ключ устанавливается путем поворота колесиков ключа на определенную или случайную последовательность букв. При тестировании внутренних ключевых настроек M-209 оператор обычно устанавливает ключевые колеса на «AAAAAA» и продолжает кодировать сообщение, состоящее только из буквы «A». Затем полученный зашифрованный текст сравнивается с длинной проверочной строкой, чтобы убедиться, что все внутренние настройки были выполнены правильно. Контрольная строка для этой конкретной конфигурации:

T N J U W A U Q T K C Z K N U T O T B C W A R M I O

Штифты ключевого колеса вступают в действие, когда они достигают нижней части ключевого колеса во время вращения; именно здесь они могут касаться или высвобождать направляющий рычаг, который отклоняет выступы влево. Активный штифт смещен на определенную величину от буквы, отображаемой в данный момент на передней панели клавишного колеса; когда на колесиках клавиш отображается «AAAAAA», то задействованные штифты связаны с буквами «PONMLK» слева направо.

Пример кодировки

После того, как M-209 настроен в соответствии с указанными выше настройками, устройство готово к кодированию. Продолжая пример известной контрольной строки, первая буква, которую нужно закодировать, - это «A». Оператор устанавливает индикаторный диск на букву «А» и поворачивает ручку питания.

Поскольку ключевые колеса установлены на строку «AAAAAA», активными выводами являются «PONMLK»; согласно настройкам выше, штифт «P» не действует на первом ключевом колесе, штифт «O» действует на втором ключевом колесе, «N» действует на третьем, «M» действует на четвертом, «L». "К" неэффективен на пятом, а "К" эффективен на шестом. Направляющие рычаги, связанные с эффективными штифтами, будут наклоняться вперед и контактировать с вращающимся барабаном; в этом случае будут эффективны направляющие рычаги 2, 3, 4 и 6.

Любой стержень на барабане с выступом в любом из этих положений будет сдвинут влево, и этот стержень будет участвовать в зубчатом колесе с регулируемыми зубьями, приводящем в движение выходную мощность машины. В соответствии с заданными настройками стержни 1, 2, 3 и 5–21 будут сдвинуты влево, что в сумме составит 20 стержней или 20 «зубцов» на зубчатом колесе с регулируемыми зубьями. Кодировка для этой буквы будет использовать сдвиг 20.

M-209 использует шифр взаимной замены или схему Бофорта ; алфавит, используемый в текстовом сообщении, отображается на тот же алфавит в обратном порядке ( atbash ):

Обычный текстовый алфавит: АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЫЭЮЯ
Алфавит зашифрованного текста: ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

Если смещение не рассматривается, «A» становится «Z», «B» становится «Y», «C» становится «X» и так далее. Переключение происходит в обратном направлении; например, открытый текст «P» отображается в зашифрованный текст «K»; сдвиг на три позиции влево дает зашифрованный текст "N". Сдвиг является круговым, поэтому, когда сдвиг уходит с левой стороны, он снова продолжается с правой. Этот подход является самообратимым, что означает, что при расшифровке используется та же таблица таким же образом: зашифрованный текст «N» вводится, как если бы он был открытым текстом; это отображается на "M" в алфавите зашифрованного текста или "P" после сдвига трех позиций, возвращая, таким образом, исходный открытый текст.

Продолжая приведенный выше пример, начальная буква, которая должна быть закодирована, была «A», которая отображается в «Z» в зашифрованном тексте. Переключение, которое давала зубчатая передача с регулируемыми зубьями, составляло 20; сдвиг влево на 20 позиций дает последнюю букву зашифрованного текста "T", которая совпадает с первой цифрой в проверочной строке.

В конце цикла кодирования все шесть ключевых колес перемещаются на одну позицию вперед. После этого ключевые колеса будут читать «BBBBBB», а активные контакты будут «QPONML». Новый набор направляющих рычагов будет взаимодействовать с барабаном, что приведет к другому сдвигу для следующей операции кодирования и так далее.

Безопасность

Безопасность M-209 была хорошей для своего времени, но отнюдь не идеальной. Как и в случае с шифромашиной с телетайпом Lorenz Electric ( союзники под кодовым названием Tunny ), если взломщик кодов получит две перекрывающиеся последовательности, он будет иметь дело с настройками M-209, и его работа будет иметь некоторые характерные особенности, которые можно было бы использовать. По состоянию на начало 1943 года немецкие криптоаналитики могли читать 10-30% сообщений M-209. Однако он считался подходящим для тактического использования и все еще использовался армией США во время Корейской войны.

Американский исследователь Деннис Ритчи описал сотрудничество 1970-х годов с Джеймсом Ридсом и Робертом Моррисом по атаке только зашифрованного текста на M-209, которая могла решить сообщения, содержащие не менее 2000–2500 писем. Ричи сообщает, что после обсуждения с АНБ авторы решили не публиковать его, поскольку им сказали, что этот принцип применим к машинам, которые тогда еще использовались иностранными правительствами.

В 2004 году немецкий новостной сайт Heise Online опубликовал статью о попытках Германии сломать M-209.

Производство и использование

Американские M-209 производились в количестве 400 единиц в день компанией Smith Corona Typewriter Company в Гротоне, штат Нью-Йорк, начиная с 1942 года. Было произведено более 140 000 машин.

Немецкий SG-41 должен был быть стандартной тактической шифровальной машиной, но у немцев были лишь ограниченные запасы легких металлов, таких как магний и алюминий, и он был просто слишком тяжел для тактического использования. Menzer также работал над двумя другими шифровальными машинами, основанными на технологии Hagelin, включая продолжение Enigma, SG-39, и простую, но довольно сильную портативную шифровальную машину Schlüsselkasten («Code Box»). Ни одна из этих машин не была запущена в производство. Если бы устройства Menzer были приняты на вооружение, они бы наверняка создали проблемы для криптоаналитиков союзников, хотя они были не более уязвимыми, чем M-209.

После войны Хагелин разработал улучшенную модель М-209, получившую обозначение « С-52 ». C-52 имел период до 2 756 205 443 человека; колеса, которые можно было снимать и вставлять повторно в другом порядке; и печатное колесо со смешанным алфавитом. Однако C-52 был одним из последних поколений классических шифровальных машин, поскольку к тому времени новая цифровая технология позволяла разрабатывать гораздо более безопасные шифры.

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-12-31 10:10:11
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте