Schlüsselgerät 39 - Schlüsselgerät 39

В Schlüsselgerät 39 (SG-39) был электрически управляемым роторная шифровальная машина, изобретенный немецкими Фриц Менцер в течение Вторая Мировая Война. Это устройство было развитием роторов Enigma в сочетании с тремя штифтами Hagelin для обеспечения переменного шага роторов. Все три колеса ступали по одному разу при каждом шифровании. Роторы работали в соответствии с обычными правилами Enigma, за исключением того, что активный штифт на считывающей станции для штифтового колеса не позволял соединенному ротору шагать. Цикл обычной Enigma составлял 17 576 символов. Когда Schlüsselgerät 39 был правильно настроен, длина его цикла была ${\displaystyle 2.7x10^{8}}$ символов, который был более чем в 15 000 раз длиннее стандартной Enigma. В Schlüsselgerät 39 был полностью автоматическим: при нажатии клавиши простые и зашифрованные буквы печатались на отдельных бумажных лентах, разделенных на группы из пяти цифр.^[1][2][3] В Schlüsselgerät 39 был брошен немецкими войсками в пользу Schlüsselgerät 41.

Техническое описание

Schlüsselgerät 39 - Со снятым капюшоном. Ранняя фотография

Заметка: Отто Буггиш предоставил техническое описание блока шифрования как часть TICOM домашнее задание.

Gerät 39 - это шифровальная машина с электрическим приводом. Метод шифрования получен из Enigma шифровальная машина.^[4] Постоянный ток проходит через 3 или 4 колеса с 26 положениями, I, II, II, рефлекторное колесо U и снова через 3 колеса в обратном порядке, III II и I. В отличие от Enigma, колеса здесь не работают. управлять своим движением: это осуществляется с помощью 3 независимых штифтов N1, N2 и N3 с периодами 21, 23 и 25. Фигуры были распределены между N1, N2 и N2, возможно, в двух различных конфигурациях.

N1	N2	N3	Или	N1	N2	N3
21	23	25		25	23	21

Рисунок 1 Конфигурация маршрута постоянного тока

Штифты имеют равномерное движение, то есть они перемещаются на одно положение для каждой буквы. Что касается движения ключевых колес и других деталей, то машина с течением времени прошла различные стадии развития, для которых не было конкретных названий и которые здесь будут обозначаться буквами a, b, c и d.

1. Каждое из трех колес перемещается в одном месте, когда активный штифт находится в точке считывания соответствующего штифтового колеса, и только тогда оно перемещается. Колеса не имеют подвижных колец на корпусе колеса, в результате чего, в отличие от Enigma, начальное положение корпуса колеса определяется абсолютно одновременно с настройкой четкого сообщения. Колесо рефлектора является съемным, как колесо рефлектора D на Enigma; его можно быстро заменить на второе колесо отражателя с подготовленной заглушкой отражателя.^[5]
2. Колеса I, I и III, проводка которых теперь точно соответствует проводке Enigma, имеют регулируемые кольца; они могут перемещаться по корпусу колес и имеют фиксированный штифт, который, по аналогии с Enigma, следует называть поворотной выемкой, хотя механически это не так. Напротив колес I и II расположены две точки измерения, которые определяют выемку поворота, когда она проходит. U подключаемый, как в а). Кроме того, между точкой входа и I есть штекер S, такой как Enigma. Stecker. Возможны два метода работы:^[5]
   1. Работа по собственной проводке: N1 N2 и N3 имеют определенное расположение контактов, правда, существуют определенные ограничения на количество активирующих контактов. Колесо I перемещается, как указано в пункте а) выше. У колеса II есть следующие 3 причины движения:^[5]
      1. Активный штифт в точке измерения N2 заставляет II перемещаться на одно место, как в а) выше.
      2. Когда поворотная выемка на кольце I подходит к точке считывания, II перемещается, когда вводится следующая буква (как в Enigma).
      3. Когда поворотная метка доходит до чувствительной точки II, II включается в одном месте при вводе следующей буквы (одновременно с III, как и с двойной шаг на Enigma)^[6]
      Если любая из этих трех причин движения действует одновременно на II, она, тем не менее, перемещается только в одном месте. Колесо III движется по трем причинам.
      1. Активный штифт в точке считывания N3 заставляет III перемещаться на одно место, как в первом а) выше,
      2. Когда поворотная выемка на кольце II подходит к точке считывания, III перемещается на одно место при вводе следующей буквы.^[6]
      Как и в случае II, если две причины движения для III операции одновременно, комбайн производит одну остановку.^[6]
   2. Работаем над проводкой Enigma. Все контакты N1 установлены на активный, все контакты N2 и N3 остаются неактивными. Затем движения идентичны движениям Enigma. Поскольку все другие факторы также согласуются с соответствующими на Enigma, возможна взаимозаменяемая работа между обеими машинами.^[6]
3. Напротив колеса III имеется контрольная точка. Если он касается перекидной выемки на кольце III, то I включается в одном месте при вводе следующей буквы. Если это движение совпадает с шагом, вызванным N1, это снова приводит к единственному шагу. Таким образом сохраняется возможность взаимозаменяемой работы с Enigma. Кроме того, теперь у станка есть четвертое колесо, которое находится между III и U и не перемещается при нажатии клавиши. Он соответствует четвертому колесу на Naval Enigma и используется для взаимозаменяемой работы с этой машиной.^[6]
4. Летом 1944 г. Карл Штайн из OKW / Chi сказал Buggisch, что взаимное влияние колес должно быть каким-то образом изменено. Баггиш не мог вспомнить подробностей, но ничего принципиального в принципе работы машины, описанной в c), не изменилось. Возможна взаимозаменяемая работа с армейской и флотской Enigma.^[6]

Исследования периодичности

В случае первой модели а) выше вопрос о периодичности является элементарным, существует 26²= 276 чистых периодов длины

12 х 23 х 25 х 26 = 313, 950

до тех пор, пока количество активных штифтов на каждом из штифтов равно 2 и 13. Это последнее условие должно быть указано в правилах шифрования; в противном случае 676 периодов были бы более легко видны.^[7]

В случае модели б) дело обстоит гораздо сложнее. Исследования этой проблемы зимой 1942/1943 г. увенчались успехом лишь частично; прежде всего, было невозможно точно рассчитать длительность чистых периодов и предварительных периодов. Однако были даны оценки, вполне адекватные для практических целей. Баггиш не мог вспомнить подробностей этих несколько расследований. Необычайная продолжительность многих пре-периодов (длины в несколько тысяч не были редкостью) и сложность их ветвей были замечательными. Общий вид можно проиллюстрировать следующей схемой:^[7]

Рисунок 2 Круг, представляющий чистый период, и прямые линии - предварительные периоды.

В этом круге изображен чистый период, а прямыми линиями - предпериоды. Обычно было несколько чистых периодов, каждый из которых имел сложную систему разветвляющихся на него предпериодов. Затем необходимо несколько отдельных фигур вышеуказанного типа рядом, чтобы дать графическое представление о периодичности. Насколько я помню, нижняя граница продолжительности чистых периодов была 25.² х 21 х 23 х 25 = 8 162 700.

Вопросы периодичности в случае модели c) были еще более сложными. Было просто невозможно вычислить длины чистых периодов и предварительных периодов, не говоря уже о нижних пределах, которые сами по себе немаловажны.^[7]

Безопасность шифра

Основные недостатки Enigma заключались в следующем:^[8]

1. Колесо двигалось равномерно
2. Колесо II и, прежде всего, колесо III двигалось слишком редко.
3. Период 25 х 26² была сравнительно небольшой, так что при большом потоке в один день на одной клавише приходилось считаться с совпадением критических глубин (это относится по крайней мере к армейской загадке; военно-морская машина имела четвертое колесо, так что дневной трафик на одном ключе был распределен на 26 периодов).
4. Колесо отражателя не было вставным и оставалось неизменным в течение многих лет (и из-за (5) противник мог легко установить Холлерит методы, например, все 60 х 26³ подмена алфавитов отключенных машин.
5. Количество возможных комбинаций колес составляло всего 60, поскольку набор колес, принадлежавший машине, по крайней мере, в случае с Army Enigma, состоял только из 5 различных колес.^[8]

Неисправности с 1 по 4 уже были устранены на модели а) Schlüsselgerät 39, 5. тогда больше не кажется жизненно важным. С другой стороны, отказ от регулируемых колец и штекера привел к недостаткам, которых у Enigma не было. Фактически, отсутствие штекера S нельзя компенсировать, сделав колесо отражателя U съемным; Исследования Enigma показали, что обнаружить рулевое управление S значительно труднее, чем отражающее колесо U.^[8]

Подробно результаты исследований были следующими:

1. Если внутренняя проводка и четкая настройка сообщений колес I, II и II известны, подключение отражающего колеса и расположение штифтов N1 N2 N3 можно узнать из набора из 25 букв, это был довольно трудоемкий процесс. .
2. Если внутренняя проводка колес I, I и II, а также колеса отражателя U известна, то также можно узнать четкую настройку сообщений и расположение штифтов N1, N2 и N3 из детская кроватка из 25 букв; это тоже трудоемкий процесс.^[8]

Вышеупомянутая слабость модели а) была устранена введением рулевого управления и регулируемых колец модели б), хотя это было сделано в основном по совершенно другой причине, а именно, чтобы сделать возможной взаимозаменяемую работу с Enigma. Теперь уже не считалось, что существует серьезная возможность взлома. Однако, поскольку система I и N1 все еще имела относительно небольшой период 21 x 26, казалось желательным уничтожить и ее. Это было сделано на модели c), заставив III реагировать на I, и не представляло никаких технических трудностей.^[9]

Наконец, в модели c) общее количество периодов было умножено на 26 по сравнению с a) и b), но с введением четвертого колеса; правда, он не был предназначен в первую очередь для этой цели, но был добавлен для выполнения взаимозаменяемой работы с Naval Enigma.^[9]

История о Gerät 39

Модель а) была разработана еще в 1939 или 1940 г. Wa Pruef 7 на Waffenamt. Летом 1942 г. прототип был доступен в лаборатории доктора Пуппа в г. Wa Pruef 7, и был изготовлен фирмой Телефон и стандартное время (Немецкий: Telefonbau und Normalzeit), позже названный Tenovis. Примечательной особенностью было то, что при вводе буквы открытого текста соответствующая зашифрованная буква могла быть отправлена ​​передатчиком одновременно в виде символа Морзе. Это с технической точки зрения довольно сложная операция. Таким образом, машина была похожа на шифровальный телетайп, за исключением того, что вместо 5-элементного алфавита использовался обычный алфавит Морзе. Максимальная скорость набора была такой же, как на нынешнем (1940-е годы) шифровальном телетайпе. Однако его нельзя было использовать при работе с прямой передачей, потому что прием на другом конце не был автоматическим, как в случае шифровального телетайпа, а должен был осуществляться. на слух оператором. Это была одна из многих причин, по которым автоматическая трансмиссия машины не использовалась в более поздних моделях. Это было сделано, когда Оберст Кан, директор департамента Pruef 7 компании Waffenamt, ушел, особенно отстаивая этот странный принцип. Вторая фактически построенная модель была подобна модели, обозначенной c) в разделе [См. 2.1.1] выше. Он печатал только чистый текст и зашифрованный текст на 2 отдельных полосах. Баггиш увидел это в январе 1944 года, когда я посетил Wa Pruef 7 Section II в Планкен.^[9]

Переход с шифровальных а) на б), а также в) был произведен в конце 1942 года. Это было сделано по инициативе Кригсмарине который установил принцип, согласно которому любая недавно представленная шифровальная машина для более высоких штабов должна допускать взаимозаменяемую работу с Enigma. Армия (Heer и Вермахт ) также придерживался этой точки зрения: в первом случае только высшие органы должны были получить новую машину, например ОКВ, ОКХ и Группы армий и только постепенно, по мере возможности производства, машина Engigma должна была быть заменена на 39 в армиях и, наконец, возможно, в армейском корпусе. В течение 1943 и 1944 годов между различными заинтересованными штабами было много и продолжительных дискуссий и аргументов за и против введения машины 39. Пришлось учесть особые пожелания ВМФ. Производственная фирма пожаловалась на отсутствие^[9] материала и труда. Из-за этих и подобных трудностей разработка в одно время вообще остановилась, но, тем не менее, возобновилась. Во всяком случае, нечеткость решающих властей была, помимо трудностей производства, главной причиной того, что машина так и не была завершена.^[10]

Список используемой литературы

• «Заключительный отчет TICOM I-137, написанный Вахтмайстером Отто Буггишем из OKH / Chi и OKW / Chi» (pdf). Гугл Диск. TICOM. 8 октября 1945 г.. Получено 12 сентября 2018.

использованная литература

1. Моури, Дэвид П. (1983). "Regierungs-Overinspektor Fritz Menzer: Extraordinaire криптографического изобретателя" (PDF). nsa.gov. Номер документа: 2757002. Cryptologic Quarterly, Vol. 2, №№ 3-4; осень / зима 1983-84 гг. стр. 21–36. Получено 30 января 2016. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
2. Клаус Шме (2008). Codeknacker gegen Codemacher: die faszinierende Geschichte der Verschlüsselung; [Sachbuch]. W3l GmbH. п. 223. ISBN  978-3-937137-89-6.
3. Майкл Смит (20 января 2011 г.). Взломщики кодов в Блетчли-парке. Biteback Publishing. п. 339. ISBN  978-1-84954-623-2.
4. "Итоговый отчет I-137, написанный Вахтмайстером Отто Буггишем из OKH / Chi и OKW / Chi". Гугл Диск. TICOM. 8 октября 1945 г.. Получено 3 февраля 2018.
5. И-137 ч.2
6. И-137 стр.3
7. И-137 стр.4
8. И-137 стр.5
9. И-137 стр.6
10. И-137, стр.7