Шифровальная машина NEMA

в 11:01, , рубрики: NEMA, Блог компании ua-hosting.company, информационная безопасность, криптография, машина, механизм шифрования, роторы, схема, шифрование, шифрование данных, метки:

Во время Второй мировой войны швейцарская армия использовала усовершенствованную версию коммерческой Enigma K, которую иногда называют Swiss К. Когда швейцарцы обнаружили, что их секретные сообщения расшифровываются как Союзниками так и немцами, они решили разработать собственную шифровальную машину NEMA.

NEMA (сокращенно от «Neue Maschine») — электромеханическая шифровальная машина, разработанная компанией Zellweger AG (г. Устер, Швейцария) во время Второй мировой войны и пришедшая на смену знаменитой немецкой Энигме. Машина также известна под названием T-D и как NEMA Modell 45.

На первый взгляд у машины насчитывалось 10 роторов, но только 5 из них соединялись электрическим контуром. Также 4 из 5 были кодирующими роторами с 26 контактами с каждой стороны. А пятый диск — рефлекторный, который во время шифровки мог перемещаться (в отличие от Энигмы, где рефлектор был фиксирован).

NEMA состояла из клавиатуры на 26 букв (A-Z) для ввода открытых сообщений, а также из 26 лампочек, подсвечивающих нужные буквы шифрованного текста. Но по сравнению с Энигмой, у NEMA были дополнительные переключатели между буквами и числами. Они использовались для соединения с электронным печатающим устройством. В NEMA присутствовали конструктивные улучшения, такие как нерегулярные пошаговые вращения шифрующих роторов (за счет добавления дополнительных колес). Взломать шифр было особенно сложно.

Шифровальная машина NEMA - 1

Разработка машины NEMA проходила с 1941 г. по 1943 г. командой специалистов во главе с бернским преподавателем Артуром Алдером (Captain Arthur Alder). В состав разработчиков входили: преподаватель аналитической математики Хьюго Хэдвиджер (Hugo Hadwiger), профессор математики Генрих Эмиль Вебер (Heinrich Emil Weber) и Пол Глур (Paul Glur).

Первый прототип NEMA представили в начале 1944 г., но одобрение она получила лишь через год (после внесения нескольких модификаций и улучшений). В 1946 г. началось производство машин. А в эксплуатацию модель поступила только в 1947 г., что было несколько запоздало для военного дела. NEMA использовалась швейцарской армией и Министерством иностранных дел (Дипломатической службой) в послевоенные годы, пока ее не заменили более усовершенствованные шифровальные устройства, такие как Hagelin и Gretag.

NEMA в деталях:

Шифровальная машина NEMA - 2

Шифровальная машина NEMA - 3

Шифровальная машина NEMA - 4

Шифровальная машина NEMA - 5

Шифровальная машина NEMA - 6

Шифровальная машина NEMA - 7

Управление

NEMA находилась в черном металическом корпусе-чемодане с кожаным ремнем для переноса и цилиндрическим замком с одной стороны. В верхней крышке корпуса размещались все необходимые и дополнительные комплектующие, вроде панели с лампочками, сетевого кабеля, дополнительных роторов и других аксессуаров.

Подробная схема машины NEMA:

Шифровальная машина NEMA - 8

Модели NEMA

Шифровальная машина NEMA была выполнена в трех базовых типах моделей: Учебной, Военной и Машины Министерства иностранных дел. Несмотря на внешнюю идентичность и сходство большей части операций у этих моделей, некоторые существенные различия делали машины противоположными по действию.

Учебная машина

Данная модель использовалась для обучения операторов. Чтобы избежать риска утечки данных о машине и принципах ее действия, тренировочный экземпляр отличались от актуального военного образца. Большинство сохранившихся NEMA именно этого типа, поскольку они довольно долго и интенсивно использовались для обучения. На немецком языке модель известна, как Schulmaschine (с немецкого — школьная машина). У образца имеется этикетка:

Nur für Schulen und Kurse abgeben
A remettre uniquement aux écoles et cours
A solo uso di scuole e corsi

Военная машина

Данная модель долгое время оставалась засекреченной. Военные образцы немного отличались по операциям, имели дополнительные роторы (E и F), которые находились в цилиндрических контейнерах в крышке корпуса. И различалась разметка на ступенчатых роторах. Поскольку NEMA была создана после войны, то лишь изредка использовалась для тестирования и много лет оставалась в запасе. На немецком языке эта машина известна, как Kriegsmobilmachungs-Maschine или K-Mob-Maschine. Военная модель NEMA — весьма редкий экземпляр, распознать который можно по этикетке:

Нур bei Kriegsmobilmachung abgeben!
Авария Ne délivrer qu'en de мобилизация de guerre!
Da отправ. соло в caso di mobilitazione di guerra!

Машина Министерства иностранных дел

Эта версия NEMA использовалась исключительно швейцарским Министерством иностранных дел (Дипломатической службой). Насколько известно, машины данной модели никогда не демонстрировали общественности. Но было установлено, что «дипломатические» NEMA выпускались с разными ступенчатыми роторами и дисками, а также иначе настроенным ступенчатым механизмом.

Принцип работы

Работа NEMA во многом походила на работу Энигмы. Только в швейцарской машине отсутствовала коммутационная панель. Вместо этого на роторах было увеличено количество выемок. При нажатии на клавишу клавиатуры, контур замыкался. От батареи в 4.5В ток проходил через различные цепи и в результате включал одну из набора лампочек, отображающую искомую букву кода. Постоянное изменение электрической цепи давало возможность создать многоалфавитный шифр подстановки. Это делало его более устойчивым и надежным. В отличие от Энигмы, механизм перемещения роторов у NEMA был более сложный.

Шифровальная машина NEMA - 9

В NEMA использовался рефлектор, соединяющий вместе пары проводов. Его наличие гарантировала инволюция, то есть, что дешифрование представляло собой то же, что и шифрование.

Для более подробного изучения работы 10 кодирующих роторов NEMA требовалось поднять шарнирную крышку (слева от желтой этикетки). Ток поступал к дискам через входной ротор (ETW), тот, который красного цвета. На все диски была нанесена разметка — желтые буквы алфавита.

Шифровальная машина NEMA - 10

Крайний диск справа — рефлектор (UKW), использовался в качестве отражателя и состоял из 26 статических контактов. Между рефлектором и входным ротором находились четыре пары промежуточных дисков. Каждая пара состояла из электрического кодирующего ротора с 26 контактами с обеих сторон и механического колеса, которое управляло движением ротора. Каждый электрический диск мог объединяться с любым из ступенчатых роторов. Штыревые и плоские контакты соответствовали буквам в алфавите. При соприкосновении, контакты соседних роторов замыкали электрическую цепь. Внутри ротора каждый штыревой контакт соединялся с одним из плоских. У каждого ротора был собственный порядок соединения.

Шифровальная машина NEMA - 11

Красный рычаг использовался для перемещение роторов.

Шифровальная машина NEMA - 12

После открытия крышки, рычаг должен был выдвигаться до упора.

Шифровальная машина NEMA - 13

Барабан с парами роторов можно было вытащить из NEMA. За исключением входного ротора, который фиксировался и оставался в машине.

Шифровальная машина NEMA - 14

Шифровальная машина NEMA - 15

Помимо входного, все роторы размещались на шпинделе.

Шифровальная машина NEMA - 16

Ротор в разобранном виде:

Шифровальная машина NEMA - 17

Ступенчатое движение роторов

Ступенчатое движение роторов NEMA происходило по сложной схеме. Роторы перемещались с помощью узких и широких шпинделей и собачек. Движение вверх передвигало ротор на один шаг. В результате он перемещался только назад (Z → Y → X → W и т.д.).

Шифровальная машина NEMA - 18

В качестве дополнительного уровня сложности в конструкции применялись четыре винта регулирования.

Шифровальная машина NEMA - 19

Наладка таких винтов требовала специальных инструментов и обучения. Подобная конфигурация использовалась военными машинами.

Ключ к шифру

Подбирая ключ к шифру NEMA, следовало рассмотреть внутренний и внешний ключи. Внутренний ключ определял, какие ступенчатые роторы соединены с шифровальными дисками. Например:

15-C / 12-A / 14-D / 13-B

Внешний ключ определял исходное положение ротора в начале сообщения. Например:

B X L R R T V Y L Z

Исходное положение менялось после перемещения рычага влево на самую последнюю позицию. Можно было передвигать все десять роторов вперед и назад, подбирая нужный ключ.

Большинство ключей хранилось лишь какое-то время (как правило, около суток). Для новых сообщений задавались и новые исходные позиции роторов. Делали это для того, чтобы максимально обезопасить шифр. Ведь при наличии достаточного количества сообщений, посланных с идентичными настройками, грамотный криптоаналитик (ко всему еще и тщательно изучивший несколько сообщений) с помощью частотного анализа мог подобрать шифр к сообщениям. Стоит вспомнить принцип вектора инициализации, где использовалась похожая идея. Вместе с криптограммой отправлялись начальные позиции, перед зашифрованным текстом. Этот принцип называли «индикаторной процедурой». Собственно, подобные слабости и помогли добиться успеха со взломами кода Энигмы.

Ротор производил довольно простой тип шифрования: элементарный шифр замены, в котором элементы исходного открытого текста заменялись зашифрованным текстом в соответствии с требованиями.

Подсчет общего количества возможных исходных позиций был относительно простым. Если бралась военная машина, то выходило 6 роторов шифра (A-F) из которых 4 находились в машине. На выходе получалось 360 возможных комбинаций роторов (6 × 5 × 4 × 3). То же самое происходило и со ступенчатыми роторами (360 вариаций). Вычисление общего количества возможных стартовых позиций 10 роторов представляло 2610.

Общее количество возможных настроек рассчитывалось по формуле:

360 × 360 × 2610,

что в сумме приблизительно давало:

12,359,619,140,000,000,000

Шифровальная машина NEMA - 20

Шифровку и расшифровку сообщений на NEMA можно было прочесть по буквам с помощью панели ламп, которая в случае необходимости подключалась к машине.

Шифровальная машина NEMA - 21

9 июля 1992 г. шифровальная машина NEMA была официально рассекречена. Несколько лет спустя, 4 мая 1994 г. учебные и эксплуатационные NEMA выставили на продажу. В результате модели пополнили ряды приобретений коллекционеров шифровальных машины.

Автор: ua-hosting.company

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля