Red (шифровальная машина)

В истории криптографии «Печатная машина Тип-91» или 91-shiki ohbun-injiki (九一式欧文印字機), имеющая кодовое название Red в США, использовалась министерством иностранных дел Японии до и во времена Второй мировой войны как дипломатическая шифровальная машина. Её сравнительно простой шифр был быстро раскрыт западными криптоаналитиками. Машина RED послужила прототипом для шифровальной машины PURPLE («97-shiki obun inji-ki»), алгоритм которой во многом основывался на алгоритме RED. Одновременное использование этих двух систем помогло так же раскрыть шифр PURPLE.

Аппарат RED японского морского флота, перехваченный американским морским флотом

История

В 1931 году Герберт Ярдли опубликовал книгу The American Black Chamber, в которой была описана его деятельность в дешифровке кодов для Правительства США. В этой книге были так же раскрыты и уязвимости японской системы кодов и её использование во время Вашингтонской конференции 1921—1922 гг.. Эти откровения побудили японцев пересмотреть свои машинные шифры.^[1]

Система RED была внедрена в 1930—1931 годах (число 91 в названии связано с тем, что по японскому летоисчислению этот год был 2591) ,^[2] с использованием обратной разработки, снабжаемой фирмой Хагелина.^[3] Самыми важными изобретениями Хагелина были роторные машины — прототипы тех, что использовались во Второй мировой войне, но поскольку он не доверял японцам свои патенты, вместо них он отправил в Японию более примитивные устройства, сконструированные Арвидом Даммом.^[3] Эти устройства использовались в качестве образца для японских изобретателей, но, к примеру, отдельное шифрование гласных букв было именно японским вкладом в работу машины.^[3]

Методика и аппаратура для криптоанализа машины RED

Код RED был успешно взломан тремя независимыми группами людей. Первыми в 1934 году шифр взломали Хьюго Фосс^[англ.], Оливер Страччи^[англ.] и Гарольд Кенворси из Великобритании, последний опубликовал об этом заметку «J machine» спустя год.^[4][2] Америка совершила вклад во взлом шифра в 1935 году. В группе Signals Intelligence Service (SIS) армии США система была взломана Фрэнком Роулеттом и Соломоном Кульбаком; Агнес Дрискол адаптировала её под нужды военно-морского флота. Фактически она раскрыла шифр Orange (или M-1), но шифры обеих систем оказались абсолютно идентичными. Американцы так же создали копию машины с ускоренным действием. Интересно, что в машине были роторы для шифрования отдельно гласных и согласных букв.^[5] Вначале SIS группа называла это устройство «Japanese code machine», но потом в целях безопасности назвали его RED по названию первого цвета цветового спектра.^[6]

Машина PURPLE стала заменой RED в 1938 году, но выпуск RED был уже на довольно высоком уровне, поэтому некоторые организации решили не отказываться от использования старой системы.^[1] Именно это упущение сделало уязвимым новую систему, поскольку в ней во многом использовались те же принципы, что и в старой.^[1][7] После 18 месяцев попыток взлома, шифр PURPLE был раскрыт, множество информации, скрытой за ним, было перехвачено во время войны.

После вскрытия шифра RED были получены многие разведданные. Хоть это и не стало глобальной утечкой информации, часть важных разведданных всё же была перехвачена. Например, американскиe криптоаналитики узнали детали Берлинского пакта.^[1][8] Отчёты о ходовых испытаниях кораблей типа «Нагато», перехваченные в результате вскрытия шифра, привели к важным изменениям в судостроении США и созданию кораблей, способных противостоять японской модели.^[9]

Механизм RED

Машина RED шифровала и расшифровывала тексты латинского алфавита с дальнейшей их передачей по кабелю. Гласные и согласные буквы шифровались отдельно, текст получался в виде ряда слогов.^[5][9] Эффект «6 и 20» был главной уязвимостью, которую японцы перенесли из своей старой системы в новую.

Шифрование проводилось с помощью роторов; входные контакты были оснащены контактными кольцами, каждое из которых выходило на один из выходных контактов ротора.^[4] Когда и гласные, и согласные буквы шифровались с помощью одного и того же ротора, использовалось 60 контактов (Наименьшее общее кратное 6 и 20); с помощью отдельных проводов различные группы подавались отдельно. Контактные кольца были присоединены ко входу клавиатуры через контрольную панель; это так же было сделано для разделения 2 групп.^[4]

После каждого знака ротор переключался хотя бы на 1 шаг. Величина поворота контролировалась специальным прерывающим колесом, которое было соединено с ротором; в этом колесе было до сорока семи пинов. До одиннадцати из этих пинов (на заранее определённых позициях) были съемными; на практике удаляли от четырёх до шести пинов. Вращение колеса прекращалось при достижении следующего пина; поэтому, если следующий пин был удалён, ротор проходил 2 позиции вместо 1.^[5] Бессистемный характер вращения порождал шифр Альберти.^[4]

Дополнительная литература

• В 7 части сборника Computer Security and Cryptography (Konheim, Alan G., Wiley-Interscience, 2007, pp. 191—211) можно найти подробный анализ шифра RED.