Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Машина Лоренца



План:


Введення

Машина Лоренца (Lorenz-Chiffre, Schlsselzusatz; Lorenz SZ 40 і SZ 42) - німецьку шифрувальну машина, яка використовувалася під час Другої світової війни для передачі інформації по телетайпу. Британські аналітики, які закодований німецький телетайпного трафік називали "Фіш" (риба), шифри машини Лоренца і її саму називали "Туні" (тунець).

Машина Лоренца використовувалася для передачі зашифрованих повідомлень високого рівня з німецьким військовим комунікацій під час Другої світової війни. Британські криптографи змогли зламати її шифр.

У той час як Енігма використовувалася в основному в польових умовах, машина Лоренца служила для комунікації високого рівня, де можна було застосовувати важке обладнання, що обслуговується спеціальним персоналом.

Машина Лоренца нагадувала Енігму, оскільки в ній використовувався ротор, але працювала за іншим принципом. Розміри машини складали 51 см 46 см 46 см і була допоміжним пристроєм стандартного телетайпа Лоренца. З точки зору криптографії, машина передавала потоковий шифр.


1. Шифр Вернама

Гільберт Вернам працював дослідником в AT & T Bell Labs. У 1917 році він винайшов шифрувальну систему, яка використовувала функцію "Виключає АБО" [1]. Її можна представити як наступну таблицю істинності, де одиниця представляє "правду", а нуль - "брехня".

ВХІД ВИХІД
A B A B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

У шифрі Вернама:

Що дозволяє одній і тій же машині виробляти шифрування і розшифровку.

Ідея Вернама полягала в тому, щоб об'єднати перфострічку із звичайним текстом і перфострічку з ключем. Кожна перфострічка з ключем повинна бути унікальною, що складно піддається реалізації: такі стрічки досить складно створювати і поширювати. У 1920 році чотири людини з різних країн винайшли шифрувальні машини які генерували потоковий шифр. [2] Машина Lorenz SZ40 була однією з них, допрацьована версія машини 1942 називалася SZ42A і SZ42B. [3]


2. Внутрішній устрій

Використання системи "Тунні" було актуальним аж до того моменту як екземпляр машини досліджували криптоаналитики з Блетчлі-Парк - що трапилося в 1945 році, незадовго до перемоги союзників в Європі. [4]

Машина Лоренца SZ мала 12 дисків, на кожному з яких розташовувалося різне число контактів
Номер диска 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Позначення \ Psi 1 \ Psi 2 \ Psi 3 \ Psi 4 \ Psi 5 \ Mu 37 \ Mu 61 \ Chi 1 \ Chi 2 \ Chi 3 \ Chi 4 \ Chi 5
Кількість контактів 43 47 51 53 59 37 61 41 31 29 26 23

Машина SZ служила доповненням до стандартного телетайпу Лоренца. У неї була металева основа 48 см 39 см і вона була 32 см у висоту. Символи телетайпа складалися з п'яти біт даних, закодовані з використанням Міжнародного телеграфного коду № 2 (МТК № 2). [3]

Шифрувальна машина генерувала псевдовипадковий потоковий шифр, який поєднувався з допомогою функції XOR з вихідними символами, що формувало вихідні символи.

Кожні п'ять біт символу генерувалися відповідними дисками в двох частинах машини. Криптоаналитики з Блетчлі-Парк назвали їх \ Chi (" хи ") і \ Psi (" псі ") дисками. На кожному диску розташовувалися контакти. Вони могли бути в піднятому (активному) або опущеному (неактивному) стані. В піднятому положенні вони генерували '1 ', в опущеному - '0'. Все хи диски поверталися на одну позицію після кожної літери. Псі диски також рухалися разом, але не після кожного символу. Їх обертання визначається двома \ Mu (" мю ") дисками. [5] Диск SZ40 \ Mu 61 переміщався на одне положення з кожним символом, а диск \ Mu 37 рухався тільки коли контакт на \ Mu 61 диску знаходився в активній позиції. Якщо контакт на \ Mu 37 диску був в активному положенні, тоді всі п'ять пси диска повертались. [5] Моделі SZ42A і SZ42B мали більш складний механізм, відомий в Блетчлі-Парк як Limitations. [6] Таким чином потоковий шифр, генерований SZ машиною мав хи і пси компоненти , які об'єднувалися XOR функцією. Символічно, що шифр, який об'єднувався для шифрування з відкритим текстом - або для розшифрування із зашифрованим - міг бути представлений наступним чином [5]

Ключ = Хі-Ключ Псі-Ключ

Кількість контактів на кожному диску дорівнює кількості переданих диску імпульсів необхідних для здійснення повного обороту. Варто відзначити, що ці числа були пов'язані один з одним таким чином, що утворювали максимально можливий час до того як повний період повториться. З загальною кількістю контактів у 501 воно дорівнювало 2501 комбінаціям, що приблизно 10 151 - астрономічно велика кількість. [7] Однак, якщо п'ять імпульсів розглядати незалежно, ці числа стають набагато менше. В результаті одного періоду обігу небудь пари хи дисків виходить число між 41 31 = 1271 і 26 23 = 598.


3. Принцип роботи

На кожному виводі "Тунні" знаходилося по чотири SZ машини з передавачем і приймають телетайпом на кожній. Для того, щоб шифрування і розшифровка працювали, передавальна і приймаюча машини налаштовувалися ідентично. Для початку шифрування вони однаково встановлювали послідовності контактів на дисках і повертали диски. Послідовності контактів міняли досить рідко до літа 1944 року. Контакти на пси дисках спочатку міняли тільки раз в квартал, але потім їх стали міняти раз на місяць. На хи дисках контакти міняли також щомісяця, а на мю - щодня. Починаючи з 1 серпня 1944 року, налаштування на всіх дисках стали міняти щодня. [8]

Спочатку настройки диска відправляли за допомогою 12-літерного покажчика (індикатора), який посилали не шифрувати, і в якому букви відповідали позиціям колеса. У жовтні 1942 це змінили для того щоб використовувати одноразові книги налаштувань (QEP). Дві останні записані цифри в QEP книзі відсилалися отримуючому оператору, для того щоб він знайшов їх у своїй копії QEP книги і налаштував диски на своїй машині. Кожна книга містила сто чи більше комбінацій. Як тільки всі комбінації з QEP використовувалися, книгу замінювали. Налаштування для передачі повідомлення ніколи не повинні були повторюватися, але іноді це все ж відбувалося - і цим могли скористатися криптоаналитики.

Відповідно до прийнятої практики передачі телеграм, повідомлення будь-якої довжини передавалося на телетайп з паперової перфострічки. Типова послідовність дій оператора була наступною: набір повідомлення, встановлення зв'язку з приймаючим оператором, використання EIN / AUS перемикача на SZ машині для з'єднання машин, і потім відправка повідомлення в зчитувальний пристрій. На отримує кінці, оператор повинен встановити з'єднання відряджає та своєї SZ машини і чекати коли повідомлення буде повністю роздруковане на паперовій стрічці. Тому, текст не містив символів переходу на новий рядок, повернення каретки або символу нуля (00000).


4. Аналіз шифру

Британські криптографи з Блетчлі-парк змогли зламати код машини Лоренца в січні 1942 року. Це стало можливим через помилки німецького оператора. 30 серпня 1941 передали повідомлення довжиною в 4500 знаків. Однак воно було отримано з помилками (одержувач відправив не шифрований запит на повторну передачу, що дозволило криптоаналітиків дізнатися, що сталося), після чого повідомлення було передано з тим же самим ключем; це робити заборонялося. Більш того, вдруге оператор трохи змінив повідомлення (він поміняв деякі назви на абревіатури). Використовуючи ці два зашифрованих тексту, Джон Тільтман і його команда змогли відновити два тексти і потоковий шифр. На основі потокового шифру, В. Т. Тьют відтворив повну структуру машини.

Спочатку шифр "Тунні" був перехоплений в Foreign Office Y Station, яким керувала Metropolitan Police в Денмарк Хіл в Кембервелле (Лондон) але в зв'язку з нестачею ресурсів в той час (~ 1941), йому був привласнений низький пріоритет. Новий офіс Кнокхольт в Кенті був створений спеціально для обробки трафіку від "Тунні", щоб усі дописи могли ефективно реєструватися та передаватися в Блетчлі-Парк. Глава Y station, Гарольд Кентвосі, возглавял офіс в Кнокхольте. Він пізніше був висунутий для керівництва Foreign Office Research and Development Establishment.

Було створено кілька машин для кріптоатакі на "Тунні". Перші машини з сімейства "Хіс Робінсон" використовували високошвидкісні перфострічки разом з електронними логічними схемами, щоб знайти параметри дисків машини Лоренца. Наступне покоління, "Колос", складалося з перших у світі електронних цифрових комп'ютерів. Воно було розроблено британським інженером Томмі Фловером з Долліс Хілла, Лондон. Також як і в ЕНІАК, комп'ютери "Колос" не мали записаних програм, а програмувались допомогою перестановки штекерів і сполучних кабелів. Вони були одночасно більш швидкі і надійні, ніж "Хіс Робінсон". Використовуючи їх, Англія була здатна обчислити налаштування дисків машини Лоренца. Третя машина, "Тунні Емулятор", була створена в Блетчлі-Парк для емулювання роботи машини Лоренца. Вона була побудована на основі досліджень команди Тільтмана стосуються зворотної розробки (reverse engineering). Коли "Колос" зміг обчислити налаштування дисків, була зібрана і налаштована машина Тунні. Після цього з'явилася можливість розшифровувати повідомлення.


Примітки

  1. Klein, p. 2
  2. Klein, p. 3
  3. 1 2 Good, Michie & Timms 1945, p. 10 of German Tunny
  4. Sale, Tony, The Lorenz Cipher and how Bletchley Park broke it - www.codesandciphers.org.uk / lorenz / fish.htm , < http://www.codesandciphers.org.uk/lorenz/fish.htm - www.codesandciphers.org.uk / lorenz / fish.htm> .
  5. 1 2 3 Good, Michie & Timms 1945, p. 7 of German Tunny
  6. Good, Michie & Timms 1945, p. 8 of German Tunny
  7. Churchhouse 2002, p. 158
  8. Good, Michie & Timms 1945, p. 14 of German Tunny

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Перетворення Лоренца
Метрика Лоренца
Аттрактор Лоренца
Група Лоренца
Висновок перетворень Лоренца
Машина
Віртуальна машина
Машина виведення
Вагономийний машина
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru