Schlüsselgerät 39

Schlüsselgerät , 39 (SG-39) var en elektriskt driven rotorchiffermaskin uppfunnen av tysken Fritz Menzer under andra världskriget . Enheten var utvecklingen av Enigma-rotorerna i kombination med tre Hagelin-stifthjul för att ge variabel stegning av rotorerna. Alla tre hjulen steg en gång med varje kryptering. Rotorer stegade enligt vanliga Enigma-regler, förutom att ett aktivt stift vid avläsningsstationen för ett stifthjul hindrade den kopplade rotorn från att kliva. Cykeln för en normal Enigma var 17 576 tecken. När Schlüsselgerät 39 var korrekt konfigurerad var dess cykellängd $2,7x10^{8}$ tecken, vilket var mer än 15 000 gånger längre än en standard Enigma. Schlüsselgerät bokstäverna och chifferbokstäverna på separata pappersband, uppdelade i femsiffriga grupper. Schlüsselgerät 39 övergavs av tyska styrkor till förmån för Schlüsselgerät 41 .

Teknisk beskrivning

Schlüsselgerät 39 - Med huven avtagen. Tidigt fotografi

Notera: Otto Buggisch gav den tekniska beskrivningen av chifferenheten som en del av TICOM- läxan .

Gerät 39 är en elektriskt manövrerad chiffermaskin. Chiffertekniken är härledd från Enigma chiffermaskin. En likström passerar genom 3 eller 4 hjul, med 26 lägen, I, II, II, ett reflektorhjul U, och återigen genom de 3 hjulen i omvänd ordning, III II och I. Till skillnad från Enigma, gör hjulen här inte det kontrollera sin egen rörelse: detta görs genom 3 oberoende pin-wheel N1 N2 och N3 med perioderna 21,23 och 25. Siffrorna fördelades på N1 N2 och N2 i möjligen två olika konfigurationer.

N1	N2	N3	Eller	N1	N2	N3
21	23	25	Eller	25	23	21

Figur 1 Konfiguration av likströmsväg

Stifthjulen har en enhetlig rörelse, dvs de rör sig en position för varje bokstav som knappas. När det gäller nyckelhjulens rörelse och andra detaljer har maskinen under tidens gång gått igenom olika utvecklingsstadier, för vilka det inte fanns några specifika namn och som här kommer att betecknas med a,b,c och d.

Vart och ett av de tre hjulen rör sig på ett ställe när det finns ett aktivt stift vid avkänningspunkten för det aktuella stifthjulet, och det rör sig först då. Hjulen har inga rörliga ringar på hjulkroppen, vilket gör att, till skillnad från Enigma, utgångspositionen för hjulkroppen avgörs absolut, samtidigt som den tydliga meddelandeinställningen. Reflektorhjulet är pluggbart som reflektorhjulet D på Enigma; den kan snabbt bytas mot det andra reflektorhjulet med förberedd reflektorpluggning.
Hjul I, I och III, vars ledningar nu exakt motsvarar dem hos Enigma, har justerbara ringar; de kan flyttas runt hjulkroppen och har en fast tapp, som i analogi med Enigma är att kallas för vändskåran, även om den mekaniskt inte är så gjord. Mittemot hjulen I och II finns två avkänningspunkter som tar upp vändningsskåran när den passerar. U är pluggbar som i a). Dessutom finns det mellan inmatningspunkten och I, en stecker S som Enigma stecker . Följande två arbetssätt är möjliga:
1. Arbeta med egna ledningar: N1 N2 och N3 ges en viss stiftarrangemang, det finns visserligen vissa begränsningar för antalet aktiveringsstift. Hjul I rör sig som under a) ovan. För hjul II finns följande 3 orsaker till rörelse:
  1. Ett aktivt stift vid avkänningspunkten för N2 gör att II rör sig på ett ställe som i a) ovan
  2. När vändskåran på ringen av I kommer till avkänningspunkten, bringas II att gå vidare när nästa bokstav knappas (som med Enigma).
  3. När omsättningsskåran kommer till avkänningspunkten för II, slås II på en plats när nästa bokstav knappas (samtidigt som III, som med dubbelsteget på Enigma)
  Om någon av dessa tre orsaker till rörelse träder i kraft samtidigt på II, rör den sig ändå bara på ett ställe. Det finns tre orsaker till rörelse för hjul III.
  1. Ett aktivt stift vid avkänningspunkten för N3 får III att flytta till ett ställe, som i första a) ovan,
  2. När vändskåran på ringen av II kommer till avkänningspunkten, flyttar III på en plats när nästa bokstav knappas.
  Precis som i fallet med II, om de två orsakerna till rörelsen för III drift samtidigt skördetröskan för att producera ett stopp.
2. Arbetar med Enigma-ledningar. Alla stiften på N1 är inställda på aktiva , stiften på N2 och N3 förblir inaktiva. Sedan är rörelserna identiska med Enigma. Eftersom alla andra faktorer också överensstämmer med motsvarande på Enigma är utbytbart arbete mellan båda maskinerna möjligt.
En avkänningspunkt finns också mittemot hjul III. Om vändskåran på ringen av III berörs av den, så slår I på ett ställe när nästa bokstav slås. Om denna rörelse sammanfaller med steget orsakat av N1, resulterar detta återigen i det enda steget. Därmed kvarstår möjligheten att utbyta arbete med Enigma. Dessutom får maskinen nu ett fjärde hjul, som placeras mellan III och U och inte går vidare när en nyckel berörs. Det motsvarar det fjärde hjulet på Naval Enigma och används för utbytbart arbete med denna maskin.
Sommaren 1944 sa Karl Stein från OKW/Chi till Buggisch att den ömsesidiga påverkan av hjulen skulle ändras på något sätt. Buggisch kunde inte komma ihåg detaljerna men inget grundläggande i principen för maskinen som beskrivs under c) ändrades. Utbytbart arbete med armén och marin Enigma förblev möjligt.

Undersökningar i periodicitet

I fallet med modell första a) ovan är frågan om periodicitet elementär, det finns 26 ² =276 rena perioder av längden

21 x 23 x 25 x 26 = 313, 950

så länge antalet aktiva stift på vart och ett av stifthjulen är prime till 2 och 13. Detta sista villkor bör fastställas i chifferreglerna; annars skulle de 676 perioderna brytas ytterligare på ett sätt som är lätt att se.

Saker och ting är mycket mer komplicerade i fallet med modell b). Utredningar av detta problem vintern 1942/1943 var endast delvis framgångsrika; framför allt var det inte möjligt att exakt beräkna längderna av de rena perioderna och förperioderna. Uppskattningar som var helt adekvata för praktiska ändamål gavs dock. Buggisch kunde inte komma ihåg detaljerna i dessa något undersökningar. Den extraordinära längden av många förperioder (längder på några tusen var inte ovanliga) och komplikationen av deras grenar var anmärkningsvärd. Den allmänna typen kan illustreras med följande diagram:

Figur 2 Cirkel som representerar den rena perioden och de räta linjerna förperioderna.

I denna cirkel representerar den rena perioden och de räta linjerna förperioderna. Det fanns vanligtvis flera rena perioder, var och en av dem hade ett komplicerat system av förperioder som förgrenade sig in i sig. Flera separata figurer av ovanstående typ sida vid sida är då nödvändiga för att ge en grafisk representation av periodiciteterna. En nedre gräns för längderna på de rena perioderna var, vad jag minns: 25 ² x 21 x 23 x 25 = 8 162 700.

Frågorna om periodicitet i fallet med modell c) var ännu mer involverade. Det var helt enkelt inte möjligt att beräkna längderna på de rena perioderna och förperioderna, än mindre ge de nedre gränserna som i sig inte är obetydliga.

Chiffersäkerhet

De huvudsakliga svagheterna med Enigma var följande:

Hjul jag flyttade jämnt
Hjul II och framför allt hjul III rörde sig för sällan.
Perioden $25 x 26 2$ var jämförelsevis liten, så att när det var en stor mängd trafik på en dag, på en nyckel, var man tvungen att räkna med att kritiska djup sammanföll (detta gäller åtminstone för Army Enigma; sjömaskinen hade ett fjärde hjul, så att en dags trafik på en nyckel spreds ut över 26 perioder).
Reflektorhjulet var inte pluggbart och hade förblivit oförändrat i åratal (och på grund av (5) kunde fienden enkelt fastställa med Hollerith -metoder, till exempel, alla $60 x 26 3$ substitutionsalfabet för de urkopplade maskinerna.
Antalet möjliga hjulkombinationer var endast 60, eftersom hjuluppsättningen som tillhörde maskinen, åtminstone i fallet Army Enigma, endast bestod av 5 olika hjul.

Felen 1 till 4 hade redan åtgärdats på modell a) av Schlüsselgerät 39, 5. då verkar det inte längre vara livsnödvändigt. Å andra sidan gav uppgivandet av de justerbara ringarna och av steckern upphov till svagheter som Enigma inte hade. I själva verket kan frånvaron av stickare S inte kompenseras genom att göra reflektorhjulet U pluggbart; undersökningar av Enigma hade visat att det var betydligt svårare att ta reda på steckering S än det reflekterande hjulet U.

I detalj var resultatet av undersökningarna följande:

Om den inre kabeldragningen och den tydliga inställningen för hjulen I, II och II är kända, kan kabeldragningen för reflektorhjulet och stiftarrangemanget för N1 N2 N3 hittas från en krubba med 25 bokstäver, detta var en ganska mödosam process .
Om den inre kabeldragningen för hjulen I, I och II och reflektorhjulet U är känd, är det likaledes möjligt att ta reda på den tydliga meddelandeinställningen och stiftarrangemanget för N1 N2 och N3 från en spjälsäng med 25 bokstäver ; även detta är en mödosam process.

Ovannämnda svaghet hos modell a) eliminerades genom införandet av steckering och justerbara ringar av modell b), även om detta hade gjorts i första hand av en helt annan anledning, nämligen att göra utbytbart arbete med Enigma möjligt. Man trodde nu inte att det längre fanns någon allvarlig risk för inbrott. Eftersom systemet med I och N1 fortfarande hade en relativt liten period på 21 x 26 verkade det önskvärt att även förstöra detta. Detta gjordes på modell c) genom att få III att reagera på I och gav inga tekniska svårigheter.

Slutligen i modell c) multiplicerades det totala antalet perioder med 26 jämfört med a) och b), men införandet av ett fjärde hjul; den var visserligen inte avsedd i första hand för detta ändamål utan lades till för att utföra utbytbart arbete med Naval Enigma.

Historien om Gerät 39

Modell a) hade utvecklats så tidigt som år 1939 eller 1940 vid Wa Pruef 7 vid Waffenamt . Sommaren 1942 fanns en prototyp tillgänglig på Dr. Pupps laboratorium vid Wa Pruef 7 , och tillverkades av firman Telefonbau und Normalzeit (bokstavligen 'Telephone and Standard Time', senare kallad Tenovis ). Ett anmärkningsvärt särdrag var att när klartextbokstaven knappades kunde motsvarande chifferbrev skickas ut samtidigt av sändaren som ett morsekaraktär. Detta ur teknisk synvinkel, en ganska komplicerad operation. Maskinen var alltså som en chifferfjärrskrivare förutom att istället för 5-elementalfabetet användes det vanliga morsealfabetet. Den maximala nyckelhastigheten var också densamma som på en nuvarande (1940-talet) chifferfjärrskrivare. Den kunde dock inte användas när man arbetade med direktsändning, eftersom mottagningen i andra änden inte var automatisk som i fallet med en chifferfjärrskrivare, utan måste göras ljudmässigt av operatören. Det var en av många anledningar till att automatväxellådans del av maskinen utelämnades i senare modeller. Detta gjordes när Oberst Kahn, chefen för Pruef 7-avdelningen i Waffenamt, lämnade, han hade särskilt förespråkat denna märkliga princip. Den andra modellen som faktiskt konstruerades var som modellen betecknad med c) i avsnittet [Se 2.1.1] ovan. Den tryckte bara klar text och chiffertext på 2 separata remsor. Buggisch såg det i januari 1944 när jag besökte Wa Pruef 7 sektion II på Planken .

Bytet från chifferteknisk a) till b) och även c) gjordes i slutet av 1942. Den gjordes på initiativ av Kriegsmarine som fastställde principen att varje nyintroducerad chiffermaskin för högre högkvarter skulle tillåta utbytbart arbete med Enigma. Armén ( Heer och Wehrmacht ) intog också denna ståndpunkt: I första hand skulle endast de högsta myndigheterna få den nya maskinen, t.ex. OKW, OKH och armégrupperna, och först gradvis, allteftersom produktionen tillät, var Engigma-maskinen att ersättas av de 39 vid arméer, och slutligen kanske vid armékåren. Det fanns under 1943 och 1944 mellan de olika högkvartersintresserade många och långa diskussioner och argument för och emot införandet av 39-maskinen. Särskilda önskemål från marinen måste beaktas. Industriföretaget klagade över brist på material och arbetskraft. På grund av dessa och liknande svårigheter avstannade utvecklingen vid ett tillfälle, och den återupptogs dock. Hur som helst var vagheten hos de avgörande myndigheterna, förutom produktionssvårigheter, den främsta orsaken till att maskinen aldrig blev färdig.

Bibliografi

"TICOM I-137 Slutrapport skriven av Wachtmeister Otto Buggisch från OKH/Chi och OKW/Chi" ( pdf) . Google Drive . TICOM. 8 oktober 1945 . Hämtad 12 september 2018 .