Θα δούμε μία πειραματική συσκευή κρυπτογράφησης που έχει ενδιαφέρον καθώς υπάρχει μόνο μία σε όλο το κόσμο, παρότι ήταν αρκετά καινοτόμα ιδέα. Είναι η συσκευή M-136, σχεδιασμένη από τον Ουίλιαμ Φρίντμαν, διοικητή της Υπηρεσίας Υποκλοπών Σημάτων του Στρατού Ξηράς των ΗΠΑ από το 1933.

Η αρχή λειτουργίας του ήταν οι περιστρεφόμενοι δίσκοι του καθώς βασίζεται στην αρχή κρυπτογράφησης κυλίνδρου. Μία εφεύρεση του πολιτικού και διπλωμάτη, και μετέπειτα Προέδρου των ΗΠΑ, Τόμας Τζέφερσον. Η ιδέα του κυλίνδρου κρυπτογράφησης του Τ. Τζέφερσον γεννήθηκε τη δεκαετία του 1790 και έως και το Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, 150 χρόνια αργότερα, ήταν η κύρια μέθοδος κρυπτογράφησης επικοινωνιών στις ένοπλες δυνάμεις των ΗΠΑ.

Η αρχή λειτουργίας του έχει ως εξής. Κάθε δίσκος έχει τυπωμένο ένα μοναδικό αλφάβητο. Για κάθε άτομο-επικοινωνία οι δίσκοι τοποθετούνταν (πιο συγκεκριμένα, περιστρέφονταν και ασφαλίζονταν στο επιθυμητό σημείο με ένα πείρο, ένας προς ένας όλοι οι δίσκοι) με διαφορετική προσυμφωνημένη σειρά δίνοντας μία νέα αντιστοιχία γραμμάτων για αντικατάσταση του κειμένου ή αποκρυπτογράφηση του. Αυτό σημαίνει ότι εάν έχουμε 25 δίσκους όπως στο M-136 του Ουίλιαμ Φρίντμαν που βλέπουμε εδώ, τότε συνολικά έχουμε όσους συνδυασμούς δίσκων μας δίνει η παρακάτω μαθηματική πράξη.

25×24×23×22×21×20×19×18×17×16×15×14×13×12×11×10×9×8×7×6×5×4×3×2×1

Στα μαθηματικά, το γινόμενο όλων των θετικών ακεραίων μικρότερων ή ίσων με το v ονομάζεται παραγοντικό και συμβολίζεται με ένα θαυμαστικό μετά τη τιμή του v. Άρα εδώ έχουμε το 25! που πρακτικά είναι το νούμερο που βλέπετε παρακάτω εάν κάνουμε τις ανάλογες πράξεις.

15511210043330985984000000

Αυτός είναι ο αριθμός πιθανών συνδυασμών δίσκων με 25 δίσκους. Σίγουρα όχι κάτι εύκολο για να το «σπάσει» ένας κρυπταναλυτής τη δεκαετία του 1930. Εάν το μετατρέψουμε σε bit, τότε έχουμε έναν αλγόριθμο κρυπτογράφησης με κλειδί κρυπτογράφησης 83-bits. Ενδεικτικά, αυτό είναι ισχυρότερο από αλγόριθμους κρυπτογράφησης όπως ο αλγόριθμος DES που χρησιμοποιούνταν σε υπολογιστές και συστήματα ασφαλείας έως το 1999 και είχε κλειδί κρυπτογράφησης μόλις 56-bits.

Παραπάνω βλέπετε τον Ουίλιαμ Φρίντμαν. Ο κρυπτογράφος Ο. Φρίντμαν πήρε τον προαναφερθέντα πολυαλφαβητικό αλγόριθμο κρυπτογράφησης κυλίνδρου και έκανε μία καινοτομία. Αντί οι δίσκοι να είναι έτοιμοι με χαραγμένα τα διαφορετικά αλφάβητα, έφτιαξε δίσκους με ένα μηχανισμό ελατηρίου όπου ο κρυπτογράφος μπορεί να αλλάζει τα αλφάβητα. Τα αλφάβητα ήταν διαθέσιμα ως λωρίδες από χαρτί. Αυτό έδινε τη δυνατότητα χρήσης αμέτρητων συνδυασμών χωρίς ανάγκη κατασκευής νέων δίσκων, όπως επίσης και άλλων αλφαβήτων ξένων γλωσσών ή συμβόλων ανοίγοντας ένα νέο δρόμο σε αυτή τη συσκευή κρυπτογράφησης. Τελικά, τη συσκευή τη κατασκεύασε το 1933 για λογαριασμό της Υπηρεσίας Υποκλοπών Σημάτων του Στρατού Ξηράς των ΗΠΑ της οποίας ήτο ο διοικητής. Με απλά λόγια, η κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση γίνονταν με τα ακόλουθα βήματα με τη συσκευή M-136.

1. Τα δύο άτομα συμφωνούσαν στη σειρά των δίσκων και τα αλφάβητα ανά δίσκο. Αυτό ήταν το κλειδί της κρυπτογράφησης και αποκρυπτογράφησης.
2. Έπειτα τοποθετούνταν τα αλφάβητα που ήταν τυπωμένα σε χάρτινες λωρίδες στους ανάλογους δίσκους όπου συγκρατούνταν με ένα απλό σύστημα ελατηρίου.
3. Στη συνέχεια τοποθετούνταν (περιστρέφονταν) οι δίσκοι με τα αλφάβητα στο κύλινδρο με τη σειρά που είχε συμφωνηθεί και ασφαλίζονταν σε αυτή με ένα πείρο που έχει στο πλάι η συσκευή.
4. Ο κρυπτογράφος διάβαζε το κείμενο προς κρυπτογράφηση και αντικαθιστούσε το κάθε γράμμα σύμφωνα με τις αντιστοιχίες που του έδειχνε ο κύλινδρος όπως ρυθμίστηκε στο προηγούμενο βήμα.
5. Όταν είχε το κρυπτογράφημα, το κρυπτογραφημένο κείμενο από το προηγούμενο βήμα δηλαδή, το απέστελλε στο παραλήπτη του.
6. Χρησιμοποιώντας την αντίστροφη διαδικασία, ο παραλήπτης είχε ένα σωστά ρυθμισμένο M-136 και έκανε την αντικατάσταση των χαρακτήρων που του έδινε ως αποτέλεσμα το αποκρυπτογραφημένο κείμενο. Αυτή ήταν η διαδικασία αποκρυπτογράφησης.

Παρ’όλα αυτά, η χρήση των χάρτινων λωρίδων αλφαβήτων δεν ήτο πρακτική στο επιχειρησιακό επίπεδο και έτσι το M-136 δε χρησιμοποιήθηκε ποτέ. Ο λόγος για τον οποίο οι χάρτινες λωρίδες αποδείχτηκαν μη πρακτικές δεν ήταν τόσο η χρήση τους, όσο το γεγονός ότι για να είναι εύχρηστη η τοποθέτηση τους, το M-136 ήταν σχετικά ογκώδες σε σχέση με άλλες παλαιότερες συσκευές κρυπτογράφησης όπως το M-94 που θα δούμε σε άλλο άρθρο. Το μοναδικό M-136 που κατασκευάστηκε ποτέ είναι σήμερα στο μουσείο κρυπτολογίας στα κεντρικά της NSA (National Security Agency, Εθνική Υπηρεσία Ασφαλείας) των ΗΠΑ, στη στρατιωτική βάση Φορτ Μιντ, στη πολιτεία του Μέρυλαντ. Το βλέπετε παρακάτω από πρόσφατη επίσκεψη μας.

M-136 του Στρατού Ξηράς των ΗΠΑ

Το 1933, ο Ουίλιαμ Φρίντμαν, διοικητής της Υπηρεσίας Υποκλοπών Σημάτων του Στρατού Ξηράς των ΗΠΑ, αναζητούσε ένα τρόπο βελτίωσης του M-94. Το αποτέλεσμα ήταν το πειραματικό M-136. Οι 25 δίσκοι του χρησιμοποιούσαν χάρτινες λωρίδες με ανάμεικτα αλφάβητα. Σε αντίθεση με όλες τις προηγούμενες συσκευές των οποίων τα αλφάβητα ήταν μόνιμα χαραγμένα σε κάθε δίσκο, οι χάρτινες λωρίδες μπορούσαν να αντικατασταθούν με διαφορετικές λωρίδες με αλφάβητα. Αυτό δημιουργούσε πλήθος αλφαβήτων κρυπτογράφησης και ρυθμίσεων. Ο ίδιος ο Ουίλιαμ Φρίντμαν θεώρησε το M-136 απαράδεκτο. Αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ μεγάλο και δύσκολο στη χρήση.