Εις το άρθρο μας «Κρυπτοσύστημα περιστρεφόμενων κυλίνδρων του Α. Τζ. Νταμ» είδαμε το πρώτο βήμα του Σουηδού μηχανικού Άρβιντ Τζερχάρντ Νταμ εις το κόσμο της εμπορικής κρυπτογραφίας. Σε αυτό το άρθρο μας θα δούμε το δεύτερο βήμα του το οποίο είχε κάποια στοιχειώδη εμπορική επιτυχία, αλλά ήταν επίσης ένα σημαντικό βήμα στο χώρο της κρυπτογραφίας.

Στο προηγούμενο άρθρο μας αναφέραμε επιγραμματικά ότι ο Άρβιντ Τζ. Νταμ άνοιξε μία εταιρία στη Σουηδία που ονομάζονταν «Aktiebolaget Cryptograph» (μετάφραση: Εταιρία Κρυπτογράφησης), ή για συντομία «AB Cryptograph». Ως νέος μηχανικός, ο Α. Τζ. Νταμ ξεκίνησε το 1915 τον αγώνα του για να συλλέξει χρήματα από επενδυτές ώστε να κυνηγήσει το όνειρο του. Εν τέλει, βρήκε δύο πλούσιους Σουηδούς που είναι γνωστοί εις τη σύγχρονη ιστορία για άλλο λόγο. Ήταν ο μηχανικός και επιχειρηματίας Ιμάνουελ Νόμπελ και ο ανιψιός του, Άλφρεντ Νόμπελ, που οι περισσότεροι τους γνωρίζουν από τα βραβεία του ιδρύματος τους, του ιδρύματος Νόμπελ.

Οι Νόμπελ είδαν αμέσως τη νέα επιχειρηματική ευκαιρία που ανοίγεται μπροστά τους καθώς δεν υπήρχε κανένας ανταγωνισμός παγκοσμίως σε αυτό το χώρο στον εμπορικό τομέα. Μόνον μερικοί επιστήμονες που μελετούσαν ακόμα σε ερευνητικό επίπεδο διάφορα κρυπτοσυστήματα. Ωστόσο, δεν εμπιστεύτηκαν τυφλά τον συμπατριώτη τους Άρβιντ Τζερχάρντ Νταμ, του ανέθεσαν ως οικονομικό διευθυντή έναν στενό τους φίλο και συνεργάτη που εργάζονταν ως διευθυντής στις πετρελαϊκές επιχειρήσεις των Νόμπελ στη Σοβιετική Ένωση. Ήταν ο Ρωσο-Σουηδός μηχανικός Καρλ Βίλχελμ Χάγκελιν, ο οποίος όπως θα δούμε στο μέλλον παίζει σημαντικό ρόλο στις μυστικές επικοινωνίες κρατών μέχρι και σήμερα.

Ως μηχανικός και εφευρέτης, ο Χάγκελιν άρχισε να εμπλέκεται λόγω ενθουσιασμού για αυτή τη νέα τεχνολογία περισσότερο στα σχέδια του Α. Τζ. Νταμ, και εν τέλει λάμβανε μέρος και ο ίδιος στο σχεδιασμό και υλοποίηση τους. Κάπως έτσι, ζήτησε να γίνει και αυτός μέτοχος εις την εταιρία, όπως και έγινε. Παρ’όλα αυτά, το πρώτο τους εμπορικό μοντέλο, το μοντέλο A-1 όπως ονομάζεται, ήταν αποτέλεσμα εξέλιξης του «κρυπτοσυστήματος περιστρεφόμενων κυλίνδρων του Α. Τζ. Νταμ» και σχεδιάστηκε από τον Λ. Μ. Έρικσον, υπάλληλο της εταιρίας, και το βλέπετε παρακάτω.

Η νέα αυτή συσκευή είχε βάρος 12.6 κιλά, ύψος 22.5 εκατοστά, πλάτος 33 εκατοστά, και μήκος 39 εκατοστά. Ενώ για τη χρήση της χρησιμοποιήθηκε η δομή της γραφομηχανής που ήταν κάτι αρκετά συνηθισμένο για την εποχή, και έτσι δε θα απαιτούσε εκτενή εκπαίδευση στους χειριστές της. Το εμπορικό όνομα της συσκευής ήτο «Mecano Cryptographer Model A-1» (μετάφραση: Μηχανικός Κρυπτογράφος Μοντέλο A-1), και έρχονταν με ένα κάλυμμα αντίστοιχο από τις γραφομηχανές της εποχής. Το βλέπετε στη συνέχεια με το κάλυμμα του κλειστό και ανοικτό αντίστοιχα.

Όπως βλέπετε το μεταλλικό κάλυμμα του είχε υποδοχή για κλειδαριά στο εμπρός του μέρος. Το ίδιο ακριβώς γίνεται και στο πίσω μέρος της συσκευής όπου ασφαλίζονταν με ένα αντίστοιχο κάλυμμα, και διαφορετικό λουκέτο. Ο λόγος είναι ότι το μπροστά μέρος ήταν για το χειριστή τη συσκευής, ενώ το πίσω για τον ρυθμιστή της (και θα δούμε αμέσως τι σημαίνει αυτό). Παρακάτω βλέπετε το πίσω μέρος της συσκευής όπου δυστυχώς έχει σπάσει το κάλυμμα, αλλά μπορείτε και πάλι να δείτε την εγκοπή ασφάλισης.

Όπως δηλώνει και το όνομα του, είναι μία μηχανική συσκευή, όχι ηλεκτρική. Ο τρόπος λειτουργίας της από τη πλευρά του χειριστή είναι απλός. Πατάει το πλήκτρο που θέλει να κρυπτογραφήσει και στο άνοιγμα της συσκευής εμφανίζεται το γράμματα αντικατάστασης. Ας υποθέσουμε, για παράδειγμα ότι ο χειριστής πάτησε το πλήκτρο «Q» και του εμφανίστηκε το γράμμα «A». Άρα θα κάνει αυτή την αντικατάσταση με ένα μολύβι σε χαρτί. Όταν θα έχει ολοκληρώσει τη κρυπτογράφηση του μηνύματος, το αποστέλλει. Ο παραλήπτης κάνει την ίδια διαδικασία πληκτρολογώντας το κρυπτογράφημα και θα του εμφανίζονται τα γράμματα της αποκρυπτογράφησης. Κάνει την αντικατάσταση, και έτσι μπορεί να δει το μυστικό μήνυμα.

Παραπάνω βλέπετε ότι όλα τα γράμματα είναι καλυμμένα στην «οθόνη» του κρυπτοσυστήματος A-1. Αυτό το έκανε ο σχεδιαστής του ώστε να μη μπερδεύει το χρήστη. Το πως γίνεται αυτό είναι εξαιρετικά απλό. Κάθε πλήκτρο έχει ένα κλείστρο που ανοίγει αποκαλύπτοντας το γράμμα που κρύβεται πίσω του μόνο όταν πιέζεται. Το βλέπετε καλύτερα στη συνέχεια όπου έχει αφαιρεθεί ολόκληρο το κάλυμμα από τη συσκευή. Για να γίνει πιο εύκολα κατανοητό, βλέπετε συγκεκριμένα πως γίνεται στο πλήκτρο με το γράμμα «Z».

Άρα είδαμε πως χρησιμοποιείται, και πως εμφανίζονται τα γράμματα όταν πατάει ο χειριστής κάποιο πλήκτρο αποκαλύπτοντας το γράμμα που έχει ο κύλινδρος εκεί. Πως όμως λειτουργεί; Όπως βλέπετε η συσκευή διαθέτει ένα μεγάλο κύλινδρο ο οποίος (αντίστοιχα με τη προηγούμενη συσκευή) διαθέτει 25 αλφάβητα σε τυχαίες σειρές γραμμάτων. Κάθε φορά που ο χειριστής πιέζει οποιοδήποτε πλήκτρο, ένας μηχανισμός από γρανάζια περιστρέφει το κύλινδρο συγκεκριμένες φορές, και στο χειριστή αποκαλύπτεται το γράμμα αντικατάστασης όπως περιγράψαμε παραπάνω. Βλέπετε στη συνέχεια το μηχανισμό περιστροφής με τη πίεση οποιουδήποτε πλήκτρου.

Θα πρέπει να είναι κατανοητό βάσει των παραπάνω, ότι για να είναι συγχρονισμένες δύο συσκευές ώστε να μπορούν να κρυπτογραφήσουν και αποκρυπτογραφήσουν με τον ίδιο τρόπο, πρέπει οι κύλινδροι τους να περιστρέφονται με τον ίδιο τρόπο με κάθε πάτημα ενός πλήκτρου. Εδώ έρχεται το πίσω μέρος της συσκευής. Στη συνέχεια βλέπετε το πίσω μέρος δίχως το κάλυμμα της συσκευής. Ανάλογα με τα ελάσματα που βλέπετε πίσω, το κάθε πλήκτρο οδηγεί το κύλινδρο είτε να κάνει ένα κλικ εμπρός ή ένα κλικ πίσω. Αυτό αποτελεί το «κλειδί» της κρυπτογράφησης στο σύστημα A-1 που μελετάμε εδώ. Ένας ειδικός έπρεπε να ρυθμίσει δύο, ή περισσότερα, Α-1 ώστε να έχουν τις ίδιες επιλογές ανά πλήκτρο για να μπορούν οι χειριστές τους να τα χρησιμοποιούν αναμεταξύ τους για κρυπτογραφημένη επικοινωνία.

Ο τίτλος μας επίσης αναφέρει το κρυπτοσύστημα A-2. Ο λόγος είναι ότι το A-2 δεν ήταν τίποτα παραπάνω από τη φορητή έκδοση του A-1 που βλέπουμε εδώ. Αντιλαμβανόμενος ο σχεδιαστής του, Λ. Μ. Έρικσον, ότι το να μεταφέρει ένας επιχειρηματίας (διότι εκεί εστόχευε) που ταξιδεύει μία συσκευή 12.6 κιλών όπου και εάν βρίσκεται δεν ήτο πρακτικό, σχεδίασε και κυκλοφόρησε το 1920, το A-2 που το βλέπετε στη συνέχεια.

Η συσκευή αυτή είχε βάρος μόλις 2 κιλά, πλάτος 6.5 εκατοστά, ύψος 8 εκατοστά, και μήκος 28 εκατοστά. Εδώ ο χρήστης πρέπει να μετακινεί το μοχλό στα δεξιά και να μελετά τις αντιστοιχίες γραμμάτων. Εσωτερικά η συσκευή έχει ένα αντίστοιχο κύλινδρο με τα ίδια τυχαία 25 αλφάβητα, και ο μοχλός ενεργοποιεί την ίδια περιστροφή που θα έκαναν και τα πλήκτρα (είτε εμπρός, είτε πίσω). Εξωτερικά η συσκευή είχε τυπωμένο το κανονικό αλφάβητο, και έτσι ο χειριστής απλώς επιλέγει το γράμμα τραβώντας και πιέζοντας το μοχλό οδηγώντας σε απόλυτα συμβατή κρυπτογράφησης με το A-1.

Με τις συσκευές A-1 και A-2, η αρχική ιδέα του Άρβιντ Τζερχάρντ Νταμ, επωλήθει σε κάποιες τράπεζες και επιχειρηματίες της Σουηδίας για δοκιμή, αλλά και πάλι η εμπορική της επιτυχία δεν ήταν πολύ μεγάλη. Στη πλευρά των μαθηματικών, οι πιθανοί συνδυασμοί κρυπτογράφησης είχαν ήδη βελτιωθεί αρκετά. Ενδεικτικά, είχαμε τα παρακάτω στοιχεία.

• 25 διαφορετικά αλφάβητα
• Το κάθε ένα αλφάβητο έχει σε τυχαία σειρά τα 29 γράμματα της Σουηδικής γλώσσας
• Το κάθε ένα από τα 29 πλήκτρα έχει δύο ρυθμίσεις (εμπρός ή πίσω κίνηση του κυλίνδρου)

Άρα έχουμε: 25 × 29 × 29² που ισούται με 609725 πιθανούς συνδυασμούς που σε bits αντιστοιχεί σε ένα κλειδί κρυπτογράφησης μήκους 21 bits. Όπως βλέπετε με τα χρόνια η εξέλιξη στη κρυπτογραφία ήταν εμφανής, και καθώς πλησιάζουμε στο Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, θα δούμε κυριολεκτικά άλματα εξέλιξης στις μυστικές επικοινωνίες, με τα άτομα που αναφέραμε σε αυτό το άρθρο μας να παίζουν ρόλους κλειδιά στη σύγχρονη πολεμική ιστορία.