Der Lorenz SZ40, SZ42A und SZ42B (SZ für Schlüsselzusatz, "Ziffer-Verhaftung" vorhabend), war deutsche Rotor-Strom-Chiffriermaschinen, die von der deutschen Armee während des Zweiten Weltkriegs verwendet sind. Sie wurden von C. Lorenz AG in Berlin entwickelt. Sie haben eine Strom-Ziffer von Vernam durchgeführt. Britische Kryptographen, die encrypted deutschen Fernschreiber-Verkehr als Fisch gekennzeichnet haben, haben die Maschine und seinen Verkehrsthunfisch synchronisiert.

Die SZ Maschinen waren Reihenverhaftungen zum Standard Fernschreiber von Lorenz. Eine experimentelle Verbindung mit SZ40 Maschinen wurde im Juni 1941 angefangen. Die erhöhten SZ42 Maschinen wurden in den wesentlichen Gebrauch von der Mitte 1942 vorwärts für Kommunikationen auf höchster Ebene zwischen dem deutschen Oberkommando in Berlin und den Armeebefehlen überall im besetzten Europa gebracht. Der fortgeschrittenere SZ42A ist zum alltäglichen Gebrauch im Februar 1943 und dem SZ42B im Juni 1944 eingegangen.

Radiotelegrafie (WT) aber nicht wurden Landlinie-Stromkreise für diesen Verkehr verwendet. Diese Nichtmorsezeichen (NoMo) Nachrichten wurden durch Großbritanniens Y-Stationen am Hügel von Knockholt und Dänemark aufgenommen und an den Regierungscode und die Cypher Schule an Bletchley Park (BP) gesandt. Einige wurden mit Handmethoden entziffert, bevor der Prozess zuerst mit Maschinen von Robinson und dann mit den Koloss-Computern teilweise automatisiert wurde. Die entzifferten Nachrichten haben einen wichtigen Beitrag zu Extremen ausgewerteten Feindnachrichten geleistet.

Die Vernam Ziffer

Gilbert Vernam war AT&T Glockenlaboratorium-Forschungsingenieur, der 1917 ein Ziffer-System erfunden hat, das Boolean "exklusiv oder" (XOR) Funktion verwendet hat, die dadurch symbolisiert ist. Das wird durch die folgende "Wahrheitstabelle" vertreten, wo 1 "wahr" vertritt und 0 "falsch" vertritt.

Andere Namen für diese Funktion sind: Nicht gleich (NEQ), modulo 2 Hinzufügung (ohne 'tragen'), und modulo 2 Subtraktion (ohne 'borgen').

In der Ziffer von Vernam wird derselbe Schlüssel verwendet, sowohl um plaintext zu ciphertext zu verschlüsseln als auch ciphertext zu entziffern, um den ursprünglichen plaintext nachzugeben:

und:

der die wesentliche Reziprozität erzeugt, um derselben Maschine mit denselben Einstellungen zu erlauben, sowohl für das Chiffrieren als auch für die Entzifferung verwendet zu werden.

Die Idee von Vernam war, herkömmliche Telegrafie-Praxis mit einem Lochstreifen des mit einem Lochstreifen des Schlüssels verbundenen plaintext zu verwenden. Jedes Schlüsselband wäre einzigartig gewesen (ein ehemaliges Band), aber das Erzeugen und Verteilen solcher Bänder haben beträchtliche praktische Schwierigkeiten präsentiert. In den 1920er Jahren haben vier Männer in verschiedenen Ländern Rotor-Chiffriermaschinen erfunden, um einen Schlüsselstrom zu erzeugen, um statt eines Bandes zu handeln. Der 1940-Lorenz SZ40/42 war einer von diesen.

Struktur

Die logische Wirkung des Thunfisch-Systems wurde ausgearbeitet kurz vor dem Bletchley Park hat cryptanalysts eine der Maschinen gesehen — der nur 1945 kurz vor dem verbündeten Sieg in Europa geschehen ist.

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Die SZ Maschine hat als eine Reihenverhaftung zu einem Standard Fernschreiber von Lorenz gedient. Es hatte eine Metallbasis × und war hoch. Die Fernschreiber-Charaktere haben aus fünf Datenbit bestanden, die im Internationalen Telegrafie-Alphabet Nr. 2 (ITA2) verschlüsselt sind. Die Chiffrieren-Maschine hat einen pseudozufälligen zeichenweise Schlüssel erzeugt, der XOR-Hrsg. mit den Eingangscharakteren war, um die Produktionscharaktere zu bilden.

Jedes der fünf Bit (oder "Impulse") des Schlüssels für jeden Charakter wurde durch die relevanten Räder in zwei Teilen der Maschine erzeugt. Die Analytiker des Bletchley Park haben diese die ("chi") Räder und die ("psi") Räder genannt. Jedes Rad hatte eine Reihe von Nocken (oder "Nadeln") um sie. Diese Nocken konnten in einem erhobenen (aktiv) gesetzt werden oder haben (untätige) Position gesenkt. In der erhobenen Position haben sie '1', in der gesenkten Position erzeugt, die sie '0' erzeugt haben.

Die chi Räder haben alle eine Position für jeden Charakter vorwärtsgetrieben. Die psi Räder sind auch alle zusammengerückt, aber nicht nach jedem Charakter. Ihre Bewegung wurde von den zwei ("mu") oder "Motor"-Rädern kontrolliert. Das SZ40 Rad hat eine Position mit jedem Charakter bewegt, aber das Rad ist nur weitergegangen, als der Nocken auf dem Rad in der aktiven Position war. Wenn der Nocken auf dem Rad in der aktiven Position, alle fünf psi dann bewegten Räder war. Der SZ42A und die SZ42B Modelle hatten zusätzliche Kompliziertheit zu diesem Mechanismus, der am Bletchley Park als Beschränkungen bekannt ist.

Der Schlüsselstrom, der durch die SZ Maschinen so erzeugt ist, hatte einen chi Bestandteil und einen psi Bestandteil, die zusammen mit der XOR-Funktion verbunden wurden. Symbolisch kann der Schlüssel, der mit dem plaintext verbunden wurde, um — oder mit dem ciphertext zu verschlüsseln, um zu entziffern —, wie folgt vertreten werden.

Die Zahl von Nocken auf jedem Rad ist gleich gewesen die Zahl von Impulsen musste sie veranlassen, eine volle Folge zu vollenden. Es sollte bemerkt werden, dass diese Zahlen der ganze co-prime mit einander sind, die längstmögliche Zeit gebend, bevor sich das Muster wiederholt hat. Mit insgesamt 501 Nocken ist das 2 gleich, der etwa 10, eine astronomisch Vielzahl ist. Jedoch, wenn die fünf Impulse unabhängig betrachtet werden, sind die Zahlen viel lenksamer. Das Produkt der Folge-Periode jedes Paares von chi Rädern gibt Zahlen zwischen 41×31=1271 und 26×23=598.

Operation

Jede "Thunfisch"-Verbindung hatte vier SZ Maschinen mit einem Übertragen und einen Empfang-Fernschreiber an jedem Ende. Um zu verschlüsseln und zu entziffern, um zu arbeiten, mussten das Übertragen und der Empfang von Maschinen identisch aufgestellt werden. Es gab zwei Bestandteile dazu, die Muster von Nocken auf den Rädern setzend und die Räder für den Anfang rotieren lassend, eine Nachricht zu verschlüsseln. Die Nocken-Einstellungen wurden weniger oft vor dem Sommer 1944 geändert. Die psi Radnocken wurden am Anfang nur vierteljährlich geändert, aber später monatlich wurden die chi Räder monatlich geändert, aber die Motorradmuster wurden täglich geändert. Vom 1. August 1944 wurden alle Radmuster täglich geändert.

Am Anfang wurden die Radeinstellungen für eine Nachricht an die Empfangsseite mittels eines 12-stelligen Hinweises gesandt unverschlüsselt, die Briefe gesandt, die mit Radpositionen in einem Buch vereinigen werden. Im Oktober 1942 wurde das zum Gebrauch eines Buches von Einstellungen des einzelnen Gebrauches darin geändert, was als das QEP-Buch bekannt war. Die letzten zwei Ziffern des QEP-Buchzugangs wurden für den Empfang-Maschinenbediener gesandt, um in seiner Kopie des QEP-Buches aufzublicken und die Räder seiner Maschine zu setzen. Jedes Buch hat hundert oder mehr Kombinationen enthalten. Sobald alle Kombinationen in einem QEP-Buch verwendet worden waren, wurde es durch ein neues ersetzt. Die Nachrichteneinstellungen sollten nie wiederverwendet worden sein, aber bei Gelegenheit waren sie, eine "Tiefe" zur Verfügung stellend, die durch einen cryptanalyst verwertet werden konnte.

Wie normale Telegrafie-Praxis war, wurden Nachrichten jeder Länge in einen Fernschreiber mit einem Lochstreifen-Locher eingegeben. Die typische Folge von Operationen würde sein, dass der Senden-Maschinenbediener der Nachricht schlagen, mit dem Empfang-Maschinenbediener Kontakt herstellen würde, den EIN / verwenden AUS schalten die SZ Maschine ein, um es in den Stromkreis zu verbinden, und dann das Band durch den Leser zu führen. An der Empfangsseite würde der Maschinenbediener seine SZ Maschine in den Stromkreis ähnlich verbinden, und die Produktion würde auf einem dauernden Klebeband gedruckt. Weil das die Praxis war, hat der plaintext die Charaktere für die "Wagen-Rückkehr", "Linienfutter" oder die Null (leeres Band, 00000) Charakter nicht enthalten.

Cryptanalysis

Britische Kryptographen am Bletchley Park hatten die Operation der Maschine vor dem Januar 1942 abgeleitet, ohne jemals eine Maschine von Lorenz, gemacht möglich wegen eines von einem deutschen Maschinenbediener gemachten Fehlers gesehen zu haben.

Auffangen

Bekannt von Y Stationsmaschinenbedienern ist am Zuhören Morsezeichen-Codeübertragung als "neue Musik" verwendet, ursprünglich wurde Thunfisch-Verkehrsauffangen im Außenministerium Y Station konzentriert, die von der Metropolitanpolizei am Hügel von Dänemark in Camberwell, London bedient ist. Aber erwartet, der Quelle in dieser Zeit (~1941) zu fehlen, wurde es ein niedriger vordringlich behandelt. Eine neue Y Station, Knockholt in Kent, wurde später spezifisch gebaut, um Thunfisch-Verkehr abzufangen, so dass die Nachrichten effizient registriert und an den Bletchley Park gesandt werden konnten. Der Leiter der Y Station, Harold Kenworthy, hat sich bewegt, um Knockholt zu leiten. Er wurde später gefördert, um die Außenministerium-Forschungs- und Entwicklungserrichtung (F.O.R.D.E) anzuführen.

Das Codebrechen

Am 30. August 1941 wurde eine Nachricht von ungefähr 4,000 Charakteren von Athen nach Wien übersandt. Jedoch wurde die Nachricht richtig am anderen Ende nicht erhalten, so (nachdem der Empfänger eine unverschlüsselte Bitte um die Weitermeldung gesandt hat, die den codebreakers mitteilen, was geschah) wurde die Nachricht mit denselben Schlüsseleinstellungen (HQIBPEXEZMUG) wiederübersandt; eine verbotene Praxis. Außerdem das zweite Mal hat der Maschinenbediener mehrere kleine Modifizierungen zur Nachricht, wie das Verwenden von Abkürzungen gemacht, die zweite Nachricht etwas kürzer machend. Von verwandten ciphertexts dieser zwei, der cryptanalysts als eine Tiefe bekannt ist, hat der cryptanalyst Veteranbrigadegeneral John Tiltman in der Forschungsabteilung die zwei plaintexts und folglich den keystream aufgezogen. Dann, nach drei Monaten der Forschungsabteilung, die scheitert, die Maschine von den fast 4,000 Charakteren des Schlüssels zu diagnostizieren, wurde die Aufgabe dem Mathematiker Bill Tutte gereicht. Er hat eine Technik angewandt, dass er in seiner kryptografischen Ausbildung, davon unterrichtet worden war, den Schlüssel mit der Hand auszuschreiben und nach Wiederholungen zu suchen. Tutte hat das mit dem ursprünglichen Fernschreiber 5 Bit Codes von Baudot getan, die ihn zu seinem anfänglichen Durchbruch geführt haben, eine 41 Charakter-Wiederholung zu erkennen. Im Laufe der folgenden zwei Monate bis zum Januar 1942 haben Tutte und Kollegen die ganze logische Struktur der Chiffriermaschine ausgearbeitet. Dieses bemerkenswerte Stück der Rücktechnik wurde später als "eine der größten intellektuellen Leistungen des Zweiten Weltkriegs" beschrieben.

Nach diesem Knacken des Thunfischs wurde eine spezielle Mannschaft von Codebrechern unter Ralph Tester aufgestellt, der am meisten am Anfang von der Hütte von Alan Turing 8 übertragen ist. Die Mannschaft ist bekannt als Testery geworden. Es hat den Hauptteil der nachfolgenden Arbeit in brechenden Thunfisch-Nachrichten durchgeführt, aber wurde durch Maschinen in der Ergänzungsabteilung unter als Newmanry bekanntem Max Newman geholfen.

Dekodierungsmaschinen: der erste programmierbare Computer in der Welt

Mehrere komplizierte Maschinen wurden von den Briten gebaut, um dem Angriff auf den Thunfisch zu helfen. Das erste war der britische Thunfisch. Diese Maschine wurde durch den Bletchley Park entworfen, der auf der geleisteten Rücktechnikarbeit von der Mannschaft von Tiltman in Testery gestützt ist, um mit der Chiffriermaschine von Lorenz wettzueifern. Als die Nadel-Radeinstellungen von Testery gefunden wurden, wurde die Thunfisch-Maschine aufgestellt und geführt, so dass die Nachrichten gedruckt werden konnten.

Eine Familie von als "Robinsons" bekannten Maschinen wurde für Newmanry gebaut. Diese verwendeten zwei Lochstreifen, zusammen mit dem Logikschaltsystem, um die Einstellungen des chi zu finden, befestigen Räder der Maschine von Lorenz. Der Robinsons hatte Hauptprobleme, die zwei Lochstreifen behaltend, ist gleichzeitig gewesen und waren relativ langsam, nur 2000 Charaktere pro Sekunde lesend.

Die wichtigste Maschine war der Koloss, dessen zehn im Gebrauch bis zum Ende des Krieges waren. Sie waren die ersten groß angelegten programmierbaren elektronischen Digitalcomputer in der Welt, das erste Werden betrieblich im Dezember 1943. Diese wurden vom älteren Ingenieur Tommy Flowers an der Postforschungsstation am Dollis Hügel in London entwickelt. Wie später ENIAC von 1946 hatte Koloss keinen speicherprogrammierten, und wurde durch plugboards und Springer-Kabel programmiert. Es war schneller, zuverlässiger und fähiger als Robinsons, so, den Prozess beschleunigend, den Lorenz chi Nadel-Radeinstellungen zu finden. Seitdem Koloss die vermeintlichen Schlüssel elektronisch erzeugt hat, musste es nur ein Band lesen. Es hat so mit einem optischen Leser getan, der, an 5000 Charakteren pro Sekunde, viel schneller gesteuert wurde als der Robinsons und gemeint hat, dass das Band an fast 30 Meilen pro Stunde (48 kph) gereist ist. Das und das Abstoppen der Elektronik von den optisch gelesenen Lochstreifen-Radzahn-Löchern, haben völlig die Synchronisationsprobleme von Robinsons beseitigt.

Manager von Testery und codebreakers

• Linguist von Ralph Tester und Leiter von Testery
• Shift-leader von Jerry Roberts, Linguist und älterer codebreaker
• Shift-leader von Peter Ericsson, Linguist und älterer codebreaker
• Siegermaster-shift-leader
• Linguist von Denis Oswald und älterer codebreaker
• Peter Hilton codebreaker und Mathematiker
• Peter Benenson codebreaker
• Peter Edgerley codebreaker
• John Christie codebreaker
• John Thompson codebreaker
• Roy Jenkins codebreaker
• Generaldirektor von Tom Colvill

Am Ende des Krieges war Testery 9 Kryptographen, 24 A.T.S.-Mädchen mit einem Gesamtpersonal 118 gewachsen, hatte sich in 3 Verschiebungen organisiert, die rund um die Uhr arbeiten.

Siehe auch

• Newmanry
• Stör
• Turingery
• Cryptanalysis der Ziffer von Lorenz

Referenzen

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• Davies, Donald W., Die Chiffriermaschine von Lorenz SZ42, (nachgedruckt in Auswahlen von Cryptologia: Geschichte, Leute, und Technologie, Artech Haus, Norwood, 1998)

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• Diese Version ist eine Faksimile-Kopie, aber es gibt eine Abschrift von viel von diesem Dokument in '.pdf' Format an: und eine Webabschrift des Teils 1 an:

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• Abschrift eines Vortrags, der von Prof. Tutte an der Universität von Waterloo gegeben ist
• Zugang für "den Thunfisch" in GC&CS kryptografisches Wörterbuch
• Die Ziffer von Lorenz, und wie der Bletchley Park es durch Tony Sale gebrochen

hat

Weiterführende Literatur

• Stephen Budiansky, Geistiges Duell (Freie Presse, New York, 2000). Enthält eine kurze, aber informative Abteilung (Seiten 312-315), die die Operation des Thunfischs beschreiben, und wie es angegriffen wurde.
• Paul Gannon, Koloss: Das Größte Geheimnis des Bletchley Park (Atlantische Bücher, 2006). Das Verwenden des kürzlich freigegebenen Materials und das Geschäft exklusiv mit den Anstrengungen, in Thunfisch einzubrechen. Räumt viele vorherige falsche Auffassungen über den Fischverkehr, die Chiffriermaschine von Lorenz und den Koloss ab.
• F. H. Hinsley, Alan Stripp, Codebreakers: Die Innengeschichte des Bletchley Park (Presse der Universität Oxford, 1993). Enthält eine lange Abteilung (Seiten 139-192) über den Thunfisch, den britischen Angriff darauf und die britischen Repliken der Maschine von Lorenz.
• Michael Smith, Station X: Nazistische Geheimnisse (Fernsehbücher, New York, 2001) decodierend. Enthält eine lange Abteilung (Seiten 183-202) über den Thunfisch und den britischen Angriff darauf.

Links

• Ziffern von Lorenz und der Koloss
• Information über Lorenz
• Fotographien und Beschreibung des Thunfischs