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暗号学において、M-209 （米国海軍ではCSP-1500 、製造元ではC-38と命名）は、主に第二次世界大戦中に米軍で使用された携帯型機械式暗号機であるが、朝鮮戦争まで現役で使用され続けた。M -209は、携帯型暗号機の要望に応えてスウェーデンの暗号学者ボリス・ハゲリンによって設計され、以前の暗号機C-36の改良版であった。
M-209は、ランチボックスほどの大きさで、最終形態では3 + 1/4 x 5 + 1/2 x 7インチ（83 mm × 140 mm × 178 mm ）で、重量は6ポンド（2.7 kg） （ケースの重量1ポンド（0.45 kg）を含む）です。 [ 1 ]これは、電子技術以前の時代における輝かしい成果でした。ローレンツ暗号やゲハイムフェルンシュライバーなどのテレサイファーマシンに似たローターマシンでした。
M-209の基本的な操作は比較的簡単です。本体上部にある6つの調整可能なキーホイールには、それぞれアルファベットの文字が表示されています。これらの6つのホイールが機械の外部キーを構成し、暗号化処理のための初期状態（初期化ベクトルに類似）を提供します。
メッセージを暗号化するには、オペレーターはキーホイールをランダムな文字のシーケンスに設定します。機械の左側にある暗号化/復号化ノブを「暗号化」に設定します。同じく左側にあるインジケーターディスクと呼ばれるダイヤルを、メッセージの最初の文字に回します。この文字は、機械の右側にある手回しクランクまたはパワーハンドルを回すことで暗号化されます。サイクルが終了すると、暗号文の文字が紙テープに印刷され、キーホイールがそれぞれ1文字ずつ進み、機械はメッセージの次の文字を入力できる状態になります。メッセージ内の単語間のスペースを示すために、文字「Z」が暗号化されます。メッセージの残りの部分に対してこのプロセスを繰り返すと、完全な暗号文が得られ、モールス信号または別の方法で送信できます。最初のキーホイールの設定はランダムであるため、その設定を受信側にも送信する必要があります。これらの設定は、日替わりキーを使用して暗号化することも、平文で送信することもできます。
M-209は、読みやすさを考慮して、印刷された暗号文を自動的に5文字ずつのグループに分割する。機械上部の文字カウンターは、暗号化された文字の総数を示し、暗号化または復号化の際に間違いがあった場合の参照点として使用できた。
復号化の手順は暗号化とほぼ同じです。オペレーターは暗号化・復号化ノブを「復号化」に設定し、鍵ホイールを暗号化時と同じ順序に合わせます。指示ディスクを通して暗号文の最初の文字を入力し、電源ハンドルを操作すると、鍵ホイールが進み、復号化された文字が紙テープに印刷されます。「Z」の文字が検出されると、カムによってメッセージに空白が挿入され、空白を含む元のメッセージが復元されます。「Z」がない場合は、通常、オペレーターが文脈に基づいて解釈できます。
熟練したM-209オペレーターであれば、各文字の暗号化または解読に2秒から4秒ほどかかるだろう。
M-209の筐体内部には、はるかに複雑な構造が見られます。6つのキーホイールにはそれぞれ、ホイール上の各文字に対応する小さな可動ピンが付いています。これらのピンは左右どちらにも配置でき、ピンの位置によって機械の動作が変わります。左の位置では動作せず、右の位置で動作します。
各キーホイールには異なる数の文字と、それに対応する異なる数のピンが含まれています。左から右へ、ホイールには以下のものが含まれています。
この差異は、ホイールのサイズが互いに素になるように選択されています。その結果、ホイールが同じ方向に整列するのは、26×25×23×21×19×17 = 101,405,850 文字の暗号化文字ごと（周期とも呼ばれる）に一度だけです。各キーホイールには、有効位置にあるピンによって作動する傾斜した金属製ガイドアームが関連付けられています。各キーホイールのピンの位置は、M-209 の内部キーイング機構の最初の部分を構成します。
6つのキーホイールの列の後ろには、27本の水平バーからなる円筒形のドラムがあります。各ドラムバーには2つの可動ラグが取り付けられており、これらのラグは6つのキーホイールのいずれかに位置合わせすることも、2つの「中立」位置のいずれかに配置することもできます。有効ピンがガイドアームを前方に傾け、ドラムに接触させます。ラグの位置調整が、内部キー機構の2番目の部分を構成します。内部キー機構の設定は複雑であるため、変更される頻度は比較的少なく、実際には1日に1回内部キーを交換するのが一般的でした。
オペレーターが電源ハンドルを回すと、円筒形のドラムが27本のバーすべてを通過して1回転します。いずれかのバーの突起がアクティブなキーホイールのガイドアームに接触すると、そのバーは左にスライドします。中立位置にある突起、またはガイドアームに接触していない突起は、バーの位置に影響を与えません。左にスライドしたすべてのバーは可変歯ギアで構成されており、これにより符号化する文字がシフトします。シフト量は、左に突き出たバーの数に等しくなります。結果として得られた暗号文の文字は、紙テープに印刷されます。
回転が完了すると、リトラクターが突出したバーを元の位置に戻します。中間ギアがキーホイールを1つ分進め、ロックアームがドラムに固定され、インジケータディスクが次の文字に合わせて調整されるまで、2回目のエンコードが防止されます。
このシステムでは、暗号化される文字ごとにオフセットを変更することができました。この機能がなければ、暗号化方式は非常に安全性の低いシーザーシフト暗号に似たものになっていたでしょう。
M-209を使用して何かをエンコードする前に、オペレーターはあらかじめ設定された構成に従って機械を設定する必要があります。この構成には、6つのキーホイールすべての各ピンの設定と、回転ドラム上の各ラグの位置が含まれます。これらは通常、送信者と受信者の両方に渡される秘密のシステム文書に記載されている表によって指定されていました。キーホイールの回転方向は送信者がランダムに選択し、安全な通信チャネルを介して受信者に提供することができました。
各キーホイールの各文字には、左または右に設定できるピンが関連付けられています。これらのピンの設定を示す表は、次のようになります。
特定のキーホイールに対応する表に記載されている文字は、対応するピンを右側（有効）の位置にセットする必要があります。記載されていない文字はダッシュで表され、左側（無効）の位置にセットします。
回転ドラムには27本のバーがあり、各バーには2つの突起が付いています。これらの突起は1から6までの任意の位置に設定でき、その場合は対応するキーホイールと位置が合います。また、2つの「0」の位置のいずれかに設定することもでき、その場合は突起は無効になります。ドラムの突起設定を示す表は次のようになります。
バー1のラグは「3」と「6」の位置に、バー2のラグは「0」と「6」の位置にそれぞれ設定されます。例えば、「3」の位置にあるラグは、キーホイール3の現在アクティブなピンが「有効」位置にあるときに、ガイドアームによって横に押し出されます。
最後に、外部キーはキーホイールを特定の文字シーケンスまたはランダムな文字シーケンスに回転させることで設定されます。M-209の内部キー設定をテストする場合、オペレーターはキーホイールを「AAAAAA」に設定し、「A」のみで構成されるメッセージをエンコードするのが一般的です。生成された暗号文は、長いチェック文字列と比較され、すべての内部設定が正しく行われたことが検証されます。この特定の構成におけるチェック文字列は次のとおりです。
TNJUWAUQTKCZKNUTOTBCW ARWIO
キーホイールのピンは、回転中にキーホイールの下部に到達した時点で作動します。ここで、ピンはラグを左に偏向させるガイドアームに接触したり、ガイドアームから解放したりします。作動中のピンは、キーホイール前面に現在表示されている文字から特定の量だけオフセットされています。キーホイールに「AAAAAA」が表示されている場合、作動中のピンは左から右へ「PONMLK」の文字に関連付けられたピンです。
上記の設定に従ってM-209を構成すると、エンコードの準備が整います。既知のチェック文字列の例を続けると、エンコードする最初の文字は「A」です。オペレーターは指示ディスクを「A」に設定し、電源ハンドルを回します。
キーホイールが「AAAAAA」という文字列に設定されているため、有効なピンは「PONMLK」です。上記の設定によれば、ピン「P」は最初のキーホイールでは無効、ピン「O」は2番目のキーホイールでは有効、ピン「N」は3番目のキーホイールでは有効、ピン「M」は4番目のキーホイールでは有効、ピン「L」は5番目のキーホイールでは無効、ピン「K」は6番目のキーホイールでは有効です。有効なピンに関連付けられたガイドアームは前方に傾き、回転ドラムに接触します。この場合、ガイドアーム2、3、4、および6が有効になります。
ドラム上の突起がこれらの位置のいずれかにあるバーは左にスライドされ、そのバーは機械の出力を駆動する可変歯ギアに関与します。指定された設定に従って、バー1、2、3、および5から21までが左にスライドされ、合計20本のバー、つまり可変歯ギアの20個の「歯」が移動します。この文字のエンコードには、20のシフトが使用されます。
M-209は相互換字暗号またはビューフォート方式を使用します。平文メッセージで使用されるアルファベットは、同じアルファベットの逆順（atbash）にマッピングされます。
シフトを考慮しない場合、「A」は「Z」、「B」は「Y」、「C」は「X」などになります。シフトは逆方向に進行します。たとえば、平文「P」が暗号文「K」にマッピングされる場合、左に3文字シフトすると暗号文「N」が得られます。シフトは循環的であるため、シフトが左側から外れると、右側で再び続きます。このアプローチは自己反転的であり、復号化では同じテーブルを同じように使用します。暗号文「N」は平文であるかのように入力され、これは暗号文アルファベットの「M」、または3文字シフト後の「P」にマッピングされ、元の平文が返されます。
上記の例を続けると、最初にエンコードされる文字は「A」で、これは暗号文では「Z」に相当します。可変歯ギアによるシフト量は20で、左に20ビットシフトすると、最終的な暗号文の文字「T」が得られます。これはチェック文字列の最初の桁と同じです。
エンコードサイクルの終了時に、6つのキーホイールすべてが1つずつ進みます。キーホイールには「BBBBBB」と表示され、アクティブなピンは「QPONML」になります。新しいガイドアームがドラムと連動し、次のエンコード操作で異なるシフトが発生するなど、このプロセスが繰り返されます。
M-209のセキュリティは当時としては優れていたが、決して完璧ではなかった。ローレンツ・エレクトリック社のテレタイプライター暗号機（連合国側ではタニーとコードネームが付けられていた）と同様に、暗号解読者が重複する2つのシーケンスを入手すれば、M-209の設定に手掛かりを得ることができ、その動作には悪用される可能性のある独特の癖があった。1943年初頭の時点で、第二次世界大戦中のドイツの暗号解読部隊はM-209メッセージの10～30パーセントを解読することができた。[ 2 ]戦術的な使用には十分であると考えられており、朝鮮戦争中も米軍で使用されていた。
米国の研究者デニス・リッチーは、 1970年代にジェームズ・リードとロバート・モリスと共同で行った、M-209に対する暗号文のみの攻撃について説明している。この攻撃は、少なくとも2,000～2,500文字のメッセージを解読できる可能性がある。[ 3 ]リッチーによると、国家安全保障局（NSA）との協議の後、この原理は当時外国政府が使用していた機械にも適用可能であると告げられたため、著者らは発表しないことに決めたという。[ 3 ]
2004年、ドイツのニュースサイトHeise Onlineは、 M-209を突破するためのドイツの取り組みに関する特集記事を掲載した。[ 4 ]
米国のM-209は、1942年からニューヨーク州グロトンのスミス・コロナ・タイプライター社で1日400台のペースで生産された。14万台以上が生産された。 [ 5 ]： 427これは徐々に旧式のM-94戦術暗号機に取って代わった。
ドイツのSG-41は標準的な戦術暗号機となるはずだったが、ドイツ軍はマグネシウムやアルミニウムなどの軽量金属の供給が限られていたため、戦術用途には重すぎた。メンツァーは、ハーゲリンの技術に基づいた他の2つの暗号機にも取り組んでおり、その中にはエニグマの後継機である「SG-39」と、シンプルながらかなり強力な携帯型暗号機「Schlüsselkasten」（「コードボックス」）が含まれていた。これらの暗号機はいずれも量産には至らなかった。メンツァーの装置が実戦投入されていたら、M-209よりも解読不可能というわけではなかったものの、連合軍の暗号解読者にとっては間違いなく厄介な存在となっただろう。
戦後、ハゲリンはM-209の改良型である「C-52」を開発した。C-52は、最大2,756,205,443の周期、取り外しと再挿入が可能なホイール、混合アルファベットの印字ホイールを特徴としていた。しかし、C-52は古典的な暗号機の最後の世代の一つであり、当時すでに新しいデジタル技術によって、はるかに安全な暗号の開発が可能になっていた。
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