ジェファーソンディスク

ジェファーソン・ディスクは、バゼリーズ・シリンダー暗号やホイール暗号とも呼ばれ、^[1]トーマス・ジェファーソンに帰せられる暗号システムで、ホイールまたはディスクのセットを使用し、各ディスクの縁にはアルファベットの文字が一定の順序で並べられており、順序はディスクごとに異なり、通常はランダムに並べられています。

各ディスクには固有の番号が付けられており、ディスクの中央にある穴から、ディスクを車軸に積み重ねることができます。ディスクは取り外し可能で、任意の順序で車軸に取り付けることができます。ディスクの順序が暗号鍵であり、送信者と受信者の両方がディスクを同じ定義済みの順序に並べる必要があります。ジェファーソンのデバイスには36枚のディスクがあり、バゼリーズのシステムには20枚のディスクがありました。^{[2] [3]}

ディスクが合意された順序で車軸に置かれたら、送信者は各ディスクを上下に回転させて、希望するメッセージが 1 行に綴られるようにします。次に、送信者は、平文メッセージが含まれている行以外のディスク上の任意の行のテキストを書き写すことができます。受信者は、合意された順序でディスクを配置し、暗号化されたメッセージが 1 行に綴られるようにディスクを回転させ、平文が見つかるまで行を見回す必要があります。

15世紀からヨーロッパで知られていたダイヤル錠は、18世紀後半にエドメ・レニエ・レネによって普及し、文字付きのダイヤル錠が暗号機の起源であると考えられています。^[4]

ジェファーソンディスクに似た最初のプロトタイプは、1786年にスウェーデンの男爵F.グリペンスティエナによって発明されましたが、異なる原理で動作しました。文字を文字で置き換えるのではなく、57枚のディスクを使用して、許可された役人がデバイスの片側に入力した文字を、事務員に見えるデバイスの反対側の数字に置き換えました。^[5]

1790年代のある時点で（正確な日付は不明^[6]）、トーマス・ジェファーソンは、現在彼の名が付けられている、車輪に26の文字があり、推定36から48の車輪がある装置とその動作を原稿で説明しました。^[7]一般的には彼自身が発明したと言われていますが、証拠に裏付けられておらず、ジェファーソン自身も本文でそう示唆していません。^{[8]この原稿は、}大陸会議を研究していた歴史家エドマンド・C・バーネットが1922年（M-94が配備された翌年、下記参照）に発見するまで忘れられていたようです。^{[9]この装置が作られたことはなかったようで、 [6]ジェファーソンは1803年に}ロバート・パターソンから柱状転置暗号の説明を受け、より実用的だと判断した後、このアイデアを断念しました。^[10]

1980年代初頭、NSAは博物館用に、ジェファーソン型の大きな不完全な装置（この記事の写真1）を入手した。この装置には、35枚の残存ディスク（元々は40枚）があり、それぞれにフランス語の文字を含む42の文字が刻まれていた。^{[8]これは19世紀の第2四半期に作られたもので、}ウェストバージニア州で作られたにもかかわらず、ジェファーソンと関係があるかどうかは明らかではない。^[8]

1854年にブリストルの歯科医ジョン・HB・スウェイツが「新しい」暗号（実際にはヴィジュネル暗号の変形に過ぎなかった）を芸術協会誌に提出したとき、チャールズ・バベッジは返答の中で「ツゲの木の輪を円筒の上に並べて置き、それぞれの円周に26文字を配置する」のが好きだと述べた。^[11]しかし、この説明からは、文字がアルファベット順かランダムな順序かは明らかではない。

ジェファーソンのものと機械的には似ているが多少改良された装置が、1891年にエティエンヌ・バゼリー司令官によって独自に再発明されたが、ロシニョールの大暗号を解読するまではあまり知られていなかった。^{[12] 1893年、フランスの数学者アーサー・ジョセフ・ヘルマン（}エディシオン・ヘルマンの創設者としてよく知られている）は、18枚の平らな木片または厚紙の帯を使用するように装置を再設計した。^[4]他の国の暗号学者も同様の装置を検討した。

バゼリーのシリンダーは、1922 年に導入され、1942 年まで使用された米国の「M-94」暗号機のベースでした。1914 年にパーカー ヒットはバゼリーの装置を実験し、スライドを木製のフレームに取り付けて、暗号のアルファベットをスライドに 2 回連続して印刷するプロトタイプを 1 つ作成し、次に木製のディスクを使用してもう 1 つ作成しました。彼は実験結果を通信部隊の指揮系統に伝え、1917 年にジョセフ モーボルニュがその方式を改良し、最終的に M-94 が完成しました。

M-94 はスピンドルに 25 枚のアルミニウム ディスクを使用していました。陸軍、沿岸警備隊、連邦通信委員会の無線情報部で第二次世界大戦初期まで使用されていました。陸軍はヒットのオリジナルのスライド方式に戻して「M-138-A」暗号機を導入しました。これは 1930 年代に導入され、第二次世界大戦中はアメリカ海軍と国務省で使用されました。M-138-A には 100 本のストリップがあり、1 回の暗号セッションで 30 本が選択されて使用されました。これは国務省にとってセキュリティの向上でした。国務省は戦間期に安全でないコードを使用しており、標準的な商用電信コードが使用されたことさえありました。

メッセージを暗号化するには、暗号化者がディスクを回転させて、ディスク スタックの 1 つの「行」に沿って平文メッセージを生成し、別の行を暗号文として選択します。メッセージを復号化するには、復号化者がシリンダー上のディスクを回転させて、行に沿って暗号文を生成します。暗号化者と復号化者の両方が行のオフセットを知っていると復号化は簡単になりますが、復号化者はシリンダー内を調べて意味のある行を見つけることができるため、必ずしも必要ではありません。

たとえば、10 枚のディスクのみを使用する簡略化された「おもちゃ」の Bazeries シリンダーは、次のように構成され、各ディスクが 1 行に「展開」され、それぞれに指定番号が付けられます。

この Bazeries シリンダーの「キー」、つまりディスクのシーケンスが で7, 9, 5, 10, 1, 6, 3, 8, 2, 4 、暗号化者が復号化者にメッセージ「」を送信する場合、暗号化者はキーに従ってディスクを並べ替え、各ディスクを回転させて、左側にわかりやすくするためにスペースを追加した プレーンテキストを取得します。retreat now

次に、暗号化者は平文からシリンダーの 6 行目にある暗号文を選択します。この暗号文も上記でスペースで強調表示されており、次のようになります。OMKEGWPDFN復号化者は暗号文を取得すると、シリンダー上のディスクをキーの配置に再配置し、ディスクを回転させて暗号文を作成し、暗号文から 6 行下にある平文を読み取るか、シリンダー全体を調べて意味のある行を探します。

バゼリーのシリンダー暗号は当時（当時使用されていた他の多くのシステムと比較して）比較的強力なシステムであり、フランス軍の暗号解読者であるエティエンヌ・バゼリーはそれを解読不可能とみなしていたと言われている。ドイツ外務省の「ペルスZS」暗号解読グループは1944年にM-138-Aを解読した。しかし、その頃にはアメリカはより洗練された暗号システムを運用していた。

フランスの暗号学者ガエタン・ド・ヴィアリス（別名ガエタン・アンリ・レオン・ヴィアリツィオ・ディ・レセーニョ侯爵）は、世界初の印刷暗号装置（1874年）の1つを発明したことで有名だが、1893年にバゼリーのシリンダー暗号を解読した。^[13]

Bazeries シリンダーの大きな弱点の 1 つは、各ディスク上の暗号アルファベットの平文文字から暗号文文字までのオフセットがまったく同じになることです。上記の例では、このオフセットは 6 文字です。

たとえば、暗号解読者が上記の例で説明した 10 枚のディスクからなる Bazeries シリンダーで暗号化されたメッセージを発見し、自分のシリンダーを捕獲した場合、そのメッセージをシリンダーに入力し、メッセージが見つかるまでシリンダーを回転させることによって解読できます。それでも、例の Bazeries シリンダーのディスクの可能な順列の数は10! = 3,628,800です。この数が大きいため、ディスクの配置を手作業で試行錯誤してテストすることは困難です。

• この記事、またはその以前のバージョンには、Greg Goebel の Codes, Ciphers, & Codebreaking からの資料が組み込まれています。

• Friedman, William F. (1918)。いくつかの機械暗号とその解読法(PDF)。暗号の解読法、出版物 15～22。Riverbank Publications。PDF p. 225。2022-02-11 にオリジナルからアーカイブ(PDF) – Rufus A. Long Digital Library of Cryptography 経由。
• カーン、デイヴィッド（1967年）。暗号解読者。pp.192-195。