タイプB暗号機

暗号の歴史において、九七式欧文印字機（九七式欧文印字機）または「タイプB暗号機」は、米国でパープルというコードネームで呼ばれ、1939年2月から第二次世界大戦の終わりまで日本の外務省で使用された暗号機である。この機械は、ステップスイッチを使用して最も機密性の高い外交通信を暗号化する電気機械装置であった。すべてのメッセージは、電信で一般的に使用されていた26文字の英語のアルファベットで書かれていた。日本語のテキストはすべて音訳またはコード化する必要があった。26文字は、プラグボードを使用して6文字と20文字の2つのグループに分割された。6文字のグループの文字は、6×25の置換表を使用してスクランブルされ、20文字のグループの文字は、3つの連続した20×25の置換表を使用してより徹底的にスクランブルされた。^[1]

コードネーム「パープル」の暗号は、日本外務省が以前使用していたタイプAレッドマシンに代わるものでした。6と20の区分は、タイプA暗号の研究で米国陸軍信号諜報部（SIS）の暗号技術者によく知られており、これにより彼らはメッセージの6の部分で早期に進歩を遂げることができました。20の暗号ははるかに難しいことが判明しましたが、1940年9月の突破口により、陸軍の暗号技術者は、米国で誰もそのような機械について説明していなくても、日本の機械の動作を複製する（アナログである）機械を構築することができました。 ^[2]

日本軍はまた、アルファベットを分割しないコードネーム「コーラル」と「ジェイド」のシステムでステッピングスイッチを使用していました。アメリカ軍は暗号解読から得た情報を「マジック」と呼んでいました。

日本海軍は戦前の暗号機開発において陸軍に全面的に協力しなかったが、その非協力状態は第二次世界大戦中も続いた。海軍は紫暗号機は十分に解読が困難であると信じていたため、セキュリティ向上のために改良を試みなかった。これは暗号解読の知識がなかった数学者高木貞二の助言によるものと思われる。^[3]外務省は海軍から赤暗号と紫暗号を供給された。日本当局は両暗号機の弱点に誰も気づかなかった。

1922年、ワシントン海軍軍縮条約交渉の際の日本の外交通信がアメリカの黒幕によって盗聴され、これが公に知られると、セキュリティ強化の圧力がかなり強まった。いずれにせよ、日本海軍は、次のロンドン海軍軍縮条約に向けて初の暗号機の開発を計画していた。海軍参謀本部第10課（暗号・暗号担当）の伊藤利三郎海軍大佐が作業を指揮した。

機械の開発は海軍技術研究所電気研究部第六課が担当し、1928年に主任設計者の田辺一雄と海軍司令官の柿本源一郎が「ローマ字タイプライター暗号機レッド」の試作機を開発した。

この試作機はクリハ暗号機と同じ原理でプラグボードを備えており、1930年のロンドン海軍軍縮条約交渉で日本海軍と外務省によって使用された。

試作機は1931年に「九一式タイプライター」として完成しました。1931年は帝国暦2591年にあたり、開発年から「九一式」と名付けられました。

91式印色ローマ字モデルは、外務省でも「A型暗号機」として使用され、米国の暗号解読者からは「レッド」というコード名が付けられました。

レッドマシンは、半回転スイッチの接点を毎日清掃しないと信頼性が低かった。母音（AEIOUY）と子音を別々に暗号化していたが、これはおそらく電報のコストを削減するためであったが、^{[4] : 842–849}これは重大な弱点であった。海軍は基地や艦艇で 91式印色かな 文字モデルも使用していた。

1937年、日本は次世代の「九七式タイプライター」を完成させた。外務省の機械は「B型暗号機」で、米国の暗号解読者によって 「パープル」というコード名が付けられた。

パープルの主任設計者は田辺一雄氏で、エンジニアは山本正治氏と鈴木栄吉氏でした。鈴木栄吉氏は、より扱いにくいハーフロータースイッチの代わりに、 ステッピングスイッチの使用を提案しました。

明らかに、パープル マシンはレッド マシンよりも安全でしたが、海軍はレッド マシンがすでに破られていたことを認識していませんでした。パープル マシンは、アルファベットの 6 文字が別々に暗号化されているというレッド マシンの弱点を受け継いでいました。レッド マシンと異なるのは、文字のグループが 9 日ごとに変更され、発表される点です。一方、レッドでは、文字はラテン語の母音 AEIOUY として永久に固定されていました。そのため、米陸軍SIS は、他の 20 文字に使用されている暗号を解読する前に、6 文字に使用されている暗号を解読することができました。

タイプB暗号機はいくつかの部品から構成されていました。米軍によって復元された^[5]ように、タイプA暗号機で使用されていたものと同様の電気タイプライターが両端にありました。タイプBは暗号化のために次のように構成されていました。

• 入力タイプライター
• タイプライターのキーボードからの文字を並べ替え、6文字のグループと20文字のグループに分ける入力プラグボード
• 6 層のステップスイッチで、6 のグループの文字の 25 通りの組み合わせから 1 つを選択します。
• 3 段のステッピング スイッチ (I、II、III) が直列に接続されています。各段は実質的に 20 層スイッチで、各層に 25 個の出力があります。各段では、20 桁のグループの文字の 25 通りの順列から 1 つを選択します。日本人は、各段を構築するために、3 つの 7 層ステッピング スイッチを連動させて使用しました (写真を参照)。米国の SIS は、最初のアナログ マシンで、段ごとに 4 つの 6 層スイッチを使用しました。
• 入力順列を逆にして、文字を出力タイプライターに送り、印刷する出力プラグボード
• 出力タイプライター

復号化の場合、データ フローは逆になります。2 台目のタイプライターのキーボードが入力となり、20 桁の文字が逆の順序でステッピング スイッチ ステージを通過します。

ステッピング スイッチは、当時電話交換システムで一般的に使用されていた多層機械装置です。各層には半円弧状に配置された電気接続のセット (タイプ B では 25 個) があります。これらは動かず、ステータと呼ばれます。半円の中心にあるローターのワイパー アームは、一度に 1 つのステータ接点に接続します。各層のローターは 1 つのシャフトに取り付けられており、ラチェットに接続された電磁石がパルスを与えられるたびに、このシャフトが 1 つのステータ接点から次のステータ接点に進みます。実際には各レベルに 2 つのワイパー アームがあり、相互に接続されています。そのため、1 つのワイパーが半円の最後の接点を通過すると、もう 1 つのワイパーが最初の接点と噛み合います。これにより、電磁石がパルスを与えられると、ローター接続は 25 個のステータ接点すべてを循環します。^[1]

20 代の文字を暗号化するには、3 つのステージそれぞれに 20 層のステップ スイッチが必要でした。日本製バージョンと初期の米国製アナログはどちらも、各ステージを電話局で使用されていたタイプの小型ステップ スイッチ数個で構成していました。米国製アナログは 6 レベル スイッチ 4 個を使用して 20 層スイッチ 1 個を構成していました。各ステージの 4 つのスイッチは同期してステップするように配線されていました。国立暗号博物館に展示されている、現存する最大の破片である日本の 97 式暗号機の破片には、7 層ステップ スイッチが 3 つあります (写真参照)。米国陸軍は 1944 年に、各ステージに必要なすべての層を 1 つのシャフトにまとめた改良型アナログを開発しました。改良型アナログでは、各スイッチ バンクをキーで指定された初期位置に自動的に設定するために、追加の層が使用されました。

実装方法にかかわらず、各ステージの 20 層ステッピング スイッチには、20 個のローター接続と 500 個のステーター接続、各層に 1 つのワイパーと 25 個のステーター接点がありました。各ステージには、隣接するステージまたはプラグボードに接続するために、両端に正確に 20 個の接続が必要です。ローター側では、ローターが 20 個あるため、これは問題になりません。ステージのステーター側では、20 層のそれぞれの同じローター位置に対応するステーター接点のすべての列が、20 の出力ワイヤ (図のリード) にスクランブルされた順序で接続され、20 個の入力の順列が作成されます。これは、ローター位置ごとに異なる方法で行われます。したがって、各ステーター出力ワイヤには、異なるレベルからの 1 つのローター位置から 1 つずつ、合計 25 個の接続があります。これを実現するために必要な接続により、初期の米国のアナログではワイヤの「ラッツ ネスト」が作成されました。改良されたアナログでは、配線がよりきれいに整理され、写真の各ステップ スイッチの上にはんだ付け端子の 3 つのマトリックスが見えるようになりました。

ステージは双方向でした。信号は暗号化のために一方向に各ステージを通過し、復号化のために反対方向に通過しました。ドイツのエニグママシンのシステムとは異なり、ステージの順序は固定されており、反射器はありませんでした。ただし、ステップの配置は変更できました。

6 つのスイッチは、暗号化または復号化される各文字ごとに 1 つの位置に進みます。20 代の段階ではスイッチの動きはより複雑でした。3 つの段階は、高速、中速、低速のステップに割り当てられました。この割り当てを行うには 6 つの方法があり、選択は、各メッセージの先頭に含まれるメッセージ インジケーターと呼ばれる番号によって決定されました。米国の改良アナログには、この割り当てを行うための 6 位置スイッチがあります (写真を参照)。メッセージ インジケーターは、20 代のスイッチの初期位置も指定しました。マルチパート メッセージが送信される場合、インジケーターは各メッセージまたはメッセージの一部ごとに異なりました。キーの最後の部分であるアルファベットのプラグボードの配置は、毎日変更されました。

20 代のスイッチのステップは、6 代のスイッチによって部分的に制御されます。各文字ごとに、3 つのスイッチのうち 1 つだけがステップします。6 代のスイッチが 25 番目の位置にある場合を除き、高速スイッチが各文字ごとにステップします。次に、中程度のスイッチがステップします (中程度のスイッチも 25 番目の位置にある場合は低速スイッチがステップします)。

1938 年、SIS は解読されたメッセージから、新しい外交暗号がまもなく導入されることを知りました。タイプ B のメッセージは 1939 年 2 月に出現し始めました。タイプ B にはいくつかの弱点があり、その一部は設計に、その他は使用方法にありました。頻度分析により、暗号文のアルファベット文字 26 文字のうち 6 文字が、より均一に分布している他の 20 文字から際立っていることがよくありました。これは、タイプ B がタイプ A で使用されているのと同様の平文文字の分割を使用していることを示唆しています。「6」に使用されている弱い暗号化は、分析が容易でした。6 文字の暗号は、25 の固定された並べ替えられたアルファベットがそれぞれ連続して使用される多アルファベットであることが判明しました。異なるインジケーターを持つメッセージ間の唯一の違いは、アルファベットのリストの開始位置でした。 SISチームは1939年4月10日までに25通りの組み合わせを復元した。頻度分析は、ローマ字化された日本語のテキストの存在と、5月初旬にフィリップスコードの日本語版が導入されたことにより複雑化した。^[6]

メッセージ全体に散りばめられた 26 文字のうち 6 文字の平文がわかれば、特に文章が高度に様式化されている場合には、メッセージの残りの一部を推測できる場合もあった。外交メッセージの中には、米国政府から日本政府に宛てた書簡のテキストが含まれているものもあった。そのようなメッセージの英語テキストは通常​​入手可能だった。外交局の中には、特に導入当初はタイプ B を持っていないところもあり、同じメッセージがタイプ B とタイプ A のレッド暗号で送られることもあったが、SIS はこれを解読していた。これらすべてが、 20 年代の暗号を攻撃するための足がかりとなった。

1939 年 8 月、ウィリアム F. フリードマンがB システムを攻撃する暗号作成者のグループを率いるよう任命されました。^{[6] : 10}クリブがあっても、進展は困難でした。フリードマンによると、20 年代の暗号で使用された順列は「見事に」選択されており、プラグボードのアルファベットは毎日変わるため、単一のインジケータで暗号化された十分なトラフィックを待っても周期性を発見することは難しいことが明らかになりました。暗号作成者は、同じインジケータを使用して異なる日に送信されたメッセージを、同じ日に送信されたように見える相同メッセージに変換する方法を考案しました。これにより、同一の設定に基づく十分なトラフィック (インジケータ 59173 の 6 つのメッセージ) が提供され、20 年代の暗号の内部構造を明らかにする周期性を発見するチャンスが得られました。

1940年9月20日午後2時頃、ジュヌヴィエーヴ・グロジャンはワークシート一式を持って会話に夢中になっている男性たちのグループに近づき、フランク・ロウレットの注意を引こうと丁寧に試みた。彼女は20年代の暗号にサイクルの証拠を見つけたのだった。20年代の暗号が初めて解読されたことで祝賀会が開かれ、すぐにレプリカマシンが作られることになった。^{[7] : 99}インジケーター59173を使用した他の2つのメッセージは9月27日までに解読されたが、これは偶然にもナチスドイツ、ファシストイタリア、大日本帝国の間で三国協定が発表された日であった。他の119の可能性のあるインジケーターの意味を復元するには、まだ多くの作業が必要だった。1940年10月の時点で、インジケーターの設定の3分の1が復元されていた。^{[6] : 7}日本は時折、B型システムを強化するために新しい運用手順を導入したが、これらはしばしば旧システムの外交文書に記載され、アメリカに警告を与えていた。^{[1] : p. 29}

パープルマシンの復元はラリー・クラークのアイデアに基づいていた。パープルのキー入力手順の理解は海軍中尉フランシス・レイヴンによって進められた。最初の中断の後、レイヴンは日本軍が1ヶ月を10日間の3つの期間に分け、各期間内で最初の日のキーを小さな予測可能な変更を加えて使用していたことを発見した。^{[8] [2]}

日本軍は、戦時中、そして戦後もしばらくの間、B型暗号は解読不可能であると信じていたが、ドイツ軍からはそうではないと知らされていた。1941年4月、ワシントンDCのドイツ大使館の外交官ハンス・トムセンは、ドイツ外務大臣ヨアヒム・フォン・リッベントロップに、米国が日本の外交暗号（パープル暗号）を解読したと「絶対に信頼できる情報源」から聞いたと知らせるメッセージを送った。その情報源は、ソ連駐米大使コンスタンチン・ウマンスキーで、米国国務次官サムナー・ウェルズからの通信に基づいて漏洩を推測していた。メッセージは日本軍に転送されたが、暗号は引き続き使用された。^{[9] [4]}

SISは1940年後半にパープルメッセージを解読できる最初のマシンを製作した。2台目のパープルアナログはSISによって米海軍向けに製作された。3台目は1941年1月、ハリファックス大使を米国に運んだHMS キングジョージ5世号で英国に送られた。そのパープルアナログには陸軍2名、海軍2名の計4名のアメリカ人暗号学者チームが同行し、その見返りとして、イギリスがドイツの暗号に対して成功したという情報を受け取っていた。このマシンはその後シンガポールに送られ、日本軍がマラヤを通って南下した後はインドに送られた。4台目のパープルアナログはフィリピンに送られ、5台目はSISが保管した。当初ハワイ向けだった6台目はイギリスでの使用のため送られた。 ^{[4] : p.23}

米国は、1945 年のドイツの敗戦後、ドイツの日本大使館からパープル マシンの一部を入手し (上の画像を参照)、日本が使用していたステッピング スイッチの構造が、 SIS のレオ ローゼンが 1939 年と 1940 年にワシントンで複製 (またはパープル アナログ マシン) を製作した際に選択したものとほぼ同じであることを発見しました。ステッピング スイッチはユニセレクターでした。これは、ダイヤル式電話システムを備えた米国、英国、カナダ、ドイツ、日本などの国の自動電話交換機で大量に使用されている標準コンポーネントです。米国はパープル アナログの各ステージで 6 レベル スイッチを 4 つ使用し、^[6]日本は 7 レベル スイッチを 3 つ使用しました。どちらも 20 の数字を同じように表していました。ただし、これらは 2 モーション スイッチやストロージャー スイッチではなく、時には「25 個のストロージャー型 (sic) ステッパー スイッチ ...」と主張されていたことに注意してください。 ^[10]

どうやら、世界中の日本大使館や領事館（例えば枢軸国、ワシントン、ロンドン、モスクワ、中立国）と日本国内にあった他のすべてのパープル暗号機は、日本軍によって破壊され、粉々に砕かれたようだ。1945年から1952年にかけて日本に駐留していたアメリカ占領軍は、残存しているユニットを捜索した。^{[11]同様の原理で作られているが6と20の区切りがない完全なジェイド暗号機が捕獲され、NSAの}国立暗号博物館に展示されている。

パープル暗号機自体は1938年6月に日本によって初めて使用されたが、米国と英国の暗号解読者は真珠湾攻撃のかなり前にそのメッセージの一部を解読していた。米国の暗号解読者は、ワシントンの日本大使館が行うよりも先に、1941年12月7日午後1時（ワシントン時間）に日本が米国との交渉を打ち切るためにワシントン大使館に送った14部構成のメッセージを解読し翻訳した。大使館での解読と入力の難しさに加え、時間通りに届くことの重要性が認識されていなかったことが、「野村メモ」の配達が遅れた主な理由であった。

第二次世界大戦中、ナチスドイツ駐在の日本大使、大島浩将軍はドイツの軍事事情に精通していた。彼の報告は紫色の暗号でラジオメッセージとして東京に送られた。その中の1つには、ヒトラーが1941年6月3日に「ロシアとの戦争は避けられない可能性が高い」と彼に語ったというコメントがあった。1942年7月と8月には東部戦線を視察し、1944年にはフランスとベルギーの海岸沿いの侵略を防ぐ大西洋の壁の要塞を視察した。9月4日、ヒトラーはドイツがおそらく11月に西部を攻撃すると彼に告げた。^[12]

これらのメッセージは連合国によって読まれていたため、西ヨーロッパへの侵攻に備えたドイツ軍の準備に関する貴重な情報を提供した。ジョージ・マーシャル将軍は彼を「ヨーロッパにおけるヒトラーの意図に関する主要な情報源」と評した。^[13]

解読されたパープル通信と日本のメッセージは、第二次世界大戦後、真珠湾攻撃を許したのが誰なのか、誰が責任を問われるべきなのかを決定しようとする議会での激しい公聴会の主題となった。日本人が初めてパープル暗号機が実際に破られたことを知ったのは、この公聴会の最中だった。^[要出典] (論争と調査の詳細については、 真珠湾の事前知識陰謀説の記事を参照。)

ソ連も1941年後半にパープル・システムを破ることに成功し、リヒャルト・ゾルゲの報告と合わせて、日本がソ連を攻撃するつもりはないことを知った。その代わり、その標的は南方、東南アジアとそこにあるアメリカとイギリスの権益であった。これによりスターリンは、12月にドイツ軍のモスクワ侵攻を阻止するのに間に合うように、極東からかなりの軍をモスクワに移動させることができた。^[14]

• ビッグマシン、スティーブン・J・ケリー著（エーゲアン・パーク・プレス、ウォルナット・クリーク、2001年、ISBN 0-89412-290-8） – PURPLEマシンの作成の歴史、米国SISによるその破り、およびその暗号のセキュリティと欠陥の分析について、技術的に詳細に説明しています。 
• ブディアンスキー、スティーブン（2000年）。『知恵の戦い：第二次世界大戦における暗号解読の完全物語』ニューヨーク：フリープレス。pp. 351-353。ISBN 0-684-85932-7。- 付録C: パープルマシンの暗号解読
• クラーク、ロナルド W.「パープルを破った男: 第二次世界大戦で日本の暗号を解読したウィリアム F. フリードマン大佐の生涯」、1977 年 9 月、リトル ブラウン & カンパニー、ISBN 0-316-14595-5。 
• フリーマン、ウェス、サリバン、ジェフ、ウェイルド、フローデ (2003)。「紫色の謎: Angooki Taipu B のシミュレーションとコンピュータ支援暗号解読」。Cryptologia。27 ( 1 ): 1–43。doi : 10.1080 /0161-110391891739。S2CID 12776919  。
• J. プラドスによる連合艦隊の解読
• フランク・B・ローレット著『魔法の物語：アメリカの暗号の先駆者の回想録』（エーゲアン・パーク・プレス、ラグナヒルズ、1998年、ISBN 0-89412-273-8） - レッドとパープルの両方を「破った」チームのリーダーチームメンバーによる直接の回想録で、両方の「破り」の詳細な説明が含まれています。 
• スミス、マイケル（2000年）。『天皇の暗号：ブレッチリー・パークと日本の秘密暗号の解読』ロンドン：バンタム・プレス。ISBN 0593-046412。
• スミス、マイケル（2000年）。『天皇の暗号：日本の秘密暗号の解読』ニューヨーク：アーケード出版。ISBN 9781559705684。
• リー、ブルース（1995年）。『マーチング・オーダーズ：第二次世界大戦の知られざる物語』ニューヨーク：クラウン・パブリッシャーズ社ISBN 9780517575765。

ウィキメディア・コモンズには、 PURPLE 暗号機に関連するメディアがあります。

• タイプ B マシンに関する日本語版 Wikipedia の記事には、置換表、詳細なステップ アルゴリズム、句読点コード、サンプルの復号化など、多くの技術情報が掲載されています。また、アメリカの復号化に対する日本の情報源からの反応も掲載されています。Google 翻訳に Web サイト リンク https://ja.wikipedia.org/wiki/パープル暗号 を入力し、[このページを翻訳] をクリックすると、実用的な英語翻訳が表示されます。
• 赤と紫: NSA アナリストによる、赤と紫の暗号を解読する現代の試みを語る物語。Cryptologic Quarterly Article (NSA)、1984 年～ 1985 年秋冬、第 3 巻、第 3 ～ 4 号 (最終アクセス: 2016 年 8 月 22 日)。
• ウェブベースのパープルシミュレーター（最終アクセス日：2019年2月10日）
• Pythonで書かれたパープルマシンシミュレーター
• Javaで書かれたGUIパープルマシンシミュレーター
• 紫、珊瑚、翡翠
• Purple Machine の情報とシミュレーター (非常に古い Windows 用)。