シガバ

暗号の歴史において、ECM Mark IIは、第二次世界大戦から1950 年代まで米国でメッセージの暗号化に使用されていた暗号機です。このマシンは、陸軍ではSIGABAまたはConverter M-134 、海軍ではCSP-888/889としても知られており、海軍の改良版はCSP-2900と呼ばれていました。

当時の多くの機械と同様に、この機械もローターの電気機械システムを使用してメッセージを暗号化していましたが、以前の設計に比べてセキュリティ面で多くの改善が加えられていました。この機械の耐用期間中に 暗号解読が成功した例は公表されていません。

第二次世界大戦のかなり前から、米国の暗号学者は、ローター式機械（ヘベルン式機械など）の単一ステップの機械的動作が攻撃者に悪用される可能性があることは明らかでした。有名なエニグマ暗号機の場合、これらの攻撃は、新しいメッセージの開始時にローターをランダムな位置に移動させることによって妨害されるはずでした。しかし、これは十分に安全ではないことが判明し、ドイツのエニグマメッセージは、第二次世界大戦中に 暗号解読によって頻繁に解読されました。

アメリカ陸軍の信号諜報局長ウィリアム・フリードマンは、ローターの動きを真にランダム化することでこの攻撃を補正するシステムを考案した。彼の改造は、穴に電気を通すように配置された金属製の「触覚」を備えた小型装置にテレタイプ機の紙テープ読み取り装置を取り付けたものだった。キーボードで文字が押されると、信号はエニグマの場合と同様にローターを介して送信され、暗号化されたバージョンが生成される。さらに、電流は紙テープ取り付け部にも​​流れ、テープの現在の位置にある穴によって対応するローターが回転し、紙テープが 1 つ進む。これに比べて、エニグマはキーが押されるたびにローターが 1 つ回転するため、ランダム性ははるかに低い。結果として得られた設計はM-134 コンバーターとして限定生産され、そのメッセージ設定にはテープの位置と、テープ上のどの列の穴がどのローターを制御するかを示すプラグボードの設定が含まれていた。しかし、現場で壊れやすい紙テープを使用するのは問題があった。

その後、フリードマンの仲間であるフランク・ローレットは、別のローターセットを使用してローターを進める別の方法を思いついた。ローレットの設計では、各ローターは、1つから4つの出力信号が生成され、1つ以上のローターを進めるように構築する必要がある（ローターは通常、入力ごとに1つの出力を持つ）。戦前の米国では暗号開発に資金がほとんどなかったため、フリードマンとローレットは、紙テープリーダーの代わりに既存のM-134で使用されるSIGGOO（またはM-229）と呼ばれる一連の「アドオン」デバイスを構築した。これらは、3つのローターセットアップを含む外部ボックスで、5つの入力がライブであり、まるで誰かがエニグマで同時に5つのキーを押したかのように、出力も5つのグループに「集められ」、たとえばAからEまでの文字がすべて一緒に配線される。こうすることで、入力側の 5 つの信号がローターを通じてランダム化され、5 つのラインのうちの 1 つに電力が供給されて反対側から出てきます。これでローターの動きは曜日コードで制御できるようになり、紙テープは不要になりました。このマシンの組み合わせは M-134-C と呼ばれました。

1935年、彼らはアメリカ海軍のOP-20-G部門の暗号技術者ジョセフ・ウェンガーにその成果を見せた。1937年初めに海軍情報局でフリードマンのカウンターパートであるローレンス・サフォード中佐にそれを見せるまで、海軍ではほとんど関心を示されなかった。サフォード中佐はすぐにその機械の可能性に気づき、その後、彼とザイラー中佐は機械の製造を容易にするいくつかの機能を追加し、電気暗号機マークII（またはECMマークII）を完成させた。これは海軍によってCSP-889（または888）として生産された。

奇妙なことに、陸軍はシステムの変更や大量生産について何も知らなかったが、1940 年初頭にその秘密を「知らされた」。1941 年、陸軍と海軍は、このマシンをベースにした共同暗号システムに参加した。その後、陸軍はSIGABAとしてこのシステムを使い始めた。10,000 台を超えるマシンが製造された。^{[1] : p. 152}

1942年6月26日、陸軍と海軍は、武装したアメリカ人が機械を保護できる場合を除き、SIGABAマシンを外国の領土に配置することを許可しないことに合意した。^[2] SIGABAは、その国の人員がマシンに直接アクセスしたり、それを操作するアメリカ人連絡将校による操作を拒否された場合にのみ、他の連合国で利用可能になる。^[2]

SIGABA は、一連のローターを使用して平文の各文字を暗号文の異なる文字に暗号化するという点で、基本的な理論ではエニグマに似ています。ただし、エニグマの 3 つのローターとは異なり、SIGABA には 15 個のローターがあり、反射ローターは使用されていません。

SIGABA には、それぞれ 5 つのローターを備えた 3 つのバンクがあり、2 つのバンクの動作によって 3 番目のバンクのステップが制御されます。

• 5 つのローターからなるメイン バンクは暗号ローター(陸軍) またはアルファベット迷路(海軍) と呼ばれ、各ローターには 26 個の接点がありました。このアセンブリは、エニグマなどの他のローター マシンと同様に動作しました。平文の文字が入力されると、信号がバンクの片側から入り、暗号文の文字を示す信号が反対側から出ます。エニグマとは異なり、反射器はありませんでした。
• 2 番目の 5 つのローター バンクは、コントロール ローターまたはステッピング メイズと呼ばれていました。これらも 26 接点のローターでした。コントロール ローターは、各ステップで 4 つの信号を受信しました。コントロール ローターを通過した後、出力は 1 ～ 6 本のワイヤのさまざまなサイズの 10 のグループに分割されました。各グループは、次のローター バンクの入力ワイヤに対応していました。
• 3 番目のローター バンクはインデックス ローターと呼ばれています。これらのローターは小さく、接点は 10 個しかなく、暗号化中にステップしません。インデックス ローターを通過した後、5 つの出力ラインのうち 1 つから 4 つに電力が供給されます。次に、これらが暗号ローターを回転させます。

SIGABA は、1 つまたは複数のメイン ローターを複雑な疑似ランダム方式で前進させました。つまり、より単純なステップで他のローター マシンを破ることができる攻撃 (たとえば、Enigma) が、はるかに複雑になりました。平文が手元にあっても、暗号化への潜在的な入力が多すぎて、設定を解明するのは困難でした。

欠点としては、SIGABA は大きく、重く、高価で、操作が難しく、機械的に複雑で、壊れやすいという点が挙げられます。SIGABA は、使用されていた無線機よりも小型で軽量だったエニグマほど実用的な装置ではありませんでした。SIGABA は米国海軍の艦船の無線室で広く使用されましたが、これらの実用的な問題により、SIGABA は現場で使用できませんでした。ほとんどの戦場では、特に戦術通信用に他のシステムが代わりに使用されました。最も有名なものの 1 つは、太平洋戦域での戦術的な野外通信にナバホ族のコードトーカーが使用されたことです。他の戦場では、 M-209などの、安全性は低いものの、より小型で軽量で頑丈な機械が使用されました。SIGABA は印象的でしたが、戦術通信には過剰でした。とはいえ、最近になって、第二次世界大戦中にドイツの暗号解読者が M-209 暗号を解読したという新たな推測的証拠が浮上しました。^[3]

SIGABA にはリフレクターがなかったため、アルファベットの迷路を通る信号経路を暗号化モードと復号化モードの間で切り替えるために、26 極以上のスイッチが必要でした。長い「コントローラー」スイッチは垂直に取り付けられ、ノブはハウジングの上部にありました。画像を参照してください。スイッチには、O、P、R、E、D の 5 つの位置がありました。暗号化 (E) と復号化 (D) の他に、出力テープ上に入力されたものを印刷するプレーン テキスト位置 (P) と、ローターを設定してマシンをゼロにするために使用されるリセット位置 (R) がありました。O の位置でマシンの電源がオフになりました。P 設定は、出力テープ上にインジケーターと日付/時刻グループを印刷するために使用されました。これは、数字を印刷する唯一のモードでした。R 設定では印刷は行われませんでしたが、数字キーがアクティブになり、ローターが増加しました。

暗号化中、Z キーは X キーに接続され、スペース バーはアルファベット迷路への Z 入力を生成しました。復号化では、AZ はスペースとして印刷されました。読者は、復号化されたメッセージ内の「xebra」のような単語が実際には「zebra」であることを理解する必要がありました。プリンターは、暗号化中に 5 文字の各グループの間に自動的にスペースを追加しました。

すべてのインデックス ローターの下位桁がゼロになり、すべてのアルファベット ローターとコード ローターが文字 O に設定されると、SIGABA はゼロ化されます。各ローターにはカムが付いており、ゼロ化プロセス中にローターが適切な位置で停止します。

SIGABA のローターはすべて、4 つのつまみネジで固定された取り外し可能なフレームに収納されていました。これにより、マシンの最も機密性の高い要素をより安全な金庫に保管し、捕獲の恐れがある場合はすぐに船外に投げ捨てるか、その他の方法で破壊することができました。また、マシンが異なるローター順序を使用するネットワーク間をすばやく切り替えることも可能になりました。メッセージには 2 つの 5 文字のインジケーターがあり、外部インジケーターは使用中のシステムとセキュリティ分類を指定し、内部インジケーターはコードとアルファベット ローターの初期設定を決定します。キー リストには、セキュリティ分類ごとに個別のインデックス ローター設定が含まれていました。これにより、下位分類のメッセージが上位分類のメッセージを攻撃するための裏技として使用されるのを防止しました。

海軍と陸軍では、内部インジケーターの手順が異なっていました。どちらも、まず機械をゼロにし、オペレーターに新しいメッセージごとにランダムな 5 文字の文字列を選択させました。次に、これを暗号化して内部インジケーターを作成しました。陸軍のキー リストには、ランダムな文字列を暗号化するために使用されるローターの初期設定が含まれていました。海軍のオペレーターは、キーボードを使用して、コード ローターをランダムな文字列と一致するまで増分しました。このプロセス中にアルファベット ローターが移動し、最終的な位置が内部インジケーターでした。統合作戦の場合は、陸軍の手順に従いました。

キー リストには「26-30」のチェック文字列が含まれていました。ローターが現在のキーに従って並べ替えられた後、オペレーターはマシンをゼロ化し、25 文字を暗号化してから「AAAAA」を暗号化します。5 つの A から得られる暗号文は、チェック文字列と一致しなければなりません。マニュアルには、キー リストに誤字脱字がある可能性があり、4 文字の一致は受け入れられるべきであると警告されていました。

マニュアルには、インジケーターを作成するためのランダムな文字列を生成する方法についても提案されていました。これには、トランプやポーカーチップの使用、暗号文からの文字の選択、SIGABA自体をランダム文字ジェネレーターとして使用することなどが含まれていました。 ^[4]

SIGABA は極めて安全であったが、枢軸国の暗号解読能力が SIGABA の暗号を解読するのではないかと恐れた米国は、戦争中ずっとその能力をアップグレードし続けた。ドイツのENIGMAメッセージと日本のB 型暗号機が解読されたとき、枢軸軍が米国の暗号コードを解読できた形跡がないか、メッセージは綿密に精査された。枢軸軍の捕虜(POW) も、米国の暗号が解読された証拠を見つける目的で尋問された。しかし、ドイツも日本も SIGABA 暗号の解読に進展はなかった。 1942 年 1 月 24 日付けでベルリンの海軍武官から東京の日本海軍参謀本部副総長に送られた JN-A-20 の解読メッセージには、「日本とドイツの合同暗号解読作業」は「非常に満足のいくもの」であると書かれており、「ドイツ軍は称賛に値する創意工夫を発揮し、最近イギリス海軍のシステムである程度成功を収めた」が、「敵の暗号設定に対する攻撃の成功技術を確立するのに困難に直面している」と書かれている。解読された別の JN-A-20 メッセージでは、ドイツ軍は米国の通信を解読する進捗が不十分であることを認めている。日本軍もまた、米国の暗号システムに対して実質的な進展がなかったことを自らの通信で認めている。連合軍が西部戦線で着実に前進していた 1944 年 9 月、ドイツ通信情報グループの戦争日誌には「米国の 5 文字通信: 現時点では利益がないため作業は中止」と記録されている。^[5]

SIGABA システムは常に厳重に警備されており、システム ベースとコード ホイール アセンブリには別々の金庫が備え付けられていましたが、一時ユニットが紛失した事件が 1 件ありました。1945 年 2 月 3 日、SIGABA システムを 3 つの金庫に積んだトラックが、警備員がフランス、コルマールの解放されたばかりの売春宿を訪問中に盗まれました。アイゼンハワー将軍は徹底的な捜索を命じ、6 週間後に近くの川で金庫がようやく発見されました。^{[6] : pp.510–512}

枢軸軍に対する合同軍事作戦を遂行する上で、米国、英国、カナダ軍の協力が必要となったため、すべての連合軍が使用できる暗号システムの必要性が生じた。この機能は、3つの異なる方法で実現された。まず、ワシントン海軍工廠ECM修理工場で、連合軍の暗号機に後付けできるECMアダプター（CSP 1000）が製造された。合計3,500個のアダプターが製造された。 ^[5] 2番目の方法は、SIGABAを改造した英国のマシンであるTypexとの相互運用性に適合させることだった。この共通のマシンは複合暗号機（CCM）として知られ、1943年11月から使用された。 ^[2]製造コストが高かったため、CCMは631台しか製造されなかった。3番目の方法は、最も一般的で最も費用対効果の高いもので、シカゴのテレタイプ社が製造した「X」アダプターであった。合計4,500個のこれらのアダプターが、補給所レベルのメンテナンス施設に設置された。^[5]

• マーキュリー— ローターを使って他のローターを制御するイギリスの機械
• SIGCUM — SIGABA スタイルのローターを使用したテレプリンター暗号化システム

注記

出典

• マーク・スタンプ、ウィン・オン・チャン、「SIGABA: フルキースペースの暗号解析」、Cryptologia v 31、2007 年 7 月、pp 201–2222
• ローレット氏は SIGABA に関する本を執筆しました (Aegean Press、カリフォルニア州ラグナヒルズ)。
• マイケル・リー、「シガバの暗号解読」、修士論文、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、2003 年 6 月 (PDF) (PS)。
• John JG Savard と Richard S. Pekelney、「ECM Mark II: 設計、歴史、暗号学」、Cryptologia、Vol 23(3)、1999 年 7 月、pp211-228。
• ASAM 1の暗号操作手順、1949年、[1]。
• CSP 1100(C)、ECMマーク2(CSP 888/889)およびCCMマーク1(CSP 1600)の操作手順、1944年5月、[2]。
• George Lasry、「SIGABAに対する実用的なMeet-in-the-Middle攻撃」、第2回国際歴史暗号学会議、HistoCrypt 2019 [3]。
• George Lasry、「一般向けPCで24時間以内にSIGABAをクラックする」、Cryptologia、2021年[4]。

• リッチ・ペケルニーによる電子暗号機 (ECM) マーク II
• Windows 32 ビット OS 用 SIGABA シミュレーター
• Sigaba シミュレーターのキー リストを作成するためのコードブック ジェネレーター (Windows 98->Win 11)
• ECM Mark II（別名 SIGABA、M-134-C、CSP-889） — ジョン・サバード
• SIGABA の暗号解読、マイケル・リー、カリフォルニア大学サンタバーバラ校修士論文、2003 年
• SIGABA ECM 暗号機 - 素晴らしいアイデア
• ジョージ・ラスリーによる SIGABA に対する実践的な中間的攻撃