シグカム

SIGCUMはConverter M-228としても知られ、アメリカ陸軍がテレタイプ通信の暗号化に使用したローター式暗号機である。ウィリアム・フリードマンとフランク・ローレットによって急遽設計されたこのシステムは、厳密なセキュリティ分析が行われる前に 1943 年 1 月に運用が開始された。その後、ローレットによって SIGCUM は安全でないことが判明し、直ちに運用が中止された。この暗号機はセキュリティを向上させるために再設計され、1943 年 4 月までに運用が再開され、1960 年代まで使用された。

1939 年、フリードマンとローレットは、安全なテレプリンター暗号化システムの作成に取り組みました。彼らは、ギルバート・バーナムが提案したようなテープベースのシステムの使用をやめ、代わりに有線ローターを使用して 5 ビットのパルス ストリームを生成するというアイデアを思いつきました。しかし、資金と関心が不足していたため、その時点では提案はそれ以上進められませんでした。1941 年 12 月、米国が第二次世界大戦に参戦したことで状況は一変しました。ローレットは、英国とオーストラリア (後に北アフリカ) の陸軍司令部間で使用するためのテレプリンター暗号化システムの開発を任されました。

フリードマンは、自分が発明したテレタイプ暗号機の具体的な設計をローレットに説明した。しかし、ローレットはフリードマンの提案した回路に欠陥があることを発見し、設計に欠陥があることが判明した。機械の進捗状況を上司に報告するようプレッシャーをかけられたフリードマンは、ローレットが暗号解読者としての自分の評判を台無しにしようとしていると非難して怒りをあらわにした。フリードマンが落ち着いた後、ローレットはローターをベースにした代替機の設計をいくつか提案した。彼らは 1 つに落ち着き、翌日までに完全な設計を書き上げて別の暗号解読者にレビューしてもらうことに同意した。

合意された設計は、標準的なテレタイプ機用の特別なアタッチメントでした。アタッチメントは、 SIGABA（高度に安全な米国のオフライン暗号機）で使用されているものと同じ、5 つの 26 接点ローターのスタックを使用しました。キー文字が必要になるたびに、ローター スタックへの 13 の入力が入力エンドプレートで通電されます。ローター スタックを通過したこれらの 13 の入力は、出力エンドプレートでスクランブルされます。ただし、使用されるライブ接点は 5 つだけです。これらの 5 つの出力は 5 つのバイナリ インパルスを形成し、これが暗号のキー ストリームを形成し、5 ビットのBaudot コードでエンコードされたメッセージ自体と組み合わされます。

ローターはオドメトリック方式で前進しました。つまり、各暗号化の後、「高速」ローターが 1 ステップ前進します。高速ローターが 1 回転するごとに、「中速」ローターが 1 ステップ進みます。同様に、中速ローターが 1 回転するごとに、「低速」ローターが 1 ステップ進み、他の 2 つのローターも同様に進みます。ただし、どのローターが「高速」、「中速」、「低速」などのローターに割り当てられるかは、5 つのマルチ スイッチのセットによって制御されます。これにより、合計でさまざまなローター ステップ パターンが実現します。マシンには合計 10 個のローターが装備されており、各ローターは「直接」または逆の順序で挿入できるため、ローターの順序と配置が可能です。 ${\displaystyle 5!=120}$${\displaystyle 10\times 9\times 8\times 7\times 6\times 2^{5}=967,680}$

この機械の設計はコンバーター M-228、または SIGCUM と名付けられ、SIGABAも製造していたテレタイプ社に渡されました。ローレットは、暗号の安全性を研究するまで機械の採用を延期するよう勧告しましたが、陸軍は SIGCUM を緊急に必要としていたため、機械の生産が開始されました。次にローレットは、ページ印刷の「スパイ マシン」を接続して、ペンタゴンの暗号室で使用されている機械を監視することを提案しました。出力を研究すれば、機械が攻撃に耐えられるかどうかを判断できます。ローレットの提案は、1943 年 1 月にワシントン - アルジェリンクに使用される最初の M-228 機械がペンタゴンに設置されたのと同時に実行されました。

マシンは計画通りに動作し、当初、暗号解読者のロバート・ファーナーも加わったロウレットのセキュリティ研究でも、暗号の弱点は発見されなかった。しかし、数日後、SIGCUM のオペレーターが重大な操作ミスを犯し、同じマシン設定で同じメッセージを 2 回再送信し、深度.

このことから、ローレットはマシンが使用する基礎となる平文とキーストリームを推測することができました。午前 2 時までに、キーストリームの分析により、高速ローターと中速ローターの配線と出力配線を推測することができました。SIGCUM は直ちにサービスから外され、代替システムであるSIGTOT (レオ ローゼンが設計した1 回限りのテープマシン) の開発が最優先されました。

一方、M-228 はセキュリティを向上させるために再設計されました。通電される入力は 13 個ではなく 5 個のみになりました。5 つの出力接点は、5 つの出力ビットとして直接使用されるのではなく、それぞれ異なる出力ポイントに接続された 3 つのリード線で接続されました。つまり、出力ビットはローター メイズからの 3 つの異なる出力のいずれかによって通電される可能性があり、マシンの分析がより複雑になりました。入力数が減ったため、生成されたキーが偏らないことが保証されました。

ローターのステップもより複雑になりました。暗号化の過程でステップする可能性がもともと低速だった 2 つのローターは、前のキー出力の出力に応じてステップするように再設計されました。「高速バンプ」ローターと呼ばれる 1 つのローターは、前の出力の 4 番目と 5 番目のビットが両方とも正しい場合にステップします。同様に、「低速バンプ」ローターは、1 番目、2 番目、3 番目のビットに対して同じことを行います。

特定のローターステップ配置は他のものよりも弱いことが判明したため、これらはキーリストから除外されました。

この再設計された M-228 のバージョンは、1943 年 4 月までに運用が開始されました。ただし、このマシンは、地上回線では SECRET、無線では CONFIDENTIAL までの通信を処理できる程度のセキュリティしか備えていないと判断されました。このマシンは、共同通信のためにイギリスと共有されました。

最高レベルの交通に使用できるように M-228 をさらに改良したバージョンは、M-228-M、またはSIGHUADと命名されました。

その時点から、陸軍は、SIGABA や SIGTOT デバイスなどの非常に安全なデバイスであっても、適切な運用手順が遵守されていることを確認するために、高レベル システムの通信を監視しました。その結果、メッセージを詳細に送信するなどの不適切なオペレーターの慣行が大幅に排除されました。

• Stephen J. Kelley、「SIGCUMの物語：暗号の失敗、暗号の成功」、Cryptologia 21(4)、1997年10月、pp289-316。

• John Savard によるコンバーター M-228 または SIGCUM