VIC暗号

VIC暗号は、ソ連のスパイ、レイノ・ヘイハネン（コード名「VICTOR」）が使用した 鉛筆と紙による暗号でした。

この暗号に現代的な専門用語がつけられるとすれば、「修正された二重転置によって超暗号化された、二部にわたる単一アルファベット置換」と呼ばれるだろう。 ^{[1]しかし、一般的な分類では、これは}ニヒリスト系暗号 の一部である。

最初に発見されたとき、これはおそらくこれまでで最も複雑な手動暗号でした。1953年にアメリカ国家安全保障局(NSA) が行った最初の分析では、これが手動暗号であるとは断定されませんでしたが、くり抜かれた5 セント硬貨(後に中空ニッケルケースとして知られる) に収められていたことから、鉛筆と紙を使って解読できることが示唆されました。VIC 暗号は、その構造に関する詳細情報が利用可能になるまでは解読されませんでした。

確かに、現代のコンピュータで動作するストリーム暗号やブロック暗号ほど複雑でも安全でもないが、実際にはこれによって保護されたメッセージは、 1953 年の発見から 1957 年のヘイハーネンの亡命まで、少なくとも NSA によるすべての暗号解読の試みを阻止した。

VIC 暗号は、ニヒリスト暗号ファミリーの進化の頂点とみなすことができます。

VIC 暗号には、mod 10チェーン加算、遅延フィボナッチ ジェネレーター(疑似 乱数 列を生成するために使用される再帰式)、またがるチェッカーボード、および破壊された二重転置など、いくつかの重要な統合コンポーネントがあります。

VIC が発見されるまでは、二重転置だけが、エージェントが実用上、現場暗号として使用できる最も複雑な暗号であると一般に考えられていました。

第二次世界大戦中、いくつかのソ連のスパイ組織は、ニヒリスト暗号の基本的な改良版である2つの暗号を使用してモスクワ本部と通信していた。非常に強力なバージョンは、日本のリヒャルト・ゾルゲのネットワークでマックス・クラウゼンによって、スイスのルーシースパイ組織でアレクサンダー・フットによって使用された。^[2]やや弱いバージョンは、ローテ・カペレのネットワークで使用された。^[3]

どちらのバージョンでも、プレーンテキストは、ポリビウスの正方形ではなく、またがるチェッカーボードを使用して最初に数字に変換されました。これには、プレーンテキストがわずかに圧縮され、その単一性距離が増加するという利点があり、また、無線通信士はより早く送信を完了して、より早くシャットダウンすることができます。より早くシャットダウンすると、オペレーターが敵の無線方向探知機に発見されるリスクが減ります。単一性距離が増加すると、統計的攻撃に対する強度が増します。

クラウゼンとフットはどちらも平文を英語で書き、チェッカーボードの最上段を埋めるために、英語で最も頻繁に使われる 8 文字を「a sin to err」(2 番目の「r」は省略) という記憶法で記憶しました。標準的な英語のチェッカーボードには 28 の文字スロットがあり、この暗号では余分な 2 つが「終止符」と「数字シフト」になりました。数字は数字シフトで送信され、その後に実際の平文の数字が繰り返しペアで送信され、さらに別のシフトが続きます。次に、基本的なニヒリストと同様に、デジタルの加算が追加されました。これは「クロージング」と呼ばれます。ただし、毎回異なる加算が使用されたため、最後に、どの加算が使用されたかを示すために、隠された「インジケーター グループ」を挿入する必要がありました。

基本的な Nihilist とは異なり、加法は繰り上がりのない加算 ( 10 を法とする桁ごとの加算) によって追加されているため、より均一な出力が生成され、それほど多くの情報が漏洩しません。さらに重要なのは、加法はキーワードではなく、産業統計年鑑からランダムに行を選択して生成されたことです。このような本は、エージェントが捜索されても疑われないほど退屈で (特にエージェントのカバー ストーリーがビジネスマンだったため)、非常に安全な加法を提供できるほどエントロピー密度が高いと考えられていました。もちろん、このような本の数字は実際には均一に分布しているわけではありません (「0」と「1」が過剰で (ベンフォードの法則を参照)、連続した数字は多少似ている可能性があります)、それでもパスフレーズなどよりもはるかに高いエントロピー密度を持っています。いずれにせよ、実際には暗号解読に成功したことは一度もないようです。

弱いバージョンでは、小説や類似の本のテキストから加法性を生成しました (少なくとも 1 人のRote Kapelleメンバーが実際にThe Good Soldier Schweik を使用しました)。このテキストは、ストラドリング チェッカーボードに似た手法を使用してデジタル加法性に変換されました。

この方向での最終的な発展は、1950年代にレイノ・ヘイハネンが使用したVIC暗号であった。この頃までに、ほとんどのソ連のエージェントはワンタイムパッドを使用していた。しかし、ワンタイムパッドの理論的完璧さにもかかわらず、実際には解読されてしまった が、VICは解読されなかった。しかし、ワンタイム暗号は、ロジスティックスの問題により、暗号ページが再利用された場合にのみ解読可能であり、したがって、もはや真の意味でワンタイムではなかった。^[4]

暗号化の秘密鍵は次のとおりです。

• 短いフレーズ（例：歌の最初の行、少なくとも20文字の長さ）
• 日付（先頭にゼロを付けずに数値で表記）
• 個人番号（エージェント固有の1桁または2桁の番号）

暗号化は、各メッセージに固有の 5 桁のキー グループを攻撃者が知らないことでも実現されました。キー グループは厳密には「秘密」ではありませんでした (暗号文に平文で埋め込まれていたため) が、攻撃者が知らない暗号文の場所にありました。

暗号は大まかに次のように機能します。

1. 上記の秘密（フレーズ、日付、キーグループ、個人番号）を使用して、50桁の疑似乱数ブロックを作成します。
2. このブロックを使用して、次のメッセージ キーを作成します。
   1. 交差するチェッカーボード
   2. 2つの列の転置
3. 平文メッセージをチェッカーボードで暗号化する
4. 2つの列を通して、結果の（中間）暗号文に2つの転置を適用する。
   1. 「標準的な」列の転置
   2. 対角列転置
5. 暗号文へのキーグループの挿入 - 日付の6桁目によって決定されます

注: このセクションでは、[Line-X] または同様のものを参照して計算を追跡します。これは、CIA アーカイブの説明に記載されている表記と一致させるためです。^[1]

• [Line-A] : ランダムな5桁のキーグループを生成する
• [Line-B] : 秘密の日付の最初の5桁を記入してください
• [Line-C] : [Line-A] から [Line-B] を剰余算法で減算します(桁ごとに減算し、隣接する列から 10 の位を「借りる」ことはありません)
• [Line-D] : 秘密のフレーズの最初の20文字を書きなさい
• [Line-E.1&2] :最初の 10 文字と 2 番目の 10 文字を別々にシーケンスします(以下を参照) (それぞれ [Line-E.1] と [Line-E.2] を取得します)
• [Line-F.1] : [Line-C] から 5 桁の数字を書き出し、次に連鎖加算(下記参照) を適用してさらに 5 桁の数字を作成します。
• [行F.2] : 数字列「1234567890」は、[行H]を作成する際のエンコードの補助として（[行E.2]の下に）書き出されます。
• [Line-G] : [Line-E.1] を [Line-F.1] に追加します。これは 10 を法とする算術で桁ごとに行われます。つまり、次の列に 10 の位を繰り越すことはありません。
• [行H] : [行E.2]の[行G]の数字をキーとしてエンコード（下記参照）
• [Line-I]: [Line-I] は使用されません。おそらく、混乱を避けるためです (「I」が「1」または「J」と誤読される可能性があるため)
• [行-J] : [行-H] の順序
• [行-K、L、M、N、P]:これらは、[行-H] の連鎖加算によって作成された 5 つの 10 桁の行です。最後の 2 つの等しくない数字がエージェントの個人番号に追加され、2 つの転置のキーの長さが決定されます。(行 K から P は、実際には、暗号化の次の段階で使用されるキー駆動型疑似ランダム ブロックです)
• [Line-O]: 混乱を避けるためと思われる [Line-O] は使用されません (「O」がゼロまたは「Q」と誤読される可能性があるため)

• [行Q] : [行K、L、M、N、P] から抽出された最初の「a」桁（「a」は、[行P] の最後の等しくない桁を個人番号に追加して得られる最初の値）を、[行J] で転置したときに取得します。この転置は、[行J] の数字の下の数字の列を書き出すことによって行われます。数字「1」の下の数字の列から始めて、数字「2」の下の列というように、数字「a」が書き出されるまで数字順に続けます（以下の例では、「a」の値は 13 なので、この転置は 13 桁にわたって続きます）。これらの数字は、列転置のキーとして使用されます。
• [行 R] : [行 K、L、M、N、P] から (a 桁を抽出した後に) [行 J] で転置された次の 'b' 桁 ('b' は [行 P] の最後の等しくない桁を個人番号に追加して得られる 2 番目の値) を抽出します。この転置は [行 Q] と同じ方法で行われますが、前回の転置から継続されるため、前回の転置が終了した [行 J] の桁の下の列の途中から開始される場合があります (以下の例では、[行 R] は [行 J] の桁 '3' の下の列の途中から始まります)。これらの結果の桁は、対角転置のキーとして使用されます。
• [Line-S] : [Line-P] のシーケンス。これはストラドリング チェッカーボードのキーとして使用されます。

個人番号: 6
日付: 1959 年 9 月 13 日 // 月面着陸 - 1959 年 9 月 13 日 ('139195' - 6 桁に切り捨て)
フレーズ: 「クリスマスの前の夜」 // 「聖ニコラスの訪問」より - 詩
キーグループ: 72401 // ランダムに生成

[Line-A]: 72401 // キーグループ
[Line-B]: 13919 // 日付 - 5桁に切り捨て     
[Line-C]: 69592 // [Line-A] から [Line-B] を引く
[Line-D]: TWASTHENIG HTBEFORECH // フレーズ - 20文字に切り捨て
[Line-E]: 8017942653 6013589427 // シーケンス経由
[Line-F]: 6959254417 1234567890 // [Line-C] から連鎖加算して '1234567890' になる
[Line-G]: 4966196060 // [Line-E.1] を [Line-F.1] に追加
[Line-H]: 3288628787 // [Line-G]を[Line-E.2]でエンコードし、[Line-F.2]で
[Line-J]: 3178429506 // [Line-H] のシーケンス
[Line-K]: 5064805552 // ブロック: [Line-H] の 50 桁の連鎖加算
[ラインL]: 5602850077
[行-M]: 1620350748
[行N]: 7823857125
[ラインP]: 5051328370

最後の2桁の等しくない数字は「7」と「0」であり、個人番号（6）に追加すると、順列キーの長さは13桁と6桁になります。
 
[Line-Q]: 0668005552551 // ブロックの最初の13桁
[Line-R]: 758838 // ブロックの次の6桁
[Line-S]: 5961328470 // [Line-P] のシーケンス

キーが生成されると、メッセージを実際に暗号化する最初の段階は、交差するチェッカーボードを介してそれを一連の数字に変換することです。チェッカーボードのキー (ヘッダー行) は [Line-S] に基づいています。次に、2 行目で使用される、事前に合意された一連の共通文字です。以下の例では、英語の記憶法「AT ONE SIR」を使用していますが、Hayhanen が使用したキリル文字の記憶法は、降雪を意味するロシア語「snegopad」でした。

残りのセルは、アルファベットの残りが順番に入力され、その後に.(ピリオド) と/(数字シフト記号。次の数字シフトまでの記号が数字であることを示します。以下の例を参照) が続きます。

エンコードの例は以下のとおりです。数字は次のとおりです:

メッセージ: 「夜明けに攻撃してください。夜明けというのは、0500 のことです。前回のように 0915 ではありません。」

個々のシンボルのエンコード:
 ATTACKATDAWN (...) 0 9 1 5
 5 9 9 5 69 64 5 9 66 5 83 3 80 000 999 111 555 80

最終コード:
 59956 96459 66583 38765 88665 83376 02538 00005
 55000 00080 87319 80000 99911 15558 06776 42881
 86667 66675 49976 0287-

メッセージは、上記の[Line-Q]でキー設定された標準的な列転置によって転置されます。(注: この段階でメッセージのエンコードされた長さが5の倍数でない場合は、追加の数字が追加されます)

次に、メッセージは上記の [Line-R] をキーとする対角転置によって転置されます。この場合の「対角」の意味は、転置を不規則にするために三角形の中断ゾーンが採用されたことです。

(暗号化されていない) キーグループは、暗号文の末尾から 'P' グループに挿入されます。ここで 'P' は日付の未使用の 6 桁目です。

モジュラー加算または減算は、「偽加算/減算」とも呼ばれ、この文脈（および多くのペンと紙の暗号）では、「繰り上がり」や「借り」のない桁ごとの加算と減算です。例:

• 1234 + 6789 = 7913
• 1234 - 6789 = 5555

この文脈における順序付けとは、入力の要素を 1 から 10 まで (「0」は 10 を表します) 順序付けることです。これは、文字 (アルファベット順を使用) または数字 (数値を使用) のいずれかに対して行われます。値が等しい場合は、左端の値が最初に順序付けられます。例:

• 文字: 「Octopus」という単語の順序は「2163475」です (つまり、C=1、最初の「O」=2、2 番目の「O」=3、...)
• 数字: 数字「90210」は「34215」と順序付けられます - (数字の順序で。順序付けではゼロは「10」に値します)

連鎖加算は線形フィードバック シフト レジスタに似ており、シード番号への出力として数値のストリームが生成され (入力としてフィードバックされます) ます。VIC 暗号では、連鎖加算は (1) 元の (シード) 数値を取得し、(2) 最初の 2 桁を偽加算し、(3) この新しい数値をチェーンの末尾に配置することで機能します。これは継続されますが、追加される桁は 1 ずつ増加します。たとえば、シードが「90210」の場合、最初の 5 回の反復は以下のようになります。

90210 // 初期シード値
90210 9          // 9 = 9+0 (最初の2桁)
90210 9 2         // 2 = 0+2 (次の 2 つ...)
90210 92 3        // 3 = 2+1
90210 923 1       // 1 = 1+0
90210 9231 9      // 9 = 0+9; 生成された最初の「9」がどのようにフィードバックされるかに注目してください

エンコード手順では、数字の各桁 (暗号の [Line-G]) を、1 ～ 10 の順序での位置を表すキー シーケンス ([Line-E.2]) の桁に置き換えます。[Line.E.2] の下に「1234567890」([Line-F.2] として表示) の連続を書き出すと、0 ～ 9 の各値の上に別の値があることがわかります。エンコードする数字の各桁を、キー シーケンスの上にある桁に置き換えるだけです。

たとえば、数字「90210」のエンコードは次のようになります。 ${\displaystyle ({\ce {9->2}}),\,({\ce {0->7}}),\,({\ce {2->0}}),\,({ \ce {1->6}}),\,({\ce {0->7}})}$

したがって、出力は「27067」になります。

VIC 暗号の復号化は次のとおりです。

• キーグループを抽出する- 秘密の日付の6桁目を知って、暗号文からキーグループの5桁を削除します。
• メッセージキーを生成する- さまざまな秘密（フレーズ、日付、個人番号、キーグループ）の知識を使用して、暗号化プロセスと同じ方法でキーを生成します。
• 暗号文を解読する- 転置とまたがるチェッカーボードのメッセージキーの知識を使用して暗号文を解読する

この暗号は、現実世界で実際に使用されている最も強力なペンと紙の暗号の 1 つであり、当時 NSA によって (基礎となるアルゴリズムを判別するという意味において) 解読されていませんでした。 [ ^1]しかし、現代のコンピューティングの出現とアルゴリズムの公開により、これは強力な暗号とは見なされなくなりました。秘密鍵のエントロピーの大部分は 10 桁の数字に収束することが観察されます [行 H]。この 10 桁の数字はおよそ 34 ビットのエントロピーであり、日付の最後の桁 (KeyGroup の場所を識別するために必要) と組み合わせると、メッセージ キーの強度で約 38 ビットのエントロピーになります。38 ビットは、現代のコンピューターでは 1 日もかからずに ブルート フォース攻撃の対象となります。

• 暗号に関するトピック

• VIC 暗号化メッセージが入った中空ニッケル貨の画像が掲載された中空ニッケル貨事件に関する FBI のページ
• 「中空の5セント硬貨に書かれた暗号」
• VIC 暗号
• チェッカーボードをまたぐ 暗号機と暗号学におけるチェッカーボードのさまざまなバージョン
• SECOM、拡張チェッカーボードを備えたVICバリアント
• 「フィールド暗号の台頭: チェッカーボード暗号のまたがり」、グレッグ・ゴーベル著、2009 年