Máquina de cifrado tipo B
En la historia de la criptografía, la "Máquina de escribir System 97 para caracteres europeos" (九七式欧文印字機) o "Máquina de cifrado tipo B& #34;, con el nombre en código Púrpura de los Estados Unidos, fue una máquina de encriptación utilizada por el Ministerio de Relaciones Exteriores de Japón desde febrero de 1939 hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. La máquina era un dispositivo electromecánico que usaba interruptores de pasos para encriptar el tráfico diplomático más sensible. Todos los mensajes estaban escritos en el alfabeto inglés de 26 letras, que se usaba comúnmente para la telegrafía. Cualquier texto en japonés tenía que ser transliterado o codificado. Las 26 letras se separaron usando un tablero de conexiones en dos grupos, de seis y veinte letras respectivamente. Las letras del grupo de los seises se codificaron utilizando una tabla de sustitución de 6 × 25, mientras que las letras del grupo de los veinte se codificaron más a fondo utilizando tres tablas de sustitución sucesivas de 20 × 25.
El cifrado con nombre en código "Purple" reemplazó la máquina Type A Red utilizada anteriormente por el Ministerio de Relaciones Exteriores de Japón. La división de seis y veinte era familiar para los criptógrafos del Servicio de Inteligencia de Señales (SIS) del Ejército de EE. UU. por su trabajo en el cifrado Tipo A y les permitió hacer un progreso temprano en la porción de seis de los mensajes. El cifrado de los años veinte resultó mucho más difícil, pero un gran avance en septiembre de 1940 permitió a los criptógrafos del ejército construir una máquina que duplicaba el comportamiento (era un análogo) de las máquinas japonesas, aunque nadie en los EE. UU. tenía alguna descripción de uno.
Los japoneses también usaron interruptores escalonados en sistemas, con nombre en código Coral y Jade, que no dividían sus alfabetos. Las fuerzas estadounidenses se refirieron a la información obtenida de los descifrados como Magia.
Desarrollo de máquinas de cifrado japonesas
Resumen
La Armada Imperial Japonesa no cooperó con el Ejército en el desarrollo de máquinas de cifrado antes de la guerra, y esa falta de cooperación continuó hasta la Segunda Guerra Mundial. La Marina creía que la máquina Purple era lo suficientemente difícil de romper que no intentó revisarla para mejorar la seguridad. Esto parece haber sido por consejo de un matemático, Teiji Takagi, que carecía de experiencia en criptoanálisis. El Ministerio de Relaciones Exteriores recibió Red and Purple de la Armada. Nadie en la autoridad japonesa notó los puntos débiles en ambas máquinas.
Justo antes del final de la guerra, el Ejército advirtió a la Armada de un punto débil de Purple, pero la Armada no siguió este consejo.
El ejército desarrolló sus propias máquinas de cifrado con el mismo principio que Enigma: 92-shiki injiki, 97-shiki injiki y 1-shiki 1- go injiki -- de 1932 a 1941. El Ejército consideró que estas máquinas tenían menos seguridad que el diseño Púrpura de la Armada, por lo que las dos máquinas de cifrado del Ejército se usaron menos.
Prototipo de Rojo
Las comunicaciones diplomáticas japonesas en las negociaciones para el Tratado Naval de Washington fueron rotas por la Cámara Negra Estadounidense en 1922, y cuando esto se hizo público, hubo una presión considerable para mejorar su seguridad. En cualquier caso, la Marina japonesa había planeado desarrollar su primera máquina de cifrado para el siguiente Tratado Naval de Londres. El capitán de la Armada japonesa Risaburo Ito, de la Sección 10 (cifrado y código) de la Oficina del Estado Mayor de la Armada japonesa, supervisó el trabajo.
El desarrollo de la máquina estuvo a cargo del Instituto de Tecnología de la Marina Japonesa, Departamento de Investigación Eléctrica, Sección 6. En 1928, el diseñador jefe Kazuo Tanabe y el Comandante de la Marina Genichiro Kakimoto desarrollaron un prototipo de Red, "Roman -máquina de cifrado de máquina de escribir".
El prototipo usó el mismo principio que la máquina de cifrado Kryha, con un tablero de conexión, y fue utilizado por la Marina japonesa y el Ministerio de Relaciones Exteriores en las negociaciones del Tratado Naval de Londres en 1930.
Roja
(feminine)La máquina prototipo finalmente se completó como "Type 91 Typewriter" en 1931. El año 1931 fue el año 2591 en el calendario imperial japonés. Por lo tanto, se antepuso "91-shiki" desde el año en que se desarrolló.
El modelo de letra romana 91-shiki injiki también fue utilizado por el Ministerio de Relaciones Exteriores como "Máquina de cifrado tipo A", cuyo nombre en código es "Red" por criptoanalistas estadounidenses.
La máquina roja no era confiable a menos que los contactos en su interruptor de medio rotor se limpiaran todos los días. Cifraba las vocales (AEIOUY) y las consonantes por separado, quizás para reducir los costos del telegrama, y este era un punto débil significativo. La Armada también usó el modelo de letra Kana 91-shiki injiki en sus bases y en sus embarcaciones.
Púrpura
En 1937, los japoneses completaron la próxima generación de "Type 97 Typewriter". La máquina del Ministerio de Relaciones Exteriores era la "Máquina de cifrado tipo B", con el nombre en código Púrpura por los criptoanalistas de los Estados Unidos.
El diseñador jefe de Purple fue Kazuo Tanabe. Sus ingenieros fueron Masaji Yamamoto y Eikichi Suzuki. Eikichi Suzuki sugirió el uso de un interruptor de paso en lugar del interruptor de medio rotor más problemático.
Claramente, la máquina Púrpura era más segura que la Roja, pero la Marina no reconoció que la Roja ya se había roto. La máquina Púrpura heredó una debilidad de la máquina Roja de que seis letras del alfabeto se encriptaban por separado. Se diferenciaba del rojo en que el grupo de letras se cambiaba y anunciaba cada nueve días, mientras que en rojo se fijaban permanentemente como las vocales latinas 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' y "y". Por lo tanto, el SIS del Ejército de EE. UU. pudo descifrar el cifrado utilizado para las seis letras antes de poder descifrar el utilizado para las otras 20.
Diseño
La máquina de cifrado tipo B constaba de varios componentes. Según lo reconstruido por el Ejército de los EE. UU., había máquinas de escribir eléctricas en cada extremo, similares a las que se usaban con la Máquina Tipo A. El Tipo B se organizó para el cifrado de la siguiente manera:
- Una máquina de escribir entrada
- Un plugboard de entrada que permuta las letras del teclado de máquina de escribir y las separa en un grupo de 6 letras y un grupo de 20 letras
- Un interruptor de paso con 6 capas cableadas para seleccionar una de 25 permutaciones de las letras en el grupo de seises
- Tres etapas de interruptores de paso (I, II y III), conectados en serie. Cada etapa es efectivamente un interruptor de 20 capas con 25 salidas en cada capa. Cada etapa selecciona una de 25 permutaciones de las letras en el grupo de los años 20. Los japoneses utilizaron tres interruptores de paso de 7 capas engranados para construir cada etapa (ver fotos). El SIS usó cuatro interruptores de 6 capas por etapa en su primera máquina analógica.
- Una tabla de salida que revierte la permutación de entrada y envía las letras a la máquina de escribir de salida para imprimir
- La máquina de escribir de salida
Para el descifrado, el flujo de datos se invierte. El teclado de la segunda máquina de escribir se convierte en la entrada y las letras de veinte pasan a través de las etapas del interruptor escalonado en el orden opuesto.
Interruptores de pasos
Un interruptor paso a paso es un dispositivo mecánico de varias capas que se usaba comúnmente en ese momento en los sistemas de conmutación telefónica. Cada capa tiene un juego de conexiones eléctricas, 25 en el Tipo B, dispuestas en un arco semicircular. Estos no se mueven y se llaman el estator. Un brazo de limpiaparabrisas en un rotor en el foco del semicírculo se conecta con un contacto de estator a la vez. Los rotores de cada capa están unidos a un solo eje que avanza de un contacto del estator al siguiente cada vez que se pulsa un electroimán conectado a un trinquete. En realidad, hay dos brazos de limpiaparabrisas en cada nivel, conectados entre sí, de modo que cuando un limpiaparabrisas avanza más allá del último contacto en el semicírculo, el otro se acopla al primer contacto. Esto permite que las conexiones del rotor sigan ciclando a través de los 25 contactos del estator a medida que se pulsa el electroimán.
Para cifrar las letras de los años veinte, se necesitaba un interruptor de pasos de 20 capas en cada una de las tres etapas. Tanto la versión japonesa como el análogo estadounidense temprano construyeron cada etapa a partir de varios interruptores escalonados más pequeños del tipo que se usa en las oficinas centrales telefónicas. El análogo estadounidense usó cuatro interruptores de 6 niveles para crear un interruptor de 20 capas. Los cuatro interruptores de cada etapa estaban cableados para avanzar sincrónicamente. El fragmento de una máquina japonesa Tipo 97 que se exhibe en el Museo Criptológico Nacional, la pieza más grande conocida que existe, tiene tres interruptores de paso de 7 capas (ver foto). El Ejército de los EE. UU. desarrolló un análogo mejorado en 1944 que tiene todas las capas necesarias para cada etapa en un solo eje. Se usó una capa adicional en el análogo mejorado para configurar automáticamente cada banco de interruptores en la posición inicial especificada en la tecla.
Independientemente de cómo se haya implementado, el interruptor de paso de 20 capas en cada etapa tenía 20 conexiones de rotor y 500 conexiones de estator, un contacto deslizante y 25 contactos de estator en cada capa. Cada etapa debe tener exactamente 20 conexiones en cada extremo para conectarse con la etapa o tablero adyacente. En el lado del rotor, eso no es un problema ya que hay 20 rotores. En el extremo del estator de una etapa, cada columna de contactos del estator correspondiente a la misma posición del rotor en cada una de las 20 capas está conectada a los 20 cables de salida (conductores en el diagrama) en un orden codificado, creando una permutación de las 20 entradas. Esto se hace de manera diferente para cada una de las posiciones del rotor. Así, cada cable de salida del estator tiene 25 conexiones, una desde cada posición del rotor, aunque de diferentes niveles. Las conexiones necesarias para hacer esto crearon un "nido de ratas" de cables en los primeros análogos de EE. UU. El análogo mejorado organizó el cableado de manera más ordenada con tres matrices de terminales de soldadura visibles sobre cada interruptor de paso en la fotografía.
Orden escalonado
Las etapas eran bidireccionales. Las señales pasaron por cada etapa en una dirección para el cifrado y en la otra dirección para el descifrado. A diferencia del sistema de la máquina alemana Enigma, el orden de las etapas era fijo y no había reflector. Sin embargo, la disposición de los pasos podría cambiarse.
Los interruptores del seis avanzaron una posición por cada carácter cifrado o descifrado. Los movimientos de los interruptores en las etapas veinte eran más complejos. Las tres etapas fueron asignadas a paso rápido, medio o lento. Había seis formas posibles de hacer esta asignación y la elección estaba determinada por un número incluido al principio de cada mensaje llamado indicador de mensaje. El análogo mejorado de EE. UU. tiene un interruptor de seis posiciones para realizar esta asignación, vea la foto. El indicador de mensajes también especificaba las posiciones iniciales de los interruptores de veinte. El indicador era diferente para cada mensaje o parte de un mensaje, cuando se enviaban mensajes de varias partes. La parte final de la clave, la disposición del clavijero alfabético, se cambiaba a diario.
El paso del interruptor de los veintes fue controlado en parte por el interruptor de los seises. Exactamente uno de los tres interruptores se activó para cada carácter. El interruptor rápido intervino para cada carácter, excepto cuando el interruptor de seises estaba en su posición 25. Luego, el interruptor medio dio un paso, a menos que también estuviera en su posición 25, en cuyo caso el interruptor lento dio un paso.
Debilidades y criptoanálisis
El SIS se enteró en 1938 de la próxima introducción de un nuevo cifrado diplomático a partir de mensajes decodificados. Los mensajes tipo B comenzaron a aparecer en febrero de 1939. El Tipo B tenía varias debilidades, algunas en su diseño, otras en la forma en que se usaba. El análisis de frecuencia a menudo podía hacer que 6 de las 26 letras del alfabeto del texto cifrado se destacaran de las otras 20 letras, que estaban distribuidas de manera más uniforme. Esto sugirió que el Tipo B usaba una división similar de letras de texto sin formato como se usa en el Tipo A. El cifrado más débil usado para los "seis" era más fácil de analizar. El cifrado de seis resultó ser polialfabético con 25 alfabetos permutados fijos, cada uno usado en sucesión. La única diferencia entre los mensajes con diferentes indicadores fue la posición inicial en la lista de alfabetos. El equipo del SIS recuperó las 25 permutaciones el 10 de abril de 1939. El análisis de frecuencia se complicó por la presencia de texto en japonés romanizado y la introducción a principios de mayo de una versión japonesa del Código Phillips.
Conocer el texto sin formato de 6 de las 26 letras esparcidas por el mensaje a veces permitía adivinar partes del resto del mensaje, especialmente cuando la escritura era muy estilizada. Algunos mensajes diplomáticos incluían el texto de cartas del gobierno de EE. UU. al gobierno japonés. Por lo general, se podía obtener el texto en inglés de tales mensajes. Algunas estaciones diplomáticas no tenían el Tipo B, especialmente al principio de su introducción, y en ocasiones se enviaba el mismo mensaje en Tipo B y en el cifrado Tipo A Rojo, que el SIS había descifrado. Todos estos proporcionaron cunas para atacar el cifrado de los años veinte.
A William F. Friedman se le asignó la dirección del grupo de criptógrafos que atacaron el sistema B en agosto de 1939. Incluso con las cunas, el progreso fue difícil. Las permutaciones utilizadas en el cifrado de los años veinte fueron "brillantemente" elegido, según Friedman, y quedó claro que era poco probable que se descubrieran las periodicidades esperando suficiente tráfico encriptado en un solo indicador, ya que los alfabetos del clavijero cambiaban a diario. Los criptógrafos desarrollaron una forma de transformar mensajes enviados en diferentes días con el mismo indicador en mensajes homólogos que parecerían haber sido enviados el mismo día. Esto proporcionó suficiente tráfico basado en configuraciones idénticas (6 mensajes con el indicador 59173) para tener la oportunidad de encontrar alguna periodicidad que revelara el funcionamiento interno del cifrado de los años veinte.
El 20 de septiembre de 1940, alrededor de las 2 p. m., Genevieve Grotjan, que llevaba un juego de hojas de trabajo, se acercó a un grupo de hombres absortos en una conversación e intentó cortésmente llamar la atención de Frank Rowlett. Había encontrado evidencia de ciclos en el cifrado veinte. La celebración se produjo en esta primera ruptura en el cifrado de los años 20 y pronto permitió que se construyera una réplica de la máquina. Un par de otros mensajes que usaban el indicador 59173 fueron descifrados el 27 de septiembre, coincidiendo con la fecha en que se anunció el Acuerdo Tripartito entre la Alemania nazi, la Italia fascista y el Japón imperial. Todavía quedaba mucho trabajo por hacer para recuperar el significado de los otros 119 posibles indicadores. En octubre de 1940, se había recuperado un tercio de la configuración de los indicadores. De vez en cuando, los japoneses instituyeron nuevos procedimientos operativos para fortalecer el sistema Tipo B, pero estos a menudo se describían en mensajes enviados a los diplomáticos en el sistema anterior, advirtiendo a los estadounidenses.
La reconstrucción de la máquina Purple se basó en las ideas de Larry Clark. El teniente Francis A. Raven, USN, realizó avances en la comprensión de los procedimientos de codificación púrpura. Después del descanso inicial, Raven descubrió que los japoneses habían dividido el mes en tres períodos de 10 días y, dentro de cada período, usaban las claves del primer día, con cambios pequeños y predecibles.
Los japoneses creían que el Tipo B era irrompible durante la guerra, e incluso durante algún tiempo después de la guerra, a pesar de que los alemanes les habían informado lo contrario. En abril de 1941, Hans Thomsen, un diplomático de la embajada alemana en Washington, D.C., envió un mensaje a Joachim von Ribbentrop, el ministro de relaciones exteriores alemán, informándole que "una fuente absolutamente confiable" le había dicho a Thomsen que los estadounidenses habían descifrado el cifrado diplomático japonés (es decir, Púrpura). Aparentemente, esa fuente fue Konstantin Umansky, el embajador soviético en los EE. UU., quien dedujo la filtración basándose en las comunicaciones del subsecretario de Estado de los EE. UU., Sumner Welles. El mensaje fue debidamente enviado a los japoneses; pero el uso del código continuó.
Análogos americanos
El SIS construyó su primera máquina que podía descifrar los mensajes de Purple a fines de 1940. El SIS construyó un segundo análogo de Purple para la Marina de los EE. UU. Un tercero fue enviado a Inglaterra en enero de 1941 en el HMS King George V, que había llevado al embajador Halifax a los EE. UU. Ese análogo púrpura estuvo acompañado por un equipo de cuatro criptólogos estadounidenses, dos del Ejército, dos de la Armada, que recibieron información sobre los éxitos británicos contra los alemanes. cifrados a cambio. Esta máquina se envió posteriormente a Singapur, y después de que los japoneses se trasladaran al sur a través de Malaya, a la India. Se envió un cuarto análogo de Purple a Filipinas y el SIS se quedó con un quinto. Un sexto, originalmente destinado a Hawái, se envió a Inglaterra para su uso allí. Las intercepciones de Purple demostraron ser importantes en el teatro europeo debido a los informes detallados sobre los planes alemanes enviados en ese cifrado por el embajador japonés en Berlín.
Recuperación fragmentaria de máquinas japonesas
Estados Unidos obtuvo partes de una máquina púrpura de la embajada japonesa en Alemania luego de la derrota de Alemania en 1945 (ver imagen arriba) y descubrió que los japoneses habían usado un interruptor de pasos casi idéntico en su construcción al que Leo Rosen de SIS había elegido al construir un duplicado (o máquina analógica púrpura) en Washington en 1939 y 1940. El interruptor de paso era un selector único; un componente estándar utilizado en grandes cantidades en centrales telefónicas automáticas en países como Estados Unidos, Gran Bretaña, Canadá, Alemania y Japón, con extensos sistemas telefónicos. EE. UU. usó cuatro interruptores de 6 niveles en cada etapa de sus análogos morados, los japoneses usaron tres interruptores de 7 niveles. Ambos representaban el cifrado de los años 20 de forma idéntica. Tenga en cuenta, sin embargo, que estos no eran interruptores Strowger o de dos movimientos, como a veces se afirma: veinticinco interruptores paso a paso tipo Strolger (sic)...
Aparentemente, todas las demás máquinas Púrpura en las embajadas y consulados japoneses en todo el mundo (por ejemplo, en los países del Eje, Washington, Londres, Moscú y en países neutrales) y en el mismo Japón, fueron destruidas y molidas en pequeñas partículas por los japoneses. Las tropas de ocupación estadounidenses en Japón entre 1945 y 1952 buscaron las unidades restantes. Se capturó una máquina de cifrado Jade completa, construida sobre principios similares pero sin la separación de seis y veinte, y se exhibe en el Museo Criptológico Nacional de la NSA.
Impacto del descifrado aliado
La máquina Purple fue utilizada por primera vez en Japón en junio de 1938, pero los criptoanalistas estadounidenses y británicos habían descifrado algunos de sus mensajes mucho antes del ataque a Pearl Harbor. Los criptoanalistas estadounidenses descifraron y tradujeron el mensaje de 14 partes de Japón a su embajada en Washington para romper las negociaciones con Estados Unidos a la 1 p. m., hora de Washington, el 7 de diciembre de 1941, antes de que la embajada japonesa en Washington lo hiciera. Las dificultades para descifrar y escribir en la embajada, junto con la ignorancia de la importancia de llegar a tiempo, fueron las principales razones por las que la "Nomura Note" para ser entregado tarde.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el embajador japonés en la Alemania nazi, el general Hiroshi Oshima, estaba bien informado sobre los asuntos militares alemanes. Sus informes fueron a Tokio en mensajes de radio cifrados en púrpura. Uno tenía un comentario de que Hitler le dijo el 3 de junio de 1941 que "con toda probabilidad, la guerra con Rusia no se puede evitar". En julio y agosto de 1942 recorrió el Frente Oriental y en 1944 recorrió las fortificaciones del Muro Atlántico contra la invasión a lo largo de las costas de Francia y Bélgica. El 4 de septiembre, Hitler le dijo que Alemania atacaría en Occidente, probablemente en noviembre.
Dado que los aliados estaban leyendo esos mensajes, proporcionaron inteligencia valiosa sobre los preparativos militares alemanes contra la próxima invasión de Europa Occidental. Fue descrito por el general George Marshall como "nuestra principal base de información sobre las intenciones de Hitler en Europa".
El tráfico de Purple descifrado y los mensajes en japonés en general fueron objeto de enconadas audiencias en el Congreso después de la Segunda Guerra Mundial en relación con un intento de decidir quién, si alguien, había permitido que ocurriera el ataque en Pearl Harbor y, por lo tanto, debería ser culpado. Fue durante esas audiencias que los japoneses se enteraron por primera vez de que la máquina de cifrado Purple se había roto. (Consulte el artículo sobre la teoría de la conspiración de conocimiento avanzado de Pearl Harbor para obtener detalles adicionales sobre la controversia y las investigaciones).
Los soviéticos también lograron romper el sistema Púrpura a finales de 1941 y, junto con los informes de Richard Sorge, se enteraron de que Japón no iba a atacar a la Unión Soviética. En cambio, sus objetivos estaban hacia el sur, hacia el sudeste asiático y los intereses estadounidenses y británicos allí. Eso permitió a Stalin mover fuerzas considerables desde el Lejano Oriente a Moscú a tiempo para ayudar a detener el avance alemán hacia Moscú en diciembre.
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