Итальянская Enigma: шифровальные машины компании OMI
Из союзников Германии во время Второй мировой войны — Болгария, Венгрия, Румыния, Финляндия, Италия — достаточный уровень криптографических знаний и технологий для создания собственных версий роторных криптомашин был лишь у Италии. Итальянские криптографы
даже разработали адаптированную версию Энигмы для своего флота. Шифровальная машина производилась итальянской фирмой «Ottico Meccanica Italiana» (OMI)
«Ottico Meccanica Italiana» (OMI) — итальянский производитель фотограмметрического оборудования. Компания была основана в Риме, в 1926 году Умбертом Нистри (1895–1962). После смерти Умберто в 1962 году компанию почти 20 лет возглавлял его сын Раффаэлло (1920–1981). После смерти Раффаэлло в 1981 году произошло слияние OMI с производителем вертолетов Agusta.
В начале Второй мировой войны (1939–1940) OMI в «секретном режиме» разработала электромеханическую шифровальную машину, которая в итоге использовалась итальянской армией (Regio Ersetico), ВВС (Regia Aeronautica) и военно-морским флотом (Regia Marina). Машина получила название Cryptograph Alpha, она была построена по принципу что и немецкая Enigma. У нее было 5 роторов, крайний левый служил рефлектором (отражателем). Однако, в отличие от Enigma, машина была оснащена встроенным принтером, информация выводилась прямо на бумажную перфоленту. Cryptograph Alpha была с нерегулярным степпингом роторов, как у Enigma G. Напомним что Enigma G располагала четырьмя металлическими роторами: крайние правые три ротора — роторы кодирования, слева — один отражатель. Отражатель перемещался во время шифрования, кроме того был установлен счетчик слева от роторов (Zählwerk).
В начале 1950-х годов компания OMI разработала преемник Cryptograph Alpha, известный как Criptograph. Его габариты были больше, чем у его предшественника, машина уже содержала улучшенный 7 роторный барабан: 5 роторов кодирования с двумя сердечниками в каждом, 1 настраиваемый ротор кодирования и 1 настраиваемый отражатель. Как и Cryptograph Alpha, эта машина отличалась нерегулярным движением роторов.
Как все начиналось или немного из истории компании OMI
OMI была основана Умберто Нистри, который родился 16 сентября 1895 года в Риме, старший сын Рафаэля и Летиции Нистри. Его родители приходились друг другу кузенами и носили одинаковую фамилию, были родом из Квинто, городок недалеко от Sesto Fiorentino (Италия). Незадолго до рождения Умберто семья переехала в Рим, сегодня это район Прати. Здесь Умберто появился на свет и сделал свои первые шаги.
Отец Умберто, Рафаэль, происходил из семьи фермеров, но для того чтобы обеспечить своим детям лучшую жизнь пошел служить в итальянскую армию. После рождения еще пяти детей, семья переехала в Форте Трионфале, недалеко от Монте-Марио, отцу предоставили жилье на военной базе. Здесь-то Умберто и развил свою страсть к аэрофотосъемке.
Несмотря на его желание стать инженером, из-за нехватки средств Умберто пришлось выучиться на геодезиста (1913 год) и работать по этой специальности. В 1915 году, когда Италия вступила в Первую мировую войну, Умберто заинтересовался военной авиацией, его влекло небо. Он оставил работу и занял свое место в рядах армии (артиллерия). Позже был отправлен на фронт (восток Италии).
В 1916 году он ненадолго вернулся домой, его мать болела и ее состояние значительно ухудшилось. После ее смерти Умерто забыл о своем обещании матери не летать и в 1917 году записался на учебный курс, чтобы стать летчиком-наблюдателем. После обучения он присоединился к 35-й эскадрилье в Санта-Джустине, он вел наблюдение за территорией противника и делал фотографии. Был награжден двумя серебряными медалями — как отличие за храбрость во время войны.
Отец Рафаэль умер после окончания Первой мировой войны в 1918 году, Умберто и его брат Амедео взяли на себя заботу о младших детях. Необходимо было содержать семью, потому он принял решение остаться в ВВС. Год спустя (1919) Умберто женился на учительнице начальной школы Лоле, их знакомство состоялось еще до войны в Риме. В браке родились два сына: Паоло Эмилио и Рафаэль.
Благодаря своему военному опыту полетов, фотографирования и картографирования, Умберто Нистри смог разработать инструмент для получения топографических карт по стереоскопическим аэрофотоснимкам.
Первый патент на рудиментарную версию, «fotocartografo», был получен в 1919 году, а к 1922 году была готова окончательная версия его фотограмметрического преобразователя. Остальные патенты были получены в 1925 году (Модель II) и 1929 году (Модель III). В то же время, чтобы финансировать свои текущие исследования в области фотограмметрии, Нистри разработал свой первый прибор для аэронавигации.
В 1921 году вместе с братом Амедео он основал первую компанию, занимающуюся коммерческим производством топографических карт, сделанных с помощью аэрофотосъемки и фотограмметрии — известная как Società Anonima Rilevamenti Aerofotogrammetrici или SARA-Nistri. В 1930 году свою работу начала компания Ottico Meccanica Italiana, также известная как OMI или OMI-Nistri.
Увы, такие события как смерть брата Амедео в 1936 году и начало Второй мировой войны стали роковыми: в 1939 году SARA-Nistri прекратила существовать, а производство на OMI-Nistri было приостановлено. К счастью, Нистри получил заказы на секретную разработку и производство шифровальной машины для вооруженных сил Италии.
После окончания войны компания постепенно пришла в себя, появилась возможность продавать свою продукцию и криптомашины по всему миру. В 1961 году, с появлением компьютера, компания первой предложила рынку приборы для цифровой фотограмметрии. В 1954 году была разработана еще одна шифровальная машина, Criptograph, затем Cryptograph-CR.
Умберто Нистри умер 24 апреля в 1962 году. Его сын Рафаэлло руководил компанией еще 20 лет, после его кончины она была приобретена итальянским производителем вертолетов Agusta (1981 год). За свою долгую и впечатляющую карьеру Умберто Нистри завоевал множество наград, получил почетные степени университетов по всему миру и был почетным членом самых престижных обществ и академических учреждений. Его именем в родном городе Риме названа улица, расположенная неподалеку от исторического штаба ОМI.
Непосредственно о криптомашинах ОМI
OMI Alpha
Cryptograph-Alpha, или Alpha, представляла собой электромеханический шифровальный аппарат на роторной основе, секретно разработанный и производимый компанией OMI в Риме (Италия) примерно в 1939 году, в начале Второй мировой войны. Он предназначался для использования итальянской армией (Regio Ersetico), ВВС (Regia Aeronautica) и военно-морским флотом (Regia Marina). Как упоминалось ранее был похож на немецкую Enigma, имел 5 роторов шифрования, включая движущийся отражатель.
Машина с нерегулярным степпингом роторов, с выемками по окружности каждого ротора, что аналогично устройству Zählwerk в Enigma G. Разница с Enigma, cостояла в том, что у Alpha было еще одно колесо шифрования и оно приводилось в движение мотором, это прибавляло скорость работе криптоустройства. Информация выводилась прямо на бумажную перфоленту, что позволяло «передать» управление машиной в руки лишь одного оператора. Клавиатура состояла из 26 клавиш, 26 букв латинского алфавита, буква «W» использовалась в качестве пробела.
На изображении выше — типичная военно-морская шифромашина Alpha. Она очень похожа на Enigma Zählwerk, но более усовершенствована. Возможно утверждение не совсем верно, так как в открытом доступе пока мало информации об этих машинах. Лишь небольшое количество машин выжило до наших дней. После окончания Второй мировой войны OMI постепенно начала возобновлять свою обычную деятельность, было разработано несколько преемников OMI Alpha, опять же для итальянских вооруженных сил, OMI Criptograph 1954 года — первая из них.
Управление
На приведенной ниже схеме показаны различные элементы управления и функционал OMI Alpha. Механизм представляет собой корпус с клавиатурой спереди. Клавиши расположены в порядке QZERTY, вместо пробела используется буква «W». Внизу справа располагается устройство для подачи бумажной ленты.
Спереди слева встроен принтер, который выводит выходные данные на бумажную ленту. Пять шифровальных роторов находятся справа, сразу над устройством подачи бумажной ленты, их можно устанавливать, не открывая машину.
Роторы
Пять роторов шифрования расположены в правой части машины и выступают над верхней крышкой корпуса, они защищены прозрачной откидной крышкой, пользователь без проблем может установить ключ сообщения, даже не открывая машину. Правда чтобы изменить порядок роторов, сначала необходимо снять верхнюю крышку, которая закрывается физическим замком, он расположен вверху по центру на передней панели. Устанавливать ежедневный ключ разрешалось лишь офицерам, которые обладали надлежащим разрешением по безопасности.
На изображении выше показаны роторы, когда верхняя крышка снята. Каждый ротор имеет 26 подпружиненных контактов по правую сторону и 26 плоских контактов по левую. Подпружиненные контакты крайнего правого ротора в паре с 26 плоскими контактами на контактной пластине (или входным диском), справа.
Роторы установлены на шпинделе, он вставляется в машину справа, защищен откидной крышкой и еще одним физическим замком.
Крайний левый ротор — это отражатель, который приводится в движение во время работы. Фактически, дизайн Alpha похож на дизайн Enigma. Отражатель имеет только 26 контактов справа и возвращает ток в роторы шифрования.
Упрощенная схема выше показывает протекание тока через роторы шифрования, когда происходит нажатие клавиши. В примере происходит нажатие буквы «А», ток подается на контакт «А» входного диска (ED). Оттуда ток проходит через роторы шифрования и приводит их в действие (в таком порядке IV, III, II, I). Отражатель ®, который содержит 13 проводов, возвращает ток роторы шифрования (в порядке I, II, III и IV), пока он снова не покинет барабан через входной диск. В этом примере буква «А» преобразуется в букву «D».
Четыре ротора шифрования (I, II, III и IV) являются взаимозаменяемыми и могут быть установлены на шпиндель в 24 различных порядках (4×3 x 2). Отражатель отличается от других роторов, так как имеет контакты только на одной стороне. Он зафиксирован на месте и имеет зубчатое колесо, прикрепленное к корпусу (слева). Это колесо продвигается на один шаг при каждом нажатии клавиши.
Хотя механизм пошагового перемещения ротора в OMI Alpha практически идентичен механизму Zählwerk в Enigma, следует отметить, что по сравнению с Enigma порядок пошагового перемещения колес работает слева направо, а не справа налево. Другими словами: отражатель — это быстрый ротор.
При каждом нажатии на клавишу крайний ротор слева (то есть отражатель) делает один шаг, во время которого верхняя часть ротора движется в направлении задней части машины. Это означает, что если до нажатия была видна буква «А», то после — будет видна «В».
Каждый ротор имеет 26 выводов слева и ограниченное количество выводов справа. Ограниченное количество выводов на правой стороне отражателя примыкает к 26 выводам ротора шифрования. Они соединены небольшой шестеренкой за роторами. Всякий раз, когда возникает контакт справа на роторе это приводит в движение шестерню — в итоге она приводит в действие прилегающее колесо и вуаля делается шаг. Таким образом рефлектор, он же отражатель, способствует тому что первый ротор шифрования делает шаг и т.д. Дальнее правое роторное колесо является самим медленным.
Что внутри OMI Alpha
Получить доступ к «внутреннему миру» OMI Alpha — легко, для этого нужно всего лишь снять верхнюю крышку с помощью физического ключа, замок находится в центре сверху на передней панели. Под крышкой довольно простая конструкция машины. Роторы расположены спереди справа.
Механизм запускается при помощи электромотором, который размещается за роторами. Он приводит в движение небольшую коробку передач слева, которая, в свою очередь, приводит в движение принтер. Время работы принтера контролируется электрическим коммутатором, который установлен между передней панелью и шасси.
Механизм принтера довольно прост и состоит из нескольких зубчатых колес, собачек и рычагов. Его время контролируется электрическим коммутатором.
OMI Criptograph
Criptograph — это электромеханическая шифровальная роторная машина, разработанная и произведенная OMI в Риме (Италия) сразу после Второй мировой войны, примерно в 1954 году. Изначально она предназначалась для использования итальянскими вооруженными силами, но потом была также предложена и иностранным заказчикам. Машина является преемником OMI Alpha военного времени и содержит 5 роторов, настраиваемый статор и настраиваемый отражатель.
Насколько известно, сохранившихся экземпляра этой машины, увы, нет. Фото сверху было взято из недавно рассекреченного документа АНБ, где описан функционал аппарата. Документ был создан в 1954 году, вероятно, после того, как АНБ получило машину для оценки.
Criptograph также очень похожа на немецкую Enigma, с ее зашифрованным «барабаном», состоящим из входного диска, 5 роторов шифрования, статора и отражателя. От немецкого брата отличается простым пошаговым вращением роторов. Каждый ротор имеет только одну выемку, которая вызывает шаг соседнего ротора, по примеру работы одометра в автомобиле. Однако, в отличие от Enigma, Criptograph приводится в движение электромотором и выводит данные прямо на бумажную ленту. Дизайн явно основан на OMI Alpha, которая имела более простую конструкцию, но схожие характеристики. В конце 1950-х за Criptograph последовало несколько улучшенный Cryptograph-CR.
Управление Criptograph
На приведенном выше изображении показано расположение различных элементов управления Criptograph OMI. На передней панели расположена клавиатура с 26 буквами латинского алфавита, в порядке QZERTY. Буква «W» все также используется в качестве пробела. Сразу за клавиатурой находится принтер, который состоит из двойной печатающей головки, она приводится в движение коммутатором. Все печатается прямо на бумажную ленту, находящуюся в выдвижном ящичке справа.
Шифровальные роторы расположены слева от центра машины. Весь механизм приводится в движение электродвигателем (сзади справа).
Барабан
Роторы шифрования расположены внутри машины, слева от центра, продольная ось — от передней части машины к задней части. Каждый ротор имеет 26 контактов с каждой стороны и, следовательно, имеет 26 возможных положений, каждое из которых идентифицируется одной из букв латинского алфавита (A-Z). Всего в машине 7 роторов, 5 из которых установлены на съемной оси. Полный набор колес получил название «барабан».
Барабан состоит из пяти движущихся роторов шифрования, статора и отражателя. Роторы шифрования перемещаются при вводе сообщения на клавиатуре. Статор не двигается, но его можно установить в любое из 26 положений. Отражатель тоже неподвижный, но, как и статор, может быть установлен в любое из 26 положений. Все 5 колес шифрования съемные и установлены на шпиндель. Проводка от клавиатуры подключена к входному диску справа, который состоит из 26 плоских контактов. Оттуда ток поступает на один из подпружиненных контактов самого правого ротора. Проводка внутри ротора подает ток на один из плоских контактов на левой стороне. Таким образом, ток проходит через все 5 роторов и статор (S), пока не достигнет отражателя ® слева. Затем ток возвращается.
Выше — упрощенная схема, демонстрирует то, как ток течет от входного диска, через роторы, статор, отражатель и обратно. Путь входа показан красным, а путь возврата синим. В этом примере буква «А» закодирована в «D». В связи с тем, что используется отражатель, путь является обратимым. Это означает, что при тех же настройках и положениях роторов буква «D» будет закодирована в «A», как в Enigma. Выходит, буква никогда не может быть закодирована в самой себе. Другими словами: если нажата «А», она может стать любой буквой, но не «А».
Роторы
Пять роторов шифрования установлены на оси, которую можно снять, отпустив рычаги блокировки барабана на любом из его концов. Однако перед этим необходимо сначала отключить зубчатую муфту за роторами.
Перед снятием роторов со шпинделя необходимо снять блокировщик на одном из его концов с помощью специального инструмента (если он есть). Если этого инструмента нет, в качестве альтернативы можно использовать большую отвертку.
Каждый ротор состоит из трех основных частей: металлическая рама, красный проводной сердечник и черный проводной сердечник, как показано на изображении выше. Каждая рама имеет уникальный номер (от I до V), все роторы оснащены двумя уникальными сердечниками: черным и красным. Черный всегда устанавливается справа с подпружиненными контактами, обращенными наружу. Аналогично, красный сердечник всегда слева с плоскими контактами, обращенными наружу.
Рама представляет собой не что иное, как литой «держатель» для двух сердечников, каждый из которых может быть вставлен в 26 различных положениях. Красный сердечник всегда вставляется слева таким образом, чтобы 26 подпружиненных контактов совпадали с 26 отверстиями в центральной части рамы. Затем сердечник прикручивают к раме с помощью откидного зажима в центре. Соответственно черный сердечник может быть вставлен справа 26 способами и закреплен при помощи зажима.
7 роторов выступают сверху, их положение можно просматривать и изменять. Каждое из роторов имеет 26 букв алфавита, напечатанных по окружности, чтобы оператор мог свободно их прочесть во время работы с клавиатурой. Шаговый механизм ротора очень похож на Zählwerk Enigma, приводится в движение зубчатыми колесами. Это дает возможность вносить исправления, просто поворачивая ручку «вперед / назад» сразу за клавиатурой.
При наборе символа на клавиатуре крайний правый ротор перемещается против часовой стрелки к следующей позиции. Это означает, что после «A» должна быть видна «B». Статор (S) и отражатель ® не двигаются. Чтобы проиллюстрировать шаг пяти роторов шифрования, ниже продемонстрированы три последовательных шага быстрого ротора, если смотреть с позиции оператора:
Электрическая схема
Хотя исходная схема Criptograph недоступна и не была представлена в отчете АНБ, разумно предположить, что она почти идентичен к Cryptograph-CR, который появился через несколько лет.
Cryptograph-CR
Cryptograph-CR — это электромеханическое шифровальное роторное устройство, разработанное и произведенное компанией OMI (Италия) в конце 1950-х годов в качестве преемника Criptograph OMI. Cryptograph-CR была предназначена для использования вооруженными силами Италии (в частности, MMI 2) и, вероятно, иностранными заказчиками. Корпус машины, как правило, был зеленого цвета, а хранилась она в деревянном зеленом футляре.
Спереди находилась 27-кнопочная клавиатура, на которой отсутствовала буква «W» (W не используется в итальянском языке). Она была заменена на пробел. Клавиша со стрелкой в правом нижнем углу использовалась для непрерывного перемещения бумаги. Счетчик который видно через верхнюю крышку показывал количество введенных символов.
Cryptograph-CR работал по аналогии немецкой Enigma: тот же набор электромеханических роторов с 26 контактами по каждую сторону, входной диск и отражатель. Однако, в отличие от Enigma, в OMI Cryptograph-CR был встроенный принтер, выходные данные печатались на двух бумажных лентах (в передней части машины, прямо за клавиатурой). Одна лента показывала открытый текст, вторая — зашифрованный.
Бумажные ленты подавались с правой стороны аппарата, проходили через принтер спереди по центру. Пустые бумажные катушки хранились в ящике с правой стороны машины. В начале 1960-х некоторые Cryptograph-CR были модернизированы, механическая клавиатура была заменена на полностью электрическую. Цвет машина был заменен на серый.
Управление Cryptograph-CR
На приведенном ниже изображении показаны различные элементы управления и функционал Cryptograph-CR, верхняя крышка снята. Роторы находятся слева, ось движется спереди назад, а входной диск находится ближе к оператору. Статор и отражатель расположены сзади. Роторы шифрования приводятся в движение рядом зубчатых роторов, которые расположены в центре машины. Электрическое соединение (соленоид) гарантирует, что весь механизм совершает один полный оборот при каждом нажатии клавиши.
Cryptograph-CR Mark II, или CR-2
Cryptograph-CR Mark II, или CR-2, представляет собой электромеханический шифровальный аппарат, производства OMI в начале 1960-х, это была обновленная версия OMI Cryptograph-CR. Он был предназначен для использования вооруженными силами Италии, в частности, ВМС Италии (MMI).
Оригинальная механическая клавиатура была удалена и заменена на полностью электрическую, клавиши которой расположены ближе друг к другу. Пробел был удален, добавлена буква «W», так что теперь машина поддерживала полный алфавит A-Z. В то же время корпус машины был перекрашен в серый цвет.
Два переключателя, обеспечивающие печать в виде открытого и зашифрованного текста, были «выброшены», а их отверстия закрыты. В результате CR-2 всегда печатала как открытый, так и зашифрованный текст. Внутри машины были модернизированы части блока питания (PSU) и добавлено 26 электрических реле, каждое из которых подключено к одному из переключателей на клавиатуре.
Управление Cryptograph-CR Mark II
На приведенной ниже схеме показаны различные элементы управления OMI Cryptograph-CR Mark II. Верхняя часть интерьера во многом идентична Cryptograph-CR, а вот клавиатура полностью отличается. Теперь она содержит все 26 букв латинского алфавита (A-Z) плюс ключ для подачи бумаги. Для упрощения правления клавиши расположены ближе друг к другу. Моторный отсек находится сзади справа. Принтер с лентами бумаги расположен чуть выше / позади клавиатуры. Роторы расположены слева, а механическая (зубчатая) муфта — справа.
Доступ к внутренней части машины возможен с обеих сторон: сверху и снизу. Вверху находятся механические части, такие как роторы, принтер, главная ведущая ось, двигатель и коммутатор. Снизу — электрические части, такие как блок питания и реле.
В принтере установлено два алфавита: один для зашифрованного текста и один для открытого. Бумажная лента проходит справа налево. Две печатающие головки соединены, поэтому они всегда вращаются синхронно под управлением двойного коммутатора.
Как показывает история, Ottico Meccanica Italiana, или OMI, изначально итальянский производитель фотограмметрического оборудования стал еще и производителем ряда электромеханических роторных шифровальных машин, аналогичных немецкой Enigma. Было бы как минимум неправильно недооценить роль такого оборудования для Итальянских вооруженных сил. А еще колоссальный труд ребят Cryptomuseum.
Спасибо, что остаетесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5–2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
VPS (KVM) E5–2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до весны бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.
Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5–2650v4 128GB DDR4 6×480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5–2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
