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MACCHINA CIFRANTE RED
Nacque nel 1930 e venne realizzata a partire da una versione commerciale di Enigma, modificata per migliorare la sicurezza e la segretezza tramite meccanismo di reverse-engineer. Questo consisteva nella modifica sostanziale del meccanismo di crittazione delle vocali. La macchina così realizzata venne chiamata "RED" dal governo americano e venne usata spesso per criptare le conversazioni dai diplomatici giapponesi.
Tale tipo di macchina venne sprotetta 5 anni più tardi da William Friedman dell'American Army Signal Intelligence Service (SIS) usando la crittoanalisi statistica. La macchina RED utilizzava un semi-rotore e una tecnica più rozza rispetto ad Enigma per la criptazione e la creazione delle corrispondenze tra input ed output.
Schema RED
MACCHINA CIFRANTE RED
Funzionamento
Ogni lettera in ingresso è collegata ai 26 anelli. Il meccanismo prevedeva la rotazione di questi anelli e il movimento dell'asta ad esso collegata.
Tale tipo di collegamento implica che ogni lettera è sempre l'opposto della corrispondente lettera appartenente alla facciadi sinistra del rotore qualunque sia la posizione del rotore.
HALF-ROTOR RED
MACCHINA CIFRANTE RED
Composizione
La RED prevedeva una serie di componenti:
Un semirotore da 60 contatti che permettesse di cifrare vocali con vocali e consonanti con consonanti, divisi in gruppi da 6 e 20.
Una plugboard che collegava l'ingresso agli anelli rotanti dove vi erano 2 alfabeti: vocali (6) e consonanti (20)
Una ruota a 47 posizioni contentente tanti elementi quante le posizioni e valeva 1 se l'i-esimo elemento era attivo 0 altrimenti
MACCHINA CIFRANTE RED
Composizione
La breakwheel era la responsabile del movimento da orario a antiorario, e viceversa, e del semi rotore della macchina RED che a ogni step, a seconda o meno della presenza dell'elemento, quindi se restituiva 1 o 0, era possibile cambiare la legge con la quale la ruota influiva sull'andamento
del semirotore, tramite la rimozione di 11 elementi mobili. In buona sostanza venivano rimossi dai 4 ai 6 elementi per creare la propria legge di movimento del rotore.MACCHINA CIFRANTE RED
Regole di cifratura
RED definiva lo spazio VOC={A,E,I,O,U,Y} e CON={B,..,Z}. Il paradigma per poter associare vocali alle vocali e consonanti alle consonanti, era risolto tramite l'implementazione di due semirotori, dove erano presenti due interfacce rotanti da 6 e 20 anelli, scegliendo quindi due rotori da 6 e 20 piuttosto che uno da 60 (mcm).
MACCHINA CIFRANTE RED
Funzioni Ordinarie
Le funzioni ordinarie delle vocali e consonanti sono definite come:
OrdVOC costituiscono la posizione di x● nell'alfabeto VOC
OrdCon costituiscono la posizione di y● nell'alfabeto CON
L'inverso di tali funzioni sono invece:
invVOC(j) il j-simo carattere in VOC compreso in 0<j<6
InvCON(j) il j-simo carattere in CON compreso in 0<j<20
MACCHINA CIFRANTE RED un possibile esempio di
cifraturaTESTOINCHIAROTESTOCIFRATO MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Panoramica sulla macchina e sul suo funzionamento
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
La purple machine cipher costituisce● un'evoluzione ben più soffisticata dellamacchina RED. Il nome è derivato dal coloredei contenitori usati per contenere il cifratore.
I giapponesi usarono questo tipo di macchinario● per criptare tutte le conversazioni diplomatichefino alla fine della guerra. A differenza diEnigma, della Purple non vennero ritrovatiesemplari e per la sua decriptazione ci sidovette affidare unicamente alla crittoanalisi.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
La macchina Purple era un dispositivo a● sostituzione,composto da 2 macchine da scrivere (unaper l'input e una per l'output) in cui veniva sostituitoogni testo in chiaro con un testo cifrato. Lapermutazione dell'alfabeto cambiava dopo ognicrittazione e decrittazione, e costituiva un cifrariopolialfabetico.
La Purple poteva sostituire una singola lettera con
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
L'elemento primario del meccanismo di cifratura era uno switch telefonico a 25 posizioni, usato come commutatore automatico per le chiamate, che connetteva uno degli input ad uno dei 25 terminali di uscita. Oltretutto si poteva agire anche sugli step degli switch, così che poteva essere cambiato giorno per giorno il meccanismo di crittazione, anche facendolo eseguire all'operatore.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Un magnete, collegato allo switch, faceva avanzare il meccanismo di una posizione alla volta come risposta ad un impulso elettrico. Il meccanismo prevedeva che lo switch avanzasse alla posizione seguente ogni volta che la chiave (lettera) veniva digitata sulla macchina da scrivere. Una volta
arrivata alla posizione 25, il meccanismo ripartiva da 1 e faceva scalare il blocco successivo. Anche la Purple, come la Red, era divisa in due gruppi, uno da 6 lettere e l'altro da 20, ma che stavolta non corrispondevano necessariamente a vocali e consonanti.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
Nella parte successiva descriverò come gli analisti americani durante la seconda guerra mondiale scoprirono il funzionamento dei meccanismi della purple e man mano descriverò i comportamenti durante la cifratura delle varie parti che compongono la macchina.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
Aprile 1939 – Era possibile la decifrazione delle sixes della Purple nella maggior parte dei casi. Ragionamento: Nelle sixtes (set di 6 lettere) ogni lettera ha la stessa frequenza; ugualmente nelle twenties, ma diversa rispetto alle sixies. Se le sixes contenevano 2 lettere ad alta frequenza, le frequenze delle sixes sarà
moltoelevata rispetto alle twenty. Stessa cosa se sonocontenute 2 lettere a bassa frequenza. Entrambi i casiassicurarono di poter isolare le sixes. Insomma vennescoperto che i 120 diversi indicatori posti all'inizio delmessaggio indicavano solo 25 unici Starting Pointsrelativi alle sixes.
MACCHINA CIFRANTE PURPLECrittoanalisi e funzionamento della Purple
Venne costruita perciò una tabella delle frequenze dallaquale ogni analista poteva reuperare lo starting pointdelle sixes, e quindi poter scoprire tutti i valori del testoin chiaro delle sixes.
Una volta scoperte le sixes e i loro starting point, fupossibile capire se il linguaggio fosse l'inglese o ilgiapponese e tentar di indovinare i caratteri mancati.
Le ipotesi sul testo in chiaro vennero facilitate dagli inizidel messaggio che in genere erano frasi formali spessoripetute.
MACCHINA CIFRANTE PURPLECrittoanalisi e funzionamento della Purple
Ad esempio per il seguente messaggio le sixies scoperteerano E, Q, A, S, R, H e
Il loro corretto posizionamento fu il seguente: Si era supposto che il testo in chiaro fosse "The Japanese government requests that...". Dai vari accoppiamenti tra testo in chiaro e cifrato, gli analisti poterono scoprire l'alfabeto delle twenties.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
In questo studio vennero osservati i seguenti fenomeni:
- Il meccanismo di cifrazione comincia da un setting iniziale e progredisce metodicamente senza ripetizioni cicliche di nessun tipo fino alla fine del messaggio. Il messaggio più lungo è di oltre 1500 lettere.
- Due testi in chiaro identici non hanno mai lo stesso testo cifrato.
- Due messaggi con lo stesso indicatore nello stesso giorno sono cifrati con le medesime modalità.
- Due messaggi con lo stesso indicatore in giorni differenti sono assolutamente diversi.
- Due messaggi con indicatori diversi nello stesso giorno sono differenti.
E non ci sono similitudini crittografiche6. In una linea di 26 lettere, 2 lettere identiche potrebbero essere cifrate nello stesso modo in certe condizioni. 2 lettere vicine non avranno mai la stessa cifratura.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
A questo punto gli analisti della WWII capirono che c'erano 2 possibilità:
La prima era che avendo 20-25 messaggi al giorno con lo stesso indicatore era possibile trovare una ripetizione ciclica e risolvere il sistema, ma c'erano solo 2 messaggi che verificavano questa condizione.
Una seconda possibilità era quella di decifrare molti messaggi con lo stesso indicatore ma in giorni differenti. Tra i migliaia di messaggi ne vennero trovati 6 in accordo con questa seconda condizione. Questi sei messaggi con indicatore 59173 erano la chiave per violare il sistema.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
La prima soluzione completa arrivò il 27 settembre 1940, 2 dei 6 messaggi
Erano completamente decifrati, e gli altri 4 solo parzialmente. Molto più importante fu però il fatto che da questi 6 messaggi gli analisti furono in grado di costruire una tabella delle frequenze utilizzabile per decifrare ogni messaggio con indicatore 59173. Se prima gli indicatori erano 120, ora sono solo 119 da risolvere.
La maggior difficoltà fu dovuta al fatto che gli analisti pensavano che la purple come la RED avesse un rotore per le sixtes e uno per le twenties, mentre in realtà le twenties erano cifrate da 3 uniselettori in serie.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
Più in dettaglio la macchina era formata da 13 switches, ognuno con 25 punti. Uno di questi switch era usato per controllare la cifrazione delle sixes, questo ciclava sui 25 punti ancora e ancora fino alla fine della cifrazione del messaggio. I 25 diversi alfabeti usati erano scelti accuratamente nell'insieme di 720 possibili combinazioni dovute
allapemutazione di 6 elementi.
MACCHINA CIFRANTE PURPLE
Crittoanalisi e funzionamento della Purple
I rimanenti 12 switches cifravano le twenties. C'erano 3blocchi di 4 switches ciascuno, per un totale di 15625(25 alla 3) sequenze differenti per cifrare l'alfabeto da 20elementi.
Il moto di purple poteva essere pensato come ilmovimento
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