Машина Лоренца (Lorenz-Chiffre, Schlüsselzusatz; Lorenz SZ 40 и SZ 42) — немецкая шифровальная машина, использовавшаяся во время Второй мировой войны для передачи информации по телетайпу. Британские аналитики, которые закодированный немецкий телетайпный трафик называли «Фиш» (рыба), шифры машины Лоренца и её саму называли «Туни» (тунец).
Машина Лоренца использовалась для передачи зашифрованных сообщений высокого уровня по немецким военным коммуникациям во время Второй мировой войны. Британские криптографисты смогли взломать её шифр
В то время как Энигма использовалась в основном в полевых условиях, машина Лоренца служила для коммуникации высокого уровня, где можно было применять тяжёлое оборудование, обслуживаемое специальным персоналом.
Машина Лоренца напоминала Энигму, поскольку в ней использовался ротор, но работала по другому принципу. Размеры машины составляли 51 см × 46 см × 46 см и была вспомогательным устройством стандартного телетайпа Лоренца. С точки зрения криптографии, машина передавала поточный шифр.
Шифр Вернама
Гильберт Вернам работал исследователем в AT&T Bell Labs. В 1917 году он изобрел шифровальную систему, которая использовала функцию «исключающего ИЛИ». Её можно представить как следующую таблицу истинности, где единица представляет «правду», а ноль — «ложь».
ВХОДВЫХОД
ABA⊕B
000
011
101
110
В шифре Вернама:
Открытый текст ⊕ Ключ = Шифротекст
Шифротекст ⊕ Ключ = Открытый текст
Что позволяет одной и той же машине производить шифрование и расшифровку.
Идея Вернама состояла в том, чтобы объединить перфоленту с обычным текстом и перфоленту с ключом. Каждая перфолента с ключом должна быть уникальной, что сложно реализуемо: такие ленты довольно сложно создавать и распространять. В 1920 году четыре человека из разных стран изобрели шифровальные машины которые генерировали поточный шифр. Машина Lorenz SZ40 была одной из них, доработанная версия машины 1942 года называлась SZ42A и SZ42B.
Внутреннее устройство
Использование системы «Тунни» было актуальным вплоть до того момента как экземпляр машины исследовали криптоаналитики из Блетчли-Парк — что случилось в 1945 году, незадолго до победы союзников в Европе.
Машина Лоренц SZ имела 12 дисков, на каждом из которых располагалось различное число контактов
Номер диска
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Обозначение
ψ1
ψ2
ψ3
ψ4
ψ5
μ37
μ61
χ1
χ2
χ3
χ4
χ5
Количество контактов
43
47
51
53
59
37
61
41
31
29
26
23
Машина SZ служила дополнением к стандартному телетайпу Лоренца. У нее была металическая основа 48 см × 39 см и она была 32 см в высоту. Символы телетайпа состояли из пяти бит данных, закодированные с использованием Международного телеграфного кода № 2(МТК № 2).
Шифровальная машина генерировала псевдослучайный поточный шифр, который объединялся с помощью функции XOR с исходыми символами что формировало выходные символы.
Каждые пять бит символа генерировались соответствующими дисками в двух частях машины. Криптоаналитики из Блетчли-Парк назвали их χ(«хи») и ψ («пси») дисками. На каждом диске располагались контакты. Они могли быть в поднятом(активном) или опущенном(неактивном) положении. В поднятом положении они генерировали '1', в опущенном — '0'. Все хи диски поворачивались на одну позицию после каждой буквы. Пси диски также двигались вместе, но не после каждого символа. Их вращение определяется двумя μ («мю») дисками. Диск SZ40 μ61 перемещался на одно положение с каждым символом, а диск μ37 двигался только когда контакт на μ61 диске находился в активной позиции. Если контакт на μ37 диске был в активном положении, тогда все пять пси диска поворачивались. Модели SZ42A и SZ42B имели более ложный механизм, известный в Блетчли-Парк как Limitations. Таким образом поточный шифр, генерируемый SZ машиной имел хи и пси компоненты, которые обединялись XOR функцией. Символично, что шифр который объединялся для шифрования с открытым текстом — или для расшифрования с зашифрованным — мог быть представлен следующим образом
Ключ= Хи-Ключ ⊕ Пси-Ключ
Количество контактов на каждом диске равняется количеству переданных диску импульсов необходимых для совершения полного оборота. Стоит отметить, что эти числа были связанны друг с другом таким образом, что образовывали максимально возможное время до того как полный период повторится. С общим количеством контактов в 501 оно равнялось 2501 комбинациям, что примерно 10151 — астрономически большое число. Однако, если пять импульсов рассматривать независимо, эти числа становятся намного меньше. В результате одного периода обращения какой-нибудь пары хи дисков получается число между 41×31=1271 и 26×23=598.
