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BREVET D'INVENTION
EMI1.1
"APPAREIL CRYPTOGRAPHIQÛE"
La présente invention concerne les appareils destinés à transformer un message en langage clair en un message chiffré et inversement.
Ces appareils comportent généralement un mécanisme, décalant, entre chaque sélection d'un signe primaire (signe du texte clair lors du chiffrement, signe du cryptogramme lors du déchiffrement) le dispositif donnant le signe secondaire correspondant (signe du cryptogramme lors du chiffrement, signe du texte clair lors du déchiffrement), ou servant à contrôler ou à sélectionner ce signe. Les signes secondaires peuvent être donnés par l'un quelconque des moyens utilisés dans les appareils cryptographiques: lecture par lampes, impression, machine à écrire.
Avec les mécanismes de décalage utilisés jusqu'ici, les décalages ont lieu suivant une loi immuable. On ne dispose
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pas ainsi de possibilités de variation assez grandes pour assurer la sécurité du chiffrement.
La présente invention a pour objet un mécanisme de décalage se prêtant au maximum de variation et permettant ainsi de réaliser des cryptogrammes pratiquement inviolables.
Ce mécanisme est caractérisé en ce qu'il est muni d'éléments de décalage susceptibles d'être amenés à une position active ou à une position inactive, en vue d'une variation arbitraire du nombre d'éléments simultanément actifs, et, par suite, du nombre de pas du décalage.
L'appareil muni du mécanisme suivant l'invention est d'une construction relativement simple, il est d'un emploi commode et de dimensions suffisamment réduites pour qu'on puisse le porter dans une poche.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un appareil conforme à l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation, de devant.
La fig. 2 est une vue en plan, le couvercle étant supposé enlevé et certains organes interrompus partiellement ou schématisés, en vue d'une plus grande clarté de l'ensemble.
La fig. 3 est une vue du côté gauche de la précédente, avec coupe partielle.
Les figs. 4 à 6 sont des coupes transversales, faites respectivement suivant A-A, B-B et C-C de la fig. 20
La plus grande partie des organes de la machine est contenue dans une boîte, qui sert en même temps de bâti.
Cette boîte est constituée par un fond, formant en partie les faces longitudinales, deux joues à paliers 1 et 2 fixées
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au fond 4 et un couvercle amovible . Tel que représenté, ce couvercle est séparable, mais il pourrait également être joint au fond 4 par des charnières. Le bâti comporte également une flasque à paliers 3, fixée au fond 4.
Dans les paliers du bâti sont montés des arbres parallèles 6, 7, 8 et 9. Les arbres 6 et 8 sont immobiles dans leurs paliers, tandis que l'arbre peut tourner et que l'arbre 2 peut tourner et coulisser longitudinalement.
Sur l'arbre est fixée une roue dentée 10. qui engrène avec une autre roue dentée 12, fixée sur l'arbre de la manivelle 11. Celle-ci permet de faire tourner l'ar- bre ± dans le sens de la flèche 13 (fig. 4), quand on la fait elle-même tourner dans le sens des aiguilles d'une montre.
Sur l'arbre 6 sont montées folles cinq roues-clés
14-18. Ces roues-clés sont solidaires, chacune, d'une des roues dentées 19-23, qui engrènent respectivement avec une des roues dentées 24-28, fixées sur l'arbre 7.
L'arbre'2 est maintenu par un ressort 29 dans la position que montre la fig. 2, position pour laquelle les roues 19-23 engrènent, chacune avec la roue 24-28 cor- respondante.
En exerçant une poussée sur le bouton 30. porté par l'extrémité gauche de l'arbre 7, à l'extérieur de la joue 1, (fig. 2), on fait coulisser cet arbre et l'on fait cesser l'engrènement entre les roues 19-23 et 24-28. Les roues-clés 14-18 sont ainsi libérées et l'on peut faire varier leurs positions angulaires respectives autour de l'arbre 6.
L'arbre ,2 porte en outre une roue dentée 31, soli-
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daire d'une douille 32, montée sur le dit arbre, et dans laauelle est ménagée une entaille longitudinale où s'engage un goujon 33, fixé dans l'arbre 2 (figs. 2 et 5). La roue dentée 31 ne peut donc prendre part qu'à la rotation de l'arbre 7, mais non à ses mouvements de coulissement.
Un doigt d'avancement 34, fixé à l'arbre 9, coopère avec la roue 31. Chaque fois que l'arbre 9 effectue un tour complet, ce doigt fait avancer d'un pas la roue dentée 31, ainsi que les autres roues dentées 24-28 de l'arbre 2, toutes ces roues dentées ayant le même nombre de dents, dix, par exemple.
Les roues dentées 19-23, qui sont solidaires, chacune, d'une des roues-clés 14-18, ont toutes un nombre différent de dents. Leurs nombres de dents sont choisis de manière à ne pas avoir de facteurs communs. Dans l'exem- ple choisi, les roues 19-23 ont respectivement: dix-sept, dix neuf,-vingt et une, vingt trois et vingt cinq dents. On obtient ainsi que les roues-clés ne reviennent aux mêmes positions réciproques qu'après un très grand nombre de dé- placements. Ce nombre est le produit des nombres des dents de toutes ces roues dentées. Dans l'exemple choisi, il est donc égal à: 17 x 19 x 21 x 23 x 25 = 3.900.225.
Les roues-clés présentent près de leur périphérie, des trous parallèles à leur axe, en nombre égal à celui de leurs dents. Ces trous reçoivent des ergots cylindriques 35. dont la longueur est supérieure à l'épaisseur des roues- clés. Ces ergots sont déplaçables latéralement, de sorte qu'on peut les amener à faire saillie sur une face ou sur l'autre des roues-clés. Ils sont fixés dans l'une ou l'au-
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tre de ces positions par des ressorts de blocage ou autres moyens appropriés (non représentés). La tranche des roues- clés porte, répartis sur sa périphérie, des signes qui, dans l'exemple choisi, sont des lettres de l'alphabet. Ces signes viennent se présenter un à un devant des fenêtres de lecture 36, ménagées dans le couvercle 5. Ils ont pour but de permettre de repérer la position des différentes roues-clés.
Pour faciliter la manoeuvre des roues-clés, en vue du changement de leurs positions angulaires réciproques, on a muni chacune d'elles d'un cordon saillant moleté90,acces- sible par les ouvertures 36.
Les roues dentées 19-23 sont immobilisées, cha- cune par un cliquet tel que 37 (fig. 4)en prise avec elle, dans la position qui permet l'engrènement avec les roues 24-28, quand l'arbre 2 est ramené à sa position normale après un réglage des positions réciproques des roues-clés.
Sur l'arbre est montée une cage cylindrique, s'étendant le long des roues-clés. Cette cage est formée par deux disques 38, calés sur le dit arbre, et d'un certain nombre de barres 39, susceptibles de coulisser dans des encoches périphériques radiales des disques 38. Ces barres n'occupent qu'une partie de la circonférence des disques 38.
Elles sont retenues dans ces encoches par les colliers 40, situés, chacun vers une extrémité de la cage. Les barres qui, dans l'exemple choisi, sont au nombre de vingt cinq, peuvent être poussées vers la gauche, à partir de la position indiquée à la fig. 2, d'une distance telle que leurs extrémités gauches 41 engrènent, quand on fait tourner la cage dans la direction de la flèche 13 (fig. 4), avec la
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denture d'une roue dentée 42, montée sur un tourillon de la flasque , Les barres 39 sont immobilisées dans leurs deux positions extrêmes, soit par le frottement, soit par tout autre moyen de blocage (non représenté). Chaque barre 39 porte, entre les colliers 40, une dent radiale 43, en saillie sur la périphérie de la cage.
Ces dents sont réparties en cinq groupes situés, chacun, sensiblement dans le plan d'une des roues-clés. Dans l'exemple choisi, une barre 39 a sa dent dans le plan de la roue 18, deux l'ont dans le plan de la roue 17, quatre dans le plan de la roue 16, huit dans le plan de la roue 15 et dix dans le plan de la roue 14. Le nombre des barres à dent de chaque groupe est ainsi tel qu'un nombre de barres compris entre une et vingt cinq peut être poussé vers la gauche par l'intermédiaire de dents 43 d'un ou plusieurs groupes.
Le déplacement des barres 39 vers la gauche s'effectue par l'intermédiaire de bras directeurs 44, qui sont placés chacun à la gauche d'une roue-clé et qui sont montés sur l'arbre 8, de manière à pouvoir pivoter sur celui-ci.
Chacun de ces bras est muni d'un mentonnet 44a (fig. 4), poussé vers la roue-clé correspondante par l'effet d'un ressort tel que 47, agissant sur le bras 44. Ce mentonnet se trouve sur le trajet des ergots 35, en saillie sur la face gauche de la roue-clé correspondante. Quand un tel ergot vient agir sur un mentonnet 44a, il fait osciller le bras 44 intéressé et amène l'extrémité libre de celui-ci contre la périphérie de la cage 38-39, comme représenté par les figs. 2 et 4, pour les roues-clés 14-16-18. L'extrémité libre de chacun des bras 44 est courbée, de manière à former u ne rampe oblique 45.
Quand la cage 38-39 tourne autour de
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son axe, les extrémités 45 des bras 44 basculés contre la cage par l'effet d'un ergot 35, sont rencontrées par les dents 43 des séries correspondantes et repoussent vers la gauche les barres qui portent ces dents. Les extrémités gauches des dites barres forment ainsi une sorte de secteur denté engrenant avec la roue dentée 42. Pour repousser à leur position initiale les barres 39 déplacées, on a fixé à la flasque .2. une rampe 46. La cage continuant à tourner, cette rampe directrice agit sur les extrémités gauches des barres qui ont engrené avec la roue dentée 42. Elle repousse ces barres dans la position initiale que montre la fig. 2.
Quand les bras 44 ne sont pas basculés vers la cage par l'effet d'un ergot 35, ils sont maintenus par leur ressort 47. C'est ce qui est représenté sur la fig. 2 pour les bras correspondant aux roues-clés 15 et 17. Les rampes directrices 45 des bras 44 qui sont dans cette position se trouvent en dehors du trajet circulaire des dents 43.. Les barres 39 correspondantes ne sont donc pas poussées à gauche quand la cage tourne, et leurs extrémités gauches ne viennent pas engrener avec la roue dentée 42.
Du côté gauche de l'appareil se trouve un tambour indicateur 48. Ce tambour porte sur sa périphérie la série des signes primaires. Dans l'exemple choisi, ces signes sont les vingt six lettres de l'alphabet international, rangées dans le sens habituel, de A à Z. Le disque 48 est fixé à l'extrémité gauche d'un arbre tubulaire 49, monté fou sur l'arbre 6. L'extrémité droite de cet arbre porte une roue dentée 50, dont le nombre de dents est le même que le nombre des signes figurant sur le tambour 48 (soit vingt
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six dents, dans le cas présent). Sur l'arbre tubulaire 49 est monté fou un second arbre tubulaire 51. Cet arbre porte des organes donnant les signes secondaires.
Ces organes comprennent d'une part un tambour de lecture 52 et, d'autre part, une roue imprimante 53, montés respectivement à l'extrémité droite et à l'extrémité gauche de l'arbre 51. Le tambour de lecture 52 porte, sur sa circonférence, la série des signes secondaires, représentés, dans le cas présent, par les mêmes lettres que celles qui figurent sur le tambour indicateur 48, mais rangées en sens inverse, c'est-à-dire de Z à A. Ces signes viennent se présenter un à un devant une fenêtre de lecture 54 du couvercle 5. Le tambour 52 est pourvu, en vue de sa manoeuvre, d'un cordon moleté.
La roue imprimante 53 sert à enregistrer les signes secondaires, de la manière indiquée ci-après. Elle porte la même série de signes que le tambour 52 et dans le même ordre. Mais, les caractères sont en relief, inversés latéralement, et décalés, par rapport aux lettres du tambour 52, d'un certain angle qui dépend de l'endroit où se produit l'impression. De cette manière, le signe imprimé est le même que celui qui se présente à la fenêtre 54.
Prés de la roue dentée 50 de l'arbre 49, une seconde roue dentée 55, de mêmes dimensions, est fixée sur l'arbre 51. La roue 55 engrène toujours avec la roue 42 dont il a été question ci-dessus, et qui peut être actionnée par les extrémités gauches des barres 39 déplacées. Les deux roues dentées 50. 55, ainsi que les organes d'indication 48 et de traduction 52. 53, montés sur les arbres tubulaires 49 et /, peuvent être accouplés (pour synchroniser leurs
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mouvements) par l'intermédiaire d'une roue dentée 56 (fig. 5) suffisamment large pour pouvoir engrener simultanément avec les deux roues dentées 50, 55. Pour rendre indépendants les deux systèmes 48, 50 et 52, 53, 55, la roue 56 peut être basculée hors de la prise des roues dentées 50, 55.
A cet effet, le tourillon de la roue dentée 56 est monté vers l'extrémité du levier 57 susceptible de pivoter sur l'arbre 8. Le levier 57 est lié par la douille 60 à un autre levier 59, dont l'extrémité libre est appuyée sur la came 58 de l'arbre 9, par l'effet d'un ressort qui agit sur le levier 57, par l'intermédiaire d'un cliquet 62, en prise avec la roue 56. Les mouvements du levier 57 sont ainsi régis par la came 58.
Quand la roue dentée 56 est dégagée des roues 55, 50, celles-ci sont maintenues immobiles par des leviers de blocage. Ainsi, à la roue 55 correspond le levier de blocage 61, poussé vers la dite roue par un ressort relativement faible, permettant de changer la position de la roue 55 d'un nombre arbitraire de pas. La roue 56 est retenue par soncliquet 62 déjà mentionné. Enfin, la roue 50 est immo- bilisée par le levier de blocage 64. Celui-ci porte, à cet effet, un bras 65, se terminant en une fourchette, qui reçoit une cheville 100, en saillie sur la face arrière du levier 57. Quand le levier 57 pivote en déclenchant les roues dentées 50, 55, le levier de blocage 64 est ainsi forcé par ce mouvement contre la denture de la roue dentée 50.
Le mécanisme d'impression des lettres secondaires est constitué comme suit : le côté gauche de l'appareil porte, sensiblement dans le prolongement de l'arbre ,2, un bout d'arbre 66, supportant un rouleau de papier 67 (repré-
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senté en pointillé sur la fig. 2). Le papier est utilisé sous la forme d'une bande étroite, comme dans les télégraphes imprimants. La bande de papier passe, comme représenté par la fig. 3, autour d'un cylindre-guide fixe 68, presque tangent à la roue d'impression 53. Ce cylindre-guide s'étend sur une partie seulement de la largeur de la bande de papier.
Sur le reste de la largeur du papier, qui ne doit pas recevoir d'impression, la bande de papier est en contact avec un rouleau d'entraînement 69, concentrique à 58, de même diamètre que celui-ci, et monté fou sur l'arbre 2, par l'intermédiaire de la douille 70. Un galet 71 appuie la bande de papier contre le rouleau entraîneur, dont la périphérie est de préférence moletée. A son extrémité droite, qui se trouve à l'intérieur de l'appareil, la douille 70 porte une roue dentée 72,en prise avec un cliquet d'entraînement 73 (iig. 6). Ce cliquet s'articule sur un levier 74, susceptible d'osciller sur l'arbre 8. L'extrémité du levier 74 est appliquée par un ressort 75 contre une came 76, montée sur l'arbre 9.. Il s'ensuit que le levier 74 oscille quand l'arbre 9 tourne.
Comme le cliquet 73 participe à ce mouvement, la roue dentée 72 est avancée d'une dent pour chaque révolution de l'arbre 3.. Le mouvement de la roue dentée 72 est transmis au rouleau 69 qui, à son tour, entraîne le papier de la longueur convenable entre deux lettres. L'impression des caractères de la roue imprimante 53 est effectuée par un levier, monté sur la face intérieure de la joue 1. Ce levier, susceptible de pivoter sur l'arbre 8, comporte deux bras 77, 78 (fig. 6) . L'extrémité 22 du bras 77 est courbée en équerre. Elle passe à travers l'ou-
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verture 80 de la joue 1 et fait saillie à l'extérieur de celle-ci, dans le cylindre-guide 68, à l'endroit où ce cylindre se rapproche le plus de la roue d'impression 53.
La circonférence du cylindre-guide 68 est interrompudans cette région où le bras 79 du levier 78 porte le marteau 81, destiné à venir frapper derrière la bande de papier, pour l'appliquer sur le caractère à imprimer. Ce caractère a été pendant une rotation précédente de la roue d'impression, encré par le rouleau encreur 82, appuyé contre la dite roue. La frappe du marteau 81 est régie par la came 83, montée sur l'arbre 9 (fig. 6). Cette came présente une dépression où l'extrémité du bras tombe, par l'effet de la tension du ressort 84, quand l'arbre tourne.
La roue imprimante et le rouleau de papier sont protégés par une garde métallique , fixée à la joue 1 du bâti, et par une plaque 86, fixée par un écrou 87, qui est vissé sur le bout de l'arbre 66.
L'appareil cryptographique qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante :
Tout d'abord, l'appareil est mis au point, en vue de la correspondance avec d'autres appareils identiques.
Cette mise au point est faite suivant des règles arrêtées au préalable entre les correspondants. Elle consiste à placer d'abord, comme convenu, certains des ergots 35 de chaque roue-clé 14-18, dans leur position active, c'est-àdire à gauche (fig. 2). On découple ensuite les roues-clés 14-18 en poussant sur le bouton 30, de manière à faire cesser l'engrènement des roues dentées 24-28 avec les roues dentées 19-23 solidaires des roues-clés. On fait alors tourner les roues-clés à la main, pour rendre visibles, par les
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ouvertures 36 du couvercle 5, certaines lettres convenues.
On fait également tourner le tambour indicateur 48 pour amener une lettre convenue devant l'index 88, porté par la garde 85, puis on agit de même sur le tambour traducteur 52, pour amener une certaine lettre convenue dans la fenêtre 54.
Pour rendre possible la mise au point du tambour 52, on fait tourner la manivelle 11 dans un sens ou dans l'autre, pour faire cesser l'accouplement entre les deux tambours. On peut alors faire tourner le tambour 52, en agissant sur son cordon moleté, accessible par l'ouverture 54.
Quand tous les organes intéressés sont ainsi mis au point, de telle sorte qu'ils laissent apparaître une certaine combinaison de lettres, par exemple un mot-clé arbitrairement choisi, l'appareil est prêt pour le chiffrement ou le déchiffrement.
A la position de repos, représentée par le dessin, la cage 38-39 présente aux leviers 44 sa partie dépourvue de barres 39. Le levier 59 est dans l'encoche de la came 58, de sorte que les roues dentées 50, 55 sont solidarisées par le pignon 56.
Pour le chiffrement, on fait tourner le tambour 48, pour amener successivement toutes les lettres du message en langage clair devant l'index 88. Après chaque changement de lettres, on fait tourner la manivelle 11, dans le sens des aiguilles d'une montre, d'un tour, commençant et finissant dans la position montrée par les figs. 1 et 2. Il en résulte que la cage 38-39 fait un tour dans le sens de la flèche 13 (fig. 4), Au cours de cette rotation, les bar-
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res 38 dont les dents 43 passent devant des bras directeurs 44 basculés à leur position active par des ergots actifs des roues-clés, se trouvent déplacées vers la gauche. Pendant la suite du mouvement de la cage 38-39, les extrémités gauches de ces barres engrènent avec la roue dentée 42, qui tourne d'un nombre de dents égal à celui des barres 39 déplacées à gauche.
L'accouplement entre les deux roues 50 et 55 a cessé dès le début de la rotation de la cage 38-39, par l'effet de la came 58 sur le levier 59, comme expliqué ci-dessus. La roue dentée 55, qui engrène toujours avec la roue 42, est déplacée du même nombre de dents que celle-ci, en entraînant le tambour traducteur 52 et la roue imprimante 53. tandis que la roue dentée 50 et le tambour indicateur 48 restent immobiles à la position qu'on leur avait donnée.
Les bras-guides 44 occupant la position que montre la fig. 2, un tour de la cage 38-39 provoque le déplacement vers la gauche des groupes de barres comprenant une, quatre et dix dents 43. La roue dentée 42 et, par conséquent, la roue dentée 55, le tambour traducteur 52 et la roue imprimante 53 sont déplacés de quinze dents, c'est-àdire, par exemple, de la lettre A à la lettre P. Cette dernière lettre devient ainsi la lettre qui correspond à A dans le texte chiffré.
Pendant la rotation de la cage 38-39, la came 76 fait effectuer au bras un mouvement oscillant qui entraîne la bande de papier de la distance convenable, après quoi la came 83 laisse osciller brusquement le levier 78, provoquant ainsi la frappe du marteau 81 et, par suite, l'impression de la lettre voulue.
Quand la dernière barre 39 a dépassé la roue dentée
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42, le doigt vient agir sur une dent de la roue dentée 31 et la fait avancer d'un pas. Avant la fin de la rotation de la cage 38-39, toutes les barres 39 déplacées ont été renvoyées à leur position initiale par l'effet de la rampe 46. L'appareil est alors prêt pour le chiffrement de la lettre suivante du texte clair.
Le déchiffrement s'effectue de la même manière que le chiffrement. L'appareil est d'abord mis au point sur la combinaison de lettres ou mot-clé convenues. On amène ensuite successivement devant l'index 88 les lettres composant le message chiffré avec un tour de la manivelle 11 entre chaque lettre. On lit le texte clair reconstitué, soit à la fenêtre 54, soit imprimé, sur la bande de papier 67. Cela résulte de ce que les signes primaires figurant sur le tambour indicateur 48 et les signes secondaires figurant sur le tambour traducteur 52 et la roue imprimante sont réciproques, c'est-à-dire sont les mêmes, bien que rangés dans un ordre inverse. Le décalage entre les signes du texte clair et les signes du texte chiffré est ainsi toujours égal, ce qui est d'ailleurs déjà connu et utilisé dans d'autres appareils cryptographiques.
Si par exemple, la lettre A du tambour indicateur 48 correspond à la lettre M sur le tambour traducteur 52, on obtient pour le même ordre de décalage entre ces deux tambours, que M sur le tambour indicateur corresponde à A sur le tambour traducteur.
Le mécanisme de décalage des signes secondaires sous la dépendance des roues-clés, tel qu'il vient d'être décrit, permet l'utilisation complète des possibilités, en ce qui concerne les décalages réalisables avec les séries de
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signes actuellement employées. Grâce à lui, on obtient des cryptogrammes absolument inviolables. Etant donné que l'appareil comporte un certain nombre d'éléments (représentés dans le cas présent par les barres à dent 39) qui peuvent être amenés en position active ou en position inactive, séparément ou par groupes convenablement composés, on peut obtenir tous les intervalles possibles de décalage, de 1 jusqu'à 25 pas.
Ces intervalles différents se succèdent suivant une loi, régie par les roues-clés, et dont la période est si longue qu'elle n'offre pas d'indices pouvant servir comme guides pour violer le secret du chiffrement. Cette période est définie par le produit du nombre des ergots des différentes roues-clés. Elle est, dans le cas présent, égale à 3. 900.225 signes. En choisissant un mot-clé différent pour chaque message à chiffrer, on a évidemment le moyen de chiffrer un très grand nombre de messages, sans qu'une partie des décalages employés pour l'un des messages se retrouve dans un message suivant. On peut enfin former un nombre véritablement astronomique de séries différentes d'intervalles de décalage, en changeant la combinaison des ergots actifs et inactifs dans les roues-clés.
Le secret des messages chiffrés, composés à l'aide d'un appareil suivant l'invention est donc pratiquement inviolable.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite ci-dessus et représentée, mais peut donner lieu à des variantes. Ainsi, le nombre de groupes d'organes prévus pour le décalage des éléments donnant les signes secondaires et la distribution de ces groupes peuvent être différents de ce qui est décrit et représenté, ainsi que le nombre de roues-clés. Les organes de décalage
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d'un même groupe peuvent être accouplés les uns aux autres et manoeuvrés par l'intermédiaire d'un organe unique, rem- plaçant les différentes dents 43. Ces organes peuvent aussi être réalisés sous une forme autre que celle de barres à dent. Ils peuvent être disposés sur un disque au lieu de former une cage, et être amenés à leurs deux positions par d'autres moyens que les roues-clés décrites ici.
En ce qui concerne les organes indicateurs et traducteurs, on peut les réaliser, sous la forme la plus simple, par un seul disque portant des signes et servant aussi bien pour l'indication des signes primaires que pour leur traduction en signes secondaires, après que le disque aura été déplacé de sa position d'indication. Il convien- drait alors de construire l'appareil d'une manière telle que, pour le déchiffrement, le disque soit déplacé du môme nombre de pas, (déterminé par la série d'intervalles employés) qu'en chiffrant, mais en sens inverse. On pour- rait aussi le déplacer dans le même sens pour chiffrer et pour déchiffrer, mais dans ce cas, les intervallesde déchif- @ frement devraient contenir des nombres de pas qui seraient complémentaires de ceux que contiennent les intervalles de chiffrement.
Par exemple, avec un alphabet de vingt six lettres, les intervalles 6 et 20 sont complémentaires. Ces conditions peuvent être réalisées en faisant déplacer le disque, au déchiffrement, par les barres à dent laissées en position inactive, au lieu d'utiliser à cet effet les barres poussées à gauche. De plus, le tambour indicateur, le tambour traducteur et la roue imprimante peuvent être accouplés en permanence, au lieu de l'être d'une façon in-
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termittente. Le tambour traducteur peut aussi porter ses signes dans un ordre tout à fait différent de celui des signes du tambour indicateur.
Dans ce cas, il faut avoir recours, pour le déchiffrement, à un autre appareil, identique en ce qui concerne le mécanisme de déplacement et les roues-clés, mais dont le tambour indicateur porte les mêmes signes que le tambour traducteur de l'appareil de chiffrement,rangés toutefois dans un ordre inverse, le tambour traducteur de l'appareil de déchiffrement portant en outre les. signes du tambour indicateur de l'appareil de chiffrement, en sens inverse.
On pourrait aussi concevoir des appareils munis de disques doubles pour l'indication et la traduction, ainsi que les roues imprimantes doubles. On se servirait alors alternativement d'un groupe: disque indicateurdisque traducteur-roue imprimante, pour le chiffrement et de l'autre groupe pour le déchiffrement. Enfin, on pourrait aussi employer les deux roues imprimantes simultanément, en chiffrant et en déchiffrant, l'une de ces roues imprimant le texte primaire, l'autre, le texte secondaire.
Les organes indicateurs peuvent aussi être réalisés sous la forme d'un clavier, indiquant les signes primaires à l'aide de touches correspondantes.
Le mécanisme de décalage peut, bien entendu, être utilisé dans d'autres appareils cryptographiques, comme par exemple ceux qui sont munis de commutateurs, c'est-à-dire, dans des appareils électriques ou électromécaniques. Dans ce cas, le mécanisme de décalage peut agir sur les commutateurs soit directement, soit par l'intermédiaire de relais électromagnétiques.
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PATENT
EMI1.1
"CRYPTOGRAPHIC APPARATUS"
The present invention relates to apparatuses intended to transform a message in plain language into an encrypted message and vice versa.
These devices generally include a mechanism which shifts, between each selection of a primary sign (clear text sign during encryption, sign of the cryptogram during decryption) the device giving the corresponding secondary sign (sign of the cryptogram during encryption, sign of the clear text during decryption), or used to check or select this sign. The secondary signs can be given by any of the means used in cryptographic devices: reading by lamps, printing, typewriter.
With the shift mechanisms used so far, the shifts take place according to an immutable law. We do not have
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so there are not enough variation possibilities to ensure the security of the encryption.
The object of the present invention is a shift mechanism which lends itself to maximum variation and thus makes it possible to produce practically inviolable cryptograms.
This mechanism is characterized in that it is provided with shifting elements capable of being brought to an active position or to an inactive position, with a view to an arbitrary variation of the number of simultaneously active elements, and, consequently , the number of steps of the shift.
The apparatus provided with the mechanism according to the invention is of a relatively simple construction, it is easy to use and sufficiently small in size to be able to carry it in a pocket.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of an apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a front elevation view.
Fig. 2 is a plan view, the cover being assumed to have been removed and certain components partially interrupted or shown diagrammatically, for the sake of greater clarity of the assembly.
Fig. 3 is a view of the left side of the previous one, with partial section.
Figs. 4 to 6 are cross sections, taken respectively along A-A, B-B and C-C of fig. 20
Most of the parts of the machine are contained in a box, which at the same time serves as a frame.
This box consists of a bottom, partly forming the longitudinal faces, two flanges with bearings 1 and 2 fixed
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at the bottom 4 and a removable cover. As shown, this cover is separable, but it could also be joined to the bottom 4 by hinges. The frame also includes a bearing flange 3, fixed to the bottom 4.
In the bearings of the frame are mounted parallel shafts 6, 7, 8 and 9. Shafts 6 and 8 are stationary in their bearings, while the shaft can rotate and the shaft 2 can rotate and slide longitudinally.
On the shaft is fixed a toothed wheel 10. which meshes with another toothed wheel 12, fixed on the crank shaft 11. This makes it possible to rotate the shaft ± in the direction of arrow 13 (fig. 4), when you turn it clockwise.
On shaft 6 are mounted five key wheels
14-18. These key wheels are each integral with one of the toothed wheels 19-23, which mesh respectively with one of the toothed wheels 24-28, fixed on the shaft 7.
The shaft '2 is held by a spring 29 in the position shown in FIG. 2, position for which the wheels 19-23 mesh, each with the corresponding wheel 24-28.
By exerting a push on the button 30. carried by the left end of the shaft 7, on the outside of the cheek 1, (fig. 2), this shaft is made to slide and the meshing is stopped. between wheels 19-23 and 24-28. The key wheels 14-18 are thus released and their respective angular positions can be varied around the shaft 6.
The shaft 2 also carries a toothed wheel 31, solid
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daire of a sleeve 32, mounted on said shaft, and in laauelle is formed a longitudinal notch which engages a pin 33, fixed in the shaft 2 (figs. 2 and 5). The toothed wheel 31 can therefore only take part in the rotation of the shaft 7, but not in its sliding movements.
An advancing finger 34, fixed to the shaft 9, cooperates with the wheel 31. Each time that the shaft 9 makes a complete revolution, this finger advances the toothed wheel 31 by one step, as well as the other wheels. toothed 24-28 of the shaft 2, all these toothed wheels having the same number of teeth, ten, for example.
The toothed wheels 19-23, which are each integral with one of the key wheels 14-18, all have a different number of teeth. Their numbers of teeth are chosen so as not to have any common factors. In the example chosen, the wheels 19-23 have respectively: seventeen, nineteen, twenty-one, twenty three and twenty five teeth. It is thus obtained that the key wheels do not return to the same reciprocal positions until after a very large number of movements. This number is the product of the numbers of the teeth of all these gears. In the example chosen, it is therefore equal to: 17 x 19 x 21 x 23 x 25 = 3,900,225.
The key wheels have, near their periphery, holes parallel to their axis, in a number equal to that of their teeth. These holes receive cylindrical lugs 35, the length of which is greater than the thickness of the key wheels. These lugs are movable laterally, so that they can be made to protrude on one face or the other of the key wheels. They are fixed in one or the other
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from these positions by locking springs or other appropriate means (not shown). The edge of the key wheels bears, distributed around its periphery, signs which, in the example chosen, are letters of the alphabet. These signs are presented one by one in front of the reading windows 36, provided in the cover 5. Their purpose is to make it possible to identify the position of the various key wheels.
To facilitate the maneuvering of the key wheels, with a view to changing their reciprocal angular positions, each of them has been provided with a knurled protruding bead90, accessible through the openings 36.
The toothed wheels 19-23 are immobilized, each by a pawl such as 37 (fig. 4) engaged with it, in the position which allows the meshing with the wheels 24-28, when the shaft 2 is brought back. to its normal position after adjusting the reciprocal positions of the key wheels.
On the shaft is mounted a cylindrical cage, extending along the key wheels. This cage is formed by two discs 38, wedged on said shaft, and a certain number of bars 39, capable of sliding in radial peripheral notches of the discs 38. These bars occupy only part of the circumference of the discs. discs 38.
They are retained in these notches by the collars 40, each located towards one end of the cage. The bars which, in the example chosen, are twenty-five in number, can be pushed to the left, from the position indicated in fig. 2, from a distance such that their left ends 41 mesh, when the cage is rotated in the direction of arrow 13 (fig. 4), with the
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teeth of a toothed wheel 42, mounted on a journal of the flange, the bars 39 are immobilized in their two extreme positions, either by friction or by any other locking means (not shown). Each bar 39 carries, between the collars 40, a radial tooth 43, projecting from the periphery of the cage.
These teeth are divided into five groups, each located substantially in the plane of one of the key wheels. In the example chosen, a bar 39 has its tooth in the plane of the wheel 18, two have it in the plane of the wheel 17, four in the plane of the wheel 16, eight in the plane of the wheel 15 and ten in the plane of the wheel 14. The number of toothed bars in each group is thus such that a number of bars between one and twenty five can be pushed to the left by means of teeth 43 of one or more. several groups.
The movement of the bars 39 to the left is effected by means of steering arms 44, which are each placed to the left of a key wheel and which are mounted on the shaft 8, so as to be able to pivot on that -this.
Each of these arms is provided with a chin 44a (fig. 4), pushed towards the corresponding key wheel by the effect of a spring such as 47, acting on the arm 44. This chin is on the path of the arms. lugs 35, projecting on the left face of the corresponding key wheel. When such a lug acts on a chin 44a, it causes the interested arm 44 to oscillate and brings the free end thereof against the periphery of the cage 38-39, as shown in FIGS. 2 and 4, for the 14-16-18 key wheels. The free end of each of the arms 44 is curved, so as to form an oblique ramp 45.
When the cage 38-39 turns around
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its axis, the ends 45 of the arms 44 tilted against the cage by the effect of a lug 35, are encountered by the teeth 43 of the corresponding series and push the bars which carry these teeth to the left. The left ends of said bars thus form a sort of toothed sector meshing with toothed wheel 42. To push the displaced bars 39 back to their initial position, the flange .2 has been fixed. a ramp 46. The cage continuing to rotate, this guide ramp acts on the left ends of the bars which have meshed with the toothed wheel 42. It pushes these bars back into the initial position shown in FIG. 2.
When the arms 44 are not tilted towards the cage by the effect of a lug 35, they are held by their spring 47. This is what is shown in FIG. 2 for the arms corresponding to the key wheels 15 and 17. The guide ramps 45 of the arms 44 which are in this position are located outside the circular path of the teeth 43. The corresponding bars 39 are therefore not pushed to the left when the cage rotates, and their left ends do not mesh with toothed wheel 42.
On the left side of the apparatus is an indicator drum 48. This drum carries on its periphery the series of primary signs. In the example chosen, these signs are the twenty six letters of the international alphabet, arranged in the usual direction, from A to Z. The disc 48 is fixed to the left end of a tubular shaft 49, mounted idle on shaft 6. The right end of this shaft carries a toothed wheel 50, the number of teeth of which is the same as the number of signs appearing on the drum 48 (i.e. twenty
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six teeth, in this case). A second tubular shaft 51 is mounted on the tubular shaft 49. This shaft carries members giving the secondary signs.
These members comprise on the one hand a reading drum 52 and, on the other hand, a printing wheel 53, respectively mounted at the right end and at the left end of the shaft 51. The reading drum 52 carries, on its circumference, the series of secondary signs, represented, in the present case, by the same letters as those which appear on the indicator drum 48, but arranged in the opposite direction, that is to say from Z to A. These The signs appear one by one in front of a reading window 54 of the cover 5. The drum 52 is provided, for its operation, with a knurled bead.
The printing wheel 53 is used to register secondary signs, as shown below. It bears the same series of signs as drum 52 and in the same order. But, the characters are raised, laterally inverted, and offset, with respect to the letters of the drum 52, by a certain angle which depends on where the printing occurs. In this way, the printed sign is the same as that which appears at window 54.
Near the toothed wheel 50 of the shaft 49, a second toothed wheel 55, of the same dimensions, is fixed on the shaft 51. The wheel 55 still meshes with the wheel 42 which has been discussed above, and which can be operated by the left ends of the displaced bars 39. The two toothed wheels 50. 55, as well as the indicating members 48 and translation 52. 53, mounted on the tubular shafts 49 and /, can be coupled (to synchronize their
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movements) by means of a toothed wheel 56 (fig. 5) large enough to be able to mesh simultaneously with the two toothed wheels 50, 55. To make the two systems 48, 50 and 52, 53, 55 independent, the wheel 56 can be tilted out of the engagement of the toothed wheels 50, 55.
For this purpose, the journal of the toothed wheel 56 is mounted towards the end of the lever 57 capable of pivoting on the shaft 8. The lever 57 is linked by the sleeve 60 to another lever 59, the free end of which is pressed on the cam 58 of the shaft 9, by the effect of a spring which acts on the lever 57, by means of a pawl 62, in engagement with the wheel 56. The movements of the lever 57 are thus governed by cam 58.
When the toothed wheel 56 is disengaged from the wheels 55, 50, the latter are held stationary by locking levers. Thus, to the wheel 55 corresponds the locking lever 61, pushed towards said wheel by a relatively weak spring, making it possible to change the position of the wheel 55 by an arbitrary number of steps. The wheel 56 is retained by its pawl 62 already mentioned. Finally, the wheel 50 is immobilized by the locking lever 64. The latter carries, for this purpose, an arm 65, terminating in a fork, which receives a pin 100, projecting on the rear face of the lever 57 When the lever 57 pivots by releasing the toothed wheels 50, 55, the locking lever 64 is thus forced by this movement against the teeth of the toothed wheel 50.
The secondary letter printing mechanism is made up as follows: the left side of the device carries, substantially in the extension of the shaft, 2, a shaft end 66, supporting a paper roll 67 (shown
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felt in dotted lines in fig. 2). The paper is used in the form of a narrow strip, as in printing telegraphs. The paper strip passes, as shown in fig. 3, around a fixed guide cylinder 68, almost tangential to the printing wheel 53. This guide cylinder extends over only part of the width of the paper web.
Over the rest of the width of the paper, which must not receive printing, the paper web is in contact with a drive roller 69, concentric at 58, of the same diameter as this, and mounted idle on the 'shaft 2, via the sleeve 70. A roller 71 presses the strip of paper against the drive roller, the periphery of which is preferably knurled. At its right end, which is inside the apparatus, the socket 70 carries a toothed wheel 72, engaged with a driving pawl 73 (fig. 6). This pawl is articulated on a lever 74, capable of oscillating on the shaft 8. The end of the lever 74 is applied by a spring 75 against a cam 76, mounted on the shaft 9. It follows that the lever 74 oscillates when the shaft 9 turns.
Since the pawl 73 participates in this movement, the toothed wheel 72 is advanced by one tooth for each revolution of the shaft 3. The movement of the toothed wheel 72 is transmitted to the roller 69 which, in turn, drives the paper. the correct length between two letters. The printing of the characters of the printing wheel 53 is effected by a lever, mounted on the inner face of the cheek 1. This lever, capable of pivoting on the shaft 8, comprises two arms 77, 78 (FIG. 6). The end 22 of the arm 77 is curved at right angles. She goes through the ou-
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opening 80 of the cheek 1 and protrudes outside thereof, into the guide cylinder 68, at the point where this cylinder comes closest to the printing wheel 53.
The circumference of the guide cylinder 68 is interrupted in this region where the arm 79 of the lever 78 carries the hammer 81, intended to strike behind the strip of paper, in order to apply it to the character to be printed. This character was during a previous rotation of the printing wheel, inked by the ink roller 82, pressed against said wheel. The impact of the hammer 81 is governed by the cam 83, mounted on the shaft 9 (FIG. 6). This cam has a depression where the end of the arm falls, by the effect of the tension of the spring 84, when the shaft turns.
The printing wheel and the paper roll are protected by a metal guard, fixed to the cheek 1 of the frame, and by a plate 86, fixed by a nut 87, which is screwed onto the end of the shaft 66.
The cryptographic device which has just been described operates as follows:
First, the device is tuned for correspondence with other identical devices.
This adjustment is made according to rules previously agreed between the correspondents. It consists in placing first, as agreed, some of the pins 35 of each key wheel 14-18, in their active position, that is to say on the left (FIG. 2). The key wheels 14-18 are then decoupled by pushing the button 30, so as to stop the meshing of the toothed wheels 24-28 with the toothed wheels 19-23 integral with the key wheels. The key wheels are then rotated by hand, to make visible, by the
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openings 36 of the cover 5, certain letters agreed.
The indicator drum 48 is also rotated to bring an agreed letter in front of the index 88, carried by the guard 85, then the same action is taken on the translator drum 52, to bring a certain agreed letter into the window 54.
To make the focusing of the drum 52 possible, the crank 11 is rotated in one direction or the other, to stop the coupling between the two drums. The drum 52 can then be rotated by acting on its knurled bead, accessible through the opening 54.
When all the parts involved are so focused, so that they show a certain combination of letters, for example an arbitrarily chosen keyword, the device is ready for encryption or decryption.
In the rest position, represented by the drawing, the cage 38-39 presents to the levers 44 its part without bars 39. The lever 59 is in the notch of the cam 58, so that the toothed wheels 50, 55 are secured by the pinion 56.
For the encryption, the drum 48 is rotated, in order to bring all the letters of the message in plain language successively in front of the index 88. After each change of letters, the crank 11 is rotated clockwise. , in one turn, starting and ending in the position shown in figs. 1 and 2. The result is that the cage 38-39 makes one turn in the direction of arrow 13 (fig. 4). During this rotation, the bars
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res 38 whose teeth 43 pass in front of the steering arms 44 tilted to their active position by active lugs of the key wheels, are moved to the left. During the further movement of the cage 38-39, the left ends of these bars mesh with the toothed wheel 42, which rotates by a number of teeth equal to that of the bars 39 moved to the left.
The coupling between the two wheels 50 and 55 ceased from the start of the rotation of the cage 38-39, by the effect of the cam 58 on the lever 59, as explained above. The toothed wheel 55, which still meshes with the wheel 42, is moved by the same number of teeth as the latter, driving the translator drum 52 and the printing wheel 53. while the toothed wheel 50 and the indicator drum 48 remain stationary to the position they were given.
The guide arms 44 occupying the position shown in FIG. 2, one revolution of the cage 38-39 causes the groups of bars comprising one, four and ten teeth 43 to move to the left. The toothed wheel 42 and, consequently, the toothed wheel 55, the translator drum 52 and the wheel printer 53 are moved by fifteen teeth, that is to say, for example, from the letter A to the letter P. The latter letter thus becomes the letter which corresponds to A in the cipher text.
During the rotation of the cage 38-39, the cam 76 causes the arm to perform an oscillating movement which drives the paper web the suitable distance, after which the cam 83 lets the lever 78 oscillate sharply, thus causing the hammer to strike 81. and, consequently, printing of the desired letter.
When the last bar 39 passed the cogwheel
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42, the finger acts on a tooth of the toothed wheel 31 and causes it to advance by one step. Before the end of the rotation of the cage 38-39, all the displaced bars 39 have been returned to their initial position by the effect of the ramp 46. The apparatus is then ready for the encryption of the next letter of the clear text .
Decryption is done in the same way as encryption. The device is first tuned to the agreed letter or keyword combination. The letters making up the encrypted message are then brought successively in front of the index 88 with one turn of the crank 11 between each letter. The reconstituted clear text is read, either at the window 54 or printed, on the paper strip 67. This results from the fact that the primary signs appearing on the indicator drum 48 and the secondary signs appearing on the translator drum 52 and the wheel printer are reciprocal, that is, they are the same, although arranged in reverse order. The gap between the signs of the clear text and the signs of the cipher text is thus always equal, which is moreover already known and used in other cryptographic devices.
If, for example, the letter A of the indicator drum 48 corresponds to the letter M on the translator drum 52, we obtain, for the same order of shift between these two drums, that M on the indicator drum corresponds to A on the translator drum.
The mechanism for shifting the secondary signs dependent on the key wheels, as has just been described, allows the full use of the possibilities, as regards the shifts achievable with the series of
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signs currently in use. Thanks to it, absolutely inviolable cryptograms are obtained. Since the apparatus comprises a certain number of elements (represented in the present case by the toothed bars 39) which can be brought into the active position or in the inactive position, separately or in suitably composed groups, all the functions can be obtained. possible shift intervals, from 1 to 25 steps.
These different intervals follow one another according to a law, governed by the key wheels, and whose period is so long that it does not offer any clues that can serve as guides to violate the secrecy of the encryption. This period is defined by the product of the number of lugs on the different key wheels. It is, in the present case, equal to 3,900,225 characters. By choosing a different keyword for each message to be encrypted, we obviously have the means to encrypt a very large number of messages, without part of the offsets used for one of the messages being found in a following message. Finally, we can form a truly astronomical number of different series of shift intervals, by changing the combination of active and inactive lugs in the key wheels.
The secrecy of encrypted messages, composed using an apparatus according to the invention is therefore practically inviolable.
Of course, the invention is not limited to the embodiment described above and shown, but may give rise to variants. Thus, the number of groups of members provided for the offset of the elements giving the secondary signs and the distribution of these groups may be different from what is described and represented, as well as the number of key wheels. Shift bodies
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of the same group can be coupled to each other and operated by means of a single member, replacing the different teeth 43. These members can also be produced in a form other than that of toothed bars. They can be arranged on a disc instead of forming a cage, and be brought to their two positions by means other than the key wheels described here.
As regards the indicating and translating organs, they can be produced, in the simplest form, by a single disc bearing signs and serving both for the indication of primary signs and for their translation into secondary signs, after the disc will have been moved from its indication position. It would then be advisable to construct the apparatus in such a way that, for decryption, the disk is moved by the same number of steps, (determined by the series of intervals used) as in encryption, but in the opposite direction. . It could also be moved in the same direction for encryption and for decryption, but in this case the decryption intervals would have to contain step numbers that would be complementary to those contained in the encryption intervals.
For example, with an alphabet of twenty six letters, the intervals 6 and 20 are complementary. These conditions can be achieved by causing the disc to move, during decryption, by the toothed bars left in the inactive position, instead of using the bars pushed to the left for this purpose. In addition, the indicator drum, the translator drum and the printing wheel can be permanently coupled, instead of being so interconnected.
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termittent. The translating drum can also carry its signs in an order quite different from that of the signs of the indicating drum.
In this case, it is necessary to have recourse, for the decryption, to another apparatus, identical as regards the movement mechanism and the key wheels, but whose indicator drum bears the same signs as the translating drum of the apparatus. encryption, however arranged in reverse order, the translator drum of the decryption apparatus further carrying the. signs of the indicator drum of the encryption machine, in reverse order.
It would also be possible to design devices fitted with double discs for indication and translation, as well as double printing wheels. One group would then be used alternately: indicator disc, translator disc-printer wheel, for encryption and the other group for decryption. Finally, one could also use the two printing wheels simultaneously, by encrypting and decrypting, one of these wheels printing the primary text, the other, the secondary text.
The indicating members can also be made in the form of a keyboard, indicating the primary signs by means of corresponding keys.
The shift mechanism can, of course, be used in other cryptographic devices, such as for example those which are provided with switches, that is to say, in electrical or electromechanical devices. In this case, the shift mechanism can act on the switches either directly or through electromagnetic relays.