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Chiffrierapparat. Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage
vom z. Juni 19 111 die Priorit;it auf Grund der Anmeldung in Schweden vom
28. September 1923 beansprucht. Die Erfindung bezieht sich auf einen Chiffrierapparat,
welcher infolge seiner Bauart gegenüber bisher gebauten handlichen Apparaten vergleichbarer
Art eine Vereinfachung der mechanischen Einzelheiten und eine dadurch bedingte Ermäßigung
der Anfertigungskosten und Abmessungen aufweist und gleichzeitig eine vereinfachte
Handhabung, ebenso -wie die Herstellung von Chiffrierungen verwickelterer Art und
mit längerer Mutationsperiode als bisher zuläßt.
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Ein Ausdehnen, soweit praktisch möglich, der Länge der dem Chiffrieren
zugrunde liegenden Reihe von verschiedenen Einstellungen der Chiffrierorgane im
Verhältnis zueinander, welche Reihe die aufeinanderfolgenden Möglichkeiten der Zeichensubstitutionen
im Laufe des Chiffrierens bestimmt und hier wie bei allen mechanischen Apparaten
periodisch werden muß, ist von größter Bedeutung für die Chiffresicherheit, welche
bekanntlich teilweise von dem Verhältnis zwischen der Periodenlänge der Mutationsreihe
und der Länge der Chiffre bzw. des zu chiffrierenden Textes abhängt.
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(Mit Mutationsreihe wird hier und in dem Folgenden die Zifferreihe
gemeint, deren Glieder die Abstände innerhalb einer gewissen Normalreihe »Alphabet«
zwischen den in klarem Text und Chiffre aufeinanderfolgenden entsprechenden Zeichen
angeben.) Außer von dem soeben erwähnten Verhältnis hängt die Chiffresicherheit
auch von der durch Erscheinungen in der Chiffre mehr oder weniger hervortretenden
Regelmäßigkeit der Mutationsreihe ab. Da bei Anwendung einer Normalreihe mit n Zeichen
nur n verschiedene Glieder in der Mutationsreihe eingehen können, müssen mehrere
oder weniger derselben in einer Reihe mit einer Periodenlänge an beispielsweise
x-n Gliedern zu verschiedenen Malen wiederholt werden. Da es unstreitig eintreten
kann und bei fortgesetztem Chiffrieren früher oder später eintreten muß, daß Wiederholungen
von Zeichenkombinationen im Text mit Wiederholungen von Kombinationen von Gliedern
der Mutationsreihe zusammenfallen, so können die Faktoren und Kongruenzverhältnisse
der Wiederholungsintervalle laut in der Kryptologie bekannten Gesetzen Anweisung
zu Wahrscheinlichkeitsfolgerungen, betreffend die mathematische Bauart der Mutationsreihe,
geben, welche in ihrer Ordnung die Deutung einer Chiffre durch Außenstehende erleichtern
können.
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Abgesehen von der Ausdehnung der Perioaenlänge ist es also bei jedem
Chiffrierapparat erwünscht, teils das Entstehen gleicher
Wiederholungsintervalle
und eine gleichförmige Verteilung derselben innerhalb der Mutationsperiode möglichst
weit zu verhindern, teils Primzahlintervalle zu ermöglichen ebenso wie solche, deren
Primfaktoren nicht dieselben sind wie die derjenigen, welche in den Bewegungsperioden
der mechanischen Organe des Apparates eingehen oder die Anordnung der Schlüsselorgane
bestimmen.
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Der Hauptzweck vorliegender Erfindung ist, diesen Wunsch soweit wie
möglich zu erreiciien. Ein anderer Zweck ist, einen schnellen und bequemen Austausch
der auf den ganzen Chiffrierverlauf einwirkenden Organe und die verschiedene Anordnung
und Einstellung dieser Organe im Verhältnis zueinander zu erleichtern.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines Chiffrierapparates
gemäß der Erfindung.
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Abb. i ist ein Längsschnitt und Abb. 2 ein Grundriß, teilweise im
Schnitt. Abb.3 ist ein Querschnitt, der die. Antriebsvorrichtung veranschaulicht.
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Abb. 4 zeigt die Anordnung der Kette, die infolge ihrer Zusammensetzung
einer beliebigen Zahlenreihe entspricht.
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In einem Kasten i von viereckigem Querschnitt ist eine. Achse :2 drehbar
gelagert, auf welcher zwei mittels Stangen 4 miteinander fest verbundene kreisförmige
Scheiben 3 befestigt sind. An dem Umkreise der Scheiben 3 sind in achsialer Richtung
angebrachte Stäbe 5 je an der Außenseite mit einer Zeichen-Normalreihe (einem Alphabet)
versehen und auswechselbar befestigt. Das von den Scheiben 3 und den Stäben 5 gebildete
Organ wird als >:Zylinder« bezeichnet.
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Auf der Achse 2 ist ferner ein Schaltrad 6 befestigt, mit dem eine
von einer Feder 7 beeinflußte Klinke 8 in Eingriff steht. Diese Klinke wird von
dem einen Arm eines zweiarmigen, auf der Achse 2 drehbar gelagerten Hebels 9 getragen,
dessen anderer Arm von einer an dem Kasten i befestigten Feder i o beeinflußt wird,
welche bestrebt ist, den Hebel 9 in der in Abb. 3 gezeigten Lage zu halten. Das
Schaltrad 6 hat eine der Anzahl der Stäbe 5 des »Zylinders« gleiche Anzahl Zähne.
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Auf der Achse :2 ist außerdem ein Schaltrad i r drehbar gelagert,
auf dessen Nabe ein Stiftrad 12 befestigt ist, welches von einer Mutter 13 mit Sperrmutter
14 festgehalten wird. In dem Stiftrad 12, welches aus zwei Scheiben zusammengesetzt
sein kann, sind in gleicher Entfernung voneinander radiale Ausbohrungen vorgesehen,
in welche Stifte 15 eingesetzt werden können.
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Das Stiftrad ist mit einem zylindrischen Flansch 16 versehen, auf
welchem Zeichen angebracht sind, und zwar eines für jedes Stiftloch im Stiftrad
12, dessen jeweilige Stellung also mittels dieser Zeichen durch eine kleine öifnung
17 (Abb. i) im Kasten i abgelesen «=erden kann. Das Schaltrad i i, welches auch
von der Klinke 8 beeinflußt wird, hat die gleiche Anzahl Zähne, wie das Stiftrad
12 Stiftlöcher hat, und diese Anzahl ist geringer als die Anzahl der Zähne des Schaltrades
6. Die beiden Zahnanzahlen sind im Verhältnis zueinander und zu den Bewegungen des
Hebels 9 so gewählt, daß der Hebel 9 bei voller Herabdrückung aus der in Abb.3 gezeigten
Lage das Schaltrad 6 um zwei Zahnlängen, aber das Schaltrad i i um nur eine Zahnlänge
bewegt. Die Drehung des Hebels 9 nach unten wird dadurch begrenzt, daß die Klinke
8 mit einem Sperrstift 18 in Eingriff gelangt. Die beiden Schalträder 6 und i i
werden mittels einer Sperrfeder i9 in ihren Lagen festgehalten.
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Durch die Stifte 15 des Stiftrades 12 wird ein mit Aussparungen für
die Stifte 12 versehenes .Treibrad 2o beeinflußt, welches auf einem in einem Lager
21 eingesetzten Zapfen 22 drehbar gelagert ist. Auf der Nabe des genannten Treibrades
sitzt ein achtseitiges Prisma 23, welches dazu dient, die Bewegungen des Treibrades
2o auf eine Kette zu übertragen, die aus Gelenken 24a und 24b von verschiedener
Höhe und in Übereinstimmung mit einer beliebigen Ziferreihe geordnet zusammengesetzt
ist. Diese Kette läuft um eine verstellbare Leitrolle 2.5. Jedesmal, wenn ein Stift
15 das Treibrad 2o beeinflußt, wird dieses um % einer Umdrehung gedreht, wobei die
Kette um eine Gelenklänge vorwärts bewegt wird. Gegen die Kette liegt gegenüber
dem Prisma 23 eine Rolle 26 an, die auf einem Zapfen am Ende eines Armes 27 gelagert
ist. Der Arm 27 ist an dem einen Ende einer Achse 28 befestigt, welche in einem
herausstehenden Teil des Lagers 21 gelagert ist. An dem anderen Ende der Achse 28
ist, um 9o° gegen den Arm 27 versetzt, ein Arm 29 befestigt, der durch ein Gelenk
3o mit einem auf der Achse 2 drehbar gelagerten Bügel 31 verbunden ist, welcher
von einer Feder 32 in solcher Weise beeinflußt wird, daß die Rolle 26 gegen die
Kette 24.a, 24b gedrückt gehalten wird. Wenn die Rolle 26 gegen ein niedriges Gelenk
24b anliegt, nimmt der Bügel 31 die mit vollen Linien in Abb. 3 gezeichnete Lage
ein, während er gezwungen wird, die mit Strichlinien in derselben Abbildung gezeichnete
Lage einzunehmen, wenn die Rolle 26 von einem hohen Kettengelenk 24a beeinflußt
wird. In der oberen Wandung des Apparatkastens ist eine längliche Ablesungsöffnung
34 angebracht, deren Größe zwei nebeneinanderliegenden Stäben des »Zylinders;<
entspricht.
Der Bügel 3r ist im-Verhältnis zu dieser Ablesungsöffnung
so angeordnet, daß er je nach seiner jeweiligen Lage den einen öder den anderen
der gerade unter der Ablesungsöffnung befindlichen Stäbe deckt, und ist an seiner
Außenseite mit einem Alphabet (Abb. 2) versehen.
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Wenn der jetzt beschriebene Apparat zum Chiffrieren verwendet werden
soll, wird der »Zylinder« 3, j mittels einer auf der Achse 2 außerhalb des Kastens
befindlichen geriffelten Scheibe 33 in eine vorher vereinbarte Lage eingestellt.
Je nach Vereinbarung wird vor oder nach ein- oder mehrmaligem Herabdrücken des Hebels
9 der dem ersten Buchstaben des Originaltextes entsprechende Buchstabe des auf dem
Bügel 31 befindlichen Alphabetes aufgesucht. Der diesem Buchstaben gegenüberliegende
Buchstabe in dem durch die Ablesungsöffnung 34 sichtbaren Zylinderalphabet wird
als erstes Zeichen der Chiffre aufgeschrieben. Nachher drückt man den Hebel 9 herab
und sucht den dem zweiten Textbuchstaben entsprechenden Buchstaben des Bügelalphabetes
auf und verzeichnet den diesem Buchstaben gegenüberstehenden Buchstaben des durch
die Ablesungsöffnung sichtbaren Zylinderalphabetes als zweites Chiffrezeichen und
wiederholt dann die entsprechende Manipulation für jedes folgende, Zeichen des Originaltextes.
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Daß ein Dechiffrieren einer mittels des oben beschriebenen Apparates
hergestellten Chiffre bewerkstelligt werden kann, geht daraus hervor, daß die verschiedenen
Alphabete bei dem Dechiffrieren dieselben relativen Stellungen wie bei dem Chiffrieren
nacheinander einnehmen werden.
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Ob die Zeichen des Bügelalphabetes und des Zylinderalphabetes in entgegengesetzter
Reihenfolge erscheinen, oder ob sie beliebig in paarweise reziproker Ordnung angebracht
sind, also nach einem der Typen: I. abcdef ghi j k1mnopqrstu v wxyz Il. zyxwvutsrqponmlkj
ihg fedcba edcbazyxwv utsrqponmlk jihgf jihgfedcbazyxwvtitsrqp onmlk usw., oder
I. abcdefghi jklmnopqrstu vv-xyz 1I. jmkxygfplacibvzhswqu tn rdeops j wihl f ecmgkz
uatvbqordnzy usw., wo I das Bügelalphabet und II die Zylinderalphabete bezeichnen,
ist ohne Bedeutung. Die Zeichensubstitutionen können in genau gleicher Weise sowohl
beim Chiffrieren als beim -Dechiffrieren geschehen.
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Sind dagegen die Bügel- und Zylinderalphabete einander regellos ungleich,
so müssen, wenn beim Chiffrieren Zeichensubstitutionen von dem Bügel- zu dem Zylinderalphabet
gemacht worden sind, -die entsprechenden Dechiffrierungssubstitutionen von dem Zylinder-
zu dem Bügelalphabet geschehen und umgekehrt.
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Um die Wirkungsweise des Apparates hinsichtlich der dein Chiffrieren
zugrunde lieaende=i Mutationsreihe zu erklären, wird im folgenden der Einfachheit
halber angenommen, daß sämtliche Zylinderalphabete dem Bügelalphabet gegenüber umgekehrte
Reihenfolge aufweisen und gegen die Bewegungsrichtung des Zylinders, gerechnet im
Verhältnis zueinander, um einen Schritt verschoben sind.
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Bei dem oben beschriebenen Apparat kann selbstverständlich eine beliebige
Anzahl Alphabetstäbe verwendet werden, aber aus leicht ersichtlichen Gründen soll
eine ungerade Anzahl gewählt werden. Gewisse Stäbe können an beliebigen Stellen
ausgelassen oder ohne Alphabete gelassen werden. Wenn dies der Fall ist, kann es
bei gewissen Gelegenheiten eintreten, daß die Ablesungsöffnung, abgesehen von dem
Bügelalphabet, leer erscheint, wobei der Hebel 9 zwei oder mehrere Male nacheinander
heruntergedrückt werden muß, bevor eine Zeichensubstitution stattfinden kann.
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Hier wird jetzt z. B. angenommen, <laß der Zylinder 29 Stäbe hat
und daß die Alphabete 7 und 12 ausgelassen worden sind, so daß bei Stillstand des
Bügels 31 und jeweiliger Bewegung des Zylinders um zwei Schritte die Alphabete mit
Anfang bei i in der folgenden Aufeinanderfolge in der Ablesungsöffnung erscheinen
würden: 1, 3, 5, 9, 11, 13, 15, 17, 19,- 21, 23, 25,
27, 29, 2, 4,
6, 8, 10, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 1, 3, 5, 9 . . . . . . . . . . . . . und
unter den obigen Voraussetzungen eine dieser Zifferreihe gleiche Mutationsreihe
ergeben.
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Wenn indessen der Bügel31, dessen Anfangslage die in Abb. 2 mit vollen
Linien gezeichnete Lage sein möge, z. B. bei der ersten Zylinderbewegung seine Lage
ändert, so wird nicht das Alphabet Nr. 3, -sondern statt dessen. das
Alphabet Nr. q. in der öffnung sichtbar. Wenn der Bügel bei der nächsten Manipulation
stillsteht, würde folglich das Alphabet Nr. 6 sichtbar werden, während bei Lageänderung
des Bügels dies mit dem Alphabet Nr. 5 der Fall sein würde. Die Bewegung des Bügels
dient also normal zum Herbeiführen genau derselben Wirkung hinsichtlich der relativen
Bewegungen zwischen Bügel- und Zylinderalphabet,
wie wenn sich der
Zylinder abwechselnd zwei, drei oder einen Schritt drehte. Da aber außerdem leere
Stäbe im Zylinder eine oder mehrere Extramanipulationen notwendig machen können,
und da diese, Wirkung der Leerräume nicht konstant, sondern von der zufälligen Lage
des Bügels, d. h. von der Zusammensetzung und zufälligen Lage der Kette 240,
24b abhängig ist, welche Lage ihrerseits auf der Anordnung und zufälligen
Lage des Stiftrades 16 beruht, so ist ersichtlich, daß bei dem Ausnutzen dieser
Verhältnisse eine äußerst komplizierte Alphabetwechselreihe entstehen kann, deren
Beschaffenheit sich nicht durch eine allgemein gültige, analytisch verwendbare Formel
ausdrücken läßt, weil die gleiche Wirkung auf mehreren verschiedenen Ursachen beruhen
kann.
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So können z. B. Ablesungen von den Alphabeten Nr. i und 5 unmittelbar
nacheinander von irgendeiner der untenstehenden Annahmen abhängen: a) Zylinderbewegung
von 1 bis 3, Leerraum hei 3, weitere Bewegung des Zylinders bis 5, wobei die Kette
entweder stillstehen oder zwei gleiche Gelenke nacheinander haben kann.
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b) Zylinderbewegung von i bis 3, wobei die Kette von hohem zu niedrigem
Gelenk wechselt, welches Ablesungslage 4 ergibt, Leerraum bei 4, weitdre Bewegung
des Zylinders bis 5, welche Lage also Ablesungslage wird, weil die Kette. wieder
von niedrigem zu hohem Gelenk wechselt.
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c) Zylinderbewegung von- i bis 3 mit Ablesungslage 2 infolge Kettenwechsels
von niedrigem zu hohem Gelenk, Leerraum bei 2, weitere Bewegung des Zylinders bis
5, welche Lage Ablesungslage wird wegen des Kettenwechsels von hohem zu niedrigem
Gelenk.
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Daß reine Primzahlintervalle innerhalb einer auf solche Weise erhaltenen
Mutationsreihe entstehen können, welche mit der Ablesungsfolge der Alphabete tatsächlich
nicht identisch zu sein braucht, weil sie nicht nur von den beliebigen Verschiebungen
der Zylinderalphabete im Verhältnis zueinander, sondern auch von deren gegebenenfalls
verschiedener Beschaffenheit abhängt, ,ist ohne ausführlichen Beweis ersichtlich.
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Vorausgesetzt, daß der Zylinder eine ungerade Anzahl 2 N -f- i Stäbe
enthält, daß die Stiftscheibe für S-Stifte eingerichtet und die Kettengelenkzahl
K ist, und daß diese Zahlen keinen Faktor gemeinsam haben, so wird die Periodenlänge
P = (z N -#- i) S # K Manipulationen, und. wenn eine gewisse Anzahl Leerräume T
im Zylinder. vorkommen, wird P = (2 N ! i - T) S # K Zeichensubstitutionen, weil
Periodizität erst -dann entstehen kann, nachdem alle Chiffrierorgane in ihre Ausgangsstellungen
im Verhältnis zueinander zurückgekommen sind.
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Die Teile in dem obenbeschriebenen Apparat, welche auf die Zusammensetzung
der Chiffre einwirken können, sind für Umstellung oder Auswechseln leicht und bequem
zugänglich. Zu diesem Zweck sind die Wände 34, 36 des Kastens als abnehmbare Deckel
eingerichtet, und die Seite des Kastens neben der Kette 24a, 24b ist bei 37 schwenkbar.
Wenn die Reihenfolge der Alphabetstäbe im Zylinder geändert werden soll, wird die
Scheibe 33 entfernt und die Wand 34 weggenommen. Darauf entfernt man einen Stift
35, welcher den Zylinder auf der Achse 2 festhält, und der Zylinder kann dann herausgenommen
werden. Wenn die Stifte 15 des Stiftrades 12 gewechselt werden sollen, werden die
Muttern 14 und 13 losgeschraubt, worauf die Wand 36 sich entfernen und das Stiftrad
12 sich herausnehmen läßt.