SIGABA

En la historia de la criptografía , la ECM Mark II fue una máquina de cifrado utilizada por Estados Unidos para el cifrado de mensajes desde la Segunda Guerra Mundial hasta la década de 1950. El Ejército también la conocía como SIGABA o Converter M-134 , y la Armada como CSP-888/889 . Una versión modificada para la Armada se denominó CSP-2900 .

Al igual que muchas máquinas de la época, utilizaba un sistema electromecánico de rotores para cifrar mensajes, pero con varias mejoras de seguridad respecto a diseños anteriores. No se tiene constancia pública de ningún criptoanálisis exitoso de la máquina durante su vida útil.

Los criptógrafos estadounidenses sabían, mucho antes de la Segunda Guerra Mundial, que el movimiento mecánico de paso único de las máquinas de rotor (como la máquina Hebern ) podía ser explotado por atacantes. En el caso de la famosa máquina Enigma , se suponía que estos ataques se contrarrestarían moviendo los rotores a posiciones aleatorias al comienzo de cada nuevo mensaje. Sin embargo, esto resultó ser insuficientemente seguro, y los mensajes alemanes de Enigma fueron descifrados con frecuencia mediante criptoanálisis durante la Segunda Guerra Mundial.

William Friedman , director del Servicio de Inteligencia de Señales del Ejército de los EE. UU. , ideó un sistema para corregir este ataque mediante la aleatorización del movimiento de los rotores. Su modificación consistía en un lector de cinta de papel de una máquina de teletipo conectado a un pequeño dispositivo con sensores metálicos colocados para hacer pasar electricidad a través de los orificios. Al pulsar una letra en el teclado, la señal se enviaba a través de los rotores, como en la Enigma, produciendo una versión cifrada. Además, la corriente también fluía a través del lector de cinta de papel, y cualquier orificio en la cinta en su posición actual hacía girar el rotor correspondiente, avanzando así la cinta una posición. En comparación, la Enigma giraba sus rotores una posición con cada pulsación de tecla, sin variación aleatoria. El diseño resultante se produjo en cantidades limitadas como el convertidor M-134 , y su configuración de mensajes incluía la posición de la cinta y la configuración de un panel de conexiones que indicaba qué línea de orificios en la cinta controlaba qué rotores. Sin embargo, surgieron problemas al usar cintas de papel frágiles en condiciones de campo.

El socio de Friedman, Frank Rowlett , ideó entonces una forma diferente de hacer avanzar los rotores, utilizando otro conjunto de rotores. En el diseño de Rowlett, cada rotor debía construirse de manera que generara entre una y cuatro señales de salida, haciendo avanzar uno o más de los rotores (normalmente, los rotores tienen una salida por cada entrada). Antes de la guerra, había poco dinero para el desarrollo de la encriptación en Estados Unidos, por lo que Friedman y Rowlett construyeron una serie de dispositivos "adicionales" llamados SIGGOO (o M-229) que se utilizaban con los M-134 existentes en lugar del lector de cinta de papel. Se trataba de cajas externas que contenían una configuración de tres rotores en la que cinco de las entradas estaban activas, como si alguien hubiera pulsado cinco teclas a la vez en una Enigma, y ​​las salidas también se "agrupaban" en cinco grupos; es decir, todas las letras de la A a la E se conectaban juntas, por ejemplo. De esta forma, las cinco señales del lado de entrada se aleatorizaban a través de los rotores y salían por el otro lado con energía en una de las cinco líneas. Ahora, el movimiento de los rotores podía controlarse mediante un código de día, y se eliminó la cinta de papel. A esta combinación de máquinas la denominaron M-134-C.

En 1935, le mostraron su trabajo a Joseph Wenger , un criptógrafo de la sección OP-20-G de la Armada de los Estados Unidos . Wenger no mostró mucho interés en la Armada hasta principios de 1937, cuando se lo mostró al comandante Laurance Safford , homólogo de Friedman en la Oficina de Inteligencia Naval . Safford vio de inmediato el potencial de la máquina, y él y el comandante Seiler le añadieron varias características para facilitar su construcción, dando como resultado la Máquina de Código Eléctrico Mark II (o ECM Mark II ), que la Armada produjo posteriormente como la CSP-889 (o 888).

Curiosamente, el Ejército desconocía tanto los cambios como la producción en masa del sistema, pero fue informado del secreto a principios de 1940. En 1941, el Ejército y la Armada se unieron en un sistema criptográfico conjunto, basado en la máquina. El Ejército comenzó entonces a utilizarla como SIGABA . Se fabricaron poco más de 10 000 máquinas. ^{[ 1 ] : p. 152}

El 26 de junio de 1942, el Ejército y la Armada acordaron no permitir que las máquinas SIGABA se colocaran en territorio extranjero, excepto donde personal estadounidense armado pudiera proteger la máquina. ^{[ 2 ]} La SIGABA solo se pondría a disposición de otro país aliado si un oficial de enlace estadounidense, encargado de operarla, impedía al personal de dicho país el acceso directo a la máquina o a su funcionamiento. ^{[ 2 ]}

SIGABA era similar a Enigma en su teoría básica, ya que utilizaba una serie de rotores para cifrar cada carácter del texto plano en un carácter diferente del texto cifrado. Sin embargo, a diferencia de los tres rotores de Enigma, SIGABA incluía quince y no utilizaba un rotor reflector.

El SIGABA tenía tres grupos de cinco rotores cada uno; la acción de dos de los grupos controlaba el movimiento del tercero.

• El conjunto principal de cinco rotores se denominaba rotores de cifrado (Ejército) o laberinto alfabético (Armada), y cada rotor tenía 26 contactos. Este sistema funcionaba de forma similar a otras máquinas de rotores, como la Enigma; al introducir una letra en texto plano, una señal entraba por un lado del conjunto y salía por el otro, indicando la letra cifrada. A diferencia de la Enigma, no tenía reflector.
• El segundo grupo de cinco rotores se denominaba rotores de control o laberinto de pasos. Estos también eran rotores de 26 contactos. Los rotores de control recibían cuatro señales en cada paso. Tras pasar por los rotores de control, las salidas se dividían en nueve grupos de distintos tamaños, de 1 a 6 cables. Cada grupo correspondía a un cable de entrada para el siguiente grupo de rotores.
• El tercer banco de rotores se denominaba rotores de indexación . Estos rotores eran más pequeños, con solo diez contactos, y no se activaban durante el cifrado. Tras pasar por los rotores de indexación, entre una y cuatro de las cinco líneas de salida recibían energía. Estas, a su vez, hacían girar los rotores de cifrado.

La SIGABA hacía avanzar uno o más de sus rotores principales de forma compleja y pseudoaleatoria. Esto significaba que los ataques que podían descifrar otras máquinas de rotores con pasos más sencillos (por ejemplo, Enigma) se volvían mucho más complejos. Incluso con el texto plano en mano, había tantas entradas potenciales para el cifrado que resultaba difícil descifrar la configuración.

Como desventaja, la SIGABA también era grande, pesada, cara, difícil de operar, mecánicamente compleja y frágil. No era ni de lejos tan práctica como la Enigma, que era más pequeña y ligera que las radios con las que se utilizaba. Tuvo un uso generalizado en las salas de radio de los buques de la Armada estadounidense, pero debido a estos problemas prácticos, la SIGABA simplemente no podía utilizarse en el campo de batalla. En la mayoría de los teatros de operaciones se utilizaron otros sistemas, especialmente para comunicaciones tácticas. Uno de los ejemplos más famosos fue el uso de los descifradores de códigos navajos para comunicaciones tácticas de campo en el Teatro del Pacífico. En otros teatros de operaciones se utilizaron máquinas menos seguras, pero más pequeñas, ligeras y robustas, como la M-209 . La SIGABA, por impresionante que fuera, era excesiva para las comunicaciones tácticas. Dicho esto, recientemente surgieron nuevas pruebas especulativas que sugieren que el código de la M-209 fue descifrado por criptoanalistas alemanes durante la Segunda Guerra Mundial. ^{[ 3 ]}

Como SIGABA no tenía reflector, se necesitaba un interruptor de más de 26 polos para cambiar las rutas de la señal a través del laberinto de letras entre los modos de cifrado y descifrado. El interruptor de control, largo y robusto, estaba montado verticalmente, con su perilla en la parte superior de la carcasa (véase la imagen). Tenía cinco posiciones: O, P, R, E y D. Además de cifrar (E) y descifrar (D), tenía una posición de texto plano (P) que imprimía lo que se escribía en la cinta de salida, y una posición de reinicio (R) que se usaba para configurar los rotores y poner la máquina a cero. La posición O apagaba la máquina. La posición P se usaba para imprimir los indicadores y los grupos de fecha/hora en la cinta de salida. Era el único modo que imprimía números. En la posición R no se imprimía nada, pero las teclas numéricas estaban activas para incrementar los rotores.

Durante el cifrado, la tecla Z estaba conectada a la tecla X y la barra espaciadora generaba una Z en el alfabeto. Al descifrar, AZ se imprimía como un espacio. Se esperaba que el lector comprendiera que una palabra como "xebra" en un mensaje descifrado era en realidad "zebra". La impresora añadía automáticamente un espacio entre cada grupo de cinco caracteres durante el cifrado.

El SIGABA se ponía a cero cuando todos los rotores de índice marcaban cero en su dígito de menor orden y todos los rotores de alfabeto y código estaban configurados con la letra O. Cada rotor tenía una leva que hacía que se detuviera en la posición correcta durante el proceso de puesta a cero.

Los rotores de SIGABA estaban alojados en un marco extraíble sujeto por cuatro tornillos de mariposa. Esto permitía almacenar los elementos más sensibles de la máquina en cajas fuertes más seguras y desecharlos rápidamente o destruirlos si se amenazaba con su captura. También permitía que la máquina cambiara rápidamente entre redes que utilizaban diferentes órdenes de rotores. Los mensajes tenían dos indicadores de 5 caracteres: un indicador externo que especificaba el sistema utilizado y la clasificación de seguridad, y un indicador interno que determinaba la configuración inicial de los rotores de código y alfabeto. La lista de claves incluía configuraciones de rotor de índice independientes para cada clasificación de seguridad. Esto impedía que los mensajes de menor clasificación se utilizaran como trampas para atacar mensajes de mayor clasificación.

La Armada y el Ejército tenían procedimientos diferentes para el indicador interno. Ambos comenzaban poniendo a cero la máquina y haciendo que el operador seleccionara una cadena aleatoria de 5 caracteres para cada nuevo mensaje. Esta cadena se cifraba para generar el indicador interno. Las listas de claves del Ejército incluían una configuración inicial para los rotores que se utilizaba para cifrar la cadena aleatoria. Los operadores de la Armada usaban el teclado para incrementar los rotores de código hasta que coincidieran con la cadena de caracteres aleatoria. El rotor del alfabeto se movía durante este proceso y su posición final era el indicador interno. En caso de operaciones conjuntas, se seguían los procedimientos del Ejército.

Las listas de claves incluían una cadena de verificación "26-30". Tras reordenar los rotores según la clave actual, el operador ponía la máquina a cero, cifraba 25 caracteres y, a continuación, cifraba "AAAAA". El texto cifrado resultante de las cinco A debía coincidir con la cadena de verificación. El manual advertía de la posibilidad de errores tipográficos en las listas de claves y de que se debía aceptar una coincidencia de cuatro caracteres.

El manual también ofrecía sugerencias sobre cómo generar cadenas aleatorias para crear indicadores. Estas incluían el uso de cartas de juego y fichas de póker, la selección de caracteres de textos cifrados y el uso del propio SIGABA como generador de caracteres aleatorios. ^{[ 4 ]}

Aunque el sistema SIGABA era extremadamente seguro, Estados Unidos continuó mejorando su capacidad durante toda la guerra, por temor a que las fuerzas del Eje pudieran descifrar su código mediante criptoanálisis. Cuando se descifraron los mensajes de la máquina ENIGMA alemana y de la máquina de cifrado tipo B japonesa , estos fueron analizados minuciosamente en busca de indicios de que las fuerzas del Eje hubieran podido leer los códigos criptográficos estadounidenses. También se interrogó a prisioneros de guerra del Eje con el objetivo de encontrar pruebas de que la criptografía estadounidense había sido descifrada. Sin embargo, ni los alemanes ni los japoneses lograron avances en el descifrado del código SIGABA. Un mensaje JN-A-20 descifrado, fechado el 24 de enero de 1942, enviado por el agregado naval en Berlín al subjefe del Estado Mayor Naval japonés en Tokio, afirmaba que los "esfuerzos criptoanalíticos conjuntos japonés-alemanes" eran "altamente satisfactorios", ya que los alemanes habían demostrado un ingenio encomiable y recientemente habían tenido cierto éxito en los sistemas de la Armada británica, pero estaban encontrando dificultades para establecer técnicas de ataque eficaces contra la configuración de códigos "enemiga". En otro mensaje JN-A-20 descifrado, los alemanes admitieron que su progreso en la interceptación de las comunicaciones estadounidenses era insatisfactorio. Los japoneses también admitieron en sus propias comunicaciones que no habían logrado ningún progreso real contra el sistema de cifrado estadounidense. En septiembre de 1944, cuando los Aliados avanzaban con paso firme en el frente occidental, el diario de guerra del Grupo de Inteligencia de Señales alemán registró: "Tráfico estadounidense de 5 letras: Se suspendió el trabajo por no ser rentable en este momento". ^{[ 5 ]}

Los sistemas SIGABA estaban siempre bajo estricta vigilancia, con cajas fuertes separadas para la base del sistema y el conjunto de la rueda de códigos, pero hubo un incidente en el que una unidad se perdió temporalmente. El 3 de febrero de 1945, un camión que transportaba un sistema SIGABA en tres cajas fuertes fue robado mientras sus guardias visitaban un burdel en Colmar, Francia, recientemente liberada . El general Eisenhower ordenó una búsqueda exhaustiva, que finalmente permitió encontrar las cajas fuertes seis semanas después en un río cercano. ^{[ 6 ] : pp.510–512}

La necesidad de cooperación entre las fuerzas estadounidenses, británicas y canadienses para llevar a cabo operaciones militares conjuntas contra las fuerzas del Eje dio lugar a la necesidad de un sistema de cifrado que pudiera ser utilizado por todas las fuerzas aliadas. Esta funcionalidad se logró de tres maneras diferentes. En primer lugar, el adaptador ECM (CSP 1000), que podía ser adaptado a las máquinas de cifrado aliadas, se produjo en el taller de reparación de ECM del astillero naval de Washington. Se produjeron un total de 3500 adaptadores. ^{[ 5 ]} El segundo método fue adaptar el SIGABA para la interoperabilidad con una máquina británica modificada, la Typex . La máquina común se conocía como la Máquina de Cifrado Combinada (CCM) y se utilizó a partir de noviembre de 1943. ^{[ 2 ]} Debido al alto costo de producción, solo se fabricaron 631 CCM. La tercera forma fue la más común y la más rentable. Fue el adaptador "X" fabricado por la Teletype Corporation en Chicago. Se instalaron un total de 4500 de estos adaptadores en las instalaciones de mantenimiento a nivel de depósito. ^{[ 5 ]}

• Mercurio : máquina británica que también utilizaba rotores para controlar otros rotores.
• SIGCUM — sistema de cifrado de teletipo que utilizaba rotores de estilo SIGABA

Notas

Fuentes

• Mark Stamp, Wing On Chan, "SIGABA: Criptoanálisis del espacio de claves completo", Cryptologia v 31, julio de 2007, pp 201–2222
• Rowlett escribió un libro sobre SIGABA (Aegean Press, Laguna Hills, California).
• Michael Lee, "Criptoanálisis de la Sigaba", Tesis de maestría, Universidad de California, Santa Bárbara, junio de 2003 (PDF) (PS) .
• John JG Savard y Richard S. Pekelney, "El ECM Mark II: diseño, historia y criptología", Cryptologia , vol. 23(3), julio de 1999, págs. 211-228.
• Instrucciones de operación criptográfica para ASAM 1, 1949,Archivado el 3 de diciembre de 2010 en Wayback Machine .
• CSP 1100(C), Instrucciones de funcionamiento para ECM Mark 2 (CSP 888/889) y CCM Mark 1 (CSP 1600), mayo de 1944,.
• George Lasry , "Un ataque práctico de encuentro en el medio contra SIGABA", 2.ª Conferencia Internacional sobre Criptología Histórica, HistoCrypt 2019.
• George Lasry , "Descifrando SIGABA en menos de 24 horas en un PC de consumo", Cryptologia, 2021.

• Máquina de cifrado electrónico (ECM) Mark II. Archivado el 19 de diciembre de 2010 en Wayback Machine por Rich Pekelney.
• Simulador SIGABA para sistemas operativos Windows de 32 bits
• GENERADOR DE LIBROS DE CÓDIGOS para crear listas de teclas para el Simulador Sigaba (Windows 98->Win 11)
• El ECM Mark II, también conocido como SIGABA, M-134-C y CSP-889 — por John Savard
• Criptoanálisis de SIGABA , Michael Lee, Tesis de maestría de la Universidad de California en Santa Bárbara, 2003
• La máquina de cifrado SIGABA ECM: una idea brillante.
• Un ataque práctico de encuentro en el medio contra SIGABA por George Lasry