97식 구문인자기

3. 암호화 방식

97식 구문인자기(암호기 B형)는 타나베 가즈오를 중심으로 야마모토 마사지, 스즈키 에이키치 등의 기술자들이 개발했다.^[1] 특히 스즈키 에이키치는 기존의 반 회전 로터 스위치 대신 스텝 스위치를 사용할 것을 제안하여 안정성을 높였다. 퍼플 암호는 구두점 코드, 암호기 본체, 키 규약의 세 가지 요소를 통해 암호화 및 복호화를 수행했다.

3. 1. 구두점 코드와 분할 전치

원문을 로마자와 구두점 코드로 분리한 후, 구두점 코드에 해당하는 원어를 적용하고 필요에 따라 탈자(?→V, ?→U) 및 오자(MOXI→MOJI, CCY→CCF, DX→DD)를 수정했다.

장문 메시지의 경우, 보안 강화를 위해 분할 전치하는 방식을 사용하기도 했다. 그러나 이는 오히려 암호 해독의 실마리를 제공하기도 했다.

3. 2. 암호기 본체

3. 2. 1. 타자기

• 입력 타자기
• 입력 플러그 보드(plugboard): 타자기 키보드의 문자를 순열하고 6개의 문자와 20개의 문자로 그룹을 나눈다.
• 6층 스텝핑 스위치(stepping switch): 6개 그룹의 문자에 대한 25가지 순열 중 하나를 선택하도록 배선되어 있다.
• 직렬로 연결된 세 단계의 스텝핑 스위치 (I, II, III): 각 단계는 각 레이어에 25개의 출력이 있는 20층 스위치이다. 각 단계는 20개 그룹의 문자에 대한 25가지 순열 중 하나를 선택한다. 일본은 각 단계를 구축하기 위해 세 개의 7층 스텝핑 스위치를 기어 연결하여 사용했고, 미국 SIS는 첫 번째 아날로그 기계에서 각 단계마다 4개의 6층 스위치를 사용했다.
• 출력 플러그 보드: 입력 순열을 반전하고 문자를 인쇄를 위해 출력 타자기로 보낸다.
• 출력 타자기

• 패러프레이즈: 원문의 의미를 훼손하지 않는 정도로 바꾸어 암호화하는 것. 또는, 번역된 문서를 회람할 때 바꾸어 두는 것. 구체적으로는 고유 명사를 대명사로 바꾸고, 약어를 사용하며, 문절을 바꾸는 등의 기술이 있다.

3. 2. 2. 플러그 보드

• 입력 측 플러그 보드 규약 (예시)
• 키보드로부터의 입력: NOKTYUXEQLHBRMPDICJASVWGZF
• 스위치로의 출력: AEIOUYBCDFGHJKLMNPQRSTVWXZ
• 출력 측 플러그 보드 규약 (예시)
• 스위치로부터의 입력: AEIOUYBCDFGHJKLMNPQRSTVWXZ
• 타자기로의 출력: NOKTYUXEQLHBRMPDICJASVWGZF

3. 2. 3. 로터리 라인 스위치

3. 2. 4. 스위치 구동 제어

3. 3. 키 규약

4. 암호 해독

1938년, 미국 육군 신호 정보국(SIS)은 해독된 메시지를 통해 새로운 외교 암호가 곧 도입될 것이라는 것을 알게 되었다. Type B 메시지는 1939년 2월에 나타나기 시작했다. 미국 육군은 1939년부터 퍼플 암호 해독에 착수하여 1941년 초에 모조기를 완성했다.^[32] 1941년 한 해 동안 227통 중 223통의 해독에 성공했다.

퍼플 암호 해독 성공에 대한 평가는 다음과 같이 나뉜다.

; 암호기의 아웃라인을 도촬하고, 배선 등을 통계적으로 분석했다는 설

: 개발자인 다나베 가즈오는 설계도가 도난당한 사실은 없었으며, 유럽 쪽 대공사관에서 도촬한 현물 사진으로 구조를 파악하고, 도청한 암호의 통계를 분석하여 모조품을 만들었을 것이라고 언급했다.^[24]

; 현물을 보지 않고 이론적으로 해독되었다는 설

: 가토 마사타카, 오사다 요시유키 등의 저서에서 주장되었으며, 해독 당사자의 저서^[25]도 이를 뒷받침하고 있다.

• 레오 로젠(Leo Rosen)은 "Silly Sue"라고 명명한 수동식 모조기를 제작했다. 이는 로터리 라인 스위치가 입고될 때까지 임시로 사용되었다.
• 필요한 부품을 모은 로젠은 1941년 초에 전동식 모조기를 완성했다. 퍼플을 순차적으로 해독할 수 있는 머신 제작 비용은 684.65USD였다.
• 1945년 5월, 미 육군은 퍼플 모조기를 토대로 20자 측의 스위치 시작 위치를 판정하는 장치인 PURPLE DUDBUSTER를 제작하여 종전까지 사용했다.^[32]
• 1945년 베를린 일본 대사관 부지에서 포획한 암호기 B형의 일부는, 모조기 배선이 거의 정확하며, 잘못된 배선은 단 2개뿐임을 증명했다. 이 포획 부품은 미국 국가안보국의 암호 박물관에 전시되어 있다.

4. 1. 해독 과정

4. 2. 해독 원인 분석

• 규약 갱신 및 시작 위치 선정 문제: 암호 규약 갱신 기간이 길었고, 변경륜(로터) 시작 위치 선정이 좋지 않았다.^[33]
• 긴 메시지 길이: 메시지 길이가 너무 길어 분할해서 보내야 했음에도 그러지 않았다.^[33]
• 대조 평문 제공: 부주의하게 대조 평문을 제공했다.^[33]
• 메시지 길이 제한 부재: 암호문 길이에 제한이 없었다.^[34]
• 정형화된 서두: 관청 특유의 형식 때문에 서두 부분이 정형화되어, 미국 측에서 50~60자, 때로는 150자 가까운 클립을 이용할 수 있었다.^[34]
• 특정 키 편향 사용: 특정 키를 편향되게 사용했다.^[34]
• 협력 부족: 암호 강화에 대한 각 관청(육군, 해군, 외무성, 대동아성)의 협력이 부족했다. 1943년에 월 1회 암호 담당자 회합이 있었지만, 단순한 친목회에 불과했고, 외무성 최강 암호 해독 시연 후에도 체면 문제로 개혁이 이루어지지 않았다.^[35][36][37]
• 학리적 연구 부족: 암호에 대한 학리적 연구가 거의 고려되지 않았다.^[35][36][37]
• 배선 고정: 암호기는 모두 배선 고정식이었고, 배선 교체식 기계는 만들지 않았다.^[35][36][37]
• 외무성 인력 구성: 외무성 역대 전신 과장에는 암호에 문외한인 일반 외교관이 임명되었고, 전신관이나 암호관이 임명되는 일은 없었다.^[35][36][37]
• 6자와 20자 분리: 레드 암호와 마찬가지로 6자와 20자로 분리하여 환자함으로써, 6자 측 해석을 허용했다.
• 로터리 라인 스위치: 6자 측 로터리 라인 스위치는 1단밖에 없어 주기가 25자에 불과했다.^[41]
• 레드 암호 해독 사실 인지 부족: 레드 암호가 이미 해독되고 있다는 사실을 알지 못한 채 퍼플이 개발, 평가되었다.^[42]
• 암호서 도촬: 구두점이나 수사를 코드화하는 암호서를 미국에 도촬당했다.^[44]
• 안일한 태도: 외무성과 대사관은 퍼플 해독 여부에 관한 민감한 연락을 퍼플로 송신했다.^[45] 군대나 상사에 비해 외무성은 암호에 대한 인식이 달랐을 가능성이 있다.
• 안전성 평가 및 책임 소재 모호: 안전성 평가와 책임 소재가 모호했다. 외무성 전신과는 해군 평가를, 해군은 다카기 사다지의 평가를 따랐을 뿐이며, 다카기 사다지는 규약 종류 수만 계산했다.^[46]
• 실수 반복: 런던 해군 군축 조약 이후 반성에도 불구하고 같은 실수(레드와 퍼플 병용)가 반복되었다.^[47]

5. 퍼플 암호의 특징과 약점

1937년, 일본은 차세대 "97식 타자기"를 완성했다. 외무성 기계는 미국 암호 해독가들에게 코드명 '''퍼플'''로 불린 "B형 암호 기계"였다.

퍼플의 수석 설계자는 타나베 가즈오였다. 그의 기술자들은 야마모토 마사지와 스즈키 에이키치였다. 스즈키 에이키치는 더 번거로운 반 회전 로터 스위치 대신 스텝 스위치를 사용할 것을 제안했다.^[3]

분명히 퍼플 기계는 레드보다 더 안전했지만, 해군은 이미 레드가 해독되었음을 인지하지 못했다. 퍼플 기계는 알파벳의 여섯 문자가 개별적으로 암호화되는 레드 기계의 약점을 물려받았다. 레드와 다른 점은 그룹의 문자가 9일마다 변경되어 공지된다는 점이었으며, 레드에서는 라틴 모음 AEIOUY로 영구적으로 고정되었다. 따라서 미국 육군 신호 정보국(Signals Intelligence Service, SIS)은 다른 20개의 문자에 사용된 암호를 해독하기 전에 여섯 개의 문자에 사용된 암호를 해독할 수 있었다.^[3]

퍼플은 동시대 암호기에 비해 독특한 특징을 가지고 있었으며, 이는 장점이자 단점이 되었다. 어떤 암호기든 사람이 종이와 펜으로 할 수 있는 암호화 작업을 간략화한 것에 불과했다.^[3]

• 실제로 사용한 열쇠는 이론 최대값의 1.27×10^-28에 불과하다(위 두 값의 비).^[3]

6. 연합군의 해독 성과

1938년부터 사용된 퍼플 암호는 미국과 영국에 의해 해독되었다. 윌리엄 F. 프리드먼이 이끄는 암호 해독팀은 1939년 8월부터 B 시스템(퍼플 암호) 해독을 시작했다. 1940년 9월, 제네비에브 그로트잔은 20년대 암호에서 주기성을 발견하여 해독에 성공, 복제 기계를 만들 수 있게 되었다.^[5] 프랜시스 레이븐은 일본이 달을 10일 단위로 나누어 암호를 변경하는 방식을 파악하여 해독에 기여했다.^[6][7]

SIS는 1940년 말에 퍼플 암호 해독 기계를 제작했고, 미국 해군을 위해 두 번째 기계를, 영국을 위해 세 번째 기계를 제작했다.^[9] 이를 통해 연합군은 일본의 외교 및 군사 정보를 입수하여 전쟁 수행에 활용했다. 특히, 베를린 주재 일본 대사가 보낸 독일 관련 정보는 유럽 전선에서 연합군의 승리에 중요한 역할을 했다. 조지 마셜 장군은 오시마 히로시를 "유럽에서 히틀러의 의도에 대한 우리의 주요 정보 근원"이라고 평가했다.^[12]

일본은 퍼플 암호가 해독 불가능하다고 믿었지만, 독일로부터 해독 사실을 통보받았다. 1941년 4월, 독일 외무부 장관 요아힘 폰 리벤트로프는 "신뢰할 수 있는 소식통"을 통해 미국이 퍼플 암호를 해독했다는 정보를 일본에 전달했다. 이 소식통은 주미 소련 대사 콘스탄틴 우만스키로 추정되지만, 일본은 암호 사용을 계속했다.^[8][9]

진주만 공격 전, 미국 암호 해독자들은 일본의 선전포고 메시지를 해독했지만, 전달 지연으로 인해 공격 이후에 전달되었다.

소련도 1941년 말 퍼플 암호 해독에 성공하여, 리하르트 조르게의 정보와 함께 일본이 소련을 공격하지 않을 것임을 파악했다. 이를 통해 이오시프 스탈린은 극동의 병력을 모스크바 전투에 투입하여 독일군의 진격을 막는 데 기여했다.^[13]

6. 1. 매직 정보

7. 전후 논란과 영향

1941년 진주만 공격 이후, 퍼플 암호 해독은 진주만 공격의 책임 소재를 가리기 위한 의회 청문회의 대상이 되었다.^[12] 일본은 이 청문회를 통해 퍼플 암호 기계가 실제로 해독되었다는 사실을 처음으로 알게 되었다.

소련 역시 1941년 말 퍼플 시스템 해독에 성공했다. 리하르트 조르게의 보고와 함께, 소련은 일본이 소련을 공격하는 대신 동남아시아의 미국 및 영국 이익을 목표로 할 것임을 파악했다.^[13] 이 정보는 스탈린이 극동에서 모스크바로 상당한 병력을 이동시켜 1941년 12월 모스크바 전투에서 독일군의 진격을 막는 데 기여했다.^[13]

참조

_[1] 간행물 PURPLE Revealed: Simulation and Computer-aided Cryptanalysis of Angooki Taipu B http://cryptocellar.[...] 2003-01-00
_[2] 논문 Japanese Intelligence in WWII: Successes and Failures https://www.nids.mod[...]
_[3] 문서 The captured Jade cipher machine
_[4] 웹사이트 Preliminary Historical Report on the Solution of the Type "B" Machine http://cryptocellar.[...] 1940-10-14
_[5] 서적 Code Girls: The Untold Story of the American Women Code Breakers of World War II Hachette Books 2017
_[6] 서적 The Man who broke Purple Weidenfeld and Nicolson 1977
_[7] 웹사이트 Preliminary Historical Report on the Solution of the "B" Machine http://cryptocellar.[...] 1940-10-14
_[8] 서적 World War II: An Encyclopedia of Quotations https://books.google[...] Greenwood Publishing Group 1999
_[9] 서적 The Codebreakers: The Comprehensive History of Secret Communication from Ancient Times to the Internet http://www.wnyc.org/[...] Scribner 1996
_[10] 서적 Days of Infamy: MacArthur, Roosevelt, Churchill – the Shocking Truth Revealed Pocket Books 1994
_[11] 문서 Big Machines
_[12] 뉴스 Marshall-Dewey Letters https://books.google[...] Time Inc 1945-12-17
_[13] 서적 Big Machines Aegean Park Press 2001
_[14] 서적 スターリンの対日情報工作 平凡社 2010
_[15] 서적 ENIGMA University Publications of America 1984
_[16] 서적 暗号の天才 新潮社 1981
_[17] 서적 暗号戦　敵の最高機密を解読せよ （第二次世界大戦ブックス） サンケイ出版 1975
_[18] 논문 海軍暗号機と暗号関連事項について 1992-03-00
_[19] 논문 米国における日本機械暗号解読：その経緯と理論的考察 サイエンス社 1982
_[20] 서적 ながた暗号塾入門 朝日新聞社 1988
_[21] 서적 軍艦長門の生涯 新潮社 1982
_[22] 문서 元軍令部通信課長の回想 1981
_[23] 서적 The Emperor's Code: The Breaking of Japan's Secret Ciphers Arcade Publishing 2007
_[24] 서적 秘録陸軍中野学校 番町書房 1971
_[25] 서적 The Story of Magic - memoirs of an american cryptologic pioneer Aegean Park Press 1998
_[26] 서적 Machine Cryptography and Modern Cryptanalysis Artech House 1985
_[27] 간행물 PURPLE revealed: Simulation and computer-aided Cryptanalysis of ANGOOKI TAIPU B 2003-01-00
_[28] 서적 Computer Security and Cryptography Wiley-Interscience 2007
_[29] 논문 日米開戦時における日本外交暗号の検証 ゆまに書房 2006
_[30] 문서 電気研究部沿革概要 海軍技術研究所電気研究部 1933
_[31] 서적 Military cryptanalytics part II 1959
_[32] 보고서 Cryptanalytic Machines in NSA https://www.nsa.gov/[...] NSA 1953-05-30
_[33] 논문 米国における日本機械暗号解読 : その経緯と理論的考察 サイエンス社 1982
_[34] 서적 The Story of Magic - memoirs of an American cryptologic pioneer Aegean Park Press 1998
_[35] 논문 通信戦の回顧と通信戦施策に関する一考察 1955
_[36] 서적 国防上から見た日本電気通信の観察及び通信戦電波戦の回顧と其の将来 1952
_[37] 서적 日本の電子国防はいかに在るべきか 陸上幕僚監部 1955
_[38] 논문 Pearl Harbor and the Inadequacy of Cryptanalysis 1991
_[39] 방송 暗号を売った男たち NHK総合 1989
_[40] 논문 暗号の価値測定秤 サイエンス社 1986-08
_[41] 논문 PURPLE revealed: Simulation and computer-aided Cryptanalysis of ANGOOKI TAIPU B 2003-01
_[42] 간행물 海軍暗号機と暗号関連事項について 1992-03
_[43] 서적 兵どもの夢の跡（日本海軍エレクトロニクス開発の歴史） 1978
_[44] 서적 ながた暗号塾入門 朝日新聞社 1988
_[45] 서적 暗号戦争 - - 日本暗号はいかに解読されたか 早川書房 1968
_[46] 논문 第二次世界大戦と高木貞治 2006
_[47] 문서 倫敦海軍会議一件 暗号ニ関スル海軍省意見 海軍省電信課 1930