Замок с пинами (pin-tumbler lock) основан на принципе запирания, применяемом в Древнем Египте еще в 2000 году до н.э., когда для открытия засовов на дверях использовался деревянный ключ с штифтами или зубцами. Хотя это малоизвестный факт, современный принцип пинового механизма был описан еще в 1805 году в британском патенте (UK 2,851), выданном А. О. Стэнсбери, американцу, эмигрировавшему в Англию. Идея Стэнсбери заключалась в использовании ключа с зубцами или штифтами, который воздействовал на пару круговых пластин: одна была неподвижной, а другая вращающейся. При вставке ключа концы штифтов совпадали с выемками между двумя пластинами, позволяя передней пластине вращаться. Однако все штифты были одинаковой длины, и различие достигалось за счет использования бородок или разного положения отверстий для штифтов.

Современный цилиндровый замок с пиновым механизмом, известный нам сегодня, возник в середине или конце XVIII века благодаря изобретениям американских мастеров по замкам, Лайнуса Йеля-старшего и его сына Лайнуса Йеля-младшего.

Несмотря на родственную связь, профессионально они не работали как команда. Когда Йелу-младшему было чуть больше 30 лет, он старался дистанцироваться от изобретений отца, в частности от замка с пиновым механизмом, который Йель-старший создал за несколько лет до этого и продал производителю замков Bacon, так как этот замок неоднократно вскрывали. Йель-старший разработал несколько охранных замков для банков, включая замок «Quadruplex», запатентованный в 1844 году (US 3,630), который имел четыре ряда радиальных пинов, а ключ был круглого сечения (см. Рис. 2.1). Однако этот механизм с восемью или более пинами был громоздким и не отличался модульностью, поскольку пины находились в корпусе замка.

В 1857 году Йель-старший создал навесной замок с 5 пинами, использующий скользящий, а не вращающийся механизм, по принципу, похожему на древнеегипетский замок (см. патент США 18,169).

Как и его отец, Лайнус Йель-младший также разработал несколько оригинальных банковских замков с ключевым управлением, включая «Infallible» («Непогрешимый»), «Magic Infallible» («Волшебный Непогрешимый») и «Double Treasury» («Двойное Хранилище»). Замок Magic Infallible, который был сувальдным замком, мы рассмотрим в главе 5. Примерно с 1863 года эти замки с ключевым управлением начали сменяться замками с кодовыми комбинациями без ключей, которые, по мнению Йеля, были "ключом" к настоящей безопасности.

Какие бы сомнения ни были у Лайнуса Йеля-младшего по поводу ранних замков его отца, он продолжил развивать идеи отца, создав цилиндровый замок с пинами и вращающимся плагом. К 1865 году он разработал врезной цилиндровый замок с пятью пинами, управляемый плоским «перьевым» ключом, как показано на Рис. 2.2 сверху (патент США 48,475). Этот замок явно является предшественником современного цилиндрового замка, на котором основаны почти все пиновые замки.

Впоследствии Йель-младший вместе с Генри Тауном основал компанию Yale Lock Manufacturing Company в 1868 году. После преждевременной смерти Йеля в декабре того же года компания продолжила свое развитие под руководством Тауна и в 1883 году была переименована в Yale & Towne Manufacturing Company. Конструкция цилиндрового замка с пинами совершенствовалась на протяжении 1870-х годов. В 1883 году был представлен профильный канал для ключа, предназначенный для ключа с волнистым профилем (как на Рис. 2.2 снизу), а в конце 1890-х годов был введен парацентрический канал(ключевина) для ключа.

Знаменитый овальный цилиндр Yale & Towne был запатентован в 1923 году. В отличие от Йеля-старшего и Йеля-младшего, которые предпочитали разрабатывать сложные и дорогие банковские замки, Таун разглядел коммерческий потенциал замков с пинами.

Как и многие другие охранные замки, базовая идея пинового замка, хотя и проста по сути, требует высокой степени механической точности для эффективной реализации. Ранние пиновые замки были недоступны для большинства людей и предназначались преимущественно для коммерческих клиентов, пока не стали доступными благодаря массовому производству.

Сегодня пиновый замок является самым распространенным замком в западном мире. В своей простой форме он обеспечивает приемлемый уровень безопасности при умеренной стоимости. Цилиндры пиновых замков изготавливаются различных форм и размеров: наиболее распространены накладные, врезные и европрофильные цилиндры. Они служат центральным элементом в накладных и врезных замках.

Конструкция таких замков позволяет менять комбинацию замка простой заменой пинов(перекодировкой) и изготовлением нового ключа на основе той же заготовки. В отличие от сувальдных замков, один и тот же цилиндр можно использовать в различных типах(корпусах) замков, что позволяет реализовать разные функции запирания.

Пиновый замок, показанный на примере европрофильного цилиндра Corbin на рисунках 2.3–2.7, состоит из плага (plug), установленного внутри корпуса цилиндра. В то время как цилиндр остается неподвижным относительно замка, плаг может проворачиваться при использовании правильного ключа. Это можно сравнить с электродвигателями, где плаг выполняет роль ротора, а цилиндр — статора. Цилиндр обычно является частью более сложного механизма запирания, включающего засовы, защелки и другие элементы. Кулачок(cam), прикрепленный к плагу, приводит этот механизм в действие.

В плаге имеется паз, называемый ключевым каналом или ключевиной(keyway) (Рис. 2.4), через который вставляется ключ. Ключевой канал обычно имеет нерегулярную или парацентрическую форму и содержит фиксированные боковые препятствия, называемые бороздами (warding). Паз плага соответствует профилю заготовки ключа.

В плаге и корпусе цилиндра находятся вертикальные отверстия, называемые пиновыми камерами (pin chambers) (Рис. 2.5). Отверстия в нижней части цилиндра в основном закрыты латунными заглушками и доходят примерно до середины диаметра плага. Каждая камера содержит пару пинов — нижний пин (блокирующий) и верхний пин (кодирующий) (Рис. 2.6). Общая длина пары пинов превышает длину отверстия в плаге.

Под каждым блокирующим пином установлена пружина(зачастую изготовленная из фосфористый бронзы), которая удерживает пару пинов в самом верхнем положении. Пиновая пара может также содержать дополнительные пины для реализации системы мастер-ключа. В закрытом положении плаг не может поворачиваться из-за того, что нижние пины(блокирующие) находятся на границе(на линии слома) между плагом и корпусом цилиндра, препятствуя его вращению.

Ключ (Рис. 2.3) содержит ряд V-образных вырезов, которые соответствуют расположению пиновых камер. Когда лезвие ключа вставляется в ключевое отверстие, его наклонная передняя кромка(носик) опускает верхние(кодирующие) пины. Ключ продолжает движение над пинами, пока его упор не коснётся передней части плага или носик ключа не упрётся в задний упор плага или заменяющий упор элемент цилиндра. Центры вырезов ключа выравниваются с вершинами кодирующих пинов, каждый из которых опускается на высоту, определённую глубиной нарезки на ключе.

Если нарезка на ключе опускает кодирующий пин до линии слома на уровне края плага, эта пара пинов больше не препятствует повороту сердечника (Рис. 2.7). Однако для открытия замка недостаточно опустить только один или два пина: все пины должны одновременно опуститься до линии слома. После этого ключ сможет провернуть замок в любом направлении. При повороте плага верхние(кодирующие) пины остаются на линии слома, удерживая ключ, пока он не вернётся в положение 12 часов. Когда ключ вынимается, пружины возвращают пины в верхнюю часть пиновых камер, блокируя цилиндр.

Пиновые замки обычно имеют пять или более кодирующих пинов, каждый из которых доступен в нескольких длинах, соответствующих разным глубинам вырезов на ключе. Миниатюрные пиновые замки могут иметь меньше пинов и размеры меньших вырезов. Например, замки Lockwood используют 10 длин пинов: от 0,150 дюйма (размер 0 — самый неглубокий вырез) до 0,300 дюйма (размер 9 — самый глубокий вырез) с шагом 0,015 дюйма и интервалом между пинами 0,156 дюйма. Нижние(блокирующие) пины обычно имеют длину 0,220 дюйма. Блокирующие пины могут подбираться таким образом, чтобы компенсировать длину верхних пинов, обеспечивая одинаковое натяжение пружин в каждой камере и избегая проблем при вставке ключа.

В замках со сменным плагом все пары пинов выравниваются по общей высоте. В системе мастер-ключ (где один ключ открывает несколько замков с разными настройками) в стек добавляются мастер-пины. Пиновый стек с мастер-пинами считается сегментированным, так как содержит более одной линии слома. Другой метод использует мастер-кольцо вокруг плага, создавая вторую, независимую линию слома. В цилиндре с мастер-кольцом сменные ключи поднимают пины до внутренней линии слома, а мастер-ключ — до внешней. Эта идея, показанная на Рис. 2.8, появилась в конце XIX века и аналогична управляющей линии слома в замках со сменным плагом.

Мастер-пины имеют различные размеры, например, от 1 до 9, с длинами от 0,015 до 0,135 дюйма. Разница в длине между соседними пинами, равная 0,030 дюйма, предпочтительна, чтобы избежать заклинивания из-за износа или перекоса. Это также снижает вероятность того, что неподходящий ключ сможет открыть замок при покачивании в нём.

Добавление мастер-пина в камеру создаёт дополнительную линию слома. Если в стек из пяти пинов добавлен только один мастер-пин, то замок можно открыть двумя ключами (по числу линий слома). Если несколько пиновых стеков сегментированы, как в системах мастер-ключей, то количество работающих ключей увеличивается мультипликативно. Например, цилиндр с пятью пинами и одним мастер-пином в первых трёх камерах имеет 2 × 2 × 2 = 8 возможных ключей, которые могут открыть замок. Это может быть как преимуществом, так и недостатком, в зависимости от того, сколько уровней и сменных ключей требуется в системе мастер-ключей.

Чем сложнее система, тем больше вероятность появления непреднамеренно подходящих ключей. Это явление называется перекрёстной совместимостью ключей (key interchange).

В любой системе с мастер-ключом потеря или кража ключа требует перекодировки той части системы, которой управлял утраченный ключ. В зависимости от размера системы и уровня угрозы безопасности из-за утери ключа владелец должен решить, нужно ли менять замки в затронутой части системы.

В больших многоуровневых системах восстановление безопасности может оказаться слишком дорогим. По этой причине системы блокировки, которые легко перенастраиваются, становятся привлекательным вариантом.

Для гостиниц и других временных мест размещения, где жильцы нуждаются в доступе на короткие периоды времени, целесообразно использовать электронно перепрограммируемые замки или замки с карточным доступом.

В местах с более стабильным размещением, таких как офисные здания и многоквартирные дома, более подходящим решением могут быть замки, управляемые обычными ключами.

Замена накладного или врезного цилиндра требует, как минимум, выкручивания крепежных винтов, за которым следует перекодировка цилиндра. Сама перекодировка может потребовать снятия кулачка и использования направляющей для извлечения плага. В некоторых случаях, например, для старых цилиндров европейского профиля или особенно навесных замков, может потребоваться сверление. В системе с мастер-ключами работа по перекодировке может быть весьма значительной. Цилиндр с взаимозаменяемой сердцевиной (IC), выпускаемый с конца 1930-х годов, является экономически эффективным решением проблемы перекодировки (см. рис. 2.9).

Функцию взаимозаменяемого сердечника не следует путать с функцией цилиндра с мастер-кольцом, где внутренний и внешний цилиндры обеспечивают разные комбинации (рис. 2.8).

Малые цилиндры с взаимозаменяемыми плагами, поставляемые компаниями Best, Falcon, Arrow и Corbin, разработаны в первую очередь для упрощенной замены. Сначала вставляется и поворачивается контрольный ключ, что позволяет извлечь весь цилиндр. Затем можно получить доступ к пинам, сняв крышку и открыв камеры пинов. Хотя у слесаря есть возможность сначала извлечь плаг, перекодировать его и вернуть на место, предпочтительнее подготовить новые плаги заранее и заменить их на месте. Сам процесс замены осуществляется без необходимости использования инструментов.

Естественным образом возникает вопрос о том, сколько всего перестановок, кодов ключей или вариантов установки пинов поддерживает конкретная пиновая система. Здесь под кодом ключа подразумеваются высечки (глубины реза) на ключе — это верно только для прямых кодов. (Другие коды, называемые непрямыми или скрытыми, намеренно отличаются от прямого кода и используются для маскировки реальных глубин реза. Прямой и непрямой коды затем сверяются по специальной кодовой книге.)

В 5-пиновой системе с 10 размерами пинов теоретически можно создать 10^5 = 100,000 различных ключей, которые смогут работать с цилиндром. Однако на практике это значительное завышение по нескольким причинам. Самой важной из них является то, что в большинстве систем расстояние между камерами делает невозможным размещение очень мелкой нарезки (для короткого пина) рядом с очень глубокой нарезкой (для длинного/высокого пина).

Это можно лучше понять, обратившись к рисунку 2.10, где мелкая нарезка на позиции 4 лезвия ключа соседствует с глубокой нарезкой на позиции 5. Геометрия такова, что любое дальнейшее увеличение глубины на позиции 5 приведёт к тому, что нарезка на позиции 4 будет «подрезана».

Максимальная разность соседних нарезок (MACS)

Для последовательности нарезок вводится ограничение, называемое максимальной разностью соседних нарезок (MACS) или разностью соседних резов. MACS специфична для конкретного типа замка и зависит от следующих параметров:

D — расстояние между пиновыми камерами,
d — шаг глубины реза,
θ — угол реза,
δ — глубина основания реза (или отпечаток пина).

MACS предотвращает проблемы, связанные с неправильной нарезкой, и помогает обеспечить надёжную работу замка.

Взаимосвязь между этими величинами показана на рис. 2.11. При нарезке ключей важными параметрами являются глубина вырезов для каждого размера пина и расстояние между вырезами вдоль лезвия ключа, которое может измеряться от плеча или от кончика ключа. Производители предоставляют эту информацию в виде таблиц глубины и расстояния для каждого типа замка.

В некоторых пиновых замках используются V-образные вырезы с нулевой эффективной глубиной основания: нижний пин опирается на склоны выреза.

Формула для DMACS и MACS

Согласно рис. 2.11, расстояние DMACS — это максимальная разница глубины между соседними вырезами, и оно определяется формулой:

где MACS измеряется в единицах приращения глубины. Из диаграммы видно, что:

Отсюда следует, что MACS можно вычислить по следующей формуле:

Пример

Для цилиндров, часто используемых в Австралии, примерные размеры таковы:

• Расстояние между пинами (D): 0,156 дюйма
• Приращение глубины (d): 0,015 дюйма
• Угол реза (θ): 96°
• Основание выреза (δ): 0,045 дюйма

Используя формулу, получаем:

На практике допускается небольшое увеличение MACS за счет недореза на менее глубоком вырезе. Если допустить недорез на u единиц (например, на вырезе в позиции 4 на рис. 2.10), то основание выреза станет δ-u. Формула для MACS изменится следующим образом:

Например, если допустить минимальную глубину основания выреза в 0,030˝ вместо 0,045˝, MACS составит ⌊7,6⌋ или 7. Это значение MACS типично для 5-пиновых замков, производимых компаниями Lockwood и Schlage.

MACS значительно влияет на количество доступных комбинаций системы. Например, в 5-пиновой системе с MACS, равным 7, комбинация кода (2 7 1 9 3) будет недопустима, поскольку глубина выреза 9 рядом с глубиной выреза 1 нарушает ограничение MACS.

Рассчитать количество допустимых комбинаций, удовлетворяющих MACS, в общем случае непросто. Однако для замков с шестью или меньшим количеством пинов можно написать компьютерную программу, которая генерирует все теоретически возможные комбинации и исключает те, что не соответствуют MACS. (Для замков с семью и более пинами такой подход может привести к вычислительным проблемам.) В таблице 2.1 приведено количество комбинаций для различных значений MACS для 5- и 6-пиновых цилиндров, предполагая наличие 10 размеров пинов. Также указано количество комбинаций для 5- и 6-пиновых систем при использовании только 9 из 10 размеров пинов. Эти данные были получены с помощью программы check macs.m, написанной на языке программирования MatlabTM.

Напомним, что для 5-пиновой системы с 10 длинами пинов теоретически возможно 100 000 комбинаций, а для 6-пиновой системы — один миллион. Видно, что даже при MACS, равном 7 (максимальное значение для большинства пиновых замков), количество кодов уменьшается на 20–25 % от теоретического значения. При меньших значениях MACS количество возможных кодов может составлять менее 40 % от теоретического значения. Однако это не окончательный набор возможных ключевых кодов, так как на практике накладываются дополнительные ограничения. Эти ограничения, называемые правилами кодирования или набивки, исключают тривиальные коды, которые легко дублировать или подобрать. Обычно применяются следующие четыре дополнительные правила:

[C1] Только два соседних выреза могут иметь одинаковую глубину.
[C2] Не более трёх вырезов могут иметь одинаковую глубину.
[C3] Три или более выреза должны иметь разную глубину.
[C4] Вырезы с глубиной 8 или 9 недопустимы в первой позиции.

Первые три ограничения (C1–C3) исключают последовательности пинов, такие как (5 5 5 5 5), (3 3 3 4 5) и (3 2 3 2 3). Ограничение C4 необходимо для минимизации поломок ключа из-за максимальной или близкой к максимальной глубины выреза в положении, ближайшем к плечу ключа. Учитывая MACS и условия (C1–C4), количество уникальных кодов сокращается еще больше, хотя и не существенно (см. Таблицу 2.2).

Если изменить правила кодировки, то будет создан новый ряд ключей с другим количеством кодов. Например, чтобы увеличить количество возможных комбинаций, некоторые производители ослабляют первое ограничение, позволяя до трех соседних вырезов одной глубины. Существует множество других наборов правил кодировки, каждый из которых создает свою собственную серию ключей. Например, одно из таких правил — правило “выдвижения” (pull-out rule). Оно требует, чтобы глубина вырезов на лезвии не возрастала монотонно, как, например, в последовательности (5 5 6 7 9). В случае износа ключа и замка такой ключ может быть извлечен в разблокированном положении.

Преимущества шестипинового цилиндра по сравнению с пятипиновым становятся очевидны из Таблицы 2.2. При практических значениях MACS (5 и более) количество уникальных комбинаций увеличивается более чем в 8 раз благодаря дополнительному пину. Если игнорировать ограничение C4, то доступно примерно на 20 % больше комбинаций, чем указано в таблице, но многие из них ослабляют лезвие ключа около плеча, что увеличивает риск его поломки. Результаты для 7-пиновых замков будут представлены в следующем разделе.

В рамках единой серии ключей для мастер-системы количество доступных кодов еще меньше, так как для предотвращения взаимозаменяемости ключей (случайного открытия одним ключом другого замка) обычно требуется минимальная разница в два шага глубины между кодами. В некоторых системах требуется разница в один шаг хотя бы в двух позициях. Минимальная разница между последовательными кодами называется шагом прогрессии (progression step). В более защищенных системах коды могут отличаться на три шага глубины хотя бы в одной позиции.

Такие ограничения значительно влияют на количество доступных кодов и оказывают неожиданный эффект при применении ко всей серии ключей. Можно предположить, что требование минимальной разницы в два шага глубины сократит количество кодов примерно вдвое. Однако это верно только при сравнении различий в одной позиции выреза.

Примером эффекта предыдущего требования является 5-пиновая система с MACS равным 3. Из Таблицы 2.2 мы знаем, что такая система предоставляет около 10,000 уникальных кодов, учитывая MACS и ограничения C1–C4. Теперь давайте уберем каждый код, который отличается от предыдущего кода менее чем на две глубины выреза в позиции 5. Это примерно эквивалентно удалению каждой нечетной комбинации из серии. Можно показать, что у нас остается 5750 кодов ключей, начиная с (0 0 1 0 2), (0 0 1 1 2), (0 0 1 1 4), (0 0 1 2 0) и заканчивая (7 9 9 8 9). Однако мы оставили много других кодов, которые отличаются от существующих кодов в этой серии на одну глубину в одной из других позиций (1–4). Например, первый код можно связать с (1 0 1 0 2), который отличается только на один вырез в позиции 1.

Поэтому мы должны удалить все коды, эквивалентные существующему коду в том смысле, что они отличаются на одну глубину только в одной позиции. Многие коды эквивалентны с точки зрения более чем одного другого кода. Для 5-пиновых систем с большим MACS мы можем получить до 10 эквивалентных кодов для каждого кода. Например, (7 8 7 5 1) отличается на одну глубину от следующих 10 кодов: (6 8 7 5 1), (7 7 7 5 1), (7 8 6 5 1), (7 8 7 4 1), (7 8 7 5 0), (8 8 7 5 1), (7 9 7 5 1), (7 8 8 5 1), (7 8 7 6 1), (7 8 7 5 2). Результат для примера с MACS = 3 оказывается удивительно низким: всего 1,533 из 10,000 кодов удовлетворяют всем ограничениям! Более того, полученная серия ключей не является уникальной; мы можем получить другие серии, изменив порядок, в котором мы проверяем ограничения. Например, проверка позиции 1 сначала, затем 2, и так далее до позиции 5, которая проверяется последней, приводит к серии из 1571 кода. Некоторые последствия эквивалентности кодов будут рассмотрены далее в Приложении A, где мы продемонстрируем связь с новым классом дискретных фрактальных изображений.

Таблица 2.3 подводит итоги результатов для 5- и 6-пиновых замков для диапазона значений MACS, когда применяется ограничение на прогрессию, начиная с последней позиции. Можно заметить, что резкое сокращение числа кодов в серии происходит при использовании шага прогрессии в два между кодами. Обычно это приемлемо для системы мастер-ключей, поскольку система фактически разбивается на подсистемы, каждая из которых имеет свой собственный набор кодов, причем каждая подсистема имеет свой собственный мастер-ключ или набор мастер-ключей. Обратите внимание, что увеличение MACS не обязательно приводит к увеличению количества кодов, удовлетворяющих всем ограничениям. Для 5-пиновых замков общий эффект аналогичен делению числа глубин пинов с 10 до 5, что дает 55 = 3,125 перестановок.

Значительным аспектом 6-пиновых систем является увеличенное количество возможностей для мастер-ключевого управления, хотя это неизбежно снижает сопротивление манипуляциям замка, поскольку в пиновых шахтах вводится большее количество линий слома. Мы можем видеть из Таблицы 2.3, что 6-пиновый цилиндр предлагает около 20,000–30,000 кодов при шаге прогрессии 2 по сравнению только с 4,000–5,000 кодов для 5-пинового замка с тем же MACS. Дополнительный контроль доступа может быть достигнут за счет изменения профиля (или сечения) ключевого канала, при этом заготовки одного профиля несовместимы с заготовками других профилей. Каждый новый профиль является множителем в общем количестве различных ключевых кодов в системе. Таким образом, система с 10 профилями ключей будет поддерживать в 10 раз больше кодов по сравнению с системой с единственным профилем.

Вариации профилей также используются для дополнения систем мастер-ключ. Это достигается за счет иерархического проектирования набора профилей заготовок ключей и соответствующих ключевых отверстий, что называется мультиплексными системами мастер-ключ или многократной обрезкой. Заготовки ключей на верхних уровнях иерархии могут входить в профили на нижних уровнях или проходить через них, но не наоборот. Эта идея, разработана в 1896 году У. Ф. Донованом (США 567,305) из компании Yale and Towne Manufacturing Company.

Для понимания этого метода контроля профиля рассмотрим общий профиль ключа на рисунке 2.12. Этот конкретный профиль свободно основан на системе, используемой компанией DOM, но упрощен для иллюстративных целей. Метки P1 до P6 на диаграмме — это точки на сечении ключа, в которых могут быть произведены продольные канавки контроля профиля на лезвии ключа. Мультиплексная система будет использовать это в качестве профиля верхнего уровня, потому что она может проходить через любое ключевое отверстие, сгенерированное за счет отсутствия одной или нескольких канавок профиля. Поскольку канавка профиля может быть либо присутствовать, либо отсутствовать, эта общая система поддерживает 2ˆ6 = 64 возможных сечения ключа и до шести уровней. В соответствии с терминологией мы называем сечения на разных уровнях иерархии: C (сменный); M (мастер); GM (гранд-мастер); TM (мастер верхнего уровня).

Профиль ключа с канавками в точках P1, P2 и P4 можно назвать секцией (124). Секция TM, или универсальный бланк, в этой иерархии — (123456). Можно увидеть, что бланк ключа с секцией (124) не может войти, скажем, в ключевую отверстие с секцией (125), поскольку у него нет канавки профиля в точке P5. Бланк ключа с секцией (1245) пройдет через оба предыдущих ключевых отверстия. Важно помнить, что профили не совпадают с фактическими кодами ключей, которых может быть тысячи для каждого профиля.

Пример простой двухуровневой системы мультиплексного или двойного профилирования представлен на рис. 2.13. Профиль второго уровня с секцией (1234) совместим с шестью секциями первого уровня на диаграмме. Примеры реальных двухуровневых систем мультиплексной системы мастер-ключ включают Russwin и Yale, с 14 и 22 различными ключевыми секциями соответственно. В этих системах все ключевые отверстия первого уровня несовместимы, в то время как единый профиль второго уровня подходит для всех профилей нижнего уровня.

Как только мы переходим на более высокие уровни управления мастер-ключами с контролем профиля, мы сталкиваемся с более чем одной архитектурой иерархии профилей. Например, мультиплексная система ASSA для замков с 5, 6 и 7 пинами, схематически представлена на рис. 2.14, является трехуровневой системой с единым профилем первого уровня, тремя профилями второго уровня и единым профилем третьего уровня, который подходит ко всем другим профилям.

Более сложная трехуровневая мультиплексная система представлена на рис. 2.15. Это система из 13 ключевых профилей на тройном дереве: единая секция TM на третьем уровне; три секции второго уровня, каждая из которых совместима с тремя секциями на первом уровне. Все девять секций первого уровня несовместимы. Цилиндры Schlage с 6 пинами используют аналогичную трехуровневую мультиплексную систему с 11 различными ключевыми секциями. Еще одна популярная трехуровневая система используется различными производителями, такими как Meroni, Yale и Dexter.

Последний пример, который мы представляем — это мультиплексная система с четырьмя уровнями и 16 профилями ключей. Эта система использовалась компанией Sargent в США и Vachette во Франции. Система, показанная на рисунке 2.16, имеет один профиль уровня 4, который подходит ко всем другим 15 профилям. Существует три профиля уровня 3, каждый из которых подходит только к двум из трех профилей уровня 2, находящихся ниже. Профили уровня 2 в свою очередь подходят к трем различным профилям на уровне 1.

Можно отметить, что, хотя в принципе нет предела сложности иерархии профилей мультиплекса, существуют практические ограничения на то, что можно достичь путем изменения механической обработки профиля ключа. Чем больше количество профилей, тем меньше допустимость износа при частом использовании. Более того, в дизайне имеется присущая уязвимость безопасности, заключающаяся в том, что часто возможно преобразовать профиль низкого уровня так, чтобы он подходил ко всем остальным профилям, просто сточив стороны ключа. Это может привести к обмену ключами или непреднамеренной совместимости.

В попытке избежать недостатков управления ключами через вариации профилей и снизить производственные затраты многие производители начали переходить на замки с контрольными пинами профиля. Мы увидим много примеров таких замков позже в этой главе. Тем не менее, остается факт, что, когда механизм контроля профиля является пассивным, ключевые заготовки могут быть подделаны так, чтобы они проходили через все уровни в системе. Лучший метод — это использование активного контроля профиля, о чем свидетельствуют замки таких производителей, как ABUS, ISEO, Vachette, MLA, Winkhaus и Schlage.

В этом разделе мы рассмотрим ряд аспектов, которые влияют на безопасность замка с пиновым механизмом. К ним относится дизайн замочной скважины, который важен для предотвращения вставки инструментов для вскрытия и обхода. Мы также обсудим физические аспекты безопасности, такие как устойчивость к сверлению. Безопасность может быть интерпретирована с точки зрения количества комбинаций или различий, которые увеличиваются с увеличением количества пинов. Темы контроля ключей, включая ограничения на ключевые заготовки и требования к авторизации для копирования ключей, также обсудим далее.

Ключевым шагом к современному замку с пиновым механизмом стало развитие замка Линуса Йейла-младшего в 1883 году. До этого изобретения было возможно вставить грубое плоское лезвие в замочную скважину замка, чтобы вскрыть его. В конце 1890-х годов Йейлом была предложена так называемая парацентрическая замковая скважина, которая до сих пор используется в цилиндровых замках Йейла. Парацентрическая замковая скважина впервые была предложена в патенте 1891 года (US 457,753) У. Х. Тейлора, давним сотрудником и главным изобретателем компании Yale and Towne Manufacturing.

Сегодня существует десятки тысяч различных сечений замочных скважин от сотен различных производителей, каждая со своим уникальным ключом. Ассортимент каталогов Silca является хорошим справочным материалом по этой теме. Однако относительно небольшое количество этих профилей содержит достаточные затруднения, чтобы значительно затруднить манипуляции с пинами, используя современные инструменты, и некоторые из этих замков будут рассмотрены в данной главе.

Ранний метод повышения безопасности замка с пиновым механизмом был разработан В. J. M. Эрасом из завода Lips (Lips Brandkasten Sloten) во время его визита к Джону Моссману в Нью-Йорке в 1903 году. Метод заключался во вставке пары шариков в первую камеру пинов. В 5-пиновом замке добавлялась шестая камера, и все пиновые пары смещались назад на одну камеру, как показано на рисунке 2.17. Первая камера была модифицирована так, что глубина отверстия в плаге соответствовала диаметру шарика, который оставался на уровне слома. Второй шарик находился выше первого и удерживался на месте закаленной штангой. Конструкция была такова, что расстояние между двумя шариками совпадало с уровнем слома. Наличие шариков не влияло на нормальную работу замка, но значительно усложняло сверление плага в области слома. Небольшая модификация идеи описана в патенте Великобритании 1912 года № 27,511, в котором закаленная штанга была установлена в передней камере пинов, а закаленное кольцо окружало переднюю часть плага.

Что касается устойчивости к сверлению, многие замки, описанные в этой книге, содержат закаленные шарики, ролики, полукруглые детали и/или другие вставки в различных местах плага и корпуса. Сами пины могут быть изготовлены из твердого материала, такого как нержавеющая сталь, или содержать закаленные вставки. Дополнительная защита, особенно от пиления и скручивания, доступна в виде защитных пластин и штифтов из закаленной стали. Штифт может быть фиксированным или вращающимся, что делает невозможным захват замка для его распила. Некоторые замки более подвержены атакам с помощью скручивания, чем другие: замки старого образца с корпусом из цельной латуни, популярные в Европе, являются ярким примером. В настоящее время они производятся в композитном формате, который более устойчив к переламыванию.

В качестве альтернативы можно установить дополнительную защитную накладку, чтобы защитить ключевое отверстие основного замка. Примером такой системы является защитная накладка Drumm Geminy, которая имеет запираемую скользящую крышку, управляемую 10-пиновым замком с концентрическими штифтами. Защита также доступна для сувальных замков (глава 5), которые часто включают стальные защитные пластины в стратегических местах и фиксированные ролики в задвижке, чтобы противостоять перепиливанию. Естественно, существует предел уровня защиты, который могут обеспечить эти меры, но хорошо спроектированный замок все же является эффективным сдерживающим фактором для потенциального вора, поскольку он увеличивает время, необходимое для получения доступа.

Большинство пиновых замков имеют 5 или 6 пинов. Пятипиновые замки традиционно использовались для жилых помещений, так как они недороги и обеспечивают уровень безопасности, который считается достаточным, учитывая простоту несанкционированного доступа другими способами (например, через окна или крышу). При наличии всего пяти пинов мы ранее видели, что количество различных комбинаций, принимая в расчет MACS равный 7, составляет около 60,000–70,000, в зависимости от набора правил нарезки, используемых для генерации кодов ключей. В домах, оборудованных замками, использующими один и тот же профиль ключа, существует вероятность того, что ключ одного человека может случайно открыть замок другого человека из-за дублирования кода, слабых допусков или износа замка. Упрощения, такие как использование пинов с закругленными концами и Maison-keying (пропуск некоторых пинов), также снижают безопасность цилиндра с пиновым механизмом и делают его уязвимым для взаимозаменяемости ключей (т.е. непреднамеренной работоспособности).

Шестипиновые замки являются вариантом, который обеспечивает более высокий уровень безопасности и в основном используется в коммерческом, промышленном и общественном секторах. Повышенный уровень безопасности обусловлен более высокой устойчивостью к манипуляциям благодаря наличию шестого пина, а также более низкой вероятностью дублирования кодов в неконтролируемых системах, поскольку большинство 6-пиновых систем с 10 типами пинов поддерживают от 600,000 до 700,000 различных комбинаций.

Для полноты картины мы представили в таблице 2.4 количество системных кодов для 7-пиновых замков в зависимости от MACS и различных правил нарезки C1–C4, упомянутых выше. Таблица показывает, как теоретическое количество кодов снижается с 10 миллионов до гораздо меньшего числа действительных комбинаций. В частности, требование различаться хотя бы на две глубины нарезки от любого другого кода в серии снижает количество кодов в 15–30 раз по сравнению с количеством кодов, удовлетворяющих MACS.

Эта глава содержит несколько примеров однорядных пиновых замков с семью пинами, включая ряд замков, произведенных компанией Lockwood (Австралия). На Рисунке. 2.18 изображен 7-пиновый защитный цилиндр, произведенный компанией ASSA. В дополнение стоит упомянуть, что также производятся обычные пиновые замки с более чем семью пинами. Испанская компания FAC производит 8-пиновый цилиндр, а итальянская фирма Wally выпускает 9-пиновый цилиндр.

Как можно ожидать, увеличение количества пинов в цилиндровом замке — это не единственный способ увеличить количество доступных системных кодов или уровень безопасности, предоставляемый замком. На практике, хотя увеличение количества пинов в однорядном цилиндре снижает вероятность обмена ключами, это не значительно повышает общий уровень безопасности. Замок с 6 или даже 7 пинами по-прежнему относительно легко поддается манипуляции или сверлению, если не добавлены дополнительные элементы безопасности или не изменен однорядный дизайн. Однако тенденция в области высокозащищенных замков заключается в том, чтобы отходить от традиционных конструкций в сторону других систем, таких как замки с боковыми пинами и замки с углублениями (например, Kaba, KESO). Эти системы, которые обеспечивают значительно повышенный уровень безопасности и контроля ключей без необходимости в более длинном ключе, будут обсуждены позже в этой главе.

Риск дублирования кодов и несанкционированного доступа может быть дополнительно уменьшен за счет контроля доступности ключей. В то время как патенты могут быть использованы для защиты дизайна замка, это дорогой и трудоемкий процесс: он по своей природе не очень подходит для незначительных вариаций хорошо известной концепции, такой как изменение профиля ключа. Чтобы гарантировать, что третьи лица будут защищены от воспроизведения дизайна, профиль ключа обычно регистрируется в национальном агентстве. Таким образом, устанавливается контроль над производством и поставкой зарегистрированных ключей, которые доступны только уполномоченным слесарям. Дополнительный уровень безопасности возникает, когда производитель централизованно выдает ключевые коды, чтобы предотвратить присвоение одинакового кода двум конечным пользователям. В этом процессе каждому ключевому коду присваивается зарегистрированный владелец, при этом копии ключа требуют подписи или карты владения, которые можно сравнить с записью в файле, чтобы авторизовать создание дубликата.

На практике, как только зарегистрированная система ключей используется достаточно долго, количество доступных кодов может оказаться недостаточным для покрытия будущих заказов. Более того, регистрация дизайна и патенты имеют ограниченный срок действия, после чего сторонние производители могут начать выпускать неоригинальные ключи. В этот момент становится необходимым перейти на новый профиль ключа, что требует изменений в производственном процессе и новой регистрации дизайна или патента.

Примеры, которые мы упомянули до сих пор, представляют собой лишь небольшую часть большого числа модификаций, которые были предложены для повышения безопасности цилиндровых замков с пинами. Мы столкнемся с большими примерами этих модификаций позже, когда дадим краткий обзор методов вскрытия, отпечатков и декодирования, применяемых к пиновым замкам.

С тех пор как были изобретены замки, люди стремились открывать их другими способами, помимо использования правильного ключа. Такие техники, как взлом замков, декодирование и импрессия, хорошо известны и постоянно развиваются по мере появления новых конструкций замков. Хотя цель этой книги не состоит в том, чтобы подробно обсуждать эти техники, необходимо кратко охватить их, чтобы оценить особенности безопасности различных замков. Мы также предоставим несколько указаний на справочные материалы, которые могут заинтересовать читателя. Конечно, успех всех этих техник зависит от тщательного понимания механизма замка, который вы пытаетесь открыть.

Манипуляция с замком с цилиндрическими пинами в значительной степени зависит от способности взломщика «установить» каждый пин на уровне слома. Для этого используется инструмент для натяжения, который применяется к плагу замка, в то время как отмычка вставляется в ключевую скважину для манипуляции с пинами. Это усилие заставляет пины «защелкиваться», то есть препятствовать повороту цилиндра, поскольку они находятся на границе между плагом и корпусом. Поскольку отверстия для пинов никогда не находятся в идеальном механическом выравнивании, по мере движения пинов некоторые из них будут иметь тенденцию устанавливаться раньше других при легком вращающем усилии, приложенном к плагу. Искусство взлома замков заключается в том, чтобы определить, какие пины правильно установлены, а какие нет, и действовать в порядке, который не позволит сбросить правильно установленные ранее пины. Эта задача, хотя и требует значительной практики для совершенствования, не является слишком сложной для выполнения, когда используются стандартные цилиндрические пины и ключевина "доступна".

Взломщику иногда помогает наблюдение за тем, что верхушки очень коротких пинов видны в ключевой скважине, если опустить находящиеся между ними пины, вставив зонд. Это свойство, называемое уязвимостью уровня слома, дает важную информацию о общей форме ключа.

Некоторые производители (например, EVVA, DOM и ABUS) разработали секции ключевин, которые являются высокопарацентрическими для защиты от попыток манипуляции. Примером является цилиндр CISA/ABUS «Top Security Profile», изображенный на рисунке 2.19.

Профиль ключевины этого замка очень трудно обойти с помощью обычных отмычек, которые неизбежно опустят некоторые пины слишком низко.

Помимо "пошагового" вскрытия(пин за пином), существует еще одна техника, называемая “прочёс” (raking) , которая менее методична: для одновременного подъема и опускания штифтов используется "расческа" или змеевидная отмычка, в то время как на плаг замка прикладывается усилие(натяг). Этот метод обычно применяется в первую очередь, поскольку, если он сработает, это будет быстрее, чем пошаговое(пин за пином). Если прочёс не удается, взломщик должен прибегнуть к манипуляциям с каждым отдельно взятым пином. Любой замок, который можно открыть методом прочёса, не следует называть замком высокой безопасности. Еще один метод включает использование инструмента, производящего удар, называемого “отмычкой-ударником”(бамп-ключ). Данный метод в народе называется "бампингом" и будет кратко описан позже.

Другие виды замков, такие как тубулярные, дисковые и сувальдные замки, также можно вскрывать. Например, для вскрытия ригельных замков требуются отмычки с L-образным концом, которые могут использоваться вместе с аналогичным по форме ключом для приложения усилия. Кроме того, как отмычка, так и ключ могут быть объединены в один инструмент, называемый “2-в-1” или “отмычка Хоббса”, изображенная на рисунке 1.11. Хотя инструменты, необходимые для работы, могут отличаться, принцип остается тем же: усилие прикладывается, пока с активными запирающими элементами замка манипулируют с целью установить их в правильные позиции для открытия замка.

Импрессия (impressioning) относится к процессу изготовления рабочего ключа для замка в заблокированном состоянии, без его разборки. Это может сначала показаться невозможным, но в несовершенном мире механики это оказывается возможным. Когда заготовка вставляется в цилиндрический замок с пинами, поворачивается для того, чтобы зафиксировать пины, а затем покачивается, на верхней поверхности ключа остаются маленькие следы. Может потребоваться значительное количество усилий, чтобы сделать эти следы видимыми невооруженным глазом. Примечательно, что следы оставляют только те пины, которые находятся не на линии слома (то есть они фиксируются). Это происходит потому, что в этом случае верхний пин удерживается камерами как в плаге, так и в корпусе; когда на плаг прикладывается боковая сила, рычаг на пине заставляет его кончик наклоняться, оставляя слабый след или “импрессию” в месте контакта с ключом.

Трюк при импрессии ключа заключается в том, чтобы удалить лишь небольшое количество материала с заготовки, затачивая или вырезая, из мест расположения пинов, где остались отпечатки. Если доступен инструмент для нарезки ключей, метка может быть углублена до следующей глубины выреза. Процесс покачивания заготовки ключа и последовательного затачивания ключа в нужных местах продолжается до тех пор, пока на нем не останется больше никаких отпечатков от пинов, после чего замок должен открыться. В течение этого процесса порядок затачивания может меняться, поэтому некоторые пины могут не оставлять заметных следов, пока не будут заточены другие позиции пинов.

Как и при вскрытии, процесс импрессии требует навыков и значительного времени для обучения. С практикой простые замки с пинами можно импрессировать за 10 минут. Другие методы импрессии включают поворот ключа для зажатия пинов, а затем либо легкий удар по нему, либо его вытаскивание для снятия отпечатка. Импрессию также можно применять к другим типам замков, включая дисковые и ригельные замки.

Основным требованием для импрессии, помимо набора напильников и инструмента для захвата, является заготовка, которая подходит к ключевой щели замка. Производители замков высокой безопасности контролируют распределение зарегистрированных заготовок ключей, предоставляя их только через авторизованных агентов и слесарей, которые дублируют ключи при наличии доказательства владения. Многие ключи безопасности имеют ограничения в этом отношении, что является первым шагом к предотвращению изготовления несанкционированных ключей с помощью импрессии.

Декодирование, как следует из названия, — это процесс определения кода ключа на основе измерений, произведенных на замке. Измерения могут быть выполнены любыми физическими средствами, включая механические, акустические, оптические, электрические, электромагнитные или даже рентгеновские. Некоторые замки, например, дисковые замки и замки с низкой безопасностью, могут быть декодированы путем визуального осмотра запирающих элементов, видимых в ключевой щели. Что касается механического декодирования, может использоваться любой инструмент, позволяющий определить линию слома каждого пина и измерить соответствующую высоту пина. Примеры включают прокладки, тонкие провода и калиброванные устройства для опускания пинов. В замках с пинами с постоянной длиной блокирующего пина сжатие пружины пропорционально длине нижнего пина. Таким образом, возможно оценить длину пина, измеряя силу на каждой паре пинов. По этой причине многие замки с пинами высокой безопасности используют компенсирующие пины, чтобы гарантировать, что пары пинов имеют примерно одинаковую общую длину.

Идея декодирования может быть применена после открытия замка с помощью вскрытия или может быть использована для сборки или нарезки рабочего ключа. Ключ, изготовленный путем сборки из компонентов предустановленной длины, называется “наборным”, и это популярный метод для открытия сувальдных замков. После того как замок с пинами открыт с помощью вскрытия, в ключевую скважину можно вставить измерительный инструмент, состоящий из крючка; расстояния от верха ключевой скважины до начала каждого кодирующего пина размерно связаны с углом поворота крючка.

Декодирование и вскрытие можно объединить в единый процесс, при котором отдельные запирающие элементы поддерживаются на высотах, определенных с помощью процесса декодирования. Конечным результатом является то, что инструмент как измеряет активные элементы в замке, так и открывает его. Одним из примеров реализации этой идеи для обычных замков с пинами является так называемый декодер-отмычка “Спутник”, изображенный на рисунке 1.12. Другим примером комбинированного декодера и отмычки является отмычка для тубулярных замков, показанная на рисунке 1.10. В этом инструменте глубины реза могут считываться с калиброванной шкалы на каждом из слайдеров, как только замок вскрыт.

Использование комбинированной декодер-отмычки принципиально отличается от ручного вскрытия. Как объяснялось выше, ручное вскрытие полагается на недостатки замка для зажатия пинов на линии слома при легком повороте: если вскрытие происходит не по порядку, пины, которые были установлены ранее, возвращаются в свои заблокированные позиции. Это контрастирует с декодирующим вскрытием, при котором инструмент эффективно разделяет функции запирающих элементов, позволяя им манипулироваться независимо. Как только для одного пина определяется правильная высота, она может быть поддержана на этой высоте и оставлена в покое, пока декодирование продолжается для других пинов. Эта техника невероятно мощная, и среди замков, представленных в этой книге, немногие имеют иммунитет к такому подходу, если есть соответствующим образом изготовленный инструмент (обратитесь к [122] для примеров, особенно тех, что производятся компанией Falle Safe Securities).

Простой способ повысить устойчивость цилиндрового замка к манипуляциям, который используется уже много лет, заключается в замене некоторых прямых блокирующих пинов на пины в форме катушки (spool) или гриба (mushroom), как показано на рис. 2.20. Такие пины являются стандартной характеристикой многих высокозащищенных замков, таких как Yale и DOM, и их можно внедрить с минимальными затратами, так как они не требуют изменения общей конструкции замка.

Эффект использования катушечных пинов заключается в том, что, если пин неправильно установлен, он застревает в пиновой камере (см. рис. 2.21). Это мешает попыткам взлома, так как невозможно поднять катушечный пин до линии слома, не ослабив натяжение плага. При этом другие пины, которые уже были установлены, снова опускаются в свои исходные положения.

Хотя замки с катушечными пинами всё ещё можно вскрыть, это требует намного большей точности в работе с инструментами. Один из известных методов заключается в задавливании всех пинов до низа канала ключа и постепенном ослаблении натяжения так, чтобы установить их выше срезной линии. Этот метод основан на предположении, что верхние пины не имеют ребристой или катушечной формы.

Часто передние пины в замке имеют катушечную форму, а последний пин остаётся обычным (прямым), чтобы избежать заедания ключа перед его полной вставке в замок.

В некоторых замках (например, American и Laperche) также используются нижние пины с защитой от вскрытия. Эта идея была предложена около 1940 года в патенте Крусо (рис. 2.22), который предусматривал использование канавчатых верхних и нижних пинов, взаимодействующих с каналом в цилиндре. Еще более ранний метод, включавший изменения в цилиндре замка, был представлен в патенте 1928 года (патент США 1,739,964). В нем описывалась защитная втулка, аналогичная той, что показана на рисунке 2.18. Немецкие производители, в частности, приложили значительные усилия для разработки пинов, защищенных от взлома, таких как составные катушечные пины и пины-ролики (см. разделы о Winkhaus и DOM в этой главе). Наличие нескольких типов защитных пинов в одном цилиндре значительно усложняет как вскрытие, так и изготовление отпечатков ключей, так как динамика механизма может варьироваться для каждого пина. Следует отметить, что, если не комбинировать с очень ограниченным сечением профиля замка, наличие пинов с канавками не снижает уязвимость замка к атакам с использованием отмычек-пистолетов. Этот метод работает за счет нанесения резкого удара по концам верхних пинов.

Удар достаточно силен, чтобы создать зазор между двумя пинами, несмотря на сопротивление пружины. При правильном применении эти зазоры временно располагаются на уровне слома, и при приложении натяжения цилиндр начинает вращаться. Как и следовало ожидать, были предложены модификации для противодействия такого рода атакам, одна из которых показана на рис. 2.23. Другой метод, основанный на ударе и с использованием ударного ключа (bump-key), описан в разделе о замках M&C в этой главе.

Методы, использующие пины с канавками, являются лишь одним из способов предотвращения попыток вскрытия и создания оттиска ключа. Были предложены и многие другие, более экзотические примеры, однако большинство из них оказалось слишком дорогими в производстве или имели нежелательные побочные эффекты, такие как ненадежность или сложность открывания замка с правильным ключом. Среди более амбициозных схем можно отметить патенты Хакнолла 1971 и 1980 годов, показанные на рис. 2.24 и 2.25. Замок по проекту 1971 года выпускался под названием “BHI Huck pin” [71].

Мы до сих пор рассматривали влияние дизайна ключевины, а также использование закаленных вставок и различных форм пинов. Дальнейшие уровни безопасности требуют более значительных изменений в базовом дизайне цилиндра с пиновым механизмом. Мы сгруппировали эти изменения на три широкие категории: дизайн пинов, профильные пины и геометрия пинового механизма. Дополнительная категория дизайн камеры пинов, которая была предложена в некоторых старых патентах, таких как патенты США 1,860,712 (1930) и 2,043,205 (1932), редко используется на практике по причинам стоимости и сложности, и поэтому была опущена.

Дизайн пинов включает в себя, помимо обычных пинов с закругленными концами, модификации функции пары пинового механизма. В эту категорию мы включаем как вращающиеся, так и взаимозамещаемые пины, которые можно встретить в замках, таких как Medeco и Emhart (обратите внимание, что Medeco является замком с боковым пином, рассматриваемым в главе 4).

Профильные пины отличаются от обычных пар пиновых механизмов тем, что у них нет пружинного блокирующего пина, движущегося в камере, хотя некоторые виды могут быть парными с шариками. Профильные пины обычно работают с помощью выемок или вмятин по бокам ключа, которые дополняют основные нарезки для пинов. Выемка для определенного профильного пина либо присутствует, либо отсутствует на лезвии ключа. Пример дизайна профильного пина представлен в патенте Керра 1966 года (США 3,418,833), который относится к рамочным замкам, но также подходит для пиновых замков.

Существует два основных типа профильных пинов: пассивные и активные. Пассивные профильные пины не связаны с функцией запирания цилиндра, а вместо этого обеспечивают уровень контроля за ключом выше того, который предоставляет сам ключевой канал. Профильные пины обычно имеют форму гриба (т.е. шире на верхнем конце, чем на кончике) и размещены в отверстиях в корпусе на 3, 6 или 9 часах. Существует соответствующая полость или бороздка, вырезанная в корпусе, которая принимает головку профильного пина. По мере вращения цилиндра профильный пин выходит из бороздки, и его конец упирается в ключевой канал. Лезвие ключа, соответствующее сечению ключевого канала, будет заблокировано, если оно не имеет как правильных насечек для пинов, так и вмятин для профильных пинов. Замки в которых есть пассивные профильные пины, которые мы рассматриваем в этой главе, включают в себя DOM iX-10, EVVA DPS, Winkhaus VS, Azbe, Alpha и Laperche Diam.

Пассивные профилированные штифты могут эффективно увеличить количество кодов ключей в системе. Поскольку работа каждого профилированного штифта является бинарной (т.е. он либо присутствует, либо отсутствует), каждый такой штифт удваивает доступное количество кодов ключей. Таким образом, система с 10 профилированными штифтами имеет 2^{10} = 1,024 возможных кодов, по сравнению с той же системой без профилированных штифтов. Хотя это может звучать впечатляюще в маркетинговых брошюрах, пассивный профилированный штифт имеет недостаток — он является пассивным. То есть: ключ с правильными нарезками штифтов, который также вырезан во всех возможных позициях профилированных штифтов, сможет открыть замок, независимо от того, какие профилированные штифты загружены в сердцевину. Точно так же наличие пассивных профилированных штифтов не препятствует манипуляциям с замком. Эти последние два момента приводят нас к различиям между пассивными и активными профилированными штифтами.

Как следует из названия, активный профилированный штифт играет роль в фактической функции запирания. Таким образом, активный профилированный штифт должен работать в паре с устройством, которое будет блокировать вращение сердцевины, если ключ неправильно вырезан. Некоторые системы используют несколько размеров активных профилированных штифтов, хотя использование одного размера уже значительно улучшает ситуацию по сравнению с чисто пассивными профилированными штифтами. Неясность относительно того, является ли профилированный штифт активным или пассивным, создает дилемму для любого, кто пытается получить несанкционированный доступ: пассивный штифт требует вмятины в ключе, тогда как активный штифт обычно этого не требует. Таким образом, недостаточно просто нарезать ключ по всем профилям, чтобы обойти профилированные штифты. В области активных профилированных штифтов существует значительный потенциал для инноваций, и замки, которые мы рассматриваем в этой категории, включают ABUS TS 5000, ISEO R11, Vachette 2000, Winkhaus Titan, Schlage Everest и MLA Binary Plus. Эта идея иллюстрируется на рис. 2.27, взятом из патента EVVA 1980 года, который использовался в ABUS TS 5000.

Одной из очевидных проблем механических замков с ключевым управлением является то, что, независимо от уровня физической безопасности и устойчивости к манипуляциям, квалифицированный человек, обладая временем и инструментами, может дублировать ключ. Одним из решений этой ситуации является размещение активных элементов непосредственно в лезвии ключа. Эти элементы могут быть либо механическими, либо электронными. В последнем случае речь идет о транспондерах на верхней части ключа и кремниевых чипах, но это выходит за рамки данной книги (см. вместо этого [112, 126]). Тем не менее, существует множество примеров, когда ключ включает активный или подвижный механический элемент. Как и в случае с активными профилированными штифтами, активный элемент ключа предоставляет дополнительную блокирующую функцию. Этот элемент может состоять из плавающего шара (как в замке DOM-iX KG) или поворотного элемента (как в Bricard Chifral и BiLock NewGen) или из одного или нескольких плавающих или пружинных штифтов, встроенных в лезвие ключа (как в KESO Omega, Vachette Radial Si, Laperche Diam, Pollux Interactive и Mul-T-Lock Interactive).

Какой бы ни была форма активного элемента, основная идея заключается в том, что элемент может выступать ниже или выше поверхности ключа, чтобы обойти фиксированные препятствия и активировать блокирующий штифт-цилиндр. Это проиллюстрировано на рисунке 2.28 с помощью системы с плавающим шариком компании DOM Sicherheitstechnik 1980 года, в которой удерживаемый шарик в ключе поднимается над фиксированным препятствием и затем возвращается в плоскость ключа для активации блокирующего штифта. Правильно нарезанный ключ без активного элемента просто не может воспроизвести этот эффект. Естественно, наличие активного элемента значительно усложняет дублирование ключа, если доступ к заготовкам ключей контролируется эффективным образом.

Последняя область классификации замков с штифтами-цилиндрами связана с геометрическим расположением штифтов. Этот фактор придает большое разнообразие в диапазон замков с штифтами-цилиндрами. Исходный дизайн штифта-цилиндра в одном ряду, который по-прежнему доминирует на низком уровне коммерческого и жилого рынка, претерпел множество трансформаций во второй половине 20 века. С 1960-х годов новые дизайны стали возможны благодаря достижениям в области производственной инженерии, таким как числовое управление с компьютером (CNC), что позволяет надежно изготавливать сложные компоненты с гораздо более строгими допусками, чем прежде. В наши дни компоненты для замков высокой безопасности обычно изготавливаются с линейным допуском от 1 до 2 тысячных дюйма (менее 0,05 мм), а углы резки выполняются с точностью до половины градуса. С 1980-х годов системы гибкого производства (FMS) привели к еще более быстрым и надежным производственным возможностям.

Сейчас диапазон замков с штифтовыми цилиндрами включает множество необычных и нестандартных конструкций, которые мы попытались классифицировать по их геометрическим особенностям следующим образом:

1. Прямые (Inline): замки с одной линией штифтов. Примеры: DOM, EVVA, IKON, Lockwood, Rivers, Best interchangeable core, M&C.
2. Прямые + Пассивные профильные штифты (Inline + Passive Profile Pins): замки с одной линией штифтов, имеющие пассивные профильные штифты с одной или обеих сторон ключевого канала. Примеры: Winkhaus VS & VS6, EVVA DPS, Gege AP 3000, Vachette VIP.
3. Прямой горизонтальный ключевой канал (Inline Horizontal Keyway): замки с одной линией штифтов, управляемые широкой стороной ключа, возможно, включая пассивные профильные штифты и/или активный элемент в ключе. Примеры: Alpha, Azbe, Codem, Laperche Diam.
4. Двойной прямой (Twin Inline): замки с двумя рядами штифтов с вертикальным или горизонтальным ключевым каналом, возможно, включая пассивные профильные штифты и активный элемент в ключе. Примеры: DOM iX-10, Lockwood V7, Head, Tover 2F30, Lancia (замок автомобиля), Renault TS (замок автомобиля).
5. Прямые + Активные профильные штифты (Inline + Active Profile Pins): замки с вертикальным или горизонтальным ключевым каналом и одной линией штифтов, содержащие активные и (по желанию) пассивные профильные штифты. Примеры: ABUS TS 5000, ISEO R11, Vachette 2000, MLA Binary Plus, Schlage Everest, Winkhaus Titan.
6. Крестообразные (Cruciform): замки с тремя или четырьмя рядами штифтов, расположенными по осям под углом 90 градусов; ключевой канал обычно крестовидный, а ключ вырезан с трех или четырех сторон. Примеры: IKON, Moreaux, Helason, Papaiz.
7. Множественные прямые (Multiple Inline): замки с тремя или более рядами штифтов, расположенными радиально и управляемыми “выемочным ключом”, который также может содержать активные элементы. Примеры: Kaba Gemini, Kaba Quattro, KESO, KESO Omega, Kaba ExperT, Bricard Chifral, Vachette Radial, YBU.
8. Тубулярные (Tubular): осевые замки с штифтами, расположенными по кругу или другой форме (например, “E”); штифты могут быть утопленными или вровень, в этом случае ключ будет с зубцами; ключ может быть с концом, сплошным, тубулярным или с радиальными ребрами; ключ может содержать активные элементы. Примеры: ACE, GEM, Apex, Central, Izis Arnov, Zenith Cavith, JPM, Pollux, Van Lock, ISEO R6, Tover 27A, Bramah (вафельный замок), Picard (вафельный замок).
9. Концентрические штифты (Concentric Pin): замки с одним или несколькими концентрическими или соосными штифтами (то есть штифты внутри штифтов). Примеры: Mul-T-Lock, Mul-T-Lock Interactive, Age, Wiselock.
10. Вращающиеся штифты (Rotating Pin): замки, штифты которых необходимо вращать и поднимать; вырезы ключа не все под углом 90 градусов к лезвию ключа. Примеры: Emhart, Medeco (замок с боковой шиной).
11. Штифтовая матрица (Pin Matrix): замки, управляемые картой, с бинарными штифтами, расположенными в прямоугольной сетке; штифты могут занимать только одну из двух позиций (“внутри” или “снаружи”). Примеры: Vingcard 1050 и японские замки с картами, такие как Saiko CardLock.
12. С ключевой заменой (Key-Changeable): замки, которые могут быть изменены по коду путем вставки одного или пары ключей (не относится к бесключевым комбинированным замкам или замкам со строительными ключами). Примеры: Code, Rielda (вафельный замок), Winfield (бицентрический вафельный замок).

Учитывая удивительное разнообразие замков с штифтовыми цилиндрами, определенно возможны и другие схемы классификации. Некоторые замки пересекают границы между двумя или более категориями. Например, Zenith Cavith — это тубулярный замок с дополнительными радиальными штифтами на одном ребре ключа. Вариант тубулярного замка ACE от компании American Locker имеет комбинированный тубулярный и плоский ключ. Одним из самых странных замков был предложен в патенте США 1975 года Н. Эпштейном из компании Norman Lock Company. Замок передавал линейную силу на шарнирный хвостовик через цепочку шариков, которые приводились в выровненное положение правильным ключом. Для интереса мы включили на рис. 2.29 изображение этой странной концепции, хотя она не кажется подходящей ни под одну из категорий, которые мы указали.

Современный высокозащитный цилиндровый замок с конструкцией на основе пин-тумблеров представлен замками таких компаний, как EVVA-Werk (основана в Австрии в 1919 году), IKON AG (основана в Германии в 1926 году) и DOM Sicherheitstechnik (основана в Германии Иосифом Воссом в 1936 году). Замки каждой из этих компаний представлены на рисунках 2.30–2.32. Компания IKON, которая построила свою репутацию на прецизионной оптике и механике для камер под брендом Carl Zeiss, в 1989 году объединилась с Abloy и с 1994 года является частью группы ASSA Abloy.

Хотя EVVA и DOM-S являются обычными пин-тумблерными замками, они включают в себя серьезные функции безопасности. К ним относятся очень жесткие выборки ключей с множественными ребрами, что делает трудным вставку всех, кроме самых тонких отмычек. Закаленные вставки в цилиндре и корпусе, а также спуловые драйверы являются стандартными элементами. Контроль доступа достигается с помощью высокоточных выборок с множественными боковыми ребрами. EVVA GPI, представленная в 1976 году, является де-факто отраслевым стандартом в этом отношении: система предлагает 32 000 различных профилей ключей, что позволяет достичь очень высокого уровня многоуровневой системы мастер-ключей и контроля доступа.

5-пинцовый профильный цилиндр DOM-S, использующий нижние штифты против вскрытия в форме торпеды (сужающиеся), а также спициальные дисковые драйверы. Эти драйверы состоят из опорного штифта, который вмещает четыре независимых диска. Каждый из этих дисков может застревать на срезе аналогично обычному спициальному драйверу. Всего имеется 1,024 вариации профиля ключа.

Цилиндр Lockwood на 7 штифтов, показанный на рисунках 2.34 и 2.35, используется исключительно Австралийской почтовой службой для почтовых ящиков. Цилиндр изготовлен из латуни с никелевым серебряным ключом. Наличие семи штифтов увеличивает количество ключевых кодов (примерно в 10 раз больше, чем у 6-штифтовых замков), что является основным требованием для этой системы, чтобы обеспечить конфиденциальность почты людей. Дополнительные функции безопасности отсутствуют, так как замок не предназначен для общего архитектурного использования. Цилиндр разработан для легкой переработки: сначала снимается запорная шайба в передней части цилиндра, а затем ригель поворачивается до 6 часов, после чего нижние штифты можно извлечь через ряд отверстий для доступа внизу корпуса.

Американская компания по производству замков (Junkunc Brothers), основанная Дж. Джанкунком около 1912 года, производит высококачественные штифтовые и wafer замки. На рисунке 2.36 показан американский навесной замок с съемным сердечником. Цилиндр замка включает несколько канавок как на драйверах, так и на нижних штифтах, чтобы повысить сложность вскрытия (см. рисунок 2.37). Подобная идея для повышения устойчивости замка к манипуляциям путем добавления канавок как на верхних, так и на нижних штифтах была обсуждена в патенте Краузора 1940 года. Американский навесной замок также имеет пружинный замок на дужке. Механизм захватывает ключ в открытом положении, так что пользователю необходимо перезакрыть замок, чтобы извлечь ключ.

«Если вы не можете создать напряжение, вы не можете вскрыть замок». Это теория, лежащая в основе этого необычного штифтового замка. Замок Maxis, показанный на рис. 2.38–2.40, имеет 5-штифтовый цилиндр с идеально круглым сечением ключевого отверстия. Одна строка из пяти штифтов простирается от 12 часов до середины ключевого отверстия. Ключ изготовлен из никелированной плоской латунной заготовки шириной 0,1 дюйма, помещенной внутри прорезной трубки, что делает его круглым в поперечном сечении. Таким образом, вырезы ключа находятся между круглыми краями трубки. Дизайн ключа довольно похож на штифтовый замок с ключом Линуса Йэля-старшего, запатентованный в 1857 году (США 18,169). Штифты замка обычные, за исключением того, что нижние штифты имеют фланцы, которые располагаются в утопленном отверстии в корпусе, приподнимая их над ключевым отверстием. Некоторые из нижних штифтов могут также иметь уменьшенный диаметр стержня над фланцем. Замок также имеет закаленные вставки в штифтах.

Ключевое отверстие слепое, с круглым латунным штоком на конце. Ключ имеет конический наконечник и должен вставляться правильной стороной вверх, но поскольку ключевое отверстие круглое, ключ можно вставить в любом направлении. После того как ключ правильно вставлен, его вырезы поднимают нижние штифты до линии среза, и ключ может управлять замком. Создать напряжение в корпусе замка довольно сложно, не мешая штифтам, хотя напряжение можно прикрепить к передней части корпуса с помощью клея. Если напряжение можно приложить либо к кулачку, либо к корпусу, замок легко вскрывается с помощью плоского лезвия.

Мотивация для создания замков с заменяемыми сердечниками была изложена во введении к главе. В этом разделе мы сосредоточимся на работе системы замков с малым форматом заменяемых сердечников (SFIC), иллюстрируемой цилиндром Falcon IC на рис. 2.41–2.45. Кодовые комбинации на рис. 2.41 следующие: ключ для изменения (6 7 4 5 2 4); мастер-ключ (8 9 8 5 2 4); и контрольный ключ (4 1 4 5 2 4). Обратите внимание, что нумерация вырезов идет от кончика к колечку в обычных замках с заменяемыми сердечниками.

Сборка SFIC состоит из цилиндра, контрольной втулки и оболочки, как показано на рис. 2.42. Цилиндр вставляется в контрольную втулку, которая, в свою очередь, вставляется в оболочку. Контрольная втулка имеет удлиненную верхнюю часть, которая формирует часть камер с пинами. Эффект контрольной втулки заключается в создании второй линии среза (так же, как в цилиндре с мастер-кольцом). Обычная (нижняя) линия среза называется рабочей линией среза, в то время как верхняя линия называется контрольной линией среза. Разница в высоте между рабочей и контрольной линиями среза составляет 0,125 дюйма.

Задняя часть управляющей втулки имеет запорный язычок, который обычно выступает в полость, созданную для него в корпусе замка, в который установлен цилиндр. Для того чтобы извлечь цилиндр из корпуса замка, управляющую втулку необходимо повернуть примерно на 15° вправо. Патрон и втулка удерживаются в корпусе с помощью удерживающей пластины, которая также служит ограничителем для ключа. На задней части патрона находятся два отверстия, по одному с каждой стороны замочной скважины, для приема двух язычков на хвостовике цилиндра. Это обеспечивает механическое соединение с замком.

В общем случае, в каждой камере для штифтов в замке находятся нижний штифт, мастер-шифт и контрольный штифт, а также драйвер и пружина (см. рис. 2.44). Фактические размеры штифтов представлены в патенте Best 1968 года (США 3,603,123). Существует девять стандартных размеров для нижних штифтов, варьирующихся от 0,110 до 0,222 дюйма с шагом 0,0125 дюйма. Еще 18 размеров зарезервированы для мастер-штифтов, контрольных штифтов и драйверов, варьирующихся от 0,025 до 0,237 дюйма в длину. Длина всего набора штифтов в каждой камере поддерживается на уровне 0,397 дюйма за счет компенсации длины драйверов.

Кроме сменного и мастер-ключа, как упоминалось ранее, IC также имеет контрольный ключ, который отличается от двух предыдущих. Операция сменного и мастер-ключей аналогична той, что в обычном замке с штифтами. Нарезки на сменном ключе поднимают нижние штифты до рабочей плоскости среза, позволяя вращать патрон (см. рис. 2.45). Поскольку в этот момент контрольная плоскость среза пересекается одним или несколькими контрольными штифтами, управляющую втулку нельзя повернуть. Аналогично, мастер-ключ разблокирует замок, выравнивая нижние и мастер-штифты с рабочей плоскостью среза, но при этом не устанавливает штифты на контрольной плоскости среза. Контрольный ключ создает плоскость среза на стыке управляющей втулки и корпуса, позволяя вращать управляющую втулку для отведения запорного язычка, который обычно предотвращает извлечение сердцевины. Контрольный ключ не выравнивает все штифты на рабочей плоскости среза, поскольку он имеет более мелкие нарезки, чем мастер- или сменный ключи.

IC замки не особенно трудны для манипуляций, особенно в системах с мастер-ключом. Тем не менее, контрольная плоскость среза более трудна для вскрытия, так как необходимо применять усилие к контрольной втулке. Замок спроектирован таким образом, что трудно применить силу к контрольной втулке с передней части замка, хотя для этой цели доступны инструменты типа гребенки. В 1963 году был подан патент на метод блокировки штока в случае успешной попытки вскрытия (US 3,181,320); это нежелательно, поскольку его нельзя легко отменить. Замки с взаимозаменяемыми корнями также производятся для высокозащитных замков такими компаниями, как Mul-T-Lock, Medeco и Schlage Primus, среди прочих.

Какова логическая противоположность традиционному замку, управляемому ключом? Замок Риверса, показанный на рисунках 2.46–2.49, должен быть близок к этой идее. Он, по-видимому, открыт по умолчанию и свободно вращается, когда ключ не вставлен! Этот замок был изобретен в Австралии Гектором Риверсом около 1922 года, и, хотя он основан на очень простом принципе, он чрезвычайно эффективен и, как следствие, имел коммерческий успех.

Патент на данный дизайн был подан в 1928 году и опубликован как патент США 1,770,864 в 1930 году (см. Рисунок 2.50). Замок Риверса распространяется компанией Rivers Locking Systems (Австралия), которая теперь является частью группы компаний Austral Monsoon. Это замок с ключевым приводом и штифтами, предназначенный для использования с замками повышенной безопасности и системами двухточечного запирания, и, таким образом, в первую очередь нацелен на коммерческий и промышленный сектор. Обычно его устанавливают на стальные двери и ставни.

Замок имеет корпус из отлитого латуни и круглую полированную латунную переднюю часть. Цилиндр выступает примерно на 16 мм за переднюю часть замка и к нему прикреплена насеченная латунная ручка (см. Рисунок 2.46). В отсутствие ключа ручка вращается свободно, поэтому нет смысла использовать ключ для принудительного открытия. Для защиты от сверления в передней панели корпуса замка установлены два закаленных штифта, выровненных по направлению к камерам для штифтов. Ключ длинный для замка с штифтами: длина лезвия составляет 46 мм, а вырезы начинаются на 24 мм от плеча. Замок имеет пять или шесть штифтов.

Внутри корпуса замка находится не один, а два цилиндра (см. Рисунок 2.47). Мы будем называть их внутренним и внешним цилиндрами, так как они концентрические. Внутренний цилиндр имеет диаметр около 16 мм и вмещает нижние штифты. Внешний цилиндр имеет внешний диаметр примерно 22 мм. Конструкция не сильно отличается от цилиндра с мастер-ключом Corbin, за исключением того, что внешний цилиндр закрыт с заднего конца.

Первые пять камер для штифтов содержат штифты привода и пружины, а задняя камера зарезервирована для фиксирующего штифта, который движется в канавке вокруг внешнего цилиндра. Поскольку передний конец внутреннего цилиндра имеет уменьшенный диаметр, он фиксирован между передней панелью корпуса замка и закрытым концом внешнего цилиндра.

Замок будет легко вскрыть, несмотря на углубление сердечника, если штифты привода будут находиться поверх нижних штифтов, но это не так. Штифты привода имеют фланцы в верхней части, а камеры для штифтов в корпусе соответственно сконструированы так, что только нижние 1/8 дюйма штифтов выступают в сердечник. Это расстояние достаточно, чтобы проникнуть в внешний цилиндр до места соединения с внутренним цилиндром. Другими словами, верхние штифты остаются подвешенными прямо над внутренним цилиндром, блокируя внешний цилиндр.

Кроме того, в своих исходных позициях нижние штифты полностью находятся внутри внутреннего цилиндра. Таким образом, между нижними и верхними штифтами в каждом стеке штифтов существует зазор, который охватывает линию среза между внутренним и внешним цилиндрами. Для того чтобы открыть замок, нужно повернуть внешний цилиндр, к которому прикреплен приводной кулачок. Поворот внутреннего цилиндра ничего не дает, пока не будет вставлен ключ.

Правильный ключ поднимает нижние штифты выше края внутреннего цилиндра и устанавливает их на линии среза между внешним цилиндром и корпусом замка (см. Рисунки 2.48 и 2.49). С таким образом соединённым внутренним цилиндром и внешним цилиндром, который больше не препятствуется штифтами привода, можно управлять внешним цилиндром и приводить в действие механизм замка с помощью ручки.

Этот блестяще простой механизм удивительно сложно манипулировать с помощью обычных отмычек. Стандартный прием, заключающийся в приложении напряжения к цилиндру при подъеме штифтов, не сработает, так как цилиндр продолжит вращаться. Необходимо поднять один или несколько штифтов так, чтобы они достигли внешнего цилиндра, прежде чем применять напряжение, но установка всех штифтов на линии среза внешнего цилиндра таким образом потребует значительной ловкости.