Замок с пинами основан на принципе запирания, применявшемся в Древнем Египте еще в 2000 году до нашей эры, где деревянный ключ с колышками или зубцами требовался для поднятия ригеля, удерживающего дверь. Хотя этот принцип не получил широкого признания, он был описан еще в 1805 г. в британском патенте (UK 2 851) американцем А. О. Стэнсбери, эмигрировавшим в Англию. Идея Стэнсбери заключалась в использовании зубчатого, осевого или корончатого ключа, который приводил в действие пару круглых пластин, одну неподвижную, а другую - вращающуюся. Вставив ключ, концы пинов оказались на стыке между двумя пластинами, что позволило передней пластине поворачиваться. Все штифты были одинаковой длины, однако с вариациями, достигнутыми за счет использования выступов или разного расположения отверстий для пинов. Другое изобретение, относящееся к осевым замкам с пинами, было предложено в 1839 году У. М. Уильямсом в Англии, хотя оно не было реализовано в коммерческих целях. Традиционный цилиндровый замок с рядными пинами, который мы видим сегодня, возник в середине-конце 18 века благодаря изобретениям североамериканского слесаря ​​Линуса Йельского старшего и его сына Линуса Йельского младшего.

В профессиональном плане Йельцы не были командой отца и сына. К тому времени, когда ему было около 30 лет, Йель-младший изо всех сил старался дистанцироваться от своего отца из-за пинового замка, который Йель-старший изобрел несколькими годами ранее и впоследствии продал производителю замков по имени Бэкон, на основании того, что этот замок был неоднократно взломан. Компания Yale Senior произвела ряд замков безопасности для банков, включая запатентованный в 1844 г. (US 3 630) замок «Quadruplex» с четырьмя рядами радиальных втулок с ключом с круглым сечением (рис. 2.1). Хотя в этом механизме использовалось восемь или более штифтов, он был громоздким и не обладал гибкостью. В 1857 г. компания Yale Senior произвела 5-ригельный замок с выдвижным, а не вращающимся механизмом, в принципе похожим на древнеегипетский замок (см. Патент США 18 169).

Как и его отец, Линус Йель-младший также разработал ряд оригинальных банковских замков с ключом, включая «Infallible
»(Непогрешимый или безошибочный), «Magic Infallible» и «Double Treasury». Мы рассмотрим замок "Magic Infallible", который представлял собой рычажный замок, в главе 5. Примерно с 1863 года за этими замками с ключом последовал ряд кодовых замков без ключа, которые, по мнению Йельского университета, являются ответом на истинную безопасность.

Какие бы опасения ни испытывал Линус Йель-младший к более ранним замкам Yale, сын, опираясь на работу своего отца, разработал цилиндровый замок с пинами и вращающимся плагом. К 1865 году он разработал врезной цилиндровый замок с пятью ригелями, приводимыми в действие с помощью плоского ключа, как показано на рис. 2.2 (патент США 48 475). Этот замок однозначно идентифицируется как предшественник современного цилиндрового замка, на котором теперь основаны почти все штифтовые замки. Впоследствии он стал соучредителем Yale Lock Manufacturing Company с Генри Таун в 1868 году. После безвременной кончины Йеля в декабре того же года, фирма была продана Таун, став в 1883 году Yale & Towne Manufacturing Company. дизайн совершенствовался на протяжении 1870-х годов. Гофрированный шпоночный паз для ключа с волнистым профилем, как на рис. 2.2, был введен в 1883 году, а парацентрический шпоночный паз - в конце 1890-х годов. Знакомый овальный цилиндр Yale & Towne был запатентован в 1923 году. В отличие от Yale Senior и Yale Junior, которые предпочитали работать со сложными и дорогими банковскими замками, Таун осознавал коммерческий потенциал штифтовых тумблерных замков.
Как и во многих других замках безопасности, основная идея штифтового замка, хотя и проста по сути, требует высокой степени механической точности для эффективной реализации. Ранние штифтовые замки были доступны только для коммерческих клиентов и стали таковыми только с появлением массового производства. Штифтовый замок в настоящее время является самым распространенным замком в западном мире. В своей простейшей форме он предлагает разумный уровень безопасности по умеренной цене. Цилиндр со штифтовым тумблером изготавливается различных форм и размеров: чаще всего с ободом, пазом и европейским профилем.1 Это центральный компонент в замках с ободным и врезным цилиндром, модульная конструкция, позволяющая комбинировать замок с можно изменить простым удалением и повторной заливкой цилиндра замка с последующим вырезанием нового ключа на основе той же заготовки ключа. Он также адаптирован для дверных замков и засовов. В отличие от рычажных замков, цилиндр одного и того же формата может быть установлен на множество разных замков, обеспечивая таким образом множество различных запирающих функций. Далее объясняется основной принцип блокировки штифтового тумблера, который, вероятно, уже знаком читателю.

Штифт-тумблерный замок, проиллюстрированный цилиндром Corbin Europrofile на рис. 2.3–2.7, включает пробку или стержень, прикрепленный к стволу или баллону. Поскольку ствол неподвижен по отношению к замку, заглушку можно повернуть, когда замок приводится в действие правильным ключом. Существует близкая аналогия с электродвигателями, где вилка подобна ротору, а цилиндр действует как статор. Ствол обычно является частью более крупного запорного механизма, состоящего из болтов, защелок и так далее. Кулачок или хвостовик, прикрепленный к плунжеру, приводит в действие механизм.
В заглушке имеется протяжка, называемая шпоночным пазом (рис. 2.4), через которую вставляется ключ. Шпоночный паз обычно имеет неправильную форму или парацентрический, содержащий фиксированные боковые препятствия, называемые защитой2. Протяжка заглушки соответствует профилю или сечению заготовки ключа. И плунжер, и цилиндр имеют набор вертикальных отверстий, называемых полостями для штифтов (рис. 2.5). Отверстия в верхней части ствола закрыты или закрыты латунными заглушками или затвором и проходят примерно на половину диаметра заглушки. Каждая камера для штифта содержит пару штифтов и штифтов, состоящую из нижнего штифта или шпоночного штифта и верхнего штифта или приводного штифта (рис. 2.6). Суммарная длина пары штифтов превышает длину отверстия под плунжер. Пружина из фосфористой бронзы на каждом приводе гарантирует, что пара штифтов удерживается в самом нижнем положении. Набор штифтов может также содержать дополнительные штифты для мастер-ключа. В заблокированном положении заглушка не поворачивается из-за наличия верхних штифтов, которые охватывают стык между заглушкой и цилиндром.

Ключ (рис. 2.3) имеет ряд V-образных вырезов с расстоянием между полостями для штифтов. Когда кончик плоского ключа вставляется в вилку, его наклонная передняя кромка поднимает нижние штифты. Плоский ключ продолжает проходить под штифтами до тех пор, пока его выступ не коснется передней части вилки или пока ее конец не коснется ограничителя обратного хода вилки. Центры шпоночных пазов или зубьев тогда совмещаются с кончиками нижних штифтов, каждый из которых поднимается на высоту, определяемую глубиной шпоночного паза. Если разрез таков, что он поднимает соединение между нижним штифтом и приводом, чтобы быть заподлицо с ободом вилки, то эта пара штифтов не может оказывать сопротивления вращению вилки. Когда это происходит, считается, что нижний штифт находится на линии сдвига (см. Рис. 2.7). Конечно, для открытия замка недостаточно поднять только один или два штифта до линии сдвига; зазубрины ключа должны быть такими, чтобы все штифты одновременно поднимались до линии сдвига, после чего ключ может приводить в действие замок в любом направлении. При повороте заглушки нижние штифты остаются на линии сдвига и захватывают ключ, пока он не вернется в положение на 12 часов. При извлечении ключа штифты возвращаются под действием пружины к дну полостей для штифтов, запирая цилиндр.
Штифтовые замки обычно имеют пять или более нижних штифтов, каждый из которых может иметь разную длину, соответствующую разной глубине пропила на ключе. Миниатюрные штифтовые замки могут иметь менее пяти штифтов и, соответственно, меньшего размера. Например, замки Lockwood имеют длину 10 штифтов3 в диапазоне от 0,150 (размер 0 - самый мелкий вырез) до 0,300 ̋ (размер 9 - самый глубокий вырез) с шагом глубины 0,015 ̋ и шагом 0,156. Длина направляющих штифтов обычно составляет 0,220 ̋, хотя в цилиндрах с ключом в ручке используются более короткие штифты из-за ограниченной высоты полостей для штифтов. Драйверы также могут быть скомпенсированы или сбалансированы: то есть более короткие драйверы сочетаются с более длинными нижними штырями. Это обеспечивает примерно одинаковое натяжение пружины в каждой камере для штифта, избегая трудностей при установке ключа. В замках со сменным сердечником драйверы регулируются таким образом, чтобы все стопки штифтов имели одинаковую общую высоту.
Для использования мастер-ключей или когда один ключ требуется для управления двумя или более замками, которые имеют разные ключи, главные выводы (также называемые чипами или разными битами) вставляются в стек выводов. Набор штифтов, содержащий основные штифты, называется «сегментированным», поскольку он имеет более одной линии сдвига. Менее распространенный метод заключается в использовании основного кольца вокруг плунжера для создания второй независимой линии сдвига. В цилиндре с главным кольцом сменные шпонки 4 поднимают штифты до внутренней линии сдвига, в то время как главный ключ или шпонки поднимают их до внешней линии сдвига. Эта идея, описанная в [21] и проиллюстрированная на рис. 2.8, относится к последней четверти XIX века и аналогична контрольной линии сдвига в цилиндре со сменным сердечником, которую мы рассмотрим в следующем разделе.
Мастер-пины бывают разных размеров, например 1–9 в диапазоне от 0,015 до 0,135. Как правило, предпочтительна разница в два размера или 0,030 ̋, чтобы избежать заклинивания из-за износа или наклона пальца. Это также гарантирует, что покачивание ключа с соседним кодом в замке с меньшей вероятностью откроет его. Включение каждого главного штифта в камеру вводит дополнительную линию сдвига. В замке, имеющем только один сегментированный набор штифтов с N главными штифтами, количество ключей, которые могут управлять замком, равно N + 1, что соответствует количеству различных линий сдвига. Когда сегментируется более одного стека контактов, что обычно происходит в системах с мастер-ключом, возникает множество рабочих ключей. Влияние на количество комбинаций клавиш является мультипликативным. Таким образом, 5-штифтовый цилиндр с одним главным штифтом в камерах 1, 2 и 3 дает 2! 2! 2 = 8 возможных ключей, каждый из которых управляет замком. Это может быть хорошо или плохо, в зависимости от требований системы MK с точки зрения количества уровней и количества ключей изменения, необходимых на каждом уровне. В общем, чем сложнее система МК, тем большее количество разных ключей непреднамеренно приведут в действие замок. Наличие непреднамеренных рабочих ключей известно как обмен ключами. Заинтересованный читатель может обратиться к [102, 105] и к недавно опубликованной онлайн-статье [11] для дальнейшего обсуждения мастер-ключей.
Обратный режим мастер-ключей называется maison-keying. Такая ситуация возникает, когда все сменные ключи должны управлять одним и тем же замком (например, входной дверью здания). Обычно это достигается путем удаления одного или нескольких стопок штифтов, что приводит к серьезной потере безопасности в замке, который был заперт на главный ключ. В многоуровневой системе MK, где существует более одного уровня мастер-ключа (то есть некоторые мастер-ключи работают только с подмножеством замков с разными ключами), может потребоваться использовать другие методы, такие как мультиплексный мастер-ключ, внедрить систему, не прибегая к домашнему ключу. Мультиплексный мастер-ключ будет рассмотрен далее.

В любой системе с мастер-ключом потеря или кража ключа требует рекомбинации той части системы, которая управляется утерянным ключом. В зависимости от размера системы и угрозы безопасности, вызванной утерянным ключом, владелец должен принять решение о том, следует ли менять замки в затронутой части системы. В больших многоуровневых системах стоимость восстановления целостности системы может быть непомерно высокой. По этой причине системы запирания, которые легко реконфигурируются, являются привлекательным вариантом. Для гостиниц и других временных помещений, где жильцам может потребоваться доступ только на короткие периоды времени, имеет смысл использовать электронно перепрограммируемые замки или замки для карты в гнезде (например, VingCard). Когда заполняемость более стабильна, например, в офисных зданиях и жилых комплексах, замок с ключом может быть более подходящим выбором.

Замена обода или врезного цилиндра требует, как минимум, отвинчивания крепежных винтов с последующей сборкой цилиндра. Сама рекомбинация может потребовать удаления кулачка и установки толкателя для удаления заглушки. Некоторые замки могут даже потребовать сверления, например, европейские цилиндры старого образца и, в частности, навесные замки. В системе с мастер-ключом работа, связанная с заданием смены ключей, может быть очень значительной. Цилиндр со сменным сердечником (IC), производимый с конца 1930-х годов, представляет собой экономичное решение проблемы реконфигурируемости штифтовых замков (см. Рис. 2.9). Не следует путать функцию сменного сердечника. с цилиндром с главным кольцом, где внутренний и внешний цилиндры образуют различные комбинации (рис. 2.8).
Малогабаритные замки со сменным сердечником, поставляемые компаниями Best, Falcon, Arrow и Corbin, в первую очередь разработаны таким образом, чтобы их было легко заменить. Сначала вставляется и поворачивается управляющий ключ, позволяющий извлечь цилиндр замка целиком. Затем к штифтам можно получить доступ, сняв скользящую крышку, чтобы открыть камеры для штифтов. Хотя у слесаря ​​есть возможность сначала удалить стержень, рекомбинировать и заменить его, предпочтительно подготовить новые стержни на месте, чтобы их можно было быстро заменить. Фактический процесс замены выполняется без необходимости в инструментах.
Еще одна система со съемным сердечником производится компанией Schlage, и она позволяет, например, адаптировать цилиндр с ключом к ручке к навесному замку. В этой системе цилиндр загружается в адаптер, прикрепленный к замку винтом, доступ к которому возможен только при открытом замке.

Естественно возникает вопрос относительно общего числа перестановок, кодов клавиш или схем закрепления, которые поддерживаются данной системой штифтов и тумблеров. Обратите внимание, что мы приравниваем ключевой код к нарезке или глубине резания на ключе - это только в случае прямых кодов. (Другие коды, называемые косвенными или слепыми кодами, намеренно сделаны отличными от прямого кода и используются, чтобы скрыть фактическую глубину резания. Прямой код и косвенный код затем перекрестные ссылки в кодовой книге.) В 5-контактной системе с 10 размерами пальцев теоретически имеется 105 = 100 000 различных ключей5 в серии, которые могут использоваться для управления цилиндром. На практике это сильно завышено по ряду причин: самая важная из них состоит в том, что в большинстве систем расстояние между полостями для штифтов не позволяет разместить очень неглубокий надрез (для короткого штифта) рядом с очень глубоким надрезом ( для длинной булавки). Это можно лучше понять, обратившись к диаграмме на рис. 2.10, где неглубокий прорезь в позиции 4 на лезвии ключа примыкает к глубокому прорезанию в позиции 5. Геометрия такова, что любое дальнейшее увеличение глубины резания в позиции 5 приведет к подрезанию долота в позиции 4.
Таким образом, на последовательность битов накладывается ограничение, называемое максимальной спецификацией смежного отрезка (MACS) или разницей смежного отрезка. MACS специфичен для конкретного типа замка и зависит от расстояния между штифтами (D), приращения глубины резания (d), угла среза () и основания среза (или отпечатка пальца) (à).

Соотношение между этими величинами показано на рис. 2.11. Для изготовления ключей важными параметрами являются глубина пропила для каждого размера штифта и расстояние между надрезами вдоль лезвия ключа, которое можно измерить от заплечика или от острия. Производители предоставляют эту информацию в виде диаграмм глубины и расстояния для каждого типа замков. В некоторых замках со штифтом-тумблером используются V-образные прорези, у которых эффективный корень среза равен нулю: нижний штифт упирается в наклоны прорези.
Согласно рис. 2.11 расстояние DMACS - это максимальная разница глубин между
смежные разрезы и задается как DMACS = MACS! d, где MACS измеряется в
условия приращения глубины. Из диаграммы нетрудно показать, что
tan (/ 2) = D! à, откуда следует, что MACS задается формулой:


которое необходимо округлить до ближайшего целого числа (обозначенного внешними скобками или функцией «пол»).
Например, цилиндры замка того типа, который обычно используется в Австралии, имеют следующие приблизительные размеры: расстояние между пальцами 0,156 ̋, шаг глубины 0,015 ̋, угол среза 96 и корень среза 0,045 ̋. Вышеприведенная формула подразумевает, что MACS = "(0,156 # 0,045) / (0,015! Tan (48 град)) $ =" 6,6 $ = 6. На практике допустимо немного подрезать более мелкую выемку для увеличения MACS. Если мы допускаем поднутрение единиц u, например, на срезе в позиции 4 на рис. 2.10, корень среза становится à # u, и предыдущая формула должна быть изменена на