Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Выставка SIGSALY в Национальном криптологическом музее

SIGSALY (также известная как X System , Project X , Ciphony I и Green Hornet ) была защищенной речевой системой, которая использовалась во время Второй мировой войны для связи на высшем уровне с союзниками . Он стал пионером ряда концепций цифровой связи , включая первую передачу речи с использованием импульсно-кодовой модуляции .

Название SIGSALY было не аббревиатурой, а названием на обложке, которое напоминало аббревиатуру - часть SIG была распространена в названиях армейских войск связи (например, SIGABA ). Прототип был назван «Зеленый шершень» после радиошоу «Зеленый шершень» , потому что для любого, кто пытался подслушать разговор , он звучал как жужжащий шершень , напоминающий мелодию шоу.

Развитие [ править ]

На момент создания междугородная телефонная связь транслировалась с использованием скремблера речи «А-3», разработанного Western Electric . У немцев была станция прослушивания на голландском побережье, которая могла перехватить и прервать движение А-3. [1]

Хотя телефонные скремблеры использовались обеими сторонами во Второй мировой войне, они были известны как не очень безопасные в целом, и обе стороны часто взламывали зашифрованные разговоры друг друга. Проверка звукового спектра с помощью анализатора спектра часто дает важные подсказки о технике скремблирования. Небезопасность большинства схем телефонного скремблера привела к разработке более безопасного скремблера, основанного на принципе одноразового блокирования .

Прототип был разработан в Bell Telephone Laboratories , под руководством Б. Кларка, которому помогает британский математик Алан Тьюринг , [1] [2] и продемонстрировал армии США. Армия была впечатлена и заключила с Bell Labs контракт на две системы в 1942 году. SIGSALY поступил на вооружение в 1943 году и оставался на вооружении до 1946 года.

Операция [ править ]

SIGSALY использовала маску случайного шума для шифрования голосовых разговоров, которые были закодированы вокодером . Последний использовался как для минимизации избыточности (которая высока в голосовом трафике), так и для уменьшения объема информации, подлежащей шифрованию.

При кодировании голоса использовался тот факт, что речь меняется довольно медленно по мере движения компонентов горла. Система извлекает информацию о голосовом сигнале 50 раз в секунду (каждые 20 миллисекунд). [3]

  • десять каналов, охватывающих полосу пропускания телефона (250 Гц - 2950 Гц); выпрямляются и фильтруются для определения количества энергии в каждом из этих каналов.
  • другой сигнал , указывающий , является ли звук звонкий или невокализированный ;
  • если озвучен, сигнал, указывающий высоту звука ; это также изменялось менее чем на 25 Гц.

Затем каждые 20 миллисекунд производилась выборка каждого сигнала по его амплитуде. [3] Для сигналов амплитуды полосы амплитуда преобразовывалась в один из шести уровней амплитуды со значениями от 0 до 5. Уровни амплитуды были в нелинейной шкале с шагами между уровнями широкими при высоких амплитудах и более узкими при низких амплитудах. Эта схема, известная как « компандирование » или «сжатие-расширение», использует тот факт, что точность речевых сигналов более чувствительна к низким амплитудам, чем к высоким амплитудам. Сигнал основного тона, который требовал большей чувствительности, кодировался парой шестиуровневых значений (один грубый и один точный), что давало в общей сложности тридцать шесть уровней.

Криптографический ключ , состоящий из ряда случайных величин из того же набора из шести уровней, вычитали из каждого отобранного значения голосовой амплитуды для их шифрования перед передачей. Вычитание выполнялось с использованием модульной арифметики : «циклического» метода , означающего, что если был отрицательный результат, он добавлялся к шести, чтобы получить положительный результат. Например, если значение амплитуды голоса было 3, а случайное значение - 5, то вычитание будет работать следующим образом:

- давая значение 4.

Затем значение выборки передавалось, причем каждый уровень выборки передавался на одной из шести соответствующих частот в полосе частот, схема, известная как « частотная манипуляция (FSK)». Принимающий сигнал SIGSALY считывает значения частоты, конвертирует их в выборки и добавляет к ним значения ключей для их расшифровки. Сложение также производилось по модулю: шесть вычитались из любого значения, превышающего пять. Чтобы соответствовать приведенному выше примеру, если принимающий SIGSALY получил выборочное значение 4 с совпадающим случайным значением 5, то сложение будет следующим:

- что дает правильное значение 3.

Чтобы преобразовать образцы обратно в речевой сигнал, их сначала снова превратили в дюжину низкочастотных вокодированных сигналов. Была использована инверсия вокодера, которая включала:

  • источник белого шума (используется для глухих звуков);
  • генератор сигналов (используемый для озвученных звуков), генерирующий набор гармоник с базовой частотой, управляемой сигналом основного тона;
  • переключатель, управляемый голосовым / невокализованным сигналом, для выбора одного из этих двух сигналов в качестве источника;
  • набор фильтров (по одному для каждой полосы), каждый из которых принимает на вход один и тот же источник (источник, выбранный переключателем), а также усилители, усиление которых регулируется сигналами амплитуды полосы.

Значения шума , используемые для ключа шифрования первоначально были получены с помощью большой ртути -vapor ректификационных вакуумных трубок и хранятся на граммофонную записи. Затем запись была продублирована, и записи были распределены в системы SIGSALY на обоих концах разговора. Записи служили SIGSALY «одноразовым блокнотом», и их распространение строго контролировалось (хотя, если бы одна была изъята, это не имело бы большого значения, поскольку когда-либо производилась только одна пара каждой). Для тестирования и настройки использовалась система генерации псевдослучайных чисел из реле, известная как «молотилка».

Пластинки воспроизводились на вертушках , но поскольку отсчет времени - синхронизация часов - между двумя терминалами SIGSALY должен был быть точным, вертушки ни в коем случае не были обычными проигрывателями. Скорость вращения поворотных столов тщательно контролировалась, и записи начинались в строго определенное время, основанное на точных стандартах времени суток. Так как каждая запись давала только 12 минут ключа , у каждого SIGSALY было две вертушки, причем вторая запись «стояла в очереди», в то время как первая «играла».

Использование [ править ]

Терминал SIGSALY в 1943 году.

Терминал SIGSALY был массивным, состоял из 40 стоек оборудования. Он весил более 50 тонн и потреблял около 30 кВт мощности, поэтому для его хранения требовалось помещение с кондиционером. Слишком большой и громоздкий для общего использования, он использовался только для высочайшего уровня голосовой связи.

В итоге было установлено около десятка терминалов SIGSALY по всему миру. Первый был установлен в здании Пентагона, а не в Белом доме, где имелась внутренняя линия , поскольку президент США Франклин Рузвельт знал о том, что премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль настаивает на том, чтобы он мог звонить в любое время дня или ночь. Второй был установлен 60 метров (200 футов) ниже уровня улицы в подвале Selfridges универмага на Оксфорд - стрит , Лондон , недалеко от посольства США на площади Гросвенор . Первая конференция состоялась 15 июля 1943 г., и ее использовали генерал.Дуайт Д. Эйзенхауэр в качестве командира SHAEF и Черчилль до того, как были установлены пристройки к посольству, Даунинг-стрит , 10 и военным помещениям кабинета министров . [4] Один был установлен на корабле и следовал за генералом Дугласом Макартуром во время его кампаний в южной части Тихого океана . Всего за время Второй мировой войны система поддержала около 3000 телефонных конференций высокого уровня.

Установкой и обслуживанием всех машин SIGSALY занимались специально сформированные и прошедшие аттестацию члены 805-й роты связи Армейского корпуса связи США . Система была громоздкой, но работала очень эффективно. Когда союзники вторглись в Германию, следственная группа обнаружила, что немцы записали значительный объем трафика из системы, но ошибочно пришли к выводу, что это была сложная система телеграфного кодирования. [1]

Запись разговора Черчилля с Рузвельтом выставлена ​​в здании парламента . Время записи записанного сигнала иногда отличается от принятого. Сказанные слова были добавлены к очень громкой записи Бетховена, которую иногда можно было услышать. [ требуется дальнейшее объяснение ]

Значение [ править ]

SIGSALY была отмечена рядом "первых"; этот список взят из (Bennett, 1983):

  1. Первая реализация шифрованной телефонии
  2. Первая квантованная речевая передача
  3. Первая передача речи методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)
  4. Первое использование компандированного PCM
  5. Первые примеры многоуровневой частотной манипуляции (FSK)
  6. Первая полезная реализация сжатия полосы пропускания речи
  7. Первое использование FSK - FDM (мультиплексирование с частотной манипуляцией и частотным разделением) в качестве жизнеспособного метода передачи в среде с замиранием.
  8. Первое использование многоуровневой "глазковой диаграммы" для настройки интервалов выборки (новая и важная инструментальная техника)

См. Также [ править ]

  • Расширенный спектр
  • STU-III - новейшая система шифрования голоса.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Совершенно секретные сообщения Второй мировой войны, Дональд Мель, Служба связи армии США. Полная история SIGSALY и SIGTOT. Книгу можно получить в некоммерческой организации Ассоциации сигнального корпуса армии США. [5]
  • Доктор медицины Фейген (редактор), Национальная служба войны и мира (1925–1975) , Том II Истории инженерии и науки в системе Bell (Bell Telephone Laboratories, 1978), стр. 296–317

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c История SIGSALY , Патрик Д. Уидон, Агентство национальной безопасности / Центральная служба безопасности
  2. ^ Лиат Кларк; Ян Стедман. «Достижения Тьюринга: расшифровка кода, искусственный интеллект и рождение информатики» . Проверено 12 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ а б Джон Д. Пол. «Восстановление части первого цифрового скремблера голоса» . IEEE Spectrum. 2019.
  4. ^ Патрик Д. Уидон. «Сигсалинская история» . Агентство национальной безопасности . Проверено 3 января 2012 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ "Обмен сообщениями - Купить памятные вещи OCS армейского корпуса связи" . Armysignalocs.com . Проверено 1 декабря 2012 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
Заметки
  • Уильям Р. Беннетт, сотрудник IEEE, «Секретная телефония как исторический пример связи с расширенным спектром», IEEE Transactions on Communications , Vol. COM-31, № 1, январь 1983 г., 99.
  • Уидон П., "История Сигсалы", Центральная служба безопасности Агентства национальной безопасности, январь 2009 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • "История SIGSALY"
  • «Начало цифровой революции»
  • «Патент США 3967067« Секретная телефония »1941 года на эту систему».
  • Изображения и описание SIGSALY на Wayback Machine (архивировано 27 января 2007 г.)
  • Ральфу Миллеру приписывают ряд связанных патентов, задокументированных в томе II « Истории инженерии и науки в системе Bell» .
  • Эта статья или более ранняя версия включает материал из книги Грега Гебеля « Коды, шифры и взлом кодов» .