СИГСАЛИ - SIGSALY

SIGSALY на выставке Национальный криптологический музей

СИГСАЛИ (также известный как Система X, Проект Икс, Ciphony I, а Зеленый Шершень) был безопасная речь система, используемая в Вторая Мировая Война на высшем уровне Союзник коммуникации. Он стал пионером в ряде цифровые коммуникации концепции, включая первую передачу речи с использованием импульсно-кодовая модуляция.

Имя SIGSALY было не аббревиатурой, а названием на обложке, которое напоминало аббревиатуру - часть SIG была распространена в названиях армейских войск связи (например, СИГАБА ). После радиошоу прототип получил название «Зеленый шершень». Зеленый Шершень, потому что это звучало как жужжание шершень, напоминающее мелодию шоу, для всех, кто пытается подслушать разговор.

Разработка

На момент создания междугородная телефонная связь транслировалась с использованием голоса "А-3". скремблер разработан Western Electric. У немцев была станция прослушивания на голландском побережье, которая могла перехватывать и прерывать движение А-3.[1]

Хотя телефон 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 анализатор спектра часто давали важные подсказки к технике скремблирования. Небезопасность большинства схем телефонного скремблера привела к разработке более безопасного скремблера, основанного на одноразовый блокнот принцип.

Опытный образец был разработан в Bell Telephone Laboratories под руководством А. Б. Кларка при содействии британского математика Алан Тьюринг,[1][2] и продемонстрировали 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

SIGSALY использовал случайный шум маска для зашифровать голосовые разговоры, которые были закодированы вокодер. Последний использовался как для минимизации избыточности (которая высока для голосового трафика), так и для уменьшения объема информации, подлежащей шифрованию.

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

  • десять каналов, покрывающих полосу пропускания телефона (250 Гц - 2950 Гц); выпрямляются и фильтруются для определения количества энергии в каждом из этих каналов.
  • еще один сигнал, указывающий, есть ли звук озвучен или же глухой;
  • если озвучен, сигнал, указывающий подача; это также варьировалось менее 25 Гц.

Затем каждый сигнал был отобранный для его амплитуды один раз в 20 миллисекунд.[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, был закодирован парой шестиуровневых значений (одно грубое , и один штраф), всего тридцать шесть уровней.

А криптографический ключ, состоящий из серии случайных значений из одного и того же набора из шести уровней, вычитался из каждого значения амплитуды дискретизированного голоса для их шифрования перед передачей. Вычитание производилось с использованием модульная арифметика: метод "обхода", означающий, 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, преобразовывает их в выборки и добавляет к ним значения ключей, чтобы расшифровать их. Сложение также выполнялось по модулю, при этом 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 голосовую волну, они сначала были преобразованы обратно в дюжину низкочастотных вокодированных сигналов. Была использована инверсия вокодера, которая включала:

  • а белый шум источник (используется для глухих звуков);
  • генератор сигналов (используемый для озвученных звуков), генерирующий набор гармоники, 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, чьи прирост контролировалась амплитудой сигналов полосы.

Значения шума, используемые для ключа шифрования, изначально были созданы крупными Меркурий -пара ректификационный вакуумные трубки и хранится на фонограф записывать. 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, состоящая из реле, известная как «молотилка».

Пластинки игрались на вертушки, но поскольку время - синхронизация часов - между двумя терминалами SIGSALY нужно было быть точным, вертушки отнюдь не были обычными проигрывателями. Скорость вращения поворотных столов тщательно контролировалась, и записи начинались в строго определенное время, основанное на точных стандартах часового пояса. Поскольку каждая запись содержала только 12 минут ключ, у каждого SIGSALY было по две вертушки, причем вторая запись «стояла в очереди», а первая «играла».

использование

Терминал SIGSALY в 1943 году.

Терминал SIGSALY был массивным, состоял из 40 стоек оборудования. Он весил более 50 тонн и использовал около 30 кВт мощности, что требует помещения с кондиционером, чтобы удерживать его. 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 Здание Пентагона а не Белый дом, в котором выносная линия, как США Президент Франклин Рузвельт знал о премьер-министре Великобритании Уинстон Черчилль Настойчивость в том, чтобы он мог позвонить в любое время дня и ночи. Второй был установлен на 60 метров (200 футов) ниже уровня улицы в подвале Универмаг Selfridges на улица Оксфорд, Лондон, близко к Посольство США на Гросвенор-сквер. Первая конференция состоялась 15 июля 1943 г., и ее использовали генерал. Дуайт Д. Эйзенхауэр как командир ВАЛ, и Черчилль, прежде чем к посольству были установлены пристройки, 10 Даунинг-стрит и Кабинет Военные Комнаты.[4] Один был установлен на корабле и следовал за генералом Дуглас Макартур во время его южной части Тихого океана кампании. 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 проверку члены 805-я сигнальная сервисная компания из Корпус связи армии 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 Палаты 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 ]

Значимость

SIGSALY был признан одним из первых; этот список взят из (Bennett, 1983):

  1. Первая реализация шифрованной телефонии
  2. Первая квантованная передача речи
  3. Первая передача речи импульсная кодовая модуляция (PCM)
  4. Первое использование сопутствовал PCM
  5. Первые примеры многоуровневых частотная манипуляция (ФСК)
  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 через среду с замиранием.
  8. Первое использование многоуровневой "глазковой диаграммы" для настройки интервалов выборки (новая и важная инструментальная техника)

Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Совершенно секретные сообщения Второй мировой войны, Дональд Мел, Корпус связи армии США. Полная история SIGSALY и SIGTOT. Книгу можно получить в некоммерческой организации Ассоциации сигнального корпуса армии США.[5]
  • М. Д. Фаген (редактор), Национальная служба в войне и мире (1925–1975), Том II История инженерии и науки в системе колокола (Bell Telephone Laboratories, 1978) стр. 296–317.

Рекомендации

  1. ^ а б c История SIGSALY, Патрик Д. Уидон, Агентство национальной безопасности / Центральная служба безопасности
  2. ^ Лиат Кларк; Ян Стедман. «Достижения Тьюринга: расшифровка кода, ИИ и рождение информатики». Получено 12 февраля 2013.
  3. ^ а б Джон Д. Пол.«Восстановление части первого цифрового скремблера голоса».IEEE Spectrum.2019.
  4. ^ Патрик Д. Уидон. «Сигсалинская история». Национальное Агенство Безопасности. Получено 3 января 2012.
  5. ^ «Почтовый обмен - купите здесь памятные вещи OCS армейского корпуса связи». Armysignalocs.com. Получено 2012-12-01.
Примечания
  • Уильям Р. Беннет, научный сотрудник IEEE, «Секретная телефония как исторический пример связи с расширенным спектром», IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-31, No. 1, январь 1983, 99.
  • Уидон П., "История Сигсалы", Центральная служба безопасности Агентства национальной безопасности, январь 2009 г.

внешняя ссылка