SIGSALY (také známý jako X System, Project X, Ciphony I a Green Hornet) byl bezpečný řečový systém používaný během druhé světové války pro komunikaci na vysoké úrovni.
SIGSALY se stal jedním z prvních systémů využívajících řadu digitálních komunikačních konceptů, včetně prvního přenosu řeči pomocí pulzní kódové modulace . [jeden]
Slovo SIGSALY není zkratka . Část slova - SIG byla běžná v názvech armádních signálních sborů (například SIGABA ). Prototyp byl pojmenován „Zelený sršeň “ podle oblíbeného rozhlasového pořadu „Zelený sršeň“, protože někomu, kdo se snaží odposlouchávat rozhovor, zní jako bzučení sršně, připomínající melodii z rozhlasového pořadu. [2]
Před vstupem USA do druhé světové války bylo transatlantické vysokofrekvenční rádio používáno pro hlasovou komunikaci mezi předními americkými a britskými vůdci . Analogový systém ochrany hlasu, který se tehdy používal, nazývaný "A-3", poskytoval přiměřenou ochranu proti náhodnému odposlechu, ale byl zranitelný pro kohokoli, kdo jej dokázal rozluštit. Neefektivnost tohoto systému ukázala německá stanice v Nizozemsku, která rušila komunikační linky mezi spojenci a odposlouchávala jejich komunikaci. [2]
Aby se situace napravila, v roce 1936 začaly Bell Telephone Laboratories (BTL) [1] [3] studovat techniku převodu hlasových signálů na digitální data, která pak mohla být rekonstruována (nebo syntetizována) ve srozumitelném hlasu. Říkalo se tomu „vocoder“ , což je zkratka pro hlasový kodér.[ co? ] Zaměstnanci BTL však brzy zjistili, že systém neposkytuje dostatečné zabezpečení pro přenos dat. BTL začalo tuto technologii samostatně vyvíjet a 15. července 1943 byl systém SIGSALY oficiálně uveden do provozu.
SIGSALY se stal na svou dobu unikátním systémem, protože měl velké množství nových funkcí. Avšak s řadou nových funkcí měl řadu odpovídajících problémů. Nejzávažnější z nich byla klíčová generace. Klíč musel být zcela náhodný a neměl by se opakovat, ale stále mohl být replikován na odesílací i přijímací straně systému. K tomu SIGSALY použila výstup velkých (čtyřpalcových a čtrnáctipalcových) rtuťových usměrňovacích vakuových trubic pro vytváření širokopásmového tepelného šumu . Generování šumu bylo vyžadováno každých dvacet milisekund, což zkrátilo dobu trvání komunikační relace, a vzorky byly kvantizovány do šesti úrovní stejné pravděpodobnosti. Informace o úrovni byly převedeny do frekvenčně přepínaných (FSK) tónových kanálů , které pak mohly být zaznamenány na tehdejší tvrdé vinylové gramofonové desky. [2]
Signál FSK byl zaznamenán na šestnáctipalcové voskové desky, kterým se říkalo „masters“ a byly kódovými standardy. "Průvodci" byli použiti k vytvoření pouze tří položek určitého segmentu generování klíčů. Klíče byly distribuovány kopírováním a distribucí gramofonových desek. Každý záznam poskytoval pouze dvanáct minut klíče plus několik dalších funkčních signálů, které byly potřeba pro bezproblémový výstup klíče. Později se začalo používat simultánní přímé nahrávání klíčů na dva hliníkem podložené acetátové disky. To značně zkrátilo čas potřebný pro každou nahrávku a také snížilo náklady.
Systém vyžadoval použití klíče ve dvaceti milisekundových segmentech. Proto je nutné, aby byla každá položka synchronizována každých několik milisekund dlouhého časového období. Protože v jedné nahrávce bylo jen asi dvanáct minut klíče, potřeboval každý terminál dva vysílací a dva přijímací stojany gramofonu. Vyskytl se však problém synchronního chodu zařízení [2] .
Z jednoho terminálu do druhého nebyly přenášeny žádné synchronní signály. Každý terminál byl autonomní, závislý na vlastních vnitřních hodinách souvisejících s národním časovým standardem. Před spuštěním byl zvukový záznam gramofonu indexován podle prvního kanálu nahrávky. Tento proces sestával z poslechu výstupu snímače, jak klouže podél okraje desky, aby se zjistilo, kdy narazil na první drážku. To bylo snazší udělat s původními tvrdými nahrávkami než s měkčími acetátovými kopiemi.
Existovala i mechanická alternativa psaného klíče. Tomu se říká alternativní klíč neboli AK. Subsystém AK se skládal z velkého množství stupňových spínačů, relé a dalších zařízení. Proces odvozování klíče zahájil rotačním zařízením, obvykle spojeným s dálnopisnými šifrovacími systémy . Byl to velmi složitý a poměrně nespolehlivý systém, který vyžadoval neustálou pozornost. Mezi použitím zapsaného klíče a subsystému AC byl také zajímavý rozdíl ve výkonu systému: když systém použil zapsaný klíč a ztratil synchronizaci, téměř vždy došlo k náhlé a úplné ztrátě schopností systému. Když začal AK systém degradovat, dělalo to většinou po malých krocích, což způsobilo odskakování zvuku [2] .
Každá instalace byla jedinečná a odlišná od ostatních. Skládal se z gramofonových přehrávačů, které hrály na kryptografický klíč. Osciloskop ve středu zadní části zařízení měl mnoho využití, ale spolu s RF RF přijímačem byl hlavním nástrojem v procesu zajišťování, aby místní systémový standard vyhovoval mezinárodním časovým signálům. Přibližná hmotnost terminálu byla 55 tun.
Systém měl instalace ve Spojených státech , Londýně , Paříži , severní Africe, Havaji , Guamu , Manile a Austrálii . Systémy byly také nasazeny po skončení války do dalších míst, včetně Berlína , Frankfurtu a Tokia .
Zařízení vyžadovalo profesionální a pečlivou péči, proto s ním byli pověřeni příslušníci 805. signální podpůrné služby amerického vojenského sboru. Ve škole BTL byl organizován speciální výcvik a příslušníci 805. byli vysláni do všech lokalit SIGSALY. Tvořilo ji osmdesát jedna důstojníků a dvě stě sedmdesát pět poddůstojníků. Důstojníci byli většinou poručíci a kapitáni, zatímco vojáci byli techničtí a vrchní seržanti. Tato speciální společnost měla nejvyšší průměr ze všech společností ve druhé světové válce. Příslušníci 805. měli nelehký úkol. Kromě požadavků na speciální zabezpečení se museli vypořádat se složitostí technologie. Byly použity specifikace Western Electric Company a byly udržovány bezchybné denní záznamy. Zařízení obvykle běželo asi osm hodin denně, zbývajících šestnáct se věnovalo údržbě. Velké množství elektronek vyžadovalo neustálou kontrolu. Plány údržby byly přizpůsobeny zkušenostem členů týmu, aby se takovým problémům předešlo, ale údržba zůstávala výzvou. Zdroje energie byly kritickými prvky systému a byly seřízeny pomocí standardního systému článků a galvanometrů na pravděpodobnou přesnost jedné desetiny voltu až sto padesát voltů. Denně byly upravovány desítky zdrojů energie. Také devadesát šest stupňových řetězů potřebovalo každodenní ladění.
Schopnost používat skutečně bezpečnou hlasovou komunikaci na vysokých organizačních úrovních byla velkou výhodou pro spojence při vedení války a při kritických akcích, které následovaly. SIGSALY byl nejen vysoce úspěšným bezpečným hlasovým systémem, ale také poskytl oporu ve světě digitální komunikace. Vytvořené předmostí bylo důležitým krokem k nahrazení tradičních analogových zařízení digitálními.
SIGSALY byl velmi složitý systém, jak kryptograficky, tak fyzicky. Díky ní byly poprvé [2] vyrobeny :
1. První implementace šifrované telefonie
2. První kvantovaný přenos řeči
3. První přenos řeči pomocí pulzní kódové modulace (PCM)
4. První použití Companded PCM
5. První příklady víceúrovňového klíčování s frekvenčním posunem (FSK)
6. První užitečná implementace komprese šířky pásma řeči
7. První použití FSK - FDM (Frequency Shift Multiplexing) jako životaschopné přenosové metody slábnoucího média
8. První použití víceúrovňové „šablony oka“ k úpravě intervalů vzorkování (nová a důležitá přístrojová technika)
SIGSALY byl představen v románu [4] Cryptonomicon ( 1999 ) Neila Stevensona , v rozhovoru mezi fiktivní postavou Lawrence Waterhouse a historickou postavou Alan Turing .
Systém byl také uveden v dokumentárním seriálu Jeremyho Clarksona Inventions That Changed the World.