SIGSALI - SIGSALY

SIGSALY (även känd som X System , Project X , Ciphony I och Green Hornet ) var ett säkert talsystem som användes under andra världskriget för allierad kommunikation på högsta nivå . Det var banbrytande för ett antal digitala kommunikationskoncept , inklusive den första överföringen av tal med hjälp av pulskodsmodulering .

Namnet SIGSALY var inte en akronym, utan ett omslagsnamn som liknade en akronym - SIG -delen var vanlig i Army Signal Corps namn (t.ex. SIGABA ). Prototypen kallades "Green Hornet" efter radioprogrammet The Green Hornet , eftersom det lät som en surrande hornet , som liknade showens teman, för alla som försökte avlyssna samtalet.

Utveckling

Vid tidpunkten för starten sändes långkommande telefonkommunikationer med hjälp av "A-3" röstskramblaren som utvecklats av Western Electric . Tyskarna hade en lyssnarstation på den nederländska kusten som kunde fånga upp och bryta A-3-trafik.

Även telefon scramblers användes av båda sidor i andra världskriget, var de kända för att inte vara mycket säker i allmänhet, och båda sidor spruckna ofta kodade samtal av den andra. Inspektion av ljudspektrumet med hjälp av en spektrumanalysator gav ofta betydande ledtrådar till scrambling -tekniken. Osäkerheten hos de flesta telefon-scrambler-system ledde till utvecklingen av en säkrare scrambler, baserad på engångsplattformen .

En prototyp utvecklades på Bell Telephone Laboratories , under ledning av AB Clark, assisterad av den brittiska matematikern Alan Turing , och demonstrerade för den amerikanska armén. Armén var imponerad och tilldelade Bell Labs ett kontrakt för två system 1942. SIGSALY togs i bruk 1943 och förblev i tjänst till 1946.

Drift

SIGSALY använde en slumpmässigt brus mask för att kryptera röstsamtal som hade kodas av en vokoder . Den senare användes både för att minimera mängden redundans (vilket är högt i rösttrafik), och också för att minska mängden information som ska krypteras.

Röstkodningen använde det faktum att talet varierar ganska långsamt när komponenterna i halsen rör sig. Systemet extraherar information om röstsignalen 50 gånger i sekunden (var 20: e millisekund).

• tio kanaler som täcker telefonpassbandet (250 Hz - 2 950 Hz); rättas och filtreras för att extrahera hur mycket energi som finns i var och en av dessa kanaler.
• en annan signal som anger om ljudet är röstat eller ej röstat ;
• om den uttrycks, en signal som anger tonhöjden ; detta varierade också med mindre än 25 Hz.

Därefter samplades varje signal för dess amplitud en gång var 20: e millisekund. För bandamplitudsignalerna konverterades amplituden till en av sex amplitudnivåer, med värden från 0 till 5. Amplitudnivåerna var på en olinjär skala, med stegen mellan nivåer breda vid höga amplituder och smalare vid låga amplituder. Detta schema, känt som " komprimering " eller "komprimering-expanderande", utnyttjar det faktum att röstsignalernas trohet är känsligare för låga amplituder än för höga amplituder. Tonhöjningssignalen, som krävde större känslighet, kodades av ett par sexnivåvärden (en grov och en fin), vilket gav trettiosex nivåer totalt.

En kryptografisk nyckel , bestående av en serie slumpmässiga värden från samma uppsättning av sex nivåer, subtraherades från varje samplat röstamplitudvärde för att kryptera dem före överföring. Subtraktionen utfördes med hjälp av modulär aritmetik : ett "omslutande" sätt, vilket betyder att om det fanns ett negativt resultat, tillsattes det till sex för att ge ett positivt resultat. Till exempel, om röstamplitudvärdet var 3 och det slumpmässiga värdet var 5, skulle subtraktionen fungera enligt följande:

${\ displaystyle 3-5 \ equiv -2, \ -2+6 \ equiv 4 {\ pmod {6}} \,}$

- ger ett värde av 4.

Det samplade värdet sändes sedan, varvid varje samplingsnivå sändes på en av sex motsvarande frekvenser i ett frekvensband, ett schema som kallas " frekvensskiftnyckling (FSK)". Det mottagande SIGSALY läste frekvensvärdena, konverterade dem till samplingar och lade tillbaka nyckelvärdena för att dekryptera dem. Tillsatsen utfördes också på ett "modulo" -sätt, med sex subtraherade från valfritt värde över fem. För att matcha exemplet ovan, om det mottagande SIGSALY fick ett provvärde på 4 med ett matchande slumpmässigt värde på 5, skulle tillägget vara följande:

${\ displaystyle 4+5 \ equiv 9, \ 9-6 \ equiv 3 {\ pmod {6}} \,}$

- vilket ger det korrekta värdet 3.

För att konvertera proverna tillbaka till en röstvågform vändes de först tillbaka till dussintalet lågfrekventa vokodade signaler. En inversion av vokoderprocessen användes, som inkluderade:

• en vit bruskälla (används för ljud utan ljud);
• en signalgenerator (används för ljud med ljud) som genererar en uppsättning övertoner , med basfrekvensen styrd av tonhöjdssignalen;
• en omkopplare, som styrs av den röstade/icke -röstade signalen, för att välja en av dessa två som källa;
• en uppsättning filter (ett för varje band), som alla tar som ingång samma källa (källan som väljs av omkopplaren), tillsammans med förstärkare vars förstärkning styrdes av bandamplitudsignalerna.

Brusvärden som används för krypteringsnyckeln ursprungligen produceras av stora kvicksilver -vapor likriktande vakuumrör och lagras på en grammofon post. Posten kopierades sedan och posterna distribuerades till SIGSALY -system i båda ändarna av en konversation. Posterna fungerade som SIGSALY "engångsplatta" och distributionen var mycket strikt kontrollerad (även om en hade tagits i beslag, hade den varit av liten betydelse, eftersom endast ett par av varje någonsin producerades). För test- och installationsändamål användes ett pseudo-slumpmässigt talgenererande system tillverkat av reläer, känt som "tröskmaskinen".

Registren spelades på skivspelare , men eftersom timing - den klocksynkronisering - mellan de två SIGSALY terminalerna måste vara exakt, skivspelarna var ingalunda bara vanliga rekord spelare. Rotationshastigheten för skivspelarna kontrollerades noggrant och inspelningarna startades vid mycket specifika tidpunkter, baserat på exakta klockstandarder. Eftersom varje skiva bara gav 12 minuters nyckel hade varje SIGSALY två skivspelare, med en andra skiva "köad" medan den första "spelade".

Användande

SIGSALY -terminalen var massiv och bestod av 40 utrustningsställ. Den vägde över 50 ton och använde cirka 30 kW kraft, vilket krävde ett luftkonditionerat rum för att hålla den. För stor och krånglig för allmänt bruk, den användes bara för den högsta nivån av röstkommunikation.

Ett tiotal SIGSALY -terminalinstallationer installerades så småningom över hela världen. Den första installerades i Pentagon -byggnaden snarare än i Vita huset, som hade en förlängningslinje , eftersom USA : s president Franklin Roosevelt kände till den brittiske premiärministern Winston Churchills insisterande på att han skulle kunna ringa när som helst på dagen eller natt. Den andra installerades 60 meter (200 fot) under gatunivå i källaren på varuhuset Selfridges på Oxford Street , London , nära USA: s ambassad på Grosvenor Square . Den första konferensen ägde rum den 15 juli 1943, och den användes av både general Dwight D. Eisenhower som befälhavare för SHAEF och Churchill, innan förlängningar installerades till ambassaden, 10 Downing Street och kabinettets krigsrum . En installerades i ett fartyg och följde general Douglas MacArthur under hans kampanjer i södra Stilla havet . Totalt under andra världskriget stödde systemet cirka 3000 telefonkonferenser på hög nivå.

Installationen och underhållet av alla SIGSALY -maskiner utfördes av de specialformade och granskade medlemmarna i 805: e Signal Service Company i US Army Signal Corps . Systemet var krångligt, men det fungerade mycket effektivt. När de allierade invaderade Tyskland upptäckte ett utredningsgrupp att tyskarna hade registrerat betydande trafik från systemet, men hade felaktigt kommit fram till att det var ett komplext telegrafiskt kodningssystem.

En inspelning av Churchill som pratar med Roosevelt visas i parlamentets hus . Tidpunkten för den inspelade signalen varierar ibland från den som tas emot. De talade orden lades till en mycket hög Beethoven -inspelning som ibland kan höras.

Betydelse

SIGSALY har tillgodoräknats med ett antal "firsts"; denna lista är hämtad från (Bennett, 1983):

1. Den första insikten om krypterad telefoni
2. Den första kvantiserade talöverföringen
3. Den första talöverföringen med pulskodsmodulering (PCM)
4. Den första användningen av komprimerad PCM
5. De första exemplen på flernivåfrekvensskiftnyckling (FSK)
6. Den första användbara insikten om komprimering av talbandbredd
7. Den första användningen av FSK - FDM (Frequency Shift Keying -Frequency Division Multiplex) som en livskraftig överföringsmetod över ett blekande medium
8. Den första användningen av ett "ögonmönster" på flera nivåer för att justera provtagningsintervallen (en ny och viktig instrumenteringsteknik)

Se även

• Spridningsspektrum
• STU-III- ett nyare röstkrypteringssystem.

Vidare läsning

• Top Secret Communications of WWII, av Donald Mehl, US Army Signal Corps. Hela historien om SIGSALY och SIGTOT. Boken tillgänglig från US Army Signal Corps Association, en ideell organisation.
• MD Fagen (redaktör), National Service in War and Peace (1925–1975) , Volume II of A History of Engineering and Science in the Bell System (Bell Telephone Laboratories, 1978) s. 296–317

Referenser

Anteckningar

externa länkar

• "SIGSALY -historien"
• "Starten på den digitala revolutionen"
• "1941" Hemlig telefoni "US patent 3967067 på systemet."
• Bilder och beskrivning av SIGSALY at Wayback Machine (arkiverad 27 januari 2007)
• Ralph Miller krediteras med ett antal av de relaterade patent som dokumenteras i volym II av A History of Engineering and Science in the Bell System .

• Denna artikel, eller en tidigare version av den, innehåller material från Greg Goebels Codes, Ciphers & Codebreaking .