SIGSALY - SIGSALY

SIGSALY (auch bekannt als X-System , Projekt X , Ciphony I und Green Hornet ) war ein sicheres Sprachsystem , das im Zweiten Weltkrieg für die Kommunikation der Alliierten auf höchster Ebene verwendet wurde. Es war Vorreiter für eine Reihe digitaler Kommunikationskonzepte , darunter die erste Übertragung von Sprache mit Puls-Code-Modulation .

Der Name SIGSALY war kein Akronym, sondern ein Deckname, der einem Akronym ähnelte – der SIG-Teil war in den Namen des Army Signal Corps (zB SIGABA ) üblich. Der Prototyp wurde nach der Radiosendung The Green Hornet "Green Hornet" genannt , weil er für jeden, der versuchte, das Gespräch zu belauschen , wie eine summende Hornisse klang , die der Titelmelodie der Show ähnelte.

Entwicklung

Zum Zeitpunkt seiner Gründung wurden Ferngespräche mit dem von Western Electric entwickelten Sprachscrambler "A-3" übertragen . Die Deutschen hatten an der niederländischen Küste eine Abhörstation, die den A-3-Verkehr abfangen und unterbrechen konnte.

Obwohl Telefon Scrambler von beiden Seiten im Zweiten Weltkrieg eingesetzt wurden, wurden sie bekannt , nicht sehr sicher im Allgemeinen zu sein, und beide Seiten geknackt oft die verschlüsselten Gespräche von der anderen Seite . Die Untersuchung des Audiospektrums mit einem Spektrumanalysator lieferte oft wichtige Hinweise auf die Verwürfelungstechnik. Die Unsicherheit der meisten Telefon-Scrambler-Schemata führte zur Entwicklung eines sichereren Scramblers, basierend auf dem One-Time-Pad- Prinzip.

Ein Prototyp wurde in den Bell Telephone Laboratories unter der Leitung von AB Clark, unterstützt vom britischen Mathematiker Alan Turing , entwickelt und der US-Armee vorgeführt. Die Armee war beeindruckt und vergab 1942 einen Auftrag an Bell Labs über zwei Systeme. SIGSALY wurde 1943 in Dienst gestellt und blieb bis 1946 im Dienst.

Betrieb

SIGSALY verwendete eine zufällige Rauschmaske , um Sprachgespräche zu verschlüsseln, die von einem Vocoder codiert wurden . Letzteres wurde verwendet, um sowohl die Redundanz (die im Sprachverkehr hoch ist) zu minimieren als auch die Menge der zu verschlüsselnden Informationen zu reduzieren.

Die Sprachcodierung nutzte die Tatsache, dass die Sprache ziemlich langsam variiert, wenn sich die Komponenten der Kehle bewegen. Das System extrahiert 50 Mal pro Sekunde (alle 20 Millisekunden) Informationen über das Sprachsignal.

• zehn Kanäle, die den Telefondurchlassbereich (250 Hz – 2.950 Hz) abdecken; werden gleichgerichtet und gefiltert, um zu extrahieren, wie viel Energie sich in jedem dieser Kanäle befindet.
• ein weiteres Signal, das anzeigt, ob der Ton stimmhaft oder stimmlos ist ;
• wenn geäußert, ein Signal, das die Tonhöhe anzeigt ; dies variierte auch bei weniger als 25 Hz.

Als nächstes wurde jedes Signal einmal alle 20 Millisekunden auf seine Amplitude abgetastet . Für die Bandamplitudensignale wurde die Amplitude in einen von sechs Amplitudenpegeln mit Werten von 0 bis 5 umgewandelt. Die Amplitudenpegel waren auf einer nichtlinearen Skala, wobei die Stufen zwischen den Pegeln bei hohen Amplituden breit und bei niedrigen Amplituden schmaler waren. Dieses als " Kompanieren " oder "Komprimieren-Expandieren" bekannte Schema nutzt die Tatsache aus, dass die Wiedergabetreue von Sprachsignalen empfindlicher auf niedrige Amplituden als auf hohe Amplituden reagiert. Das Tonhöhensignal, das eine höhere Empfindlichkeit erforderte, wurde durch ein Paar von sechsstufigen Werten (einer grob und einer fein) codiert, was insgesamt sechsunddreißig Stufen ergab.

Ein kryptographischer Schlüssel , bestehend aus einer Reihe von Zufallswerten aus demselben Satz von sechs Ebenen, wurde von jedem abgetasteten Sprachamplitudenwert subtrahiert, um sie vor der Übertragung zu verschlüsseln. Die Subtraktion wurde mit modularer Arithmetik durchgeführt : eine "Wraparound"-Methode, was bedeutet, dass ein negatives Ergebnis zu sechs addiert wurde, um ein positives Ergebnis zu erhalten. Wenn beispielsweise der Stimmamplitudenwert 3 und der Zufallswert 5 beträgt, würde die Subtraktion wie folgt funktionieren:

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

- einen Wert von 4 geben.

Der abgetastete Wert wurde dann übertragen, wobei jeder Abtastwert auf einer von sechs entsprechenden Frequenzen in einem Frequenzband übertragen wurde, ein Schema, das als " Frequency-Shift Keying (FSK)" bekannt ist. Die empfangende SIGSALY las die Frequenzwerte, wandelte sie in Samples um und fügte ihnen die Schlüsselwerte wieder hinzu, um sie zu entschlüsseln. Die Addition wurde auch "modulo" durchgeführt, wobei sechs von jedem Wert über fünf subtrahiert wurden. Um dem obigen Beispiel zu entsprechen, wenn die empfangende SIGSALY einen Stichprobenwert von 4 mit einem passenden Zufallswert von 5 erhalten würde, würde die Addition wie folgt aussehen:

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

- was den richtigen Wert von 3 ergibt.

Um die Samples wieder in eine Sprachwellenform umzuwandeln, wurden sie zunächst wieder in ein Dutzend niederfrequenter vocodierter Signale umgewandelt. Es wurde eine Inversion des Vocoder-Prozesses verwendet, die Folgendes beinhaltete:

• eine weiße Rauschquelle (verwendet für stimmlose Töne);
• einen Signalgenerator (der für stimmhafte Töne verwendet wird), der einen Satz von Harmonischen erzeugt , wobei die Grundfrequenz durch das Tonhöhensignal gesteuert wird;
• einen Schalter, der durch das stimmhafte/stimmlose Signal gesteuert wird, um eine dieser beiden als Quelle auszuwählen;
• eine Reihe von Filtern (einer für jedes Band), die alle dieselbe Quelle (die durch den Schalter ausgewählte Quelle) als Eingang verwenden, zusammen mit Verstärkern, deren Verstärkung durch die Bandamplitudensignale gesteuert wurde.

Die Rauschwerte für den Verschlüsselungsschlüssel verwendet wurden ursprünglich von großen produzierte Quecksilber -vapor Gleichrichtung Vakuumröhren und gespeichert auf einem Plattenspieler Rekord. Der Datensatz wurde dann dupliziert, wobei die Datensätze an beiden Enden einer Konversation an SIGSALY-Systeme verteilt wurden. Die Schallplatten dienten als SIGSALY-"One-Time-Pad", und der Vertrieb wurde sehr streng kontrolliert (obwohl eine Beschlagnahmung von geringer Bedeutung gewesen wäre, da von jeder nur ein Paar produziert wurde). Zu Test- und Einrichtungszwecken wurde ein Pseudo-Zufallszahlen-Generatorsystem aus Relais verwendet, das als "Dreschmaschine" bekannt ist.

Die Platten wurden auf Plattenspielern abgespielt , aber da das Timing – die Taktsynchronisation – zwischen den beiden SIGSALY-Terminals präzise sein musste, waren die Plattenspieler keineswegs nur gewöhnliche Plattenspieler. Die Rotationsgeschwindigkeit der Plattenspieler wurde sorgfältig kontrolliert, und die Aufzeichnungen wurden zu ganz bestimmten Zeiten gestartet, basierend auf präzisen Uhrzeitstandards. Da jeder Datensatz 12 Minuten zur Verfügung gestellt nur Schlüssel hatte jeder SIGSALY zwei Plattenspieler, mit einem zweiten Album „Warteschlange gestellt“ , während der ersten „playing“ war.

Verwendungszweck

Das SIGSALY-Terminal war riesig und bestand aus 40 Geräteracks. Es wog über 50 Tonnen und verbrauchte etwa 30 kW Leistung, was einen klimatisierten Raum für seine Aufnahme erforderte. Für den allgemeinen Gebrauch zu groß und unhandlich, wurde es nur für die höchste Sprachkommunikation verwendet.

Ein Dutzend SIGSALY-Terminalinstallationen wurden schließlich weltweit errichtet. Die erste wurde im Pentagon-Gebäude und nicht im Weißen Haus installiert , das über eine Verlängerungsleitung verfügte , da der US- Präsident Franklin Roosevelt von dem Beharren des britischen Premierministers Winston Churchill wusste, dass er zu jeder Tageszeit anrufen kann oder Nacht. Die zweite wurde 60 Meter (200 ft) unter dem Straßenniveau im Keller installiert Selfridges Kaufhauses auf der Oxford Street , London , in der Nähe der US - Botschaft am Grosvenor Square . Die erste Konferenz fand am 15. Juli 1943 statt und wurde sowohl von General Dwight D. Eisenhower als Kommandant von SHAEF als auch von Churchill genutzt, bevor Erweiterungen der Botschaft, der Downing Street 10 und der Cabinet War Rooms installiert wurden . Einer wurde in einem Schiff installiert und folgte General Douglas MacArthur während seiner Südpazifik- Kampagnen. Insgesamt unterstützte das System während des Zweiten Weltkriegs etwa 3.000 Telefonkonferenzen auf hoher Ebene.

Die Installation und Wartung aller SIGSALY-Maschinen wurde von den speziell ausgebildeten und geprüften Mitgliedern der 805th Signal Service Company des US Army Signal Corps durchgeführt . Das System war umständlich, aber es funktionierte sehr effektiv. Als die Alliierten in Deutschland einmarschierten, entdeckte ein Ermittlungsteam, dass die Deutschen erhebliche Verkehrsmengen von dem System aufgezeichnet hatten, aber irrtümlicherweise zu dem Schluss gekommen waren, dass es sich um ein komplexes telegrafisches Verschlüsselungssystem handelte.

Eine Aufzeichnung von Churchills Gespräch mit Roosevelt ist im House of Parliament ausgestellt . Das Timing des aufgezeichneten Signals weicht gelegentlich von dem empfangenen ab. Die gesprochenen Worte wurden einer sehr lauten Beethoven-Aufnahme hinzugefügt, die gelegentlich zu hören ist.

Bedeutung

SIGSALY wurde eine Reihe von "Premieren" zugeschrieben; diese Liste ist entnommen (Bennett, 1983):

1. Die erste Realisierung der verschlüsselten Telefonie
2. Die erste quantisierte Sprachübertragung
3. Die erste Sprachübertragung durch Puls-Code-Modulation (PCM)
4. Der erste Einsatz von kompandiertem PCM
5. Die ersten Beispiele für Multilevel Frequency Shift Keying (FSK)
6. Die erste sinnvolle Realisierung der Sprachbandbreitenkomprimierung
7. Der erste Einsatz von FSK - FDM (Frequency Shift Keying-Frequency Division Multiplex) als praktikables Übertragungsverfahren über ein Fading-Medium
8. Die erste Verwendung eines mehrstufigen "Augenmusters" zum Anpassen der Abtastintervalle (eine neue und wichtige Instrumentierungstechnik)

Siehe auch

• Breites Spektrum
• STU-III — ein neueres Sprachverschlüsselungssystem.

Weiterlesen

• Top Secret Communications of WWII, von Donald Mehl, US Army Signal Corps. Die ganze Geschichte von SIGSALY und SIGTOT. Buch erhältlich bei der US Army Signal Corps Association, einer gemeinnützigen Organisation.
• MD Fagen (Herausgeber), National Service in War and Peace (1925–1975) , Band II von A History of Engineering and Science in the Bell System (Bell Telephone Laboratories, 1978) S. 296–317

Verweise

Anmerkungen

Externe Links

• "Die SIGSALY-Geschichte"
• „Der Beginn der digitalen Revolution“
• "1941 'Geheimtelefonie' US-Patent 3967067 für das System."
• Bilder und Beschreibung von SIGSALY an der Wayback Machine (archiviert am 27. Januar 2007)
• Ralph Miller wird eine Reihe von verwandten Patenten zugeschrieben, die in Band II von A History of Engineering and Science in the Bell System dokumentiert sind .

• Dieser Artikel oder eine frühere Version davon enthält Material aus Greg Goebels Codes, Ciphers, & Codebreaking .