SIGSALY

SIGSALY，也稱為X系統、X項目、密碼電話 I，或者綠色大黃蜂，它是為二戰期間盟軍最高層設計的一個經過數位加密的無線電話系統。

SIGSALY是通訊系統發展過程中的一個里程碑，當代數位通訊耳熟能詳的一系列概念在其中首次得以運用，其中包括著名的脈波編碼調變技術（PCM）。

SIGSALY不是首字母縮略詞，沒有什麼含義。別名「綠色大黃蜂」則說出了這個語音通話系統的保密特徵——竊聽者只能聽到像大黃蜂一樣嗡嗡作響的雜訊。

發展過程

二戰期間交戰雙方都用電子擾頻器（scrambler）保護自己的無線通訊不受竊聽，但是突破電子擾頻器的屏蔽並不十分困難。只要用一台頻譜分析儀器對通訊頻譜進行仔細掃描，就能發現擾頻的規律從而加以破解。為了彌補這個缺陷，基於一次性密碼本的加密技術出現了。

貝爾實驗室開發了基於一次性密碼本加密技術的無線通話系統的原型機，並展示給軍方。領導這個項目的是A·B·Clark，英國則派出了著名數學家艾倫·圖靈 ^[1] 給予協助。軍方對此非常滿意，向貝爾實驗室購買了兩套設備並於1943年投入使用，這就是SIGSALY。SIGSALY一直為軍方服役至1946年。

工作原理

SIGSALY用一個隨機雜訊掩碼對語音通話進行加密，整個編碼加密過程由一個聲碼器（vocoder）完成。聲碼器能減少語音流中的冗餘資訊，從而減少編碼的工作量。

SIGSALY每隔20毫秒對語音訊號的振幅進行一次採樣。採樣取值按照6檔進行數位化，最小是0，最大是5。需要指出的是，SIGSALY使用非線性採樣法，即聲音小的時候採樣間隔比較寬，聲音大的時候採樣間隔比較窄，這是基於所謂的壓縮擴展的原理，因為人的耳朵對大音量的變化比較敏感，而對小音量的變化不敏感。

加密的密鑰也是在0到5之間隨機挑選。加密的過程是採樣取值減去密鑰，然後對6取模。如果做減法的結果是負數，則加6。比如，語音採樣值是3，而隨機密鑰是5, 運算過程如下：

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

— 最後的結果是4.

完成上述運算後，系統在6個載頻中挑選一個運送採樣取值，這個技術也叫頻移鍵控（frequency-shift keying，FSK）。SIGSALY接收終端收到訊號時，先將他們還原成採樣取值，然後加上隨機密鑰（0到5）進行解碼。解碼的過程中同樣用到模運算。比如，SIGSALY收到的採樣取值是4，隨機密鑰是5（必須與發送端完全一樣），則加法運算結果是：

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

— 最後得到結果3。

SIGSALY用所謂的「一次性密碼本」的方法產生隨機密鑰。隨機密鑰將刻錄在電唱片上，每張唱片可以為12分鐘的語音流加密。當製作完成足夠數量的電唱片之後，就派專人將唱片副本送到SIGSALY接收端。如果直接播放唱片，聽到的只有雜訊。SIGSALY發送端的聲音和唱片上的密鑰混合後，產生的也是象大黃蜂一樣的嗡嗡聲。但是接收端只要在播放唱片時與發送端嚴格同步，就能還原發送端的聲音。由於每個通話使用不同的唱片，因此德國人永遠不可能破譯密碼。

重要意義

SIGSALY獲譽為擁有現代通訊系統的許多個第一，包括：

1. 第一個實用的加密電話系統
2. 第一次實現離散化的語音傳輸
3. 第一次用脈波編碼調變（PCM）技術實現語音傳輸
4. 第一次使用壓縮PCM技術
5. 第一次實現多層次頻移鍵控技術（Frequency Shift Keying，FSK)
6. 第一次實現語音帶寬壓縮
7. 第一次使用FSK - FDM (Frequency Shift Keying-Frequency Division Multiplex) 對抗頻道衰落
8. 第一次使用多層次眼圖技術（ eye pattern）來監控語音訊號的採樣質量

參考連結

1. Liat Clark; Ian Steadman. Turing's achievements: codebreaking, AI and the birth of computer science. [12 February 2013]. （原始內容存檔於2013-11-02）. 引文使用過時參數coauthors (幫助)