سيجسالي

كان SIGSALY (المعروف أيضًا باسم نظام X ، ومشروع X ، و Ciphony I ، و Green Hornet ) نظامًا آمنًا للكلام تم استخدامه في الحرب العالمية الثانية للاتصالات على أعلى مستوى بين الحلفاء . وكان رائدًا في عدد من مفاهيم الاتصالات الرقمية ، بما في ذلك أول نقل للكلام باستخدام تعديل شفرة النبض .

لم يكن اسم SIGSALY اختصارًا، بل كان اسم غلاف يشبه الاختصار - كان جزء SIG شائعًا في أسماء سلاح الإشارة بالجيش (على سبيل المثال، SIGABA ). ^[1] تم تسمية النموذج الأولي باسم "Green Hornet" بعد برنامج الراديو The Green Hornet ، لأنه بدا وكأنه دبور طنان ، يشبه لحن العرض، لأي شخص يحاول التنصت على المحادثة. ^[2]

في وقت إنشائه، كانت الاتصالات الهاتفية طويلة المدى تستخدم جهاز تشويش الصوت "A-3" الذي طورته شركة ويسترن إلكتريك . وكان يعمل على مبدأ عكس الصوت . وكان لدى الألمان محطة استماع على الساحل الهولندي يمكنها اعتراض وتعطيل حركة المرور على A-3. ^[1]

على الرغم من استخدام كلا الجانبين لأجهزة تشويش الهاتف في الحرب العالمية الثانية، إلا أنه كان من المعروف أنها غير آمنة بشكل عام، وكثيرًا ما كان كل جانب يخترق المحادثات المشفرة للجانب الآخر. غالبًا ما كان فحص طيف الصوت باستخدام محلل الطيف يوفر أدلة مهمة على تقنية التشويش. أدى انعدام الأمان في معظم مخططات تشويش الهاتف إلى تطوير جهاز تشويش أكثر أمانًا، استنادًا إلى مبدأ لوحة الاستخدام لمرة واحدة .

تم تطوير نموذج أولي في مختبرات بيل للهاتف ، تحت إشراف إيه بي كلارك، وبمساعدة عالم الرياضيات البريطاني آلان تورينج ، ^{[1] [3]} وتم عرضه على الجيش الأمريكي. أعجب الجيش ومنح مختبرات بيل عقدًا لنظامين في عام 1942. دخل SIGSALY الخدمة في عام 1943 وظل في الخدمة حتى عام 1946.

استخدمت شركة SIGSALY قناع ضوضاء عشوائي لتشفير المحادثات الصوتية التي تم ترميزها بواسطة جهاز ترميز صوتي . وقد تم استخدام هذا الأخير لتقليل كمية التكرار (التي تكون عالية في حركة المرور الصوتية)، من أجل تقليل كمية المعلومات التي يجب تشفيرها. ^[2]

استغلت عملية ترميز الصوت حقيقة مفادها أن الكلام يتغير ببطء إلى حد ما مع تحرك مكونات الحلق. يستخرج النظام معلومات حول إشارة الصوت 50 مرة في الثانية (كل 20 مللي ثانية). ^[4]

• عشر قنوات تغطي نطاق التردد الهاتفي (250 هرتز - 2950 هرتز)؛ يتم تصحيحها وتصفيتها لاستخراج مقدار الطاقة الموجودة في كل من هذه القنوات.
• إشارة أخرى تشير إلى ما إذا كان الصوت صوتيًا أم غير صوتي ؛
• إذا تم التعبير عنها، فهي إشارة تشير إلى درجة الصوت ؛ وهذا يختلف أيضًا عند أقل من 25 هرتز.

بعد ذلك، تم أخذ عينات من كل إشارة لمعرفة سعتها مرة كل 20 مللي ثانية. ^[4] بالنسبة لإشارات سعة النطاق، تم تحويل السعة إلى واحد من ستة مستويات للسعة، بقيم من 0 إلى 5. كانت مستويات السعة على مقياس غير خطي، مع خطوات بين المستويات واسعة عند السعات العالية وأضيق عند السعات المنخفضة. يستغل هذا المخطط، المعروف باسم " الضغط " أو "الضغط والتوسع"، حقيقة أن دقة إشارات الصوت أكثر حساسية للسعات المنخفضة من السعات العالية. تم ترميز إشارة النغمة، التي تتطلب حساسية أكبر، بواسطة زوج من قيم ذات ستة مستويات (واحد خشن وواحد ناعم)، مما يعطي ستة وثلاثين مستوى في المجموع.

تم طرح مفتاح تشفيري ، يتكون من سلسلة من القيم العشوائية من نفس المجموعة المكونة من ستة مستويات، من كل قيمة سعة صوت تم أخذ عينات منها لتشفيرها قبل الإرسال. تم إجراء الطرح باستخدام الحساب المعياري : أسلوب "التفاف"، مما يعني أنه إذا كانت هناك نتيجة سلبية، تمت إضافتها إلى ستة لإعطاء نتيجة إيجابية. على سبيل المثال، إذا كانت قيمة سعة الصوت 3 والقيمة العشوائية 5، فإن الطرح سيعمل على النحو التالي:

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

- إعطاء قيمة 4.

تم بعد ذلك إرسال القيمة المأخوذة من العينة، مع إرسال كل مستوى عينة على أحد الترددات الستة المقابلة في نطاق التردد، وهو مخطط يُعرف باسم " المفتاح المتحول الترددي (FSK)". قرأ جهاز SIGSALY المتلقي قيم التردد، وحولها إلى عينات، وأضاف قيم المفتاح إليها مرة أخرى لفك تشفيرها. تم إجراء الإضافة أيضًا بطريقة "modulo"، مع طرح ستة من أي قيمة أكبر من خمسة. لمطابقة المثال أعلاه، إذا حصل جهاز SIGSALY المتلقي على قيمة عينة 4 بقيمة عشوائية مطابقة 5، فسيكون الإضافة على النحو التالي:

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

- وهو ما يعطي القيمة الصحيحة 3.

لتحويل العينات مرة أخرى إلى شكل موجة صوتية، تم تحويلها أولاً إلى عشرات الإشارات المشفرة صوتيًا منخفضة التردد. تم استخدام عكس عملية التشفير الصوتي، والتي تضمنت:

• مصدر الضوضاء البيضاء (يستخدم للأصوات غير الصوتية)؛
• مولد إشارة (يستخدم للأصوات الصوتية) يقوم بتوليد مجموعة من التوافقيات ، مع التحكم في التردد الأساسي بواسطة إشارة النغمة؛
• مفتاح يتم التحكم فيه عن طريق الإشارة الصوتية/غير الصوتية لتحديد واحد من هذين المصدرين؛
• مجموعة من المرشحات (مرشح واحد لكل نطاق)، تأخذ جميعها نفس المصدر كمدخل (المصدر الذي تم اختياره بواسطة المفتاح)، إلى جانب مكبرات الصوت التي يتم التحكم في كسبها من خلال إشارات سعة النطاق.

كانت قيم الضوضاء المستخدمة لمفتاح التشفير تُنتَج في الأصل بواسطة أنابيب مفرغة كبيرة لتصحيح بخار الزئبق وتُخزَّن على سجل فونوغراف . ثم يُنسخ السجل، مع توزيع السجلات على أنظمة SIGSALY على طرفي المحادثة. كانت السجلات بمثابة لوحة SIGSALY لمرة واحدة ، وكان التوزيع خاضعًا لرقابة صارمة للغاية (على الرغم من أنه إذا تم الاستيلاء على واحدة، فلن يكون لها أهمية كبيرة، حيث لم يتم إنتاج سوى زوج واحد من كل منهما على الإطلاق). لأغراض الاختبار والإعداد، تم استخدام نظام توليد أرقام عشوائية زائفة مصنوع من مرحلات، يُعرف باسم "آلة الدرس".

تم تشغيل الأسطوانات على أقراص دوارة ، ولكن نظرًا لأن التوقيت - مزامنة الساعة - بين محطتي SIGSALY كان لابد أن يكون دقيقًا، فإن الأقراص الدوارة لم تكن بأي حال من الأحوال مجرد مشغلات أسطوانات عادية. تم التحكم في معدل دوران الأقراص الدوارة بعناية، وتم بدء تشغيل الأسطوانات في أوقات محددة للغاية، بناءً على معايير ساعة الوقت الدقيقة. نظرًا لأن كل سجل يوفر 12 دقيقة فقط من المفاتيح ، كان لكل SIGSALY قرصان دواران، مع "صف" سجل ثانٍ بينما كان الأول "يلعب".

كانت محطة SIGSALY ضخمة، وتتكون من 40 رفًا من المعدات. وكان وزنها يزيد عن 50 طنًا، وتستهلك حوالي 30 كيلو وات من الطاقة، مما استلزم وجود غرفة مكيفة لاستيعابها. ولأنها كبيرة الحجم ومرهقة للاستخدام العام، فقد تم استخدامها فقط لأعلى مستوى من الاتصالات الصوتية. ^[5]

تم إنشاء عشرات من محطات SIGSALY الطرفية في نهاية المطاف في جميع أنحاء العالم. تم تثبيت الأول في مبنى البنتاغون بدلاً من البيت الأبيض، الذي كان به خط تمديد، حيث علم الرئيس الأمريكي فرانكلين روزفلت بإصرار رئيس الوزراء البريطاني ونستون تشرشل على أن يتمكن من الاتصال في أي وقت من النهار أو الليل. تم تثبيت الثاني على ارتفاع 60 مترًا (200 قدم) تحت مستوى الشارع في قبو متجر سيلفريدجز في شارع أكسفورد ، لندن ، بالقرب من السفارة الأمريكية في جروسفينور سكوير . عقد المؤتمر الأول في 15 يوليو 1943، واستخدمه كل من الجنرال دوايت د. أيزنهاور كقائد لـ SHAEF ، وتشرشل، قبل تثبيت الامتدادات في السفارة، 10 داونينج ستريت وغرف حرب مجلس الوزراء . ^[1] تم تثبيت أحدها في سفينة وتبع الجنرال دوغلاس ماك آرثر خلال حملاته في جنوب المحيط الهادئ . وفي المجمل، خلال الحرب العالمية الثانية، دعم النظام حوالي 3000 مؤتمر هاتفي رفيع المستوى.

تم تركيب وصيانة جميع آلات SIGSALY بواسطة أعضاء تم تشكيلهم خصيصًا وتم فحصهم من شركة خدمة الإشارة 805 التابعة لفيلق إشارة الجيش الأمريكي . كان النظام مرهقًا، لكنه كان يعمل بشكل فعال للغاية. عندما غزا الحلفاء ألمانيا، اكتشف فريق تحقيق أن الألمان سجلوا كميات كبيرة من حركة المرور من النظام، لكنهم استنتجوا خطأً أنه نظام ترميز تلغرافي معقد. ^{[1] [ فشل التحقق ]}

وقد تم نسب عدد من الإنجازات الأولى إلى شركة SIGSALY؛ وهذه القائمة مأخوذة من (Bennett, 1983):

1. أول تحقيق للاتصالات الهاتفية المشفرة
2. أول نقل كلامي كمي
3. أول نقل للكلام عن طريق تعديل شفرة النبضة (PCM)
4. أول استخدام لـ PCM المضغوط
5. الأمثلة الأولى على مفاتيح تحويل التردد متعدد المستويات (FSK)
6. أول تطبيق مفيد لضغط نطاق عرض الكلام
7. أول استخدام لـ FSK-FDM (تقنية تحويل التردد - تقسيم التردد المتعدد) كطريقة إرسال قابلة للتطبيق عبر وسط متلاشي
8. أول استخدام لـ " نمط العين " متعدد المستويات لضبط فترات أخذ العينات (تقنية جديدة ومهمة للقياس)

• طيف الانتشار
• STU-III - نظام تشفير صوتي أحدث.
• ترميز الكلام

ملحوظات

• اتصالات سرية للغاية في الحرب العالمية الثانية، بقلم دونالد ميل، فيلق الإشارة بالجيش الأمريكي. القصة الكاملة لـ SIGSALY وSIGTOT. الكتاب متاح من جمعية فيلق الإشارة بالجيش الأمريكي، وهي منظمة غير ربحية.
• إم دي فاجن (محرر)، الخدمة الوطنية في الحرب والسلام (1925-1975) ، المجلد الثاني من تاريخ الهندسة والعلوم في نظام بيل (مختبرات بيل للهاتف، 1978) ص 296-317

• "قصة سيجسالي"
• "بداية الثورة الرقمية"
• "1941 'الهاتف السري' براءة اختراع أمريكية رقم 3967067 على النظام."
• صور ووصف SIGSALY في آلة Wayback (تم أرشفتها في 27 يناير 2007)
• يعود الفضل إلى رالف ميلر في عدد من براءات الاختراع ذات الصلة الموثقة في المجلد الثاني من تاريخ الهندسة والعلوم في نظام بيل .
• عينة من الصوت المشفر بواسطة جهاز ترميز الصوت KO-6 ، وهو نظام أحدث مشابه لنظام SIGSALY في الأداء: التاريخ السري لجهاز ترميز الصوت

• تتضمن هذه المقالة، أو نسخة سابقة منها، مواد من كتاب Codes, Ciphers, & Codebreaking للكاتب Greg Goebel.