Как выяснилось впоследствии, специалисты Почтового ведомства фашистской Германии в течение длительного времени осуществляли перехват и запись радиотелефонных переговоров, которые засекречивались «А-3», со станции радиоперехвата, расположенной в Нидерландах. В результате немецкой дешифровальной службе удалось в 1941 году раскрыть принцип засекречивания телефонных разговоров в системе «А-3». Это позволило немецкой разведке регулярно получать дешифрованные записи переговоров, которые вели Президент США Ф. Рузвельт, Премьер-министр Великобритании У. Черчилль, Министр иностранных дел Великобритании А. Иден, помощник Президента США Р. Гопкинс, американский генерал М. Кларк и другие.
Переведённые с английского на немецкий язык тексты дешифрованных переговоров высокопоставленных лиц США и Великобритании докладывались командованием немецкой разведки непосредственно Адольфу Гитлеру, а также другим руководителям Третьего рейха.
Кроме того, отсутствие в распоряжении командования Вооруженных сил США надёжной засекреченной радиотелефонной связи, способной без задержек довести до соответствующих инстанций имеющуюся информацию, было косвенной причиной наибольших потерь, которых испытали США в результате внезапного массированного удара японской авиации по наибольшей военно-морской базе США на Гавайских островах «Пёрл-Харбор».
К концу 1941 года Япония развернула подготовку для захвата Индонезии, а также американских и британских владений на Тихом океане. При этом временное японское правительство вело диалог с правительством США об урегулировании японско-американских отношений. Эти переговоры имели целью усыпить бдительность США и выиграть время для подготовки внезапного удара по базам американского флота на Тихом океане.
Воскресным утром 7 декабря 1941 года начальнику штаба Армии США Д. Маршаллу стало известно о решении японского правительства прервать японско-американские переговоры. Побаиваясь, что его телефонный разговор по системе «А-3» с командованием вооруженных сил на Гавайских островах может быть перехвачен и дешифрован японской разведкой, Д. Маршалл распорядился зашифровать информацию о возможном нападении Японии на американские базы и передать её по радиотелеграфному каналу связи.
Поскольку шифрование и дешифровка информации осуществлялись вручную и требовали значительного времени, телеграмма была получена адресатом уже после того, как японская авиация нанесла массированный удар по Пёрл-Харбору. В результате из восьми линкоров, стоявших на рейде Пёрл-Харбора, пять были потоплены, а три — повреждены. Всего из строя было выведено восемнадцать кораблей, а флот потерял несколько тысяч человек.
Реально оценивая недостатки и ограниченные возможности системы «А-3», специалисты американской телефонной компании «Bell Telephone Laboratories» ещё в октябре 1940 года приступили к проведению исследований по созданию такой аппаратуры засекречивания телефонных переговоров, которая бы позволяла вести секретные разговоры, не боясь раскрытия дешифровальной службой противника. В качестве одного из новых методов «закрытия» рассматривалась маскировка речевых сигналов шумом.
Суть предлагаемого метода заключалась в том, что на передающей стороне радиолинии аналоговый речевой сигнал смешивался с псевдошумовым сигналом, а на приёмной стороне (в результате вычитания из принятого сигнала точной копии псевдошумового сигнала) происходило восстановление исходного речевого сообщения.
Основная сложность практической реализации данного метода заключалась в том, что маскировка речевого сигнала требовала достаточно высокого отношения сигнал/шум, что существенно осложняло его восстановление во время приёма.
Одновременно компанией «Bell Telephone Laboratories» проводились исследования по оценке возможности применения в интересах засекречивания телефонных разговоров «вокодера» (англ. vocoder — voice coder — голосовой кодировщик). Вокодер был создан американскими инженерами для сжатия полосы частот передаваемого речевого сигнала. Это устройство определяло основные параметры сигнала, кодировало их и передавало модулируемый радиосигнал в эфир в более узкой по сравнению с обычным телефонным сигналом полосе частот.
На приёмной стороне радиолинии осуществлялось декодирование параметров принятого сигнала и синтезирование на их основе специальным генератором исходного речевого сообщения, но поскольку звучание синтезированного языка на приёмной стороне лишь отдалённо напоминало голос, говорившего на передающей стороне радиолинии, вокодерная телефония в начале 1940-х годов широкого распространения не получила.
Анализ принципов функционирования вокодера натолкнул американских инженеров на мысль использовать при создании аппаратуры защиты телефонных переговоров принципиально новый метод, который заключался в шифровании речевых сигналов, предварительно преобразованных в цифровую форму.
Группой специалистов под руководством инженера Р. Поттера был разработан экспериментальный образец аппаратуры засекреченной радиотелефонной связи «Х-system», в которой совмещались принципы действия вокодера и устройства шифрования буквенноцифровых данных. Входной речевой сигнал поступал на десять полосовых фильтров и анализатор возбуждающего сигнала (последовательность импульсов с частотой основного тона речи для звонких звуков, или шумоподобная последовательность сигналов для глухих звуков).
В результате аналого-цифрового преобразования значения амплитуды сигнала в каждом из полосовых фильтров кодировались одной шестеричной цифрой, а частота и вид возбуждающего сигнала — двумя шестеричными цифрами. Одновременно с определением цифровых параметров речевого сигнала в разработанной аппаратуре генерировалась ключевая псевдослучайная последовательность шестеричных цифр.
В результате сложения по модулю шесть параметров телефонного сигнала с ключевой последовательностью происходило автоматическое шифрование передаваемого сообщения. Определение параметров речевого сигнала и генерация цифр ключевой последовательности осуществлялись одновременно с частотой 50 Гц.
Использование на приёмной стороне радиолинии той же ключевой последовательности позволяло расшифровать параметры и синтезировать исходный телефонный сигнал. В связи с особенностями функционирования вокодера звучание принятой речи существенно отличалось от голоса того, кто говорил на передающей стороне радиолинии. Возможность распознать говорившего больше основывалась на его манере разговора, чем на тембре голоса.
Министр обороны США Л. Стимсон, делясь своими впечатлениями после переговоров по аппаратуре засекреченной радиотелефонной связи с генералом Д. Маршаллом, рассказывал, что в телефонной трубке он услышал «роботоподобный голос, абсолютно не похожего на голос генерала Маршалла. Однако по характеру ведения разговора я мог понять, что говорю именно с ним».
Как показали испытания новой аппаратуры, разборчивость слов на приёмной стороне радиолинии в целом была достаточно хорошей и повышалась по мере привыкания слушающего лица к особенностям формирования звуков в вокодере.
Отдельные специалисты, которые испытали новое устройство, находили качество воспроизведённой речи неудовлетворительным. Тем не менее, у аппаратуры «Х-system» появилось достаточно много сторонников, готовых пожертвовать качеством звучания в обмен на гарантию секретности телефонных переговоров.
Возможно, что работы по созданию новой аппаратуры связи, проводившиеся компанией «Bell Telephone Laboratories», так и не вышли бы из стадии экспериментальных исследований, если бы не встреча Президента США и Премьер-министра Великобритании. Она состоялась 14 января 1942 года, в ходе которой Ф. Рузвельт указал на необходимость усовершенствовать засекреченный радиотелефонный канал связи между Вашингтоном и Лондоном.
И хотя присутствовавшие при встрече начальник штаба Армии США и Главнокомандующий ВМФ попробовали убедить Президента в том, что имеющиеся системы не позволяют обеспечить необходимый уровень секретности, по окончании встречи Президентом США было дано указание на активизацию работ по созданию надёжной засекреченной линии радиотелефонной связи между Вашингтоном и Лондоном.
Эти работы были поручены специальной группе специалистов компании «Bell Telephone Laboratories» в количестве 30 человек во главе с инженером Полом Блю. К участию в разработке новой аппаратуры, получившей условное название «SIGSALY», были привлечены такие известные в дальнейшем американские инженеры, как К. Шенон, Х. Найквист и ведущий специалист английского криптоаналитического центра Алан Тьюринг.
Первый образец станции «SIGSALY» был изготовлен в начале 1943 года в Манхеттене. При её создании в значительной степени были использованы технические идеи и решения, выработанные в процессе разработки экспериментального образца аппаратуры «Х-system».
Достаточно сложной проблемой, с которой столкнулись разработчики «SIGSALY», было получение и последующее использование при работе станции ключевой последовательности, обеспечивавшей автоматическое шифрование телефонных переговоров. Для получения такой последовательности было предложено использовать специальную парортутную лампу высотой 35 сантиметров и диаметром 10 сантиметров, генерировавшую шумовой сигнал со случайным значением амплитуды.
В результате периодической выборки (с интервалом 20 миллисекунд) и квантования шумового сигнала происходило формирование псевдослучайной последовательности сигналов, которые записывались на виниловый диск с числом уровней квантования амплитуды, равным шести.
Диск по своему виду напоминал обычную граммофонную пластинку, которая использовалась в студии звукозаписи. Первые оригиналы дисков, которые изготовлялись в помещении компании «Bell Telephone Laboratories», доставлялись под вооружённой охраной в одно из зданий компании «World Broadcasting System», где на их основе изготовлялись два полностью идентичные штампованные шифродиски диаметром 35 сантиметров. Оригинал при этом уничтожался.
Последующая доставка дисков для станций «SIGSALY» должна была осуществляться курьером и возлагалась на центр шифровальной службы Армии США.
Для ведения секретных переговоров на станциях «SIGSALY» заранее нужно было установить идентичные шифродиски, обеспечить одинаковую скорость их вращения и синхронность генерации ключевых последовательностей на обеих сторонах радиолинии. С этой целью включение механизма вращения дисков на станциях проводилось одновременно.
Время включения определялось обслуживающим персоналом по сигналам точного времени, которые передавались радиостанцией военно-морской обсерватории США, и заранее согласовывалось операторами по открытым каналам радиосвязи.
Синхронность вращения дисков на двух станциях достигалась за счёт передачи и приёма специальных сигналов синхронизации и фазовой настройки частоты вращения диска оператором одной из станций. Высокая стабильность частоты вращения дисков обеспечивалась за счёт усложнения схемы электропитания механизма вращения и использования в ней опорных генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, помещённых в специальные термостаты.
Считывание ключевой последовательности с шифродиска осуществлялось при его вращении в процессе перемещения головки звукоснимателя и превращения механических колебаний иглы в электрические сигналы с определенной амплитудой.
Для обеспечения надёжной разборчивости речи временная несинхронность ключевых последовательностей, которые генерировались шифродисками двух станций, не должна была превышать полсекунды. Каждая станция «SIGSALY» была оборудована двумя механизмами вращения дисков.
Таким образом, в случае необходимости по окончании работы одного диска включался другой, что обеспечивало возможность ведения достаточно длительных переговоров. В соответствии с установленными правилами шифродиски использовались только один раз, после чего подлежали уничтожению.
Разработчики станции «SIGSALY» были полностью уверены в том, что их аппаратура способна обеспечить секретность телефонных разговоров. Руководитель группы инженер Пол Блю считал, что даже в случае захвата и доставки станции в Берлин дешифровка телефонных переговоров противником при отсутствии у него копий шифродисков будет невозможной.
Первая станция «SIGSALY» была установлена в здании Министерства обороны США в марте 1943 года, а вторая — в мае того же года в Лондоне. Испытания работоспособности станций при ведении засекреченных телефонных переговоров по трансатлантическому радиоканалу Вашингтон — Лондон были завершены 29 июня 1943 года. Официальная церемония введения «SIGSALY» в эксплуатацию состоялась 15 июля 1943 года.
Всего за период Второй Мировой войны американской компанией «Bell Telephone Laboratories» было изготовлено около десяти таких станций, которые и образовали правительственную систему засекреченной радиотелефонной связи США. Кроме Вашингтона и Лондона, они были установлены в Алжире, Брисбене (Австралия), на Гавайских островах (форт Шафтер), в Окленде (штат Калифорния), Париже (после его освобождения от немецких войск), на острове Гуам (западная часть Тихого океана), в Берлине и Франкфурте (после их оккупации англо-американскими войсками).
Отдельные станции «SIGSALY» были оборудованы средствами, которые обеспечивали проведение сеансов конференцсвязи, когда несколько человек, сидевших за специально оборудованным столом, могли одновременно слушать, что говорили на другом конце радиолинии. Однако говорить в микрофон мог только один из присутствующих.
В Вашингтоне и Лондоне помещения, откуда велись секретные переговоры, были территориально разнесены с приёмно-передающей и шифровальной аппаратурой станций «SIGSALY». Установленные в этих помещениях телефонные аппараты подсоединялись к станции по защищённым проводным линиям связи.
В случае подключения к таким линиям аппаратуры подслушивания на посту оператора «SIGSALY» загоралась лампочка красного цвета — сигнал тревоги. Одновременно в телефонную трубку поступал шумовой сигнал, предостерегая лицо, которое вело переговоры, о возможном подслушивании.
Телефонные переговоры между абонентами станций «SIGSALY» велись по одному из каналов многоканальной трансатлантической радиосети «PL-60» в коротковолновом диапазоне волн. При перехвате этих переговоров на обычном радиоприёмнике они воспринимались на слух как шум.
Техническое обслуживание и эксплуатация всех станций «SIGSALY» (независимо от места их расположения) были возложены на войска связи Армии США. В состав обслуживающего персонала станций набирались, как правило, военнослужащие, имевшие специальное техническое образование и опыт работы в телефонных компаниях до военной службы. Для их подготовки при компании «Bell Telephone Laboratories» были созданы специальные курсы, где военнослужащие изучали устройство станции, организацию и порядок её эксплуатации и ремонта.
Первый выпуск курсов состоял из шести офицеров и произошёл 5 января 1943 года. Всего учёбу на курсах прошли 186 военнослужащих в составе 10 групп. Длительность учебы составляла от 28 до 44 рабочих дней. Первые выпускники курсов составили основу созданной 10 февраля 1943 года 805-й роты связи — специального подразделения для обслуживания станций засекреченной радиотелефонной связи «SIGSALY». Командир роты майор Э. Эптид до службы в армии работал в одной из американских телефонных компаний, а подчинённая ему рота насчитывала 81 офицера и 275 военнослужащих.
Техническое обслуживание и эксплуатация станций «SIGSALY» осуществлялись отдельными подразделениями из 4–5 офицеров и 6–8 военнослужащих. Благодаря хорошей подготовке персонала станции, в основном, работали исправно. Вместе с тем, в течение длительного времени не удавалось обеспечить ведение переговоров Премьер-министра Великобритании У. Черчилля с телефонного аппарата, установленного в специальной комнате подземного бункера правительственного здания в Лондоне.
По этой причине он и другие высокопоставленные лица с лета 1943 до весны 1944 года были вынуждены продлить использование системы радиотелефонной связи «А-3». В связи с её слабой криптостойкостью в указанный период немецкая разведка продолжала дешифровывать телефонные переговоры и получать важные сведения военного характера, включая информацию о деятельности войск и маршрутах движения конвойных кораблей и судов торгового флота союзников.