Вадим Гребенников - Криптология и секретная связь. Сделано в СССР

Под руководством В. А. Котельникова был разработан первый телефонный шифратор «мозаичного типа», который совмещал в себе частотные преобразования речевого сигнала с перестановками его отрезков по времени. Реализуемые им преобразования были динамическими, т. е. периодически изменялись по закону распределения случайных величин, и потому их раскрытие представляло очень серьезную задачу даже для квалифицированных специалистов. Была предложена система, основанная на квазислучайных (известных только получателю) перестановках временных (сто миллисекунд) отрезков и двух частотных полос с инверсией речевого сигнала. Управление частотными и временными перестановками на передаче и приеме осуществлялось шифратором, который генерировал пять бит гаммы десять раз в секунду.

Из воспоминаний В. А. Котельникова:

«Сначала мы просто „перевертывали спектр“, но быстро поняли, что это легко разгадать. Тогда стали разбивать речь на некоторые „отрезки“ по частоте с инверсией спектра и их „перепутывать“… „перепутывали“ не просто так, как придется, а определенным образом, с помощью шифратора… Был у нас „барабан“, наполненный маленькими шариками, который крутился, и из него высыпались шарики на специальное устройство со штырьками и щелями так, что потом через эти щели шарики случайным образом попадали на две движущиеся телеграфные ленты, которые были наложены одна на другую через „копирку“.

В результате получался на обеих лентах одинаковый рисунок — „дорожки“ из случайно расположенных пятнышек. Затем по этим меткам ленты перфорировались. Одна лента оставалась на „передающем конце“, а вторую мы аккуратненько скручивали и упаковывали в пластмассовую коробочку, которую запаивали, чтобы никто не подсмотрел. Эту процедуру повторяли несколько раз. Таким образом получали два одинаковых набора шифров. Мы их пронумеровывали, и один из наборов отправляли на „пункт приема“. А туда во время сеанса связи секретно сообщали номер шифра, и таким образом на том конце знали, какую из коробочек надо распаковывать, чтобы использовать спрятанный там шифр».

В. А. Котельниковым был разработан первый в СССР полосной «вокодер» (англ. voice coder — голосовой шифратор) с выделением основного тона речи. Работа была доведена до действующего макета, который был испытан и показал возможность использования этого принципа для сжатия речевого сигнала. В ходе этой работы ученым был также предложен и испытан принцип тестирования артикуляции систем передачи речи.

Из воспоминаний В. А. Котельникова:

«Для того чтобы было труднее расшифровать передаваемую речь, было важно сделать „отрезки“, на которые мы ее разбивали, как можно короче. А это проблема потому, что тогда ухудшается качество передаваемой речи. Я стал думать, как бы передавать речь не всю полностью, а как-то сжать ее спектр. Начал рассматривать спектр звуков, чтобы понять, какие частоты определяющие…

В это время попалась на глаза ссылка на статью Хомера Дадли, опубликованную в октябре 1940 года, где говорилось, что он сделал преобразователь речи — „вокодер“. Бросился смотреть, а оказалось, что там ничего конкретного не написано. Но все равно это было очень полезно: идея у него та же, значит, мы на правильном пути. В общем, мы начали делать свой „вокодер“. И перед самой войной у нас уже работал его опытный образец. Правда, пока он еще „говорил“ плохо, „дрожащим голосом“».

Только в 1940 году в лаборатории В. А. Котельникова начались работы по изготовлению образцов наиболее сложного по тем временам аппарата телефонного засекречивания «Соболь-П», в котором использовались временные и частотные перестановки, а в качестве шифратора использовалась телеграфная лента со случайно нанесенными отверстиями. В то же время лаборатория завода «Красная Заря» в основном выпускала инверторы.

Благодаря принятым мерам в лаборатории В. А. Котельникова примерно в течение трех месяцев после начала войны были изготовлены и испытаны лабораторные макеты отдельных основных узлов аппаратуры «Соболь-П». Это были узел частотных перестановок с инверсией спектра, узел временных перестановок, узел шифратора на базе трансмиттера и пятистрочной перфорированной телеграфной ленты (далее — перфолента), макет генератора, создававший гамму управления перестановками частотных полос и временных отрезков.

Кроме того, в процессе «преодоления трудностей» появились и немало других изобретений, но В. А. Котельников и его коллеги их не публиковали и не патентовали, во-первых, в результате секретности разработок, а во-вторых, на это у ученых просто не было времени.

С какими трудностями пришлось иметь дело конструкторам в ходе своих разработок, можно показать на примере узла временных перестановок. Он состоял из двух основных объектов: прибора замедления речевого сигнала на сто и двести миллисекунд и схемы переключения замедленных сигналов, осуществлявшей перестановку стомиллисекундных отрезков речи. Тогда рассматривалось четыре варианта прибора замедления звуковых сигналов:

1. Скорость распространения звука в воздухе составляет 330 метров в секунду. Если взять резиновый шланг длиной 33 метра, подать на его вход звуковой сигнал (от динамика), а на выходе поставить микрофон с усилителем, то получим замедлитель на сто миллисекунд. Опыт показал, что такое устройство имело достаточно большое затухание на высоких частотах, а если учесть громоздкость устройства, такой вариант оказался явно неподходящим.

2. Удалось получить шведскую узкую и сравнительно тонкую стальную ленту для магнитной записи. Для обеспечения малогабаритности прибора ее натягивали на барабан, пытаясь обеспечить достаточно гладкий стык. Однако при снятии звуковых сигналов адаптером при прохождении стыка возникал щелчок, значительно мешавший ведению переговоров. Попытки наложить на обод барабана несколько витков ленты и осуществить запись по центру многовитковой «навивки» также не дали хорошего результата, поскольку адаптер, проходя по стыку двух витков, создавал мешающий шум.

3. Третья попытка сводилась к тому, чтобы стык и щелчок повторялись как можно реже. Для этого бралась длинная петля, проходившая через много роликов. Во сколько раз увеличивалась длина петли, во столько же раз сокращалось число щелчков. Однако из-за громоздкости сооружения и большого шума во время движения стальной ленты этот вариант не подходил.

4. Была использована обычная циркулярная пила, а ее плоскость была хорошо отшлифована (для безопасности обслуживающего персонала зубцы стачивались). Запись осуществлялась на плоскости диска. Адаптер воспроизводил запись, но качество речи при воспроизведении было неудовлетворительным.