thumb|300px|right|アメリカ同時多発テロ事件の際に暗号化電話機 を使うブッシュ大統領。 通信における秘話（ひわ、）とは、音声通信において盗聴や傍受を防止するために音声を聞き取れなくするものである。よく知られている方式は音声の周波数スペクトルを反転させるもので、初期の無線電話やアナログ方式のコードレスフォンなどで使われた。音声をデジタル化した後に暗号化を行う方式は携帯電話、警察無線や軍用無線、政府高官用の暗号化機能付き電話機などで使われている。
概要 thumb|アメリカ国立暗号博物館で展示されている秘話装置SIGSALYのモックアップ。実際の装置は30以上のラックからなる大掛かりなものだった。 電話に代表される音声を用いた通信は誰でも容易に使える通信方法である。メールや電信などの文字を用いる通信と比べ特別な技能が不要で、何か作業を行いながら通話することも簡単である。しかし電話は盗み聞きも比較的容易で、使用されている電話線など通信経路が分かれば盗聴できる。無線電話の場合はさらに容易で、受信機さえあれば誰でも盗聴や傍受が可能であり、周波数や変調方式さえ分かれば誰にも気づかれることなく会話内容を盗み聞きすることができる。
秘話はこのような音声通信の問題を解決するためのもので、音声信号を全く別の信号に変換して送ることで、同じ秘話装置を持つ相手以外には音声を聞き取れなくする暗号辞典, p.528.。
秘話は大きく分けてアナログ方式とデジタル方式の2種類の方式に分類できる。
アナログ方式のものはボイススクランブラー (voice scrambler) やアナログスクランブラー (analog scrambler)、あるいは単純にスクランブラー (scrambler) の名称で呼ばれる暗号辞典, p.352.。 この方式では、周波数成分の反転や入替を行ったり信号の時間軸での入替などを行うことで元の音声信号を別のアナログ信号に変え内容を聞き取れなくする。
アナログ方式の秘話装置は、ハードウェアが比較的単純で元々の音声信号と同じ帯域幅で送受信ができたため、警察無線や1960年代まで一般的だった短波帯を使用した国際電話など、アナログ方式の無線電話で古くから使われてきた。代表的なスクランブラーの仕組みは1920年代から知られており、専門家が処理方式の解析を行うことは難しいことではない。音声の周波数スペクトル全体の反転のみを行う音声周波数反転方式のような単純なものは解読装置を組み込んだ受信機も購入もできる。信号の分析や解読が比較的容易であるため、機密性が要求される通信には不十分である。
デジタル方式のものもスクランブラーの名称で呼ばれることがあるが、アナログスクランブラーと区別して音声暗号化 (digital voice encryption) とも呼ばれる暗号辞典, p.185.。この方式では音声をデジタルデータに符号化した後に暗号化を行う。出力はデジタル信号になる。音声符号化方式や暗号化方式として様々な方式を使うことができるため、適切な暗号化方式を使い十分に長い鍵長を用いることで高いセキュリティを実現できる。現在の多くの秘話装置や通信機器ではこの方式が使われている。
アナログスクランブラーと比べると初期のデジタル方式の秘話装置は複雑で高価だった。デジタル方式の最初の秘話装置は第二次世界大戦中の1943年にワシントンとロンドン間で運用が開始されたSIGSALYだが William R. Bennett. Secret Telephony as a Historical Example of Spread-Spectrum Communications, IEEE Transactions on Communications, Vol.31(1), pp.98-104, 1983.、装置1台当たりのコストはおおよそ100万ドル、開発、製造、要員トレーニング、運用、メンテナンスなどを含めた総コストは2,800万ドルと試算されている。 IC技術が発達した1970年代にNSAが開発したデジタル方式の秘話装置 STU-I でもサイドデスクや中型の金庫程度の大きさを占め、価格も1台35,000ドルと高価だった。
デジタル方式の秘話装置では音声信号をリアルタイムでデジタル処理できる高速で複雑なハードウェアが必要になる。またデジタル化すると送受信に必要な帯域幅も広がるため、圧縮効率の良い音声符号化技術や、デジタル信号を狭い帯域幅で送受信する高度な変調技術が必要である。そのため初期のデジタル方式の秘話装置は高い機密性が要求される軍事用や政府高官用としてのみ使われた。業務無線（警察無線など）や一般の移動体通信（携帯電話など）で使われるようになるのは、小型で低価格なデジタルシグナルプロセッサが開発されてからである。
多くの国の警察無線を例に挙げると、アナログスクランブラーは1970年代まで、遅い国では1990年代になっても使われていた。 携帯電話での音声暗号化の導入も、デジタル方式の第二世代携帯電話が使われるようになった1990年代以降で、それ以前の多くの携帯電話は秘話機能を持っておらず、変調方式も単純なFM方式だったため周波数さえ分かれば傍受や盗聴は比較的容易だった。
歴史 秘話の技術は無線電話の普及と共に発展した。 無線電話の実験は1900年前後から始まった。秘話技術の発明が盛んになるのは無線電話が普及し盗聴や傍受が問題になった1920年代になってからである。その後第二次世界大戦を契機には軍用や政府高官用の分野で急速に技術が進んでいった。
秘話以前 秘話についての試みは古く、グラハム・ベルによる電話の特許申請のわずか5年後の1881年、アメリカのジェームス・ロジャース (James Rogers) は複数の電話回線を切り替えながら音声を送る方式の秘話装置の特許を申請しているJames Rogers. : Telephony, Filed Nov. 9, 1881. Issued Dec. 20, 1881. 。しかし十分な秘話性を持つ実用的な秘話装置が発明されるのは無線電話が広く一般に使われるようになってからである。
1895年のマルコーニによる無線電信の発明の直後から多くの人が無線電話について考えるようになった。例えばレジナルド・フェッセンデンは、雑音だらけであったが、1900年に世界で初めて1.6kmの無線電話実験に成功した若井昇監修, 無線百話, p.135。 1902年頃にはより雑音の少ない高周波発電機を使った送信機の試作と実験を進め、1906年のクリスマス前夜には80kHzの長波帯を使い音楽と談話とを送信した城水元次郎, 電気通信物語―通信ネットワークを変えてきたもの, p.83, オーム社, 2004.。
日本では1912年にTYK式無線電話が発明されて船舶との通信に利用され、2年後には離島間の世界初の公衆無線電話として実用化された。
ドイツでは、テレフンケン社のエンジニアのマイスナー (Alexander Meißner) が1913年に三極管を用いた発振回路を考案し、この回路を使ってベルリンとその西 36Km に位置するナウエン (Nauen) との間の無線電話の実験を行ったJ. A. Fleming, Thermionic valve and it's developments in radiotelegraphy and telephony, The Wireless Press, LTD., P.151, 1919.。 この時代、無線電話は安定した高周波の連続波が必要な難しい技術だったため、音声の送受信を行うのがやっとで秘話が考慮されることはなかった。
秘話装置の登場 thumb|第一次世界大戦では飛行機用などの軍用無線電話機も使用されるようになり、盗聴、傍受の危険性が増した。 その後、第一次世界大戦が始まると無線技術は急速に進歩した。第一次世界大戦では飛行機が偵察など様々な用途に使われるようになったが、この頃の飛行機は開放型のコックピットだったため、操縦士や偵察員にとって騒音や振動が多く狭い機上でのモールス符号を用いた無線電信による通信は非常に難しかった。そのため機上で通話ができるようアメリカののような軍用の無線電話機が開発された 。
無線電話がこのような用途に利用され始めると共に通信内容の盗聴、傍受の危険性も増した。軍用無線電信では情報の流出を避けるための暗号化が行われていたが、無線電話でも同様の対策が必要になってきた。
また、この頃は無線の技術が急速に一般化していった時代でもあった。アメリカで1915年から1年間の間に許可した商業の無線局は200局未満だったが、自作の無線機で通信を行うアマチュア無線局の認可数は8489局もあった高橋 雄造, ラジオの歴史, 法政大学出版局, p.15, 2011.。受信のみを行う無許可のアマチュア無線局は15万局と推定されている。 業務用や軍事用に無線電話が使われるようになり利用範囲が拡大するに従い、アマチュアによる傍受も大きな問題になってきた。
無線電話の利用は1920年代になっても拡大し続けた。例えば、1927年1月7日にニューヨークとロンドンとの間で初めての一般向けの国際無線電話が開通した城水 元次郎, 電気通信物語―通信ネットワークを変えてきたもの, pp.85-89, 2004. ISBN 4-274-03628-6.。 この成功を元に、翌年にはニューヨークからベルリンやブエノスアイレスにも短波帯を使い無線で通話ができるようになった。同じころヨーロッパ内の主要都市間も短波による国際無線電話が使用され始めている。
このような背景から、多くの研究者が秘話方式について考えるようになった。例えば、アメリカでは1918年に音声の周波数スペクトルを反転させる音声周波数反転方式の特許が申請され1924年に成立したH. J. Van Der Vidl. : Method and system for radiosignalling, Filed Jan. 8, 1918. Issued Jul. 29, 1924.。 この回路はまだ実用的なものではなかったが、その後ボーン (R. Bown) により平衡変調回路を用い改良した回路の申請が行われ1925年に特許になったRalph Bown. : Secret Comminication System, Filed Nov. 8, 1921. Issued Jan. 6, 1925.。
1920年には音声を周波数の異なった複数のサブバンドに分割し配置換えを行うシステムが考案されL. Espenschied. : Secret telephone system, Filed Jan. 8, 1920. Issued July 21, 1925.、1923年に音声研究で有名なベル研究所のフレッチャー (H. Fletcher) がこれらのアイデアを組み合わせてサブバンドの配置換えと個々のサブバンド内での周波数の反転とを行う帯域分割方式の秘話方式の特許を申請し1926年に特許として認められたHarvay Fletcher. : Secret Signaling, Filed Jul. 31, 1923. Issued Feb. 23, 1926.。
これらの技術は国際無線電話で最初に採用され、アメリカ-イギリス間の商用国際無線電話には音声周波数反転方式が使用された。 日本でも、1934年に開設された日本で初めての商用国際無線電話回線である新京（満州国）や台北（台湾）との間の電話回線にボーンの方式を改良した音声周波数反転方式が採用された日本無線史（第1巻）無線技術史 上, pp.399-403.。新京の電話回線では、アメリカ-イギリス間の方式よりさらに秘話性を高めるため、音声周波数反転時のキャリア信号の周波数を連続的に変化させたり複数の周波数を切り替える方式での試験運用も行われた。これらの方式は受信側と送信側との同期が厳密に取れていないと音質が悪くなる。当時の技術レベルでは十分な通話品質が得られなかったため、実運用では通常の音声周波数反転方式のみが使われた。台北間の回線も同期回路が除かれ通常の音声周波数反転方式が使われた。その後日本からマニラ、バンドン、サンフランシスコ、ベルリン、ロンドン向けなどにも無線電話回線が開設され、同じ方式が使用された日本無線史（第1巻）無線技術史 上, pp.403-405.。
また、1935年に国内で運用が始まった警察無線の基地局用と移動局用の無線機にも音声周波数反転方式の秘話装置が採用され第二次世界大戦末まで使われていた日本無線史（第2巻）無線技術史 下, pp.372-381.。
音声を複数のサブバンドに分割して配置換え等を行う帯域分割方式は1937年にベル研究所が開発したA-3と呼ばれる秘話装置で採用され、AT&Tが開設したニューヨークやワシントンとロンドンやパリなどヨーロッパの大都市を結ぶ回線、およびサンフランシスコとハワイ、東京を結ぶ回線で、アメリカ政府高官の秘密会話などの重要な音声通信のために使用された暗号事典, p.6.。 1939年9月1日の第二次世界大戦勃発時、フランス駐在のアメリカ大使ウィリアム・C・ブリットがルーズベルト大統領にこのニュースを知らせた際にもA-3が用いられた。
1920年代から30年代にかけて、様々な秘話装置が考案された。1940年頃ベル研究所の特許部門が行ったアメリカでの秘話関連の特許調査では80件ほどの特許が見つかったと報告されている。
第二次世界大戦前後 第二次世界大戦が始まる頃になると戦闘に必要な多くの情報を敵に知られることなく伝える必要性から秘話の技術は急速に発展した。敵の作戦行動を知り戦闘を有利に進めるため秘話解読の技術もそれと平行して進歩していった。
ドイツ、アメリカ、イギリス ドイツとA-3 thumb|right|秘話装置の分析に使われる音声のスペクトログラムの例 thumb|ドイツ軍に占領されたミラノの様子。チャーチル首相とルーズベルト大統領との秘話通信の解読などによりドイツは降伏後のイタリアの占領を迅速に行うことができた。 1920年代の技術であるスクランブラーの原理は当時すでに一般に知られていたため、十分な時間と分析機器があれば専門家が分析し処理方式の解析を行うことは難しいことではなかった。人間の耳だけでは難しい秘話方式の分析のため、信号の時間/周波数パターンを調べるのに有効なサウンドスペクトログラムも第二次世界大戦が始まる頃に発明されたFinal Report on Project C.43, Part I - Speech Privacy Systems - Interception, Diagnosis, Decoding, Evaluation, p.7.Final Report on Project C-32, Speech Privacy-Decoding, pp.2-3.。
実際、ドイツの旧ドイツ郵政省 (Deutsche Reichspost) で秘話装置の研究をしていたフェッターライン (Kurt E. Vetterlein) は戦争が始まると秘話解読の研究に割り当てられWireless Security: Models, Threats, and Solution, p.253.、イギリスからの秘話通信の受信場所として当時ドイツが占領中だったオランダのノールトウェイク (Noordwijk) 近郊の海岸を選び、そこにあったユースホステルに受信局を設置してニューヨークやワシントンとロンドン間の高い機密性の要求される音声通信に使用されたA-3型秘話装置の秘話方式の解析を行った。A-3で使われていた5つのサブバンドの周波数とサブバンドの反転/配置換えパターンを調べることで会話内容の解読ができるようになり、1941年の秋には24時間体制で連合国側の政府高官の会話をリアルタイムでモニターしていたWireless Security: Models, Threats, and Solution, p.254.。ドイツ郵政省の「研究センター」(Forschungsstelle) の名称で呼ばれたフェッターライン配下のチームがこの頃に受信した会話の数は1日60通話にも上った。これらの会話にはチャーチル首相とルーズベルト大統領との会話も含まれるWireless Security: Models, Threats, and Solution, p.255.。チャーチル首相は電話魔で、昼夜関係なくルーズベルト大統領を電話で呼び出したと言われる。ドイツにとって最も重要な会話の一つはイタリア降伏（無防備都市宣言）の直前の1943年7月29日にチャーチル首相とルーズベルト大統領とが行った話し合いでF. L. Bauer. Decrypted Secrets: Methods and Maxims of Cryptology, p.10.、会話の内容は直ちにナチス親衛隊の国家保安本部第VI局（国外諜報局）を経由してヒムラーに報告された。ヒットラーは8月1日にイタリア占領作戦を承認し、会話を盗聴したドイツはイタリア軍に対して迅速な対応を行うことができた。
また、ドイツ陸軍で暗号解読を担当していた陸軍兵器局 開発試験部 通信課（、HeeresWaffenamt Amtsgruppe für Entwicklung und Prüfung Nachrichtenabteilung）の技術者アルフレッド・ムゥヒェ (Alfred Muche) も、ドイツ郵政省とは独立して、"5B"と呼ばれるA-3用の解読装置を作成し、チャーチル首相とルーズベルト大統領とのシチリア島侵攻についての会話を含む多くの会話を盗聴していたTICOM I-213, Report on Interrogation of Alfred Muche, 1950.。 アメリカとSIGSALY thumb|left|1943年に運用中のSIGSALYの写真。暗号鍵はレコードに記録され、右側の2台のターンテーブルを使い再生した。 盗聴されていた側のアメリカでも、A-3の脆弱性とさらに優れた秘話装置の必要性は1940年夏頃から認識されていた。1940年10月初めには秘話のための委員会を組織して複数のプロジェクトを立ち上げ、同時にベル研究所で新しい秘話装置の研究が"プロジェクトX"の名称で開始された。このプロジェクトの成果として新しく開発されたのが音声暗号化装置SIGSALYである。この装置は世界最初の実用的なデジタル音声通信システムで、また音声通信と近代的な暗号とを組み合わせた最初の装置でもあった。このシステムは真空管とアナログ回路の時代に作られたため、当時としては非常に大規模で複雑なシステムだった。真空管を1000本以上使用し、装置の重さは約55トン、消費電力は30kWに上り、7フィート標準ラック30以上を占める大きさで、設置のためには空調が効いた広い部屋が必要だったA History of engineering and science in the Bell System: National Service in War and Peace (1925 - 1975), p.298.。 運用のための専門の部隊が用意され、24時間体制で保守と調整を行った。 音声信号はボコーダーで圧縮した後、バーナム暗号を応用した方式で暗号化した。暗号化にはレコード（音盤）にデジタル録音された乱数を共通鍵として使うワンタイムパッド方式が用いられた。
SIGSALYは1943年7月にワシントンとロンドン間で運用が開始され、その後は北アフリカ、パリ、ハワイ、グアム、オーストラリア、及びマッカーサー将軍が移動中に司令部があった船上と終戦直前のマニラに設置され、また終戦後はベルリン、フランクフルト、東京にも設置され1946年まで使われたMilitary Communications: From Ancient Times to the 21st Century, pp409-410.。
また、SIGSALYのシステムは非常に大規模で消費電力も大きく移動も運用も大変だったため、量産と並行して、SIGSALYを再設計し小型化する"ジュニア X システム"のプロジェクトが進められた。このシステムは1944年の秋に契約が行われ、米陸軍通信隊から AN/GSQ-3 の名称が与えられたA History of engineering and science in the Bell System: National Service in War and Peace (1925 - 1975), p.313.。最終的にこのシステムは5フィートのラック6台分にコンパクト化されトレーラに積み込める程度の大きさになった。しかし納入日は1946年3月で戦争はすでに終わっており、実際に使われることはなかった。
SIGSALYのようなデジタル方式の秘話装置の存在とその処理方式は使用されなくなった後も長い間秘密にされた。1940年代にベル研究所が出願したSIGSALYに関連する多くの特許は、それから30年以上経ちデジタル技術が特別なものでなくなった1975〜1976年になってようやく一般に公開されたA History of engineering and science in the Bell System: National Service in War and Peace (1925 - 1975), p.297.。またA-3がドイツで解読されていた事実も秘密にされた。 アメリカ、ドイツとSIGJIP thumb|left|第二次世界大戦では戦闘機ムスタングに搭載可能な程度にコンパクトなアナログ方式の秘話装置もヨーロッパ戦線で利用された。 第二次世界大戦中は、SIGSALYのような大掛かりな秘話装置だけでなく飛行機に搭載可能な程度の大きさの簡易型秘話装置も開発された。SIGJIPのコードネームで呼ばれた AN/GSQ-1 はアメリカで開発されたアナログ方式の秘話装置で、A-3のように周波数単位のブロックで入替を行うのではなく、音声を磁気記録し複数の磁気ヘッドを使って小さな時間単位のブロックに分け順序の入替を行う装置だったTICOM Investigations Volume2 - Notes on German High Level Cryptography and Cryptanalysis, pp.39-40.。 このような方式は1930年代末頃にはヨーロッパで知られており1940年にアメリカでも特許申請されG. Guanella et al. : Method of Transmitting Signals, Filed Oct. 9, 1940. Issued March 2, 1943. (In Switzerland July 14, 1939.)、1941年頃には装置の具体的なメカニズムがベル研究所でも考案されていたJ. Steinberg. : Variable delay speech privacy system, Filed July 11, 1941. Issued Jan. 30, 1951.。 1941-42年頃には海軍と陸軍向けに37.5ms単位の時間ブロックで入れ替える試作モデルが作られC.W.Carter. TELEGRAPHS APPLIED TO TDS SPEECH SECRECY SYSTEM, NDRC Project C-55, p.7, 1942.、その後アメリカ陸軍の戦闘機ムスタングなどに搭載された。
thumb|right|ドイツで秘話研究を行ったフォイヤーシュタイン研究所の建物。アラン・チューリングも終戦直後にドイツの秘話装置調査のためにここを訪れた。 ドイツでもこのような方式はよく知られていた。ドイツ軍は1944年末に国内で撃ち落とされたムスタングでSIGJIPを見つけ分析を行なっていた。時間単位のブロックでスクランブルを行う秘話方式についてドイツ側も研究しており、ヨーロッパでの発明者の名前からこの方式は「ティーゲルシュテット」(Tigerstedt) と呼ばれていた。当時のドイツの専門家はムスタングから発見された秘話装置について、必要な機材があれば10分で解読可能、とコメントしている。ドイツでも同様の方式の装置の試作を行っていたが秘話性が十分ではなく、シーメンス社で音声を三つの周波数のブロックに分割してそれぞれ独立に時間単位のスクランブルを行う改良を行ったりしたが、機械が大幅に大きくなったにもかかわらず満足した性能が得られなかったTICOM. I-57, Enciphering Devices Worked on by Dr. LIEBKNECHT at Wa Pruef 7., p.11, Aug. 1945.。そのためSIGJIPと同じような装置がドイツで使われることはなかった。 フォイヤーシュタイン研究所 right|thumb|ドイツのローレンツSZ-42暗号機はフォイヤーシュタイン研究所で開発された秘話装置の一部としても使われた。 ドイツでは1937年以降シーメンスやテレフンケン、AEGなどの企業やハノーバーにあったフィアリング博士（）の研究所などが秘話装置の研究を行っていた。1943年には開発の効率化のためテレフンケンとフィアリング博士の研究所の研究のみが残り、1944年以降はフィアリング博士の研究所に集約されたTICOM Investigations Volume2 - Notes on German High Level Cryptography and Cryptanalysis, pp.36-37.。フィアリング博士は電気音響工学の研究者で戦前には発振回路や新しい電子オルガンなどの研究を行い、またアナログ方式の秘話装置で重要なフィルタ回路設計のエキスパートだった。アメリカの秘話装置A-3を解読するためドイツ陸軍が作成した装置"5B"のフィルタ設計はフィアリング博士が行った。この時期にはこれ以外にも軍関係の多くの研究を指揮した。
ハノーバーの研究所が爆撃されたため、フィアリング博士らのチームは1942年ドイツ北部のオーバーフランケン地域の山岳地帯に疎開しフォイヤーシュタイン研究所（）を作った。研究所の建物はカモフラージュのためフレンキシェ・シュヴァイツに多くある城のような外観に造られ、屋根には病院を表す赤十字のマークがあった。この研究所では、音響魚雷やスパイ用の高速度通信機、潜水艦用の対レーダー電波吸収コーティング、高精度なサウンドスペクトログラム分析装置などの開発と共にTICOM Investigations Volume8 - Miscellaneous, pp.40-44.、秘話について独自の研究開発を行った。フォイヤーシュタイン研究所で開発が行われた秘話装置はSIGSALYと同じ様なボコーダーを使い、その出力に3段階の複雑な周波数のシフトを行うもので、周波数のシフトのパターンはローレンツSZ-42暗号機の出力で変化させるようになっていたTICOM Investigations Volume2 - Notes on German High Level Cryptography and Cryptanalysis, pp.42-43.。
最初に音声を10チャネルの信号の組み合わせに変換するボコーダーが完成し"anna"と名付けられた。続いて"anna"からの450Hzから2110Hzまでの出力に対し複雑な周波数のシフトと入替とを行う装置の開発を行っていたが、当時のフィルタ設計技術では復調後の音質が悪くて満足な結果が得られず、全体の装置が完成することなく終戦を迎えた。 イギリスとDelilah thumb|right|第二次世界大戦中、アラン・チューリングは暗号解読だけではなく秘話装置の開発にも従事していた。