В те времена единственным методом обеспечения достаточной маскировки речи при прямом прослушивании линейной передачи были следующие методы превращения речевого сигнала:
1. Инверсия всего спектра языка (аппарат получил название инвертора). При этом самые низкие частоты речи становились высокими, а высокие – наоборот. Все другие частоты перемещались относительно центра полосы спектра. В начале первого периода этот способ имел широкое применение у нас и немцев. Немецкие специалисты любовно называли его «наш маленький инвертор». Этот очень простой прибор обеспечивал маскировку разговора в линии, но противник мог, создав аналогичный прибор, восстановить «открытую» речь, подключившись к каналу связи.
2. Деление частотного спектра на ряд полос и перестановка их между собой, применяя независимую инверсию в отдельных полосах спектра. Если превращения были динамическими, т.е. изменялись во времени, и определялись шифратором, то такая передача требовала дешифровки.
3. Временные превращения речевого сигнала: временные перестановки отдельных отрезков речи на заданном интервале времени, сдвиг отдельных частотных полос, изменение скорости воспроизведения речи.
4. Наложение помехи вне полосы речи с перестановкой частотных полос.
5. «Качание» несущей частоты передатчика – «воблинг» (англ. wobbling – колебание).
Одним из первых претендентов на получение заказа стала лаборатория отдела радиопередающих устройств комбината имени Коминтерна (Ленинград). Специалисты лаборатории в период с 1933 по 1936 год разработали четыре типа аппаратуры:
1) установка с однократным переносом разговорных частот и «воблингом»;
2) малогабаритная переносная шифровальная установка, работавшая по принципу однократной инверсии;
3) СЭТ-2 – сложная система шифрования с делением разговорного спектра на три канала и «перемешиванием» полос по случайному закону с произвольной (в известных пределах) скоростью;
4) СУ-1 – установка с делением разговорного спектра на две части и переносом низшего канала с инверсией двух полос разговорных частот с произвольной скоростью.
Несмотря на то, что проекты комбината имени Коминтерна открыли путь отечественным исследованиям в этой сфере, их использование было признано нецелесообразным, главным образом из-за отсутствия на комбинате производственной базы для изготовления станционной телефонной аппаратуры.
Поэтому центром разработки и производства отечественной аппаратуры засекречивания был избран завод «Красная Заря», где предусматривалось создать специальную лабораторию. Там должны были спроектировать и к середине 1937 года изготовить первые образцы «секретки», то есть аппаратуры секретной телефонии. Одновременно с этим, другие заводы наркомата тяжелой промышленности были обязаны за несколько месяцев обеспечить выпуск необходимых деталей (в частности, специальных купроксов).
В лаборатории планировалось создать:
– абонентскую конечную шифровальную установку;
– стационарную установку 1-й и 2-й очереди для станций ВЧ связи;
– стационарную и переносную аппаратуру засекречивания телефонных разговоров по радиотелефонным линиям связи;
– специальную аппаратуру переносного типа для дешифровки перехваченных разговоров вероятного противника.
Абонентская установка предназначалась для установки вместо обычного телефонного аппарата у абонента, а в контексте технических условий для стационарной «секретки» отмечалось: «устройство засекречивания должно работать совместно с аппаратурой ВЧ телефонирования типа СМТ-34, полностью быть приспособленной к условиям её эксплуатации и подключаться как дополнительное устройство на противоположных станциях к полукомплектам ВЧ».
Аналогичными проблемами секретной телефонии занималась также Опытная радиолаборатория Управления НКВД по Ленинградской области, имевшая собственную научно-производственную базу. Работы в обеих лабораториях были развернуты уже зимой 1936 года и уже к маю 1937 года, когда руководством НКВД были подготовлены официальные заказы и распоряжения, в радиолаборатории ленинградского Управления НКВД абонентская установка находилась в стадии конструирования лабораторного макета, а в лаборатории связи завода «Красная заря» был собран макет стационарного шифратора для одного конца линии. На заводе планировали завершить разработку инвертора и изготовить два-четыре комплекта оборудования не позже 1 июля 1937 года.
В докладной записке от 5 декабря 1936 года начальник ОО Управления НКВД по Ленинградской области Михаил Сергеевич Алёхин (1902-1939) подчёркивал: «Для создания решительного поворота в технике необходима организация в Москве и Ленинграде групп, которые работают исключительно по наблюдению за научно-технической деятельностью в отраслях, которые интересуют нас. Без ответственных только за это дело людей, без использования всех достижений техники, которые проходят в настоящий момент мимо нас, без привлечения к этому делу молодых талантливых сил поворота в сторону прогресса не добиться».
С 14 июля 1937 года на линии ВЧ связи Москва-Ленинград начались испытания двух оконечных полукомплектов переносной установки засекречивания, созданной ленинградским Управлением НКВД. В течение нескольких дней они были завершены и на той же линии испытаны макеты аппаратуры маскирующего действия завода «Красная Заря», получившей название ЕС-2 (по первым буквам фамилий инженеров заводской лаборатории связи Константина Петровича Егорова и Георгия Васильевича Старицина).
Установка ЕС-2 представляла собой инвертор, который не защищал от специального перехвата, но обеспечивал невозможность подслушивания:
– в ходе технического контроля аппаратуры ВЧ телефонирования;
– с помощью аналогичной ВЧ аппаратуры междугородных станций НКЗ;
– непосредственно с линии радиоприёмником без добавления демодулятора и генератора.
Инвертор ЕС-2 при раздельном чтении текста обеспечивал разборчивость всего 20-30% слов, цифры при этом распознавались полностью. Несмотря на то, что содержание текста уловить практически не удавалось, аппарат прошёл дополнительные испытания (вместе с переносным шифратором лаборатории ленинградского Управления НКВД) на линии Москва – Сочи.
В ходе испытаний, состоявшихся в период с 4 по 14 августа 1937 года, шифратор зарекомендовал себя, в целом, положительно. Более того, выяснилось, что эксплуатация «секреток» на линии ВЧ связи требовала высокого качества проводных каналов связи (хорошая амплитудно-частотная характеристика, отсутствие пропаданий и шумов и т.п.), что потребовало обязательного учёта этих параметров на всех последующих этапах развития сети междугородной правительственной связи.
В сентябре 1937 года, когда завод «Красная Заря» подал на утверждение второй образец установки ЕС-2, было принято решение ввести её в постоянную эксплуатацию на линии Москва – Ленинград. Постановлением СНК СССР «О развитии правительственной ВЧ-связи» № 53/до от 5 января 1938 года НКС предлагалось к 1 мая 1938 года обеспечить НКВД 12 полукомплектами стоек типа ЕС-2. Так было положено начало серийному производству первого поколения советской аппаратуры автоматического засекречивания телефонных переговоров.
В 1938 году завод «Красная Заря» изготовил 14 аппаратов маскирующего действия (ЕС-2 и МЕС-2), которые были установлены на каналах правительственной связи Москвы со Смоленском, Киевом, Ярославлем, Куйбышевом, а также на каналах ВЧ связи Смоленск – Минск, Киев – Одесса, Куйбышев – Челябинск. Таким образом, на 1 января 1939 года маскирующей аппаратурой были защищены 9 междугородных правительственных линий связи, а на 1 апреля 1941 года – 66 линий из имеющихся 134.
В течение следующих трёх лет завод «Красная Заря» обеспечил изготовление целой серии аппаратуры простого засекречивания ЕС-2 (ЕС-2М, МЕС, МЕС-2, МЕС-2А, МЕС-2АЖ) в количестве 262 комплектов. Данное устройство гарантировало «закрытие» телефонных переговоров на расстоянии до двух тысяч километров. Нужно сказать, что устройство ЕС успешно использовалось для организации ВЧ связи практически на протяжении всей Отечественной войны. По крайней мере, сведений о перехвате и дешифровке «закрытых» переговоров наших военачальников нет.
В августе 1937 года М.И.Ильинским была предложена идея создания одноканальной установки ВЧ телефонирования С-1 для работы в линейном спектре 40-60 килогерц с одновременным шифрованием речи путём синхронного изменения (по определённому закону) несущей частоты генераторов на передаче и приёме. В декабре разработка такой установки была поручена заводу «Красная Заря».
Во второй половине 1938 года на заводе была завершена разработка и проведены испытания аппаратуры сложного засекречивания С-1, которая обеспечивала уже невозможность подслушивания с помощью простых устройств и техники, которая была на станциях НКС. Вместе с тем, от специального подслушивания аппаратура С-1 защищала неполностью, при этом частично ухудшала качество речи.
В мае 1939 года аппаратура С-1 (получившая новый индекс ЕИС-3) была изготовлена и установлена на связи Москва – Куйбышев. В ноябре были выданы технические условия на изготовление этой аппаратуры для использования на создававшейся тогда магистрали связи Москва – Хабаровск (процесс её испытаний на магистрали начался в первом квартале 1941 года и, очевидно, не был завершён).
Эксплуатация секретной телефонии привела к идее создание комплексного устройства, которое бы совмещало в себе функции как каналообразования, так и засекречивания. В результате был создан шифратор ПЖ-8М, который работал в комплексе с трёхканальной аппаратурой ВЧ телефонирования СМТ-34 и обеспечивал засекречивание по простой схеме.
В интересах массового выпуска спецаппаратуры возникла необходимость создания специального завода. В докладной записке наркому внутренних дел Л.П.Берии о мероприятиях по повышению качества правительственной телефонной связи от 5 февраля 1939 года подчёркивалось: «Считая, что засекречивающая аппаратура должна широко применяться по всему Союзу, поставить вопрос перед ЦК ВКП(б) и СНК СССР о необходимости создания специального завода при Наркомате связи с соответствующими лабораториями для производства всех видов засекречивающей и специальной телефонной, телеграфной, радиоаппаратуры и сигнализации».
Вопрос о создании подобного завода ставился не только НКВД, но и Генштабом РККА ещё в июне 1938 года, поскольку ни армия, ни флот не имели на вооружении приборы, гарантирующие секретность телефонно-телеграфных передач. Однако ещё длительное время завод «Красная Заря» (директор завода с декабря 1937 года М.В.Мельников) оставался основным поставщиком аппаратуры засекречивания.
В 1939 году советскому учёному В.А.Котельникову была поручена важная государственная задача – создание шифратора для засекречивания речевых сигналов с повышенной стойкостью к дешифровке, заказчиком которой выступало ОПС. Для этого в ЦНИИС была создана лаборатория под руководством В.А.Котельникова по засекречиванию телефонной информации. В основном, лаборатория была укомплектована инженерами, которые только закончили институт связи или завершали учёбу на этапе дипломного проекта, защищаемого по тематике своей новой работы.
Кроме В.А.Котельникова в работах по секретной телефонии принимали участие Александр Львович Минц (1894-1974), Константин Петрович Егоров (1905-1959) и Виктор Виторский. Учёные пытались обеспечить конфиденциальность передачи информации с помощью созданной ими уникальной многоканальной аппаратуры радиосвязи, которая впервые использовала одну боковую полосу частот. В 1939 году она была установлена на магистрали Москва – Хабаровск.
Идею нераскрываемого шифра В.А.Котельников сформулировал незадолго до войны. Свой закрытый отчёт «Основные положения автоматической шифровки», где было впервые представлено строгое обоснование того, что системы шифрования с одноразовыми ключами абсолютно стойкие, он сдал за три дня до начала Отечественной войны. Эта работа, к сожалению, малоизвестная, поскольку так и не вышла в открытой печати.
А через пять лет американский инженер и математик Клод Элвуд Шеннон изложил подходы к построению стойких систем шифрования в своём секретном докладе, датированном 1 сентября 1946 года. В открытой печати его работа появилась в 1949 году.
Из воспоминаний В.А.Котельникова: «Использование одноразового ключа полезно и для засекречивания в телефонии как проводной, так и радио. Только там все гораздо сложнее, и в случае аналоговой передачи спектра речи, не преобразуя его в цифровую, получить абсолютно стойкое засекречивание невозможно. Можно получить высокую степень стойкости, но не абсолютную. При мозаичном шифровании спектра, даже, если применяется одноразовый ключ, система остаётся уязвимой, поскольку каждый «кусочек», сам по себе, оказывается незашифрованным. Поэтому-то важно сделать интервалы и по возможности меньше, но при этом теряется качество передаваемой речи».
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 серьёзную 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 приёме осуществлялось шифратором, который генерировал пять бит гаммы десять раз в секунду.
Из воспоминаний В.А.Котельникова: «Сначала мы просто «перевёртывали 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 придётся, а определённым 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 приёма». А туда, во время сеанса связи секретно сообщали номер шифра, и таким образом на том конце знали знали, какую из коробочек надо распаковывать, чтобы использовать спрятанный там шифр».
В.А.Котельниковим 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 учёным 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 её 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 её 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 всё 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 ещё «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 нанесёнными отверстиями. В то же время лаборатория завода «Красная Заря», в основном, выпускала инверторы.
Благодаря принятым мерам в лаборатории В.А.Котельникова примерно в течение трёх 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.
