秘話
日本では1920年頃から軍用の秘話装置の研究が始められていたが、最初の頃は調査と方式の考案のみで具体的な研究方針も決まっておらず、軍用機器の積極的な研究は行われていなかった。 実際に戦場で使える実用的な秘話装置の研究が始まったのは第二次世界大戦の少し前、満州事変で通信量が急激に増えた1932年頃である。陸軍と海軍とは独立して秘話装置の研究を行った。
陸軍
陸軍で移動式無線電話の秘話装置研究が始まったのは1932年からで、音声を録音し時間反転させるもの、音声周波数反転にキャリア周波数をのこぎり波で変動させる方式を組み合わせたもの、音声波形に位相変調を加えるもの、帯域を分割して入れ替えるものなど、様々な方式が検討・試作された。しかし軍用としての十分な結果は得られなかった。終戦までに完成しなかったものも多い。陸軍の無線電話用としては簡易型の音声周波数反転方式のみが1936年に九四式二号丁無線機及び九六式二号戊無線機用として制式採用された。 この方式は商用の短波無線電話回線でも使われた良く知られたもので、秘話性が十分とは言えなかったため実際にはほとんど使われなかった。位相変調式の秘話装置の試作機は戦争末期に侍従武官府と大本営陸軍部の間のVHF無線電話施設で付加的に使用された。
筐体の大きさや重量の制限が緩く無線と比べ秘話性能の条件が厳しくなかった陸軍の有線電話用秘話装置も1932年から研究が行われ、1940年までに特一号電話機から特四号電話機までの4種が完成した。
CDMA2000方式では暗号化とは別にボイスプライバシーと呼ばれる傍受しにくくする仕組みも組み込まれている。CDMA2000で使われる通信方式である符号分割多元接続方式(CDMA方式)では端末毎に固有の拡散符号を用いてスペクトラム拡散を行い、受信側では同じ符号を用いて逆拡散を行い元の信号を復元する。通常の通信では端末毎に割り当てられたESN (Electronic Serial Number) と呼ばれるパラメータから拡散符号(パブリックロングコードマスク)を計算し用いる。しかし秘話通信を行う場合は、認証に使われるSSD (Shared Secret Data) から計算した特別な拡散符号(プライベートロングコードマスク)を使用する。ESNは基地局間のメッセージ内で平文でやり取りされ盗聴可能だが、SSDは直接やり取りされないためどのような拡散符号を用いているか盗聴している第三者にはわからない。この場合逆拡散が正しくできないため信号は単なる広帯域のノイズにしか聞こえず、端末からの信号の受信自体が難しくなる。
携帯電話用の新しい通信規格であるLTE (Long Term Evolution) はデータ通信専用の規格で音声データが直接やり取りされることは無いが、音声データをIP (Internet Protocol) 上のパケットデータとしてやり取りすることは可能である。この方式はVoLTE (Voice over LTE) と呼ばれる。
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。
4kHzの周波数を使う多重搬送電話装置SMT-34が使われていた。高周波を使って送受信する方式なので通常の電話機を電話回線に直接つないでも会話の内容は聞きとれないが、特別な秘話機能が備わっているわけではないため盗聴の危険性が以前から指摘されていた。
1936年8月には、長距離電話回線から50m以内の距離で並行にアンテナを張り長波受信機で受信することで盗聴が可能なことを内務人民委員部の国家保安総局(NKVD GUGB、後のKGB)が報告している。1937年にはモスクワ-ポーランド間の長距離電話回線で国境から1.5km離れたポーランド側に盗聴用回線が設置されていたのが発見された。このような状況から秘話装置の開発が急務になっており、国家保安総局は関連部署に秘話装置の開発を緊急要請していた。この当時、ソビエト連邦内での秘話の技術水準は低く、モスクワ内の無線電話にはアメリカ製の秘話装置が使われ、モスクワーレニングラード間の電話回線用の秘話装置としてドイツのシーメンス社のものが試験されていた。
1935-36年頃レニングラードの"クラスナヤ・ザリャー"工場の研究所でESインバータ(露: инвертор ЕС)と呼ばれる単純な秘話装置が開発された。これは研究所リーダーのエゴロフ (K. P. Egorov) とスタリチーナ (G. V. Staritsyna) が設計したもので、設計者の頭文字から名前が付けられた。次の年には改良版のES-2が開発された。秘話性はまだまだ低く、普通の単語や文章は十分に聞き取れなくなるが、数字のみであれば完全に聞き分けが可能な程度の性能だった。
試作品は音質や暗号強度と安定性を評価する別のグループに渡され、目標の水準に達しているかの評価が行われた。この当時開発されていた秘話装置として以下のようなものがある。
M-801
音声符号化方式としてボコーダーを用い情報の圧縮を行うシステム。グループNo.1が担当した。開発リーダーはチューリン (N. A. Turin) とウラジミロフ (V. G. Vladimirov)。先行するアメリカと同様、この当時のボコーダーは音質が悪く改善に苦労した。暗号化方式としていくつかのバリエーションが試されたが、最終的にはビット単位で暗号化するストリーム暗号化が採用された。グループの再構成により開発が中断された。
M-803
音声信号のクリッピングを行いデジタル化を行うシステム。グループNo.6が担当した。開発リーダーはベルチェンコ (I. Y. Verchenko) とピータソン (A. P. Peterson)。音声信号がゼロになるタイミングを4500Hzのサンプリング周波数でデジタル化することで情報量を抑えることを目指したが、音声のアナログ情報がほとんど失われ標本化周波数も低かったため音質が悪かった。暗号化にはM-801と同様にストリーム暗号化を使用した。
M-804
8レベルのPCMを用いて音声符号化を行うシステム。グループNo.7が担当した。開発リーダーはカラチェフ (K. F. Kalachev)。音質は良いが通常の電話回線を使うには帯域幅が広がりすぎる問題がある。暗号化方式としては信号を一定長の時間ブロックに分けて入れ替える方法を採用した。アナログスクランブラーと同様の方式なため通常のストリーム暗号化と比較し暗号強度が低かった。
最も秘話性の高かった特三号電話機は、新京との商用国際無線電話用に試験運用された秘話方式を発展させた方式で、音声周波数反転方式にキャリア周波数の切り替えによる周波数のシフトを組み合わせ、さらにシフトで空いた周波数帯域にレベルの変化する雑音を付加する方式が採用された。11本の真空管を使用し、送受信機の重さは56kg、電源や輸送用の箱を含めた総重量は161kgだった。1943年に30台、1944年には60台が整備され、陸軍参謀本部と船舶司令部間および軍令部間で利用された。
陸軍による無線信号の解読機の研究は1933年頃から始まった。無線諜報の重要性が増してきた1938年からは定期的に飛行機から偵察を行い実際に戦場で使われている無線の周波数と秘話方式など通信形式の調査(シギント活動)も行われるようになった。当時の戦線での無線電話の秘話方式としては音声周波数反転方式しか発見できず、音声周波数反転方式の解読を行う一号電話解読機が作成された。
海軍
海軍でも、満州事変の前から海軍技術研究所で秘話方式の研究が行われていた。満州事変の勃発後は海軍の各拠点間の通信量が激増し、無線電信による暗号を用いた通信では対応しきれなくなり、また従来の無線電話への秘話機能追加の要望も急速に高まった。そのため東京、呉、佐世保の3拠点を秘話機能を持った多重無線電話で連絡する計画が急きょ作成され昼夜兼行で実行に移された。
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。
冷戦が始まりソビエト連邦による電話ケーブルの盗聴やマイクロ波回線の傍受が問題となったアメリカでは、このKY-3が1960年代中頃から1980年代末まで軍事用と政府/議会/軍需産業間の比較的近い地域内での連絡用に使われた。この装置もKY-1と同様チャネルボコーダーを使わない方式で、音声を直接6ビットPCMで符号化し暗号化した50kbpsのデジタル信号を4線式の広帯域電話回線で送受信した。それまでのKY-1と異なり送受信を切り替えることなく普通の電話機のように同時通話ができて使いやすくなり、またドナルドダックのような声になるKY-9などと比べはるかに聞きやすかった。当時のKY-3は「声を聴くだけで相手が誰だかわかる数少ない秘話装置の一つ」とコメントされている。
この装置も事務所用の金庫のような外観と大きさで、前面の扉を開けダイアル鍵がある内部の扉を開くと、独立した3段のユニットが格納され、それぞれのユニットが送信、受信と、電源やPCMエンコーダ/デコーダなどの機能を受け持っていた。各ユニットにもHY-2ボコーダーと同様、FLYBALLと呼ばれるモジュール化されたトランジスタ回路が使用された。送信と受信のユニットにはそれぞれカードリーダーがあり、暗号鍵はセットしたパンチカードから読み取った。
NESTOR
KY-3が使われた1960年代はベトナムでアメリカ軍による軍事活動が拡大していった時期でもあり、戦場での秘話装置の要求も強かった。