秘話
これらの装置はまだまだ大きく、秘話電話のための特別な通信施設でのみ使用できた。
KY-1とKY-3
さらに、1950年代中頃にはワシントン近郊の政府要人の連絡のため音声暗号化装置KY-1が開発された。これは据え置き型の金庫の半分程度の大きさに小型化され、1ビット符号化(デルタ変調)を使って音声を50kbpsのデジタル信号に変換し暗号化する装置だった。 普通の電話回線の帯域幅でこのデジタル信号を送ることは当時難しかったが、広帯域の電話線ケーブルを使えば42km(26マイル)程度の距離を伝送可能なことが分かったため、この装置はホワイトハウスと国務省、ペンタゴン、ラングレーのCIAや政府高官の自宅などの限られた場所に設置された。例えば、初期のモデルはゲティスバーグにあったアイゼンハワー大統領の農場に設置されていたことが知られている。それ以前の秘話装置と異なり政府の秘話電話専用の特別な通信施設に行かなくても各オフィスや自宅で使うことができたため利便性が向上したが、通常の電話と異なりプッシュ・ツー・トークでいちいち送受信を切り替えながら会話を行う方式だったためスムーズな会話ができず、利用者である政府高官や大統領にとって使いやすいものではなかった。さらに、使用されている暗号化方式の脆弱性も発見された。
このような理由により改良された音声暗号化装置の開発が1950年代末頃から始まりKY-3と名付けられた。これは1960年代で最も成功した秘話装置になった。 伝説によると、それ以前に多く使われていたチャネルボコーダー使用のKY-9のような音質の悪い秘話装置ではケネディ大統領からの電話での指示を聞き取るのが大変だったため開発が始まったとも言われる。
3kHz、2.8kHz、3.3kHzの3種類しかなく、通常の音声周波数反転方式の電話機の秘密度をわずかに強化したものにすぎなかった。
さらに複雑な方法として、反転周波数を時間と共にランダムに変化させるローリングコード (Rolling Code) 方式がある。これは選択された暗号鍵から疑似乱数を生成し、その値により複数の反転周波数の中から1つを選び切り替えていく方法で、反転周波数が固定している方式と比べると反転周波数の変化を盗聴者が予測しにくいため秘話性が向上する。暗号鍵と疑似乱数の生成アルゴリズムを知っている正当な受信者は同じ疑似乱数を送信側と同期して生成することで正しく元の音声に戻すことができる。
反転周波数の変化のさせ方としては、ある反転周波数から次の反転周波数へと非連続に変化させる周波数ホッピングと、周波数を連続的に変化させていく周波数スイープとがある。周波数スイープでは秘話出力も連続的に変化するため、反転周波数の切り替え速度を早くしてもバンド幅の拡大が比較的少なく、音質が劣化しにくい。
ただし、ローリングコードのような複雑な方式を採用した場合でも、スペクトルが反転しているだけで復調前の信号には音声固有の冗長性がそのまま残っている。音声信号の統計的な性質や音声スペクトルの変化の連続性などを利用することで、暗号鍵や疑似乱数が分からなくても元の音声信号に近い信号を信号処理により再現することが可能で、ローリングコードによる秘話性の向上は限定されたものである。
音声信号を直接操作するスクランブル方式として極性反転方式や雑音混入方式が古くから知られている。
極性反転方式は音声のサンプル値を疑似乱数を使い不規則に極性反転する方式である。受信側でも同じ疑似乱数で極性反転することで元の音声信号を復元できる。この方式は残留了解度が低いが、波形伝送が必要で通信路の影響を受けやすい。また、どのように不規則な極性反転を行ったとしても単純な全波整流回路で極性反転の効果をキャンセルでき、波形は異なったものとなるが、容易に解読できるという欠点がある。このような解読方法は第二次世界大戦の頃から知られていた。
雑音混入方式は音声にあらかじめ用意した雑音を加える方式である。受信側では同じ雑音を引くことで元の音声信号を復元する。この方式では元の音声信号が聞き取れないようかなり高い振幅の雑音信号を加える必要がある。そのため、伝送路の非線形性や遅延特性のばらつきなどにより波形が崩れると受信側で雑音をキャンセルしきれず、高レベルの雑音が残ってしまう。一般にこの方式は復調した音声のS/N比が十分でない。