요약
SIGSALY는 처칠과 미국 대통령의 대서양 너머 통화를 도청에서 지켜 준 일급 기밀 장비였습니다.
영국 제국전쟁박물관(IWM)이 처칠 전쟁 상황실의 숨은 방을 소개하며 쓴 글입니다. 2차 세계대전 때 처칠과 루스벨트가 안전하게 통화하려고 만든 SIGSALY의 개발 배경과 쓰임을 정리했습니다.
왜 중요한가
- 당시 스크램블러 전화(음성을 뒤섞는 장치)는 도청될 수 있었고, 통화마다 검열관이 엿듣다 끊기도 했습니다.
- SIGSALY는 목소리를 디지털화해 이 문제를 푼 당시 최첨단 기술이었습니다.
- 박물관은 미국이 비싼 장비와 운용 인력을 영국에 보낸 일이 두 나라 '특별한 관계'의 깊이를 보여 준다고 평가했습니다.
핵심 내용
- 벨 연구소가 1940년 10월 'Project X'로 시작해 목소리를 디지털화하고 무작위 잡음과 섞어 무선으로 보내게 했습니다.
- 양쪽 운영자가 같은 잡음 레코드를 같은 순간에 틀어야 해서 통화는 미리 일정을 잡아야 했습니다.
- 레코드 한 장은 12분 분량이었고, 쓰고 나면 폐기했습니다.
- 단말 한 대는 1943년 가치로 100만 달러, 무게는 50톤이 넘었고 런던 셀프리지스 백화점 지하 깊은 곳에도 놓였습니다.
- 12대의 단말은 전쟁 중 적어도 3,000건의 통화를 실어 날랐고, 처칠은 루스벨트 사후 트루먼과도 2시간 넘게 종전 뒤를 논의했습니다.
HN 반응
- 레코드를 원타임 패드(한 번만 쓰는 난수 키)로 본 이용자들은 지금 풀 수 있는지는 잡음이 얼마나 무작위였는지에 달렸다고 봤습니다.
- 음성을 10개 대역으로 나눈 구조를 위험을 피해 기존 부품을 엮은 땜질로 보는 평가와, PCM(펄스 부호 변조) 전송 등 여덟 가지 '최초'를 꼽는 보충이 나왔습니다.
전기전자기술자협회(IEEE)가 1983년에 이 놀라운 시스템을 검토한 글을 보면, SIGSALY에 무려 여덟 가지 "최초"가 있다고 합니다. 다음과 같습니다.
암호화된 전화 통신을 최초로 구현
양자화된 음성 전송을 최초로 구현
펄스 부호 변조(PCM)로 음성을 최초로 전송
압신(companded) PCM을 최초로 사용
다중 레벨 주파수 편이 변조(FSK)의 최초 사례
음성 대역폭 압축을 쓸 만한 수준으로 최초로 구현
페이딩이 있는 매체에서 쓸 만한 전송 방식으로 FSK-FDM(주파수 편이 변조-주파수 분할 다중화)을 최초로 사용
표본 추출 간격을 조정하려고 다중 레벨 "아이 패턴"을 최초로 사용(새롭고 중요한 계측 기법)
출처: https://www.jproc.ca/crypto/sigsaly1.html
관련 특허는 1975년까지 기밀로 묶여 있었던 것으로 알고 있습니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/SIGSALY#Operation 어떤 식으로 동작했는지 감을 잡고 싶은 분은 여기를 보세요. 제 생각엔 꽤 잘 쓴 글입니다.
글쓴이입니다. 맞아요, 잘 쓴 글이죠. 다만 누가 시뮬레이션을 코드로 짜서, 루스벨트와 처칠이 이 전화로 들었던 소리가 어땠는지 우리도 직접 들어볼 수 있게 해 줬으면 좋겠어요.
기밀이었다면 특허로서 기능했을 리가 없죠. 특허는 본질적으로 공개되어서 다른 사람이 읽을 수 있어야 하니까요.
아니요, 꼭 그렇진 않아요. 미국 법에는 NSA나 정부가 비공개 특허를 출원할 수 있게 하는 예외가 있거든요. 그런 특허는 다른 사람이 같거나 비슷한 특허를 출원할 때에야 비로소 드러나요.
1952년 발명비밀법(Invention Secrecy Act)입니다. https://en.wikipedia.org/wiki/Invention_Secrecy_Act
NSA의 기술 설명은 여기 있습니다.[1]
정말이지 끔찍한 임시변통 장치였습니다. 요즘 같으면 오디오를 디지털화해서 비트스트림으로 만들고 그 비트스트림을 암호화하겠지요. 하지만 이 시스템은 그렇게 동작하지 않았습니다. 오디오를 여러 대역으로 쪼개 순서를 재배열하고 그 배열을 가끔 바꾸던 옛 A-3 아날로그 스크램블러와 어느 정도 비슷했습니다. SIGSALY에서는 들어온 오디오를 10개의 주파수 대역으로 걸러 냈습니다. 또 지배적인 음높이를 잡아내는 검출기와, 무성음 성분을 위한 "히스(숨소리)" 검출기도 있었습니다. 그렇게 해서 암호화할 아날로그 신호가 12개 만들어졌습니다. 이 신호들은 원래의 음성보다 대역폭이 훨씬 낮았습니다. 특허를 보면 주파수 대역 신호는 위에서 말한 대로 임계값보다 높은지 낮은지로만 부호화한 것 같습니다. 완전한 A/D 변환이 아니라 1비트짜리 임계값 판정이었죠. 1973년까지도 사람들은 보코더 비슷한 기술을 계속 시도했지만, 디지털 영역에서 오디오를 다루는 편이 더 쉬워지면서 그런 시도는 사라졌습니다.[2]
키잉 시스템은 20ms마다 키를 바꿨습니다. 12개 신호의 디지털화도 20ms마다 샘플 하나씩이었는지는 설명만으로는 분명하지 않지만, 아마 그랬을 겁니다. 같은 키 비트를 아날로그 샘플 둘 이상에 쓰면 취약점이 생깁니다. 이건 일회용 키 시스템이고, 이런 시스템은 키를 딱 한 번만 써야 강적을 상대로 통합니다. VENONA를 보세요.
기사들을 보면 축음기 음반에 담긴 키 스트림의 동기화가 엄청난 골칫거리였다고 합니다. 신호의 동기를 유지하는 건 정말 어려웠습니다. 수평·수직 동기 조절 다이얼이 달려 있던 아날로그 TV의 저주 같은 문제이기도 했죠.
비용이 얼마가 들든 반드시 돌아가야 했던 시스템이라는 느낌입니다. 그래서 이미 알려진 구성 요소들을 이어 붙여 만들었죠. 오디오를 곧바로 디지털화하는 방안도 아마 검토했을 겁니다. 특히 1937년에 펄스 부호 변조를 시연한 앨릭 리브스가 관여하고 있었으니까요. 하지만 그건 위험 부담이 큰 기술이었습니다. 쓸 만한 A/D 변환기와 제대로 된 모뎀을 새로 발명해야 했을 테고, 그러면 프로젝트의 기술적 위험이 더 커졌을 겁니다.
너무 일렀기 때문에 역사적 관심의 대상이 된 시스템 가운데 하나입니다. 정공법으로는 도저히 해낼 수 없는데 그래도 해내야만 했고, 그 결과가 놀라운 임시변통의 결작이었던 겁니다.
[1] https://www.nsa.gov/portals/75/documents/about/cryptologic-heritage/historical-figures-publications/publications/wwii/sigsaly.pdf
[2] https://www.youtube.com/watch?v=UfpUexWJqb4
요즘 기술이면 이걸 해독할 수 있을지 궁금하네요. 대화가 음반 한 장 분량보다 짧았다면 일회용 패드와 아주 가까워 보이니까... 아마 안 되겠죠? 그 무작위 잡음이 그렇게까지 무작위가 아니었거나, 무작위 신호와 음성을 섞은 방식이 다른 단서를 남기지 않았다면요.
일회용 패드가 맞습니다. 그래서 질문에 대한 답은 "쓴 무작위성에 달렸다"입니다. 소리는 때로 의외의 방식으로 해독이 되기도 하는데, 데이터가 길게 이어지다가 시작되고 멈추는 지점이 어떤 방식에서는 제대로 가려지지 않기 때문입니다. 그러니 "주파수 이동을 정확히 어떤 방식으로 했느냐에 달렸다"는 말도 덧붙이겠습니다.
현대 정보 이론이 막 열리던 시기였고 거인들의 어깨 위에서 만든 시스템이었지만, 미묘한 문제가 따르는 경우가 많습니다.
예를 들어, 암호화가 순간순간 파형의 주파수와 진폭을 +/- 30% 흔드는 것이라고 해 봅시다. 그러면 정확한 비트스트림을 복원하기는 어려워도, 암호화된 신호를 다시 재생했을 때 귀로는 완전히 알아들을 수 있을 가능성이 큽니다.
다른 예로, 앞선 블록으로 난수 시드를 만드는 블록 암호를 쓴다면, 0으로만 된 블록을 가령 1,000개 연속으로 암호화했을 때 특별히 막아 두지 않은 이상 어떤 구조가 드러날 가능성이 매우 큽니다.
암호화된 상태에서 이 통화가 어떤 파형이었는지 꼭 들어 보고 싶네요. 현대 기술로 해독해 보는 건 재미있는 프로젝트가 될 겁니다.
GNU Radio로 신호를 재현해 볼 수 있을지도 몰라요. 위키백과 글에 변조와 암호화가 어떻게 동작했는지 충분히 나와 있어서, 비슷한 걸 돌려 볼 수 있을 것 같거든요. 실제로 나온 음성은 겨우 알아들을 정도였다네요 ㅋㅋ: https://www.youtube.com/watch?v=OvR4qK0B--w&t=517s
글쓴이입니다. 이 글이 올라와서, 또 사람들이 재미있게 읽어 주셔서 정말 기쁩니다. 최초 목록이나 다른 역사 이야기처럼 훌륭한 추가 정보가 정말 많네요.
저는 과거 금액에 대한 인플레이션이 얼마나 큰지 늘 과소평가하는 편이라서 찾아봤어요. 1943년의 100만 달러가 지금은 195억 달러 약간 못 미치는 정도라고 하니, 전체 세트의 비용은 2,340억 달러가 되네요. 미국이 전부 대신 냈는지는 모르겠지만, 더 실감 나게 말하면 이 장치 44대 값이 올해 국방부 전체 예산보다 많았을 거예요.
다른 분들이 지적했듯이 195억이 아니라 1,950만 달러가 맞습니다. 그래도 더 쓸모 있는 분석은 보통 GDP 대비 비율입니다. 전체 경제 노력 가운데 얼마가 여기에 들어갔는지 감을 잡을 수 있으니까요. 그 기준으로 1943년 GDP는 2,000억 달러, 2025년 GDP는 30조 달러라서 150배가 늘었습니다.
그러니 어떻게 세느냐에 따라 한 대당 오늘날 가치로 1,900만~1억 5,000만 달러이고, ASML EUV 장비 한 대의 10분의 1에서 3분의 1 정도입니다.
네, 솔직히 그런 창피한 독해 실수만 안 했으면 댓글을 아예 달지도 않았을 거예요. 정확한 숫자는 별로 흥미롭지도 않으니까요.
오늘 배운 교훈은 쉼표로 끊은 숫자 자릿수를 세는 제 실력을 믿지 말자는 거예요.
100만 달러는 임의로 정했거나 적어도 어림잡아 반올림한 숫자 같고, 시장에서 살 수 있는 물건도 아니었으니 실제로는 100만 달러가 안 들었을 수도 있죠.
비교해 보자면 보잉 B-29 슈퍼포트리스(1943~1946년 생산)의 대당 가격은 639,188달러였습니다. B-29는 모두 3,970대가 만들어졌고요.
https://en.wikipedia.org/wiki/B-29
주제에서 약간 벗어난 이야기인 건 압니다만, 제목은 "미국 대통령"이라고 해야 하지 않을까요? 1) 처칠은 영국 총리이고 루스벨트는 처칠의 대통령이 아니며, 2) 이 기사가 실린 매체도 영국 것이니까요.
(말씀하신 대로 영국 매체로 보이는) 기사 자체가 이렇게 쓰는 게 괜찮다고 보는데, 나머지 세계에 사는 우리(아이디를 보니 그 일원이신 것 같은데요)가 굳이 반대할 이유가 있나 싶어요.
영국 원문 기사도 그냥 "the President"라고만 썼습니다. 이번 세기에는 미국이 지난 세기만큼 주도적인 역할을 하지 못할 수도 있어서 상황이 바뀔지 모르지만, 대통령이 있는 나라가 많아도(영국은 아니지만) "the President"는 여전히 미국 대통령을 뜻하는 것으로 통합니다.
영국에는 대통령이 없어서, 일반적인 맥락에서는 보통 미국 대통령을 가리킵니다.
닐 스티븐슨의 『크립토노미콘』에 이 이야기가 짧게 나와요. 시점이 자주 바뀌는 것과 약간 촌스러운 역사 사변소설 느낌이 괜찮다면 읽어 볼 가치가 충분한 책이에요.
약간 다른 우주를 그린 작품이에요. 우리 세계 그대로는 아니고, 멀리서 보면 어딘가 비슷해 보일 뿐이죠. 쿠와글름(Qwghlm)은 사실 스카이섬이나 루이스섬이 아니라, 포클랜드 제도랑 맨섬을 한 자리에 뭉뚱그려 놓은 것 같은 곳이거든요.
실존 인물과 비슷하지만 똑같지는 않은 사람들도 나와요.
그래도 저 멀리서 보면, 짜증 날 만큼 자세히 들여다보지 않는 한 차이를 알아채기 힘들 거예요.
일회용 패드의 훌륭한 예네요!
암호화 과정을 그린 그림은 여기 부록 B에 있습니다: https://www.nsa.gov/portals/75/documents/about/cryptologic-heritage/historical-figures-publications/publications/wwii/sigsaly.pdf?utm_source=chatgpt.com#page=19.06
99% Invisible에 이걸 다룬 에피소드가 있었어요 [0]. 괜찮은 오디오 예시가 나왔던 걸로 기억해요.
[0] https://99percentinvisible.org/episode/vox-ex-machina/
튜링의 Delilah 음성 암호화 시스템도 읽어 볼 만합니다: https://spectrum.ieee.org/alan-turings-delilah
턴테이블 두 대와 마이크 하나... https://www.youtube.com/watch?v=1_4Jjm3MMiU
SIGSALY를 제대로 해독한 사람 있나요? 혹시 "signals ally(신호 동맹)"인가요?
(기사 본문에서) 계속 읽어 보세요.
기사를 (관례대로) 읽지는 않았지만 태평양 전쟁을 다룬 톨(Toll) 3부작은 읽었어요. 육군과 해군 역사에는 이런 식의 문자열이 잔뜩 있거든요. 이런 것들의 전반적인 속기(stenography) 방식이나 작명 스타일이 저한테는 아직 분명하게 와닿지 않네요.
『Prof: Alan Turing Decoded』에서 읽은 기억으로는, 튜링이 한동안 이 일을 하려고 미국에 파견됐지만 미국 사람들이 그를 별로 믿지 않아서 크게 기여하지 못했다고 합니다.
이쪽에 관심 있는 분께는 "Battle of Wits"를 추천합니다. 2차 세계대전의 암호 해독을 다룬 훌륭한 책입니다.