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セキュアボイス（セキュアスピーチまたはサイフォニーとも呼ばれる）は、無線、電話、IPなどのさまざまな通信方式における音声通信の暗号化を指す暗号学の用語です。
音声暗号化の実装は、安全な通信が米軍にとって最重要であった第二次世界大戦に遡ります。当時、敵が会話を盗聴するのを防ぐために、音声信号にノイズが単純に加えられていました。ノイズは、音声信号と同期したノイズのレコードを再生することによって加えられ、音声信号が受信機に到達すると、ノイズ信号が差し引かれ、元の音声信号が残ります。ノイズを差し引くには、受信機がまったく同じノイズ信号を持っている必要があり、ノイズレコードは送信機用と受信機用のペアでのみ作成されました。レコードのコピーが2つしかないため、間違った受信機が信号を解読することは不可能でした。このシステムを実装するために、陸軍はベル研究所と契約し、ベル研究所はSIGSALYと呼ばれるシステムを開発しました。SIGSALYでは、10チャンネルを使用して250Hzから3kHzまでの音声周波数スペクトルをサンプリングし、2チャンネルを音声ピッチと背景ヒスをサンプリングするために割り当てました。 SIGSALYの時代にはトランジスタはまだ開発されておらず、デジタルサンプリングは2051型サイラトロン真空管を用いた回路で行われていた。SIGSALYの各端末には、総重量55トンにも及ぶ40ラックの機器が設置され、広い部屋を埋め尽くしていた。これらの機器には、無線送信機と受信機、そして大型のレコードプレーヤーが含まれていた。音声は、周波数偏移変調（FSK）方式の音声トーンを収録した2枚の410ミリメートル（16インチ）ビニールレコードに同期されていた。レコードは、音声伝送と同期して、大型で高精度なレコードプレーヤーで再生された。
音声暗号化の導入から今日まで、暗号化技術は劇的に進化しました。デジタル技術は、音声暗号化の古いアナログ方式を効果的に置き換え、複雑なアルゴリズムを使用することで、音声暗号化ははるかに安全で効率的になりました。比較的新しい音声暗号化方式の 1 つは、サブバンド コーディングです。サブバンド コーディングでは、音声信号は、関心のある特定の周波数範囲をカバーする複数のバンドパス フィルタを使用して、複数の周波数帯域に分割されます。バンドパス フィルタからの出力信号は、帯域幅を縮小するためにローパス変換され、サンプリング レートが低下します。ローパス信号は、パルス コード変調(PCM) などの特殊な技術を使用して量子化およびエンコードされます。エンコード ステージの後、信号は多重化され、通信ネットワークに沿って送信されます。信号が受信機に到達すると、逆演算が信号に適用され、元の状態に戻ります。[ 1 ]音声スクランブル システムは、1970 年代にベル研究所でSubhash KakとNikil Jayantによって開発されました。[ 2 ]このシステムでは、音声データの符号化表現（パルス符号変調やその変種など）をスクランブルするために順列行列が使用されました。モトローラは、第一世代の音声暗号化技術の一部として、デジタル音声保護（DVP）と呼ばれる音声暗号化システムを開発しました。DVPは、暗号フィードバック（CFB）として知られる自己同期暗号化技術を使用します。初期のDVPアルゴリズムに関連付けられた可能な鍵の数が非常に多いため、このアルゴリズムは非常に堅牢で、高いレベルのセキュリティを提供します。他の対称鍵暗号化システムと同様に、特別な復号アルゴリズムで信号を復号するには、暗号化鍵が必要です。
デジタル音声通信は通常、音声信号とデジタル信号を相互変換するデジタイザと、機密性を確保するための暗号化システムの2つの構成要素から成ります。帯域幅の拡張性の問題から、暗号化された信号を、暗号化されていない音声の送信に使用される音声帯域通信回線（アナログ電話回線や携帯電話など）と同じ回線で送信することは、実際には困難です。
このため、音声信号の帯域幅を厳密に圧縮するために、音声コーダー（ボコーダー）が使用されるようになった。NSAのSTU-III、KY-57、SCIPは、既存の音声回線上で動作するシステムの例である。一方、STEシステムは、通常の動作モードでは広帯域幅のISDN回線を必要とする。ネイティブにデジタルであるGSMとVoIPの暗号化には、標準プロトコルであるZRTPをエンドツーエンド暗号化技術として使用できる。
セキュア音声の堅牢性は、音声データを音声符号化、音声圧縮、または音声コーダー（ボコーダーとも呼ばれる）と呼ばれる特殊なコンポーネントによって非常に低いビットレートに圧縮することで大幅に向上します。従来のセキュア音声圧縮規格には、CVSD、CELP、LPC-10e、MELPなどがあり、最新の規格は最先端のMELPeアルゴリズムです。
MELPe （拡張MELP：Mixed Excitation Linear Prediction）は、主に軍事用途、衛星通信、セキュア音声、セキュア無線機器で使用される米国国防総省の音声符号化規格です。その開発はNSAとNATOによって主導され、支援されました。米国政府のMELPeセキュア音声規格はMIL-STD-3005としても知られ、NATOのMELPeセキュア音声規格はSTANAG -4591としても知られています。
MELP は、1995 年頃に Alan McCree によって最初に発明されました。[ 3 ]この最初の音声コーダーは 1997 年に標準化され、MIL-STD-3005 として知られるようになりました。[ 4 ]これは、米国国防総省の競争において、(a)周波数選択的高調波コーダー(FSHC)、(b)高度マルチバンド励起(AMBE)、(c)拡張マルチバンド励起(EMBE)、(d)正弦波変換コーダー(STC)、(e)サブバンド LPC コーダー(SBC) など、他の候補ボコーダーを凌駕しました。波形補間 (WI) コーダーよりも複雑さが低いため、MELP ボコーダーは国防総省の競争に勝ち、 MIL-STD -3005に選ばれました。
1998年から2001年の間に、Melpベースの新しいボコーダーが半分のレート（つまり1200ビット/秒）で作成され、 SignalCom （後にMicrosoftに買収）、AT&T Corporation、およびCompandent によってMIL-STD-3005に大幅な機能強化が追加されました。これには、(a) 半分のレート（つまり1200ビット/秒）の新しいボコーダーの追加、(b) エンコーディング（分析）の大幅な改善、(c) デコーディング（合成）の大幅な改善、(d) 背景ノイズを除去するためのノイズ前処理、(e) 2400ビット/秒と1200ビット/秒のビットストリーム間のトランスコーディング、および(f) 新しいポストフィルタが含まれていました。このかなり重要な開発は、半分のレートの新しいコーダーを作成し、古いMelp規格と相互運用できるようにすることを目的としていました。この拡張MELP（MELPeとも呼ばれる）は、2001年に元のMIL-STD-3005への付属書および補足として新しいMIL-STD-3005として採用され、従来の2400ビット/秒MELPと同等の品質を半分の速度で実現しました。新しい2400ビット/秒MELPeの最大の利点の1つは、MELPと同じビット形式を共有しているため、従来のMELPシステムと相互運用できるだけでなく、両端でより優れた品質を提供できることです。MELPeは、特に戦場や車両、航空機などのノイズの多い環境において、すべての旧軍事規格よりもはるかに優れた品質を提供します。
2002年、広範な競争とテストを経て、2400ビット/秒と1200 ビット/秒の米国国防総省MELPeがNATO標準として採用され、STANAG -4591として知られるようになった。[ 5 ]新しいNATO標準のNATOテストの一環として、MELPeはフランスのHSX（Harmonic Stochastic eXcitation）やトルコのSB-LPC（Split-Band Linear Predictive Coding）などの他の候補、およびFS1015 LPC-10e（2.4 kbit/s）、FS1016 CELP（4.8 kbit/s） 、 CVSD（16 kbit/s）などの古いセキュア音声標準と比較テストされた。その後、MELPeはNATO競争にも勝利し、他のすべての候補の品質とすべての古いセキュア音声標準（CVSD、 CELP、LPC-10e ）の品質を上回った。 NATOの競争の結果、MELPeは（音声品質、明瞭度、ノイズ耐性の面で）パフォーマンスを大幅に向上させ、スループット要件を削減することが結論付けられました。NATOのテストには相互運用性テストも含まれており、200時間以上の音声データを使用し、世界中の3つのテストラボで実施されました。Compandent Inc.は、 NSAとNATO向けに実施されたMELPeベースのプロジェクトの一環として、 MELPeのリアルタイム実装のゴールデンリファレンスとなるMELCODERデバイスとして知られる特別なテストベッドプラットフォームをNSAとNATOに提供しました。MELCODERゴールデンリファレンスをベースにしたCompandent製の低コストFLEXI-232データ端末装置（DTE）は非常に人気があり、さまざまなチャネルとネットワーク、および現場条件下でのMELPeのリアルタイム評価とテストに広く使用されています。
NATOのコンペティションでは、MELPeが（音声品質、明瞭度、ノイズ耐性の面で）性能を大幅に向上させると同時に、スループット要件を削減するという結論に至った。NATOのテストには相互運用性テストも含まれており、200時間以上の音声データが使用され、世界3か所のテストラボで実施された。
2005年には、タレスグループ（フランス）による新しい600 ビット/秒レートのMELPeバリエーションが（2400/1200ビット/秒のMELPeで行われたような広範な競争とテストなしに）NATO標準STANAG-4591に追加され[ 6 ]、ビットレートを300ビット/秒、さらには150ビット/秒まで下げるより高度な取り組みが行われています[ 7 ] 。
2010年には、リンカーン研究所、コンパンデント、BBN、ジェネラル・ダイナミクスもDARPA向けに300ビット/秒のMELPデバイスを開発した。[ 8 ]その品質は600ビット/秒のMELPeよりも優れていたが、遅延は長かった。