Övervakningen sker i samarbete med den brittiska underrättelsetjänsten GCHQ. Ett övervakningssystem kallat Muscular gör det möjligt för dem att inhämta data från flera hundra miljoner internetanvändare, skriver Washington Post.
Enligt en topphemlig redovisning, daterad 9 januari, skickar NSA miljoner uppgifter varje dag från Yahoos och Googles interna nätverk till en databas i myndighetens högkvarter i Fort Meade. Under de föregående 30 dagarna, heter det i rapporten, har 181 280 466 nya uppgifter samlats in från metadata, som skickats eller mottagits via mejl med text-, ljud- och videoinnehåll, skriver tidningen.
– Vi är chockerade över hur långt regeringen verkar ha gått för att samla in data från våra privata fibernätverk och det visar tydligt behovet av snabba reformer, säger Googles chefsjurist David Drummond.
Google säger sig inte ha känt till övervakningsprogrammet, även om man nyligen skyndat på ansträngningarna att kryptera intern datatrafik.
Google och Yahoo skickar, liksom andra företag, kontinuerligt information via hyrda och delade internationella fiberoptiska telenät när de synkroniserar information.
En NSA-talesman sade i ett uttalande att uppgifterna i Washington Post "inte är sanna", att underrättelsetjänsten har stöd av en presidentorder om utländsk underrättelseinhämtning för att kringgå Foreign Intelligence Surveillance Act, myndigheters rätt att avlyssna sina egna medborgare utan domstolsbeslut.
"Påståendet att vi samlar in stora mängder data om amerikanska medborgare från den här typen av insamling är inte heller sant", sades i uttalandet.
Talesmannen underströk att NSA sysslar med utländsk underrättelseverksamhet. "Vi är bara inriktade på att upptäcka och utveckla underrättelser om meningsfulla utländska underrättelsemål."
Enligt uppgifterna i Washington Post har NSA:s främsta verktyg varit signalspaningsprogrammet Muscular, som använts tillsammans med byråns brittiska motsvarighet GCHQ, för att kopiera dataflödet i fiberoptiska kablar som bär information mellan datacenter i Silicon Valley.
Intrånget är anmärkningsvärt eftersom NSA redan med signalspaningsprogrammet Prism har en väg in till Google- och Yahoo-användarnas konton genom ett domstolsgodkännande.
Enligt uppgifter i den italienska tidningen Panorama har NSA avlyssnat telefontrafiken i den katolska kyrkans högkvarter i Rom. Samtalen ska ha handlat om vem som skulle efterträda påven Benedictus XVI.
Tidningen skriver att samtal in och ut från Vatikanen avlyssnades mellan 10 december 2012 och 8 januari 2013. Vatikanen säger sig inte känna till eller vara bekymrad över uppgifterna.
NSA förnekar avlyssningen och säger att medieuppgifterna är osanna, skriver Reuters.
Kommentarer
Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.
Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.