Chiffres de substitution

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Un chiffre de substitution consiste à remplacer les lettres ou les mots par d'autres symboles. Cela présuppose de choisir un ensemble de symboles qui joueront le rôle de substituts: on peut par exemple utiliser l'alphabet latin classique, l'alphabet grec, cyrillique, des nombres, des traits et des points (voir l'alphabet morse), des drapeaux, la police de caractères Wingdings (exemple de texte dans la police Wingdings), etc.

Les chiffres de substitution peuvent être classés en quatre grands groupes, chacun ayant des sous-groupes, des variations et des combinaisons avec d'autres types de chiffrement.

Dans les substitutions simples (qu'on appelle aussi monoalphabétiques), chaque lettre est remplacée par une autre lettre ou un autre symbole. Dans cette catégorie, on peut citer le chiffre Pig Pen, le carré de Polybe, le chiffre Atbash, le chiffre de César, les alphabets désordonnés ou encore le chiffre affine. Le message que déchiffre Calvin sur cette page est aussi un exemple de substitution simple.
Toutes les substitutions simples sont vulnérables à une analyse des fréquences d'apparition des lettres. En effet, dans un texte français ou anglais, le symbole qui apparaît le plus fréquemment (le carré dans l'exemple du chiffre Pig Pen), remplace probablement le E. De nos jours, les substitutions simples ne sont plus utilisées que pour les rubriques "énigmes" des journaux.

Les groupuscules néo-nazis utilisent le même système de chiffrement (A=1, B=2, ..., H=8, ...) que déchiffre Calvin. Ainsi, le nombre 18 correspond aux initiales A.H. (Adolf Hitler) et 88 à H.H. pour Heil Hitler. Il existait ainsi dans les années 1990 à Genève un groupe de supporters d'extrême-droite dénommé "Supporters 88". En Angleterre, il existe un groupe dénommé "Combat 18".

Les substitutions polyalphabétiques (aussi appelées à double clef ou à alphabets multiples), utilisent plusieurs "alphabets", ce qui signifie qu'une même lettre peut être remplacée par plusieurs symboles. Les plus anciens de ces systèmes sont les chiffres de Bellaso et de Porta (1563), mais l'exemple le plus fameux de chiffre polyalphabétique est sans doute le chiffre de Vigenère, qui résista aux cryptanalystes pendant trois siècles. Des exemples plus récents s'inspirant de ce chiffre, sont le chiffre de Beaufort, le chiffre de Gronsfeld, le cylindre de Jefferson et la machine Enigma. La substitution homophonique, qui consiste à remplacer chaque lettre par un nombre de symboles proportionnel à sa fréquence d'apparition est une sous-catégorie.

Dans les substitutions polygrammiques (aussi appelées polygraphiques), les lettres ne sont pas chiffrées séparément, mais par groupes de plusieurs lettres (deux ou trois généralement). C'est Giovanni Porta (encore lui!) qui présenta le premier chiffre bigrammatique. On peut aussi citer dans cette catégorie le chiffre Playfair, les chiffrements à deux carrés, à trois carrés, à quatre carrés. On peut aussi ranger dans cette le chiffre de Hill, et certains systèmes modernes comme le RSA.

La dernière grande catégorie est constituée des substitutions tomogrammiques (aussi appelées par fractions de lettres) dans lesquelles chaque lettre est tout d'abord représentée par des groupes de deux ou plusieurs symboles, qui sont ensuite chiffrés séparément par substitution ou transposition. Le chiffre Pollux est un de ces chiffres, ainsi que le chiffre de Collon, le chiffre de Delastelle, le chiffre ADFGVX, et le chiffre digrafide.

Didier Müller, 20.1.21