Substitution Mono-alphabétique

Une substitution alphabétique est un chiffrement par substitution où les lettres de l'alphabet sont remplacées par d'autres selon une correspondance 1-1 (une lettre claire correspond toujours à une même lettre chiffrée).

La substitution est dite monoalphabétique car elle n'utilise qu'un seul alphabet, cet alphabet est dit désordonné.

La substitution monoalphabétique consiste à utiliser un alphabet mélangé (avec les lettres dans un ordre inhabituel) et à remplacer les lettres de l'alphabet normal par ce dernier.

Pour mieux comprendre, écrire l'alphabet par-dessus l'alphabet classique :

La substitution consiste à remplacer dans le texte clair de toutes les lettres de la première ligne par les lettres associées de la seconde ligne.

Les classifications K1, K2, K3, et K4 sont utilisées par l'ACA pour décrire l'utilisation de mot-clés dans les alphabets de chiffrement.

— K1 : La clé est insérée au début de l'alphabet de substitution, puis le reste des lettres suit en ordre alphabétique sans répétitions.

— K2 : La clé est insérée au début de l'alphabet de substitution réciproque.

— K3 : La clé est utilisée dans les deux alphabets, clair et codé.

— K4 : Deux clés différentes sont utilisées : une pour l'alphabet de substutition et une autre pour l'alphabet codé.

Le déchiffrement nécessite de connaitre l'alphabet mélangé utilisé et de réaliser la substitution inverse au chiffrement.

La substitution consiste à remplacer dans le texte chiffré de toutes les lettres de la première ligne par les lettres associées de la seconde ligne.

Le message a un indice de coincidence identique à celui de la langue du texte clair.

Les anglophones appellent ce chiffrement aristocrat (s'il y a des espaces) ou patristocrat (s'il n'y a pas d'espaces entre les mots).

La technique MCMC (utilisée par dCode) est une des plus efficace pour retrouver le texte clair le plus probable et proposer un alphabet de substitution.

dCode ajoute en plus un outil interactif pour déchiffrer manuellement les messages chiffrés par substitution.

Autre possibilité, l'attaque par mot connu (known plaintext attack) qui permet de déduire quelques lettres de l'alphabet via la connaissance ou la supposition préalable de certaines portions du texte clair.

MCMC (Markov Chain Monte Carlo) est le nom donné à une méthode statistique qui s'applique très bien aux substitutions mono-alphabétiques.

1 - Initialisation : utiliser un alphabet de substitution aléatoire (mais il est envisageable de réaliser une analyse des fréquences des lettres pour obtenir un premier tableau de correspondance alphabet clair - alphabet chiffré).

2 - Evaluation : calcul de probabilité que l'alphabet de substitution actuel produise un texte clair (score généralement basé sur les fréquences d'apparition des bigrammes dans la langue cible).

3 - Modification de l'alphabet : échanger aléatoirement certaines correspondances de lettre claire-lettre chiffrée

4 - Recommencer les étapes 2 et 3 tant que le score de plausibilité du message obtenu augmente et que l'alphabet retenu propose le message clair le plus probable.

Source: ici Diaconis, Persi. (2009). The Markov Chain Monte Carlo Revolution. Bulletin of the American Mathematical Society. 46. 179-205. 10.1090/S0273-0979-08-01238-X.

Tout d'abord certaines substitution utilisent des alphabets spécifiques, comme Atbash qui consiste à prendre l'alphabet à l'envers : ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA, où bien le code César, qui consiste à décaler l'alphabet : DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC correspond à l'alphabet décalé de 3 lettres.

Il existe aussi des substitution à plusieurs alphabets, l'alphabet change en fonction d'un algorithme défini par le chiffrement (par exemple Vigenère utilise 26 alphabets).

Dans les revues de jeux de lettres, les jeux/exercices de substitution sont souvent appelés cryptogrammes.