Leçon
La théorie — Chiffrement par substitution : 26! clés brisées par le décompte des lettres
Un chiffrement par substitution remplace chaque lettre du message par une autre, toujours la même, selon une clé qui correspond à une permutation de l'alphabet ; il existe ainsi 26! ≈ 4,03 × 10²⁶ clés possibles. Le chiffrement de César en est le cas particulier où toutes les lettres sont décalées d'un même nombre de rangs dans l'alphabet, ce qui ne laisse que 25 clés. L'analyse fréquentielle attaque ces deux procédés en comparant la fréquence d'apparition des lettres du texte chiffré à celle observée dans un texte ordinaire.
Ce que signifie chaque symbole
χ²- khi deux : la somme, sur les 26 lettres, des (O − E)² / E. Plus cette valeur est faible, plus la distribution du texte déchiffré ressemble à celle de l'anglais
O- effectif observé pour une lettre dans le déchiffrement évalué
E- effectif attendu pour cette lettre dans un texte de même longueur d'après les proportions des Hommes dansants
- Suppose
- Seules les 26 lettres sont chiffrées. Les espaces et la ponctuation restent inchangés, révélant ainsi la longueur de chaque mot, tout comme les petits drapeaux des hommes dansants. Le modèle « anglais » s'appuie sur le décompte d'une première nouvelle de Holmes, forte de 39 859 lettres, tandis que les messages proposés sont tous extraits d'une autre ; aucun texte n'est donc évalué par rapport à lui-même. Les simulations sélectionnent un passage aléatoire de La Cycliste solitaire et une clé générée avec une graine fixe, ce qui garantit la stricte reproductibilité des résultats.
Problème entièrement résolu
-
Où s'arrête le calcul et où commence la lecture 4 étapes
Cliquez sur Substitution, 600 lettres. Combien de temps faudrait-il à un ordinateur testant un milliard de clés par seconde pour les épuiser toutes ? Déchiffrez ensuite le message : qu'apporte le décompte des lettres, et que révèlent les mots les plus fréquents ?
Ouvrez ce problème dans l'outil
-
Il existe 26! = 403 291 461 126 605 635 584 000 000 clés, soit environ 4,03 × 10²⁶. À raison de 10⁹ clés par seconde, il faudrait 4,03 × 10¹⁷ secondes. Une année comptant 3,16 × 10⁷ secondes, l'opération réclamerait 1,28 × 10¹⁰ années, c'est-à-dire 12,8 milliards d'années.
-
La lettre chiffrée la plus fréquente est I, avec 80 occurrences sur 600, soit 13,3 %. Dans Les Hommes dansants, le e atteint 12,44 % : I correspond donc à e. Les trois suivantes, O, N et X, comptent respectivement 49, 47 et 45 apparitions, des écarts bien trop minces pour établir un ordre fiable ; l'appariement mécanique leur attribue t, a et o, trois choix erronés. Le tableau des résultats en montre le prix : se fier au seul rang ne donne que 3 des 23 lettres, soit 14,2 % du texte.
-
Passons aux mots. Les mots de trois lettres OBJ et XDI apparaissent cinq fois chacun. XDI se termine par I, qui vaut e : il s'agit très probablement du mot anglais the, d'où X = t et D = h. OBJ correspond alors selon toute vraisemblance à and : O devient a, B devient n et J devient d. Le mot de deux lettres le plus fréquent, PK, présent huit fois, correspond à of ; XP, présent cinq fois, se lit alors to, ce qui confirme parfaitement l'analyse.
-
Saisissez ces huit lettres dans les cases. e, t, h, a, n, d, o et f couvrent à elles seules 321 des 600 lettres, soit 53,5 %, et la première ligne se lit désormais f·o· the ·ea·· 1894 to 1901. Les fréquences brutes ont livré tout ce qu'elles pouvaient. Devant une date, f·o· est presque à coup sûr from, ce qui vous donne r et m. À partir de là, il ne s'agit plus de compter, mais de lire.
Réponse
12,8 milliards d'années pour tester toutes les clés. Le décompte ne livre avec certitude qu'une seule lettre, e ; trois mots fréquents en apportent sept de plus, et ces huit lettres suffisent déjà à déchiffrer 53,5 % du message.
-
Parcours
Comment casser les chiffres
Références (1)
- Both passages the page counts, and Holmes's words quoted in the second and third insights: Arthur Conan Doyle, "The Adventure of the Dancing Men" and "The Adventure of the Solitary Cyclist," in The Return of Sherlock Holmes. Project Gutenberg eBook #108.