Substitution monoalphabétique

La substitution monoalphabétique est la famille mère dont César, ROT-13 et Atbash ne sont que des cas particuliers. On permute les 26 lettres de l’alphabet par n’importe quelle bijection — il y a donc 26! ≈ 4 × 10²⁶ clés possibles. Un attaquant ne peut pas les tester toutes.

Principe

L’émetteur et le récepteur s’accordent sur une table de correspondance : chaque lettre claire est associée à une unique lettre chiffrée, et la bijection est maintenue dans tout le message. La clé est donc l’alphabet chiffré dans l’ordre (A → ?, B → ?, …, Z → ?).

Exemple de clé (clavier QWERTY) :

clair    : A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
chiffré  : Q W E R T Y U I O P A S D F G H J K L Z X C V B N M

Exemple

Avec la clé ci-dessus, CIPHERCHRONICLE devient EOHITKEIKGFOEST.

Forces et faiblesses

Forces

• Espace de clés astronomique (26!), incassable par force brute.
• Facile à mémoriser à partir d’un mot-clé (on écrit le mot-clé puis on complète avec les lettres restantes dans l’ordre).

Faiblesses

C’est la grande leçon de la cryptographie classique : la taille de l’espace de clés ne fait pas la sécurité.

• Analyse de fréquence : en français, E représente ~15% des lettres, A ~8%, S ~8%. Dans le ciphertext, la lettre la plus fréquente a une très forte probabilité de correspondre à E.
• Digrammes (TH, ER, ON, AN…) et trigrammes (THE, AND, ION…) fournissent des contraintes supplémentaires.
• Mots courts (LE, DE, ET) servent de points d’ancrage.

Un cryptanalyste expérimenté résout une substitution monoalphabétique d’un paragraphe en quelques minutes sans outil.

Variantes proches

• Atbash — cas particulier sans clé (miroir de l’alphabet).
• César / ROT-13 — cas particuliers par décalage fixe.
• Affine — substitution paramétrée par (a, b) avec C = ax + b mod 26.
• Homophonique — plusieurs symboles ciphers par lettre claire, pour aplanir les fréquences.

Dans CipherChronicle

La substitution monoalphabétique est le grand terrain d’exercice de l’analyse de fréquence. Les grilles vont du texte court (où chaque mot compte) au paragraphe plus généreux qui permet de jouer avec les statistiques.