Disque de chiffrement

Le disque de chiffrement réunit deux couronnes de lettres, l’une fixe, l’autre tournant sur un même axe. Chaque position de la couronne intérieure donne un autre alphabet de substitution, ce qui permet de changer d’alphabet au milieu d’un message. Leon Battista Alberti l’a décrit à Rome en 1466–1467.

Ce que c’est

Un disque de chiffrement remplace chaque lettre d’un message par une autre lettre. Il se compose de deux disques de tailles différentes, posés l’un sur l’autre et traversés en leur centre par un axe. Le bord de chaque disque est divisé en un même nombre de cases, si bien que chaque case du grand disque fait face à une case du petit. Le grand disque porte l’alphabet clair dans l’ordre habituel. Le petit porte l’alphabet chiffré dans un ordre mélangé et tourne sur l’axe.

Dans une position donnée, chaque lettre claire fait face à une seule lettre chiffrée : cette position forme un alphabet de substitution complet. Tourner le petit disque d’une case donne un nouvel alphabet, et un disque de 24 cases en contient donc 24. L’expéditeur et le destinataire doivent posséder des disques identiques et s’entendre sur la manière de les régler. Alberti taillait ses disques dans une feuille de métal ; les suivants furent souvent en carton ou en papier. Une grille tournante déplace les lettres d’un message, alors qu’un disque change les lettres elles-mêmes.

Comment ça marche

Le disque d’Alberti comptait 24 cases sur chaque couronne. La couronne fixe portait 20 majuscules dans l’ordre alphabétique, sans H, K, J, U, W ni Y, suivies des chiffres 1 à 4. La couronne mobile portait 24 minuscules disposées au hasard, dont h, k, y et le signe &. Les deux correspondants choisissaient une lettre de la couronne mobile comme indice, par exemple k.

En tournant le petit disque sur son axe, on amène l’indice sous une autre majuscule.

Pour commencer, l’expéditeur tournait le disque de façon à placer k sous une majuscule choisie, disons B, et écrivait ce B en tête du message. Il cherchait ensuite chaque lettre claire sur la couronne extérieure et la remplaçait par la minuscule placée dessous. Quelques mots plus loin, il amenait k sous une autre majuscule, par exemple R, écrivait ce R dans le texte et continuait avec le nouvel alphabet. Le destinataire réglait un disque identique de la même façon à chaque majuscule rencontrée et remontait de chaque minuscule à la majuscule placée au-dessus.

Changer d’alphabet brouille la fréquence des lettres. Avec un seul alphabet, la lettre la plus courante de la langue donne toujours la même lettre chiffrée, et un lecteur patient peut compter et deviner. Avec plusieurs alphabets, une même lettre claire devient plusieurs lettres chiffrées, et une même lettre chiffrée vaut pour plusieurs lettres claires.

Les chiffres servaient à deux choses. Dans l’exemple d’Alberti, les lettres chiffrées qui leur faisaient face étaient des nulles, glissées dans le texte pour couper les mots. Les chiffres permettaient aussi d’écrire un code : des groupes de deux, trois ou quatre des chiffres 1 à 4, soit 336 groupes, chacun désignant une phrase convenue à l’avance. Chaque chiffre était remplacé par la minuscule placée en face. Comme la couronne mobile ne porte aucun chiffre, les groupes du code ressemblaient à n’importe quelles autres lettres chiffrées.

Comment faire

Un compas, un rapporteur et une attache parisienne suffisent pour faire un disque qui fonctionne.

Tracez au compas deux cercles sur un carton rigide, l’un de 12 cm de diamètre, l’autre de 10 cm. Dans chacun, tracez un second cercle à environ 2 cm du bord pour délimiter la couronne des cases. Avec un rapporteur, divisez les deux couronnes en 24 cases en tirant depuis le centre un trait tous les 15 degrés. Au temps d’Alberti, I et J, de même que U et V, s’écrivaient comme une seule lettre ; en faisant de même, il reste 24 lettres, une par case. Inscrivez-les dans l’ordre alphabétique autour du grand disque.

Pour le petit disque, écrivez les mêmes 24 lettres sur des petits papiers, secouez-les dans un gobelet et tirez-les une à une, en inscrivant chacune dans la case suivante. Faites une seconde paire de disques pour votre correspondant et recopiez exactement l’ordre mélangé. Marquez une case de chaque petit disque d’une petite étoile : c’est l’indice.

Découpez les disques, posez le petit sur le grand et enfoncez une attache parisienne en laiton à travers les deux centres. Tournez le petit disque et vérifiez que les traits des deux couronnes se rejoignent sur tout le tour. Convenez avec votre correspondant de la majuscule de départ et de la fréquence à laquelle le disque sera tourné. Coupez sur une planche, la lame s’éloignant des doigts, et faites attention à la pointe du compas. Un tel disque montre une méthode historique et ne protège plus réellement un message confidentiel aujourd’hui.

Histoire et évolution

Leon Battista Alberti, humaniste et architecte attaché à la cour pontificale à Rome, a décrit le disque dans un court traité latin connu sous le titre De componendis cifris. Il l’a écrit après une conversation sur les chiffres avec Leonardo Dati, secrétaire du pape, entre 1466 et août 1467. Le traité a circulé en manuscrit et n’a pas été imprimé au XVe siècle. On ne connaît pas de disque de chiffrement plus ancien. L’historien David Kahn a avancé qu’Alberti aurait tiré l’idée de couronnes de lettres tournantes des disques combinatoires du philosophe du XIIIe siècle Raymond Lulle, qui associaient des concepts et ne cachaient aucun texte.

Une volvelle de papier cousue sur la page d’un livre de chiffres du XVIe siècle.

Les livres imprimés sur l’écriture secrète ont ensuite fourni à leurs lecteurs des disques de papier, appelés volvelles. On découpait le disque et on le fixait à la page par un fil, de sorte qu’il tourne à l’intérieur d’une couronne imprimée sur la page. Le livre de Giambattista della Porta sur les chiffres, dans son édition londonienne de 1591, en comporte trois. Chaque exemplaire devait être terminé à la main, et certains propriétaires n’ont jamais découpé les disques.

Pendant la guerre de Sécession, les postes de signaux de l’Union utilisaient des disques de laiton ou de carton conçus par le chirurgien militaire Albert J. Myer. Un disque portait des lettres et l’autre des combinaisons de chiffres, que les signaleurs transmettaient en agitant des fanions : la lettre A pouvait ainsi partir sous la forme 81. Il suffisait de tourner le disque pour changer de code.

Au XIXe siècle, des cryptanalystes comme Friedrich Kasiski et Auguste Kerckhoffs ont publié des méthodes pour résoudre les chiffres dont les alphabets reviennent selon un cycle fixe, comme c’est le cas quand un disque est tourné selon une clé courte et répétée. Au XXe siècle, des disques câblés, tournés par une machine après chaque lettre, ont poussé le principe bien plus loin dans la machine de chiffrement à rotors.