ADFGVX et fractionnement

En 1918, l’armée allemande était confrontée à un problème critique : les cryptanalystes alliés cassaient ses codes de terrain plus vite qu’elle ne pouvait les remplacer. Un nouveau chiffre, plus robuste, était requis de toute urgence pour l’offensive du printemps 1918.

Le colonel Fritz Nebel a mis au point le chiffre ADFGVX, qui combinait deux techniques classiques d’une manière encore inédite dans la cryptographie militaire.

Le chiffre porte le nom de ses six lettres de texte chiffré : A, D, F, G, V, X. Ces lettres ont été choisies délibérément parce que leurs représentations en code Morse sont très différentes les unes des autres.

Cela réduisait les erreurs de transmission par radio sur le terrain. Confondre une lettre avec une autre pouvait corrompre tout un message ; les concepteurs ont donc choisi des lettres dont les motifs Morse sont aussi distincts que possible.

La première étape est une substitution utilisant un carré de Polybe 6x6. Les 36 cases contiennent les 26 lettres et les chiffres de 0 à 9, disposés selon un ordre déterminé par une clé. Les en-têtes de ligne et de colonne sont les six lettres A, D, F, G, V, X.

Chaque caractère du texte en clair est remplacé par deux lettres : l’en-tête de ligne et l’en-tête de colonne de sa case. Par exemple, si H se trouve à la ligne A, colonne F, il devient « AF ».

Après la substitution, le texte chiffré à deux lettres est inscrit dans une grille dont le nombre de colonnes est égal à la longueur de la clé. Un second mot-clé détermine l’ordre des colonnes.

Les colonnes sont lues dans l’ordre alphabétique des lettres du mot-clé. Cela réorganise les paires substituées, brise les motifs restants et crée un chiffre qui résiste à la fois à l’analyse fréquentielle et à la mise en correspondance des motifs.

Le fractionnement consiste à diviser chaque caractère du texte en clair en plusieurs symboles du texte chiffré avant de les transposer. Dans ADFGVX, chaque lettre devient deux symboles (ligne et colonne), qui sont ensuite mélangés indépendamment.

Cela signifie que les deux « moitiés » d’une même lettre du texte en clair se retrouvent à des positions différentes dans le texte chiffré final, ce qui rend impossible l’analyse séparée de la substitution et de la transposition.

Les chiffrements par substitution pure (comme Playfair) sont vulnérables à l’analyse fréquentielle. Les chiffrements par transposition pure (comme le chiffre en rail) sont vulnérables à la reconstitution d’anagrammes. Les combiner permet de corriger ces deux faiblesses.

ADFGVX rend l’analyse fréquentielle plus difficile en fractionnant et en transposant les symboles substitués. Casser la transposition exige de connaître la clé de substitution, et inversement.

Le cryptanalyste français Georges Painvin a cassé le chiffre ADFGVX en juin 1918, quelques jours seulement avant l’offensive allemande qu’il protégeait. Cette réussite était considérée comme l’un des plus brillants accomplissements de cryptanalyse de WWI.

Sa méthode exploitait des motifs présents dans des messages envoyés le même jour avec la même clé. En comparant des textes chiffrés de longueur similaire, il pouvait identifier les limites des colonnes et remonter la transposition.

La percée de Painvin a fourni aux Alliés des renseignements qui ont contribué à enrayer l’offensive allemande du printemps. L’offensive a échoué en partie grâce à l’avantage en matière de renseignements obtenu en cassant ADFGVX.

Cette histoire a montré que même des chiffrements ingénieux peuvent être cassés lorsque la sécurité opérationnelle est mauvaise. Les Allemands réutilisaient les clés et envoyaient trop de messages en peu de temps, fournissant à Painvin le matériel dont il avait besoin.

Dans la transposition par colonnes, écrivez le texte en clair en lignes sous un mot-clé, puis lisez les colonnes dans l’ordre alphabétique des lettres du mot-clé. Le mot-clé « KEY » produit l’ordre des colonnes 2-1-3 (E avant K avant Y).

Les colonnes de sortie entrelacent le texte original d’une manière qui détruit les motifs locaux. Le déchiffrement exige de réécrire le texte chiffré dans les colonnes selon le même ordre, puis de le lire ligne par ligne.

Chaque couche d’un chiffre classique corrige une faiblesse différente. La substitution masque l’identité des lettres ; la transposition masque leur position. Ensemble, elles produisent un chiffre qui exige d’attaquer les deux couches simultanément.

Ce principe consistant à combiner la confusion (substitution) et la diffusion (transposition) a ensuite été formalisé par Claude Shannon et est devenu le fondement théorique des chiffrements par blocs modernes comme AES.

Avant l'ADFGVX, les Allemands utilisaient l'ADFGX, une variante plus simple à cinq lettres qui n'incluait pas les chiffres dans son carré de Polybe. L'ADFGVX agrandissait le carré à 6x6 pour inclure les 10 chiffres, ce qui permettait de chiffrer des données numériques.

Le passage de l'ADFGX à l'ADFGVX répondait au succès partiel des Alliés contre l'ADFGX. L'ajout des chiffres augmentait l'espace des clés et rendait l'analyse de fréquence des digrammes plus difficile en répartissant les motifs sur un plus grand nombre de paires de symboles.

L'ADFGVX combinait une substitution par carré de Polybe avec une transposition par colonnes, en utilisant le fractionnement pour les entrelacer. L'alphabet de six lettres avait été choisi pour réduire au minimum les erreurs de transmission en code Morse.

Malgré sa sophistication, Painvin le brisa en exploitant la réutilisation de la clé. Ce chiffre illustrait à la fois la puissance de la combinaison de techniques classiques et l'importance cruciale de la sécurité opérationnelle.