Chiffre de Phillips

Le chiffre de Phillips est un chiffre poly-alphabétique conçu au début du XXᵉ siècle par A. R. Phillips aux États-Unis. Il occupe une position intermédiaire entre la substitution monoalphabétique et le Vigenère — moins prévisible que la première, mais plus simple à exécuter à la main que le second.

Il est aujourd’hui surtout étudié pour son architecture pédagogique : il introduit l’idée de familles de grilles dérivées les unes des autres par opérations géométriques simples, ce qui annonce les rotors d’Enigma et autres dispositifs mécaniques de la WWII.

Principe

La grille de base

On commence par une grille 5×5 (Polybius) construite à partir d’un mot-clé et complétée par les lettres restantes (I/J fusionnés) :

Mot-clé : KEYWORD
        K E Y W O
        R D A B C
        F G H I L
        M N P Q S
        T U V X Z

Les huit grilles dérivées

À partir de cette grille de base (notée G1), on construit sept autres grilles (G2 à G8) par rotation cyclique des lignes :

• G2 : on déplace la première ligne de G1 d’un cran vers le bas.
• G3 : on déplace la deuxième ligne de G2 d’un cran vers le bas.
• … et ainsi de suite jusqu’à G8.

Au total, on obtient 8 grilles différentes, chacune étant une permutation par rotation de la précédente.

Le chiffrement

Le plaintext est divisé en blocs de 5 lettres. Chaque bloc est chiffré avec une grille différente du cycle :

• Bloc 1 → G1
• Bloc 2 → G2
• Bloc 3 → G3
• … jusqu’à G8, puis on recommence à G1.

À l’intérieur d’un bloc, chaque lettre est chiffrée par une substitution monoalphabétique dérivée de la grille active : on trouve la lettre du clair dans la grille, et on la remplace par celle qui se trouve deux lignes plus bas et une colonne à droite (avec wrap-around).

Exemple

Plaintext CIPHE (premier bloc, grille G1) :

• C est en ligne 2, colonne 5 → on prend ligne 4, colonne 1 → M.
• I est en ligne 3, colonne 4 → on prend ligne 5, colonne 5 → Z.
• P est en ligne 4, colonne 3 → on prend ligne 1, colonne 4 → W.
• H est en ligne 3, colonne 3 → on prend ligne 5, colonne 4 → X.
• E est en ligne 1, colonne 2 → on prend ligne 3, colonne 3 → H.

Résultat partiel : CIPHE → MZWXH.

Forces et faiblesses

Forces

• Espace de clés enrichi : 8 grilles dérivées d’une seule (mot-clé + ordre de rotation).
• Distribution de fréquence aplatie par rapport à une substitution mono — résiste mieux à l’analyse simple.
• Rapide à la main : une fois les 8 grilles préparées, le chiffrement est mécanique.

Faiblesses

• Périodicité de 8 blocs (40 lettres) → analyse de Kasiski sur les répétitions.
• Grilles dérivées par opération simple : casser une seule grille permet de déduire les 7 autres.
• Crib + position connue : si l’attaquant devine un mot et son bloc d’appartenance, il identifie la grille active et la table de substitution.

Aujourd’hui, le Phillips est cassable en quelques minutes par un cryptanalyste muni d’un ordinateur. À l’époque de son invention, il offrait un compromis acceptable entre sécurité et praticité manuelle.

Variantes

• Phillips à 4 grilles — version simplifiée, périodicité de 20 lettres.
• Phillips à rotation aléatoire — l’ordre des grilles n’est plus G1→G2→…→G8 mais une permutation aléatoire convenue à l’avance.
• Phillips + transposition — le ciphertext de Phillips est ensuite passé dans une transposition par colonnes, ce qui annihile en grande partie la périodicité.

Pourquoi c’est intéressant historiquement

Phillips est un chaînon manquant entre :

• La cryptographie classique du XIXᵉ (Vigenère, Beaufort, Bazeries) — basée sur des opérations alphabétiques pures.
• La cryptographie mécanique du XXᵉ (Hebern, Enigma, SIGABA) — basée sur des opérations géométriques sur des plaques rotatives.

Les huit grilles de Phillips, dérivées par rotation cyclique, préfigurent directement les rotors électromécaniques d’Enigma : un même mécanisme géométrique appliqué à grande échelle.

Dans CipherChronicle

Le Phillips est le chiffre des huit horloges — celui où huit cadrans tournent à des vitesses différentes pour produire un effet poly-alphabétique. Les grilles associées peuvent demander au joueur de reconstruire les 8 grilles depuis un mot-clé, puis de synchroniser son déchiffrement bloc par bloc avec le cycle. Excellent exercice pour comprendre comment une simple opération géométrique multiplie la complexité d’un chiffre.