Le cadran d'Alberti
Leon Battista Alberti, surtout connu pour être un des plus grands architectes de la Renaissance, a publié vers 1460 le premier traité de cryptographie du monde ocidental, l'essai De Componendis Cyphris. Il y présente notamment des tables de fréquence d'emploi des lettres, et explique ainsi pourquoi la cryptographie par substitution monoalphabétique n'est pas sûre.
Pour remédier à cela, Alberti présente plusieurs idées, la plus connue étant le cadran d'Alberti. Il propose d'utiliser deux disques concentriques. Sur le plus grand, fixe, on écrit l'alphabet dans le bon ordre. Sur le plus petit, mobile, on écrit l'alphabet, mais dans un ordre quelconque. L'expéditeur commence par ajuster les 2 disques de sorte que les A coïncident. Pour chaque lettre du message clair, il cherche la lettre sur le grand disque : la lettre codée est celle qu'on lit en face sur le petit disque. Ceci n'est pour le moment qu'une simple substitution. Pour compliquer les choses, Alberti suggère de tourner périodiquement, par exemple toutes les 4 lettres, le petit disque d'un caractère.
Ainsi l'alphabet de substitution change au cours du chiffrement : Alberti a inventé le premier procédé de chiffrement polyalphabétique. Ce procédé n'est pas parfait, et ne sera presque pas utilisé. En particulier, il n'y a pas de clé de chiffrement, si ce n'est le nombre de lettres avant de tourner le petit disque. En particulier, celui qui parvient à entrer en possession du cadran saura déchiffrer tous les messages. Il faudra attendre Blaise de Vigenère et son célèbre carré pour avoir une vraie méthode de chiffrement polyalphabétique efficace.
La découverte d'Alberti ne se limite pas à l'invention du chiffrement par substitution polyalphabétique. Observons de plus près le cadran qu'il détaille dans son livre. Sur le disque extérieur, il y a 24 symboles : les 23 lettres de l'alphabet latin (puisque J, U et W n'y figuraient pas), auquel il a enlevé H, K et Y (qui selon ses termes, ne sont pas indispensables), et les 4 chiffres 1,2,3,4. Sur le disque intérieur, il y a aussi 24 symboles, qui sont les 23 lettres de l'alphabet ainsi que le symbole &.
On peut s'interroger sur l'utilité de chiffrer les chiffres de 1 à 4. En réalité, Alberti utilisait ces chiffres comme un code. En effet, avec ces quatre chiffres, il formait 336 groupes codiques : 16=42 de deux chiffres, 64=43 de 3 chiffres, et 256=44 de 4 chiffres. Chaque nombre pouvait remplacer une expression : par exemple, 432 peut signifier "Pape". Ces nombres seront ensuite chiffrés grâce au cadran chiffrant, et ils pourront l'être de deux façons différentes si on a décalé le petit disque par rapport au grand. Ainsi, Alberti utilise aussi le cadran chiffrant pour surchiffrer un petit nomenclateur.