chiffre de Hill
Lien avec le programme : congruence matrice
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CHIFFRE DE HILL
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CHIFFRE DE HILL
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PanaMaths [ 1 - 7 ] Mai 2012
Pondichéry - Avril 2012 - Série S - Exercice Partie A Restitution organisée des connaissances Soit a, b, c, d des entiers relatifs et n un entier naturel non nul.Montrer que si
modab n et modcd n alors modac bd n.Partie B Inverse de 23 modulo 26
On considère l'équation :
:23 26 1Exy où x et y désignent deux entiers relatifs.1. Vérifier que le couple
9; 8 est solution de l'équation
E.2. Résoudre alors l'équation
E.3. En déduire un entier
a tel que 025a et23 1 mod26a.
Partie C Chiffrement de Hill
On veut coder un mot de deux lettres selon la procédure suivante : Etape 1 Chaque lettre du mot est remplacée par un entier en utilisant le tableau ci-dessous : 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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5On obtient un couple d'entiers
12 ;xx où 1 x correspond à la première lettre du mot et 2 x correspond à la deuxième lettre du mot.Etape 2
12 ;xx est transformé en 12 ;yy tel que : 1121 212
11 3 mod26
74 mod26yxxS
yxx avec 1025y et
2 025yEtape 3
12 ;yy est transformé en un mot de deux lettres en utilisant le tableau de correspondance donné dans l'étape 1.PanaMaths [ 2 - 7 ] Mai 2012
Exemple :
étape1 étape2 étape3
motenclair motcodéTE 19,4 13,19 TE
1. Coder le mot ST.
2. On veut maintenant déterminer la procédure de décodage :
a. Montrer que tout couple 12 ;xx vérifiant les équations du système 1S, vérifie les équations du système :
11 2 2 21223 4 23 mod26
23 19 11 mod26xy ySxyy
b. A l'aide de la partie B, montrer que tout couple 12 ;xx vérifiant les équations du système 2S, vérifie les
équations du système
1123 212
16 mod26
11 5 mod26xyySxyy
c. Montrer que tout couple 12 ;xx vérifiant les équations du système 3S, vérifie les équations du système
1 S. d. Décoder le mot YJ.PanaMaths [ 3 - 7 ] Mai 2012
Analyse
Une jolie application de la congruence (chiffrement de Hill). Si la partie A est une question de cours classique (compatibilité de la relation de congruence avec la multiplication), la Partie B, via une équation diophantienne (également classique) permet d'inverser un entier modulo 26. Le codage/décodage conduit à des manipulations de systèmes modulo 26 (mise enéquivalence des systèmes
1 S et 3 S) où on utilise quelques propriétés fondamentales de la congruence et le résultat de la partie B..Résolution
Partie A Restitution organisée des connaissancesOn a :
mod / mod ' / 'ab n k abkn cd n k cdkn En multipliant membre à membre les deux égalités obtenues, il vient : 2 '' ' ''ac bkndkn bdbkndknkkn bd bkdkkknn Comme ''bk dk kk n est un entier, il en découle immédiatement : modac bd n.Partie B Inverse de 23 modulo 26
Question 1.
On a immédiatement :
23 9 26 8 207 208 1 .
Le couple
9; 8 est une solution de l'équation :2326 1Exy.
Question 2.
D'après le résultat de la question précédente, l'équationE se récrit :
:2326 23 926 8ExySoit :
23 9 26 8xy . Comme 23 et 26 sont premiers entre eux (23 est premier et
26 2 13), le théorème de Gauss nous permet d'affirmer que 23 divise 8y, soit :
823yk (k). On a alors : 23 9 26 23xk puis 926xk.
PanaMaths [ 4 - 7 ] Mai 2012
Ainsi, si ;xy est un couple solution de l'équation E, alors il est de la forme : ; 9 26 ; 8 23xykk où k est un entierRéciproquement, on vérifie aisément que tout couple de cette forme est solution de l'équation
E.Les solutions entières de l'équation
:2326 1Exy sont les couples de la forme ; 9 26 ; 8 23xykk où k est un entier.Question 3.
On a :
23 1 mod26 / 23 1 26 / 23 26 1anankan.
Ainsi, le couple
;an est de la forme 926;823kk où k est un entier.On veut que
a soit compris, au sens large, entre 0 et 25.On cherche donc un entier
k tel que : 0 9 26 25k , soit 926 34k.Il vient immédiatement
1k puis 926117a .
17 est l'unique entier
a compris entre 0 et 25 tel que 23 1 mod26a.Partie C Chiffrement de Hill
Question 1.
Codage du mot ST.
Etape 1 : le couple d'entiers associés au mot ST est 12 ;18,19xx.Etape 2 : détermination du couple
12 ;yy.On a :
1211 3 11 18 3 19 255 9 26 21xx. D'où :
1211 3 21 mod26xx.
Par ailleurs :
127 4 7 18 4 19 202 7 26 20xx. D'où :
1274 20mod26xx.
En définitive :
12 ;21,20yy. Etape 3 : par lecture directe dans le tableau, on obtient : VU. En utilisant le chiffrement de Hill, le mot codé correspondant à ST est le mot VU.Question 2.a.
Soit 12 ;xx un couple d'entiers vérifiant le système 1S. On a donc :
121122
11 3 mod26
74 mod26xxy
xxyPanaMaths [ 5 - 7 ] Mai 2012
Pour éliminer "
2 x », on multiplie la première ligne par 4 et on lui retranche 3 fois la seconde.On obtient :
12 12 12
4 11 3 3 7 4 4 3 mod26xx xx yy .
Soit :
11223 4 3 mod26xyy. D'où :
112 223 4 3 26 mod26xyy y.
Finalement :
11 223 4 23 mod26xy y
Pour éliminer "
1 x », on multiplie la première ligne par 7 et on lui retranche 11 fois la seconde. On obtient :12 12 1 2
7 11 3 11 7 4 7 11 mod26xx xx y y .
Soit :
21 223 7 11 mod26xyy. D'où :
21223 7 11 mod26xyy .
Alors :
211223 7 26 11 mod26xyyy .
Finalement :
21223 19 11 mod26xyy
Le couple
12 ;xx vérifie bien le système : 11 2 2 21223 4 23 mod26
23 19 11 mod26xy ySxyy
Si le couple
12 ;xx vérifie les équations du système 1 S alors il vérifie celles du système 2 S.Question 2.b.
Soit 12 ;xx un couple d'entiers vérifiant les équations du système 2S. On a donc :
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