{"id":2131,"date":"2017-04-10T12:58:14","date_gmt":"2017-04-10T10:58:14","guid":{"rendered":"http:\/\/variances.eu\/?p=2131"},"modified":"2020-12-24T00:54:11","modified_gmt":"2020-12-23T22:54:11","slug":"claude-shannon-sigsaly-communications-secretes-hommage-centenaire-de-naissance","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/variances.eu\/?p=2131","title":{"rendered":"Claude Shannon, SIGSALY et les communications secr\u00e8tes : un hommage pour le centenaire de sa naissance"},"content":{"rendered":"

Cet article a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 dans la revue de l\u2019ARCSI. L\u2019ARCSI est un r\u00e9seau de comp\u00e9tences en mati\u00e8re de cryptologie et de cyber-s\u00e9curit\u00e9, riche patrimoine de mat\u00e9riels et de documents qui f\u00eatera ses 90 ans en 2018.<\/em><\/p>\n

\u00ab\u00a0Nous connaissons le pass\u00e9, mais nous ne pouvons pas le contr\u00f4ler. Nous contr\u00f4lons l\u2019avenir, mais nous ne pouvons pas le conna\u00eetre.\u00a0\u00bb<\/em> – C.E. Shannon<\/p>\n

Introduction<\/strong><\/h3>\n

La science de l\u2019information est n\u00e9e il y a 79 ans, avec les travaux d\u2019un homme exceptionnel : Claude Elwood Shannon (30\u00a0avril 1916 – 24\u00a0f\u00e9vrier 2001). Nous avons c\u00e9l\u00e9br\u00e9 l\u2019an dernier le centenaire de sa naissance. Math\u00e9maticien et ing\u00e9nieur, il a fait \u00e9merger la science de l\u2019information et a d\u00e9velopp\u00e9 la th\u00e9orie des communications secr\u00e8tes dans les ann\u00e9es 1940. Shannon a fait passer la cryptographie d\u2019un art \u00e0 une science.<\/p>\n

Shannon a particip\u00e9 au projet Top Secret<\/em> SIGSALY des Bell Telephone Laboratories <\/em>(BTL<\/em>), l\u2019\u00e9quipement de cryptophonie utilis\u00e9 par Roosevelt et Churchill pendant la Deuxi\u00e8me Guerre mondiale. Il s\u2019est passionn\u00e9 pour la cryptologie, la science de la parole et pour toutes les recherches associ\u00e9es. Dans un document historique de l\u2019ann\u00e9e 1948, Shannon a fourni une d\u00e9finition math\u00e9matique de l\u2019information et d\u2019une transmission chiffr\u00e9e sur canal bruyant. L\u2019\u0153uvre de Shannon a unifi\u00e9, en une seule th\u00e9orie, tout le domaine des t\u00e9l\u00e9communications : le t\u00e9l\u00e9graphe, le t\u00e9l\u00e9phone, la radio et la t\u00e9l\u00e9vision. Ses travaux constituent la base de notre monde num\u00e9rique moderne.<\/p>\n

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Shannon est n\u00e9 \u00e0 Petoskey dans le Michigan (\u00c9tats-Unis). D\u00e8s ses premi\u00e8res ann\u00e9es, il a montr\u00e9 un vif int\u00e9r\u00eat pour les \u00e9quipements m\u00e9caniques et \u00e9lectriques. Le h\u00e9ros de son enfance \u00e9tait Thomas Edison dont il \u00e9tait un cousin \u00e9loign\u00e9 !<\/p>\n

Pendant ses \u00e9tudes secondaires, les sciences et les math\u00e9matiques furent ses mati\u00e8res pr\u00e9f\u00e9r\u00e9es.<\/p>\n

Durant sa jeunesse, Shannon a construit des maquettes d\u2019avions, une maquette de bateau radiocommand\u00e9 et un syst\u00e8me de t\u00e9l\u00e9graphe qui utilisait 800\u00a0m de fil de cl\u00f4ture pour communiquer avec un ami. Il a au passage travaill\u00e9 comme messager \u00e0 la Western Union Telegraph.<\/p>\n

Un \u00e9tudiant brillant<\/strong><\/h3>\n

\"\"En 1936, Shannon obtient sa licence (Bachelor\u2019s Degrees<\/em>) en ing\u00e9nierie \u00e9lectrique et en math\u00e9matiques de l\u2019Universit\u00e9 du Michigan. Il poursuit ses \u00e9tudes sup\u00e9rieures au M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology<\/em>) sur un analyseur diff\u00e9rentiel m\u00e9canique sous la responsabilit\u00e9 de Vannevar Bush un grand pionnier de l\u2019informatique.<\/p>\n

\u00c0 l\u2019\u00e2ge de 22 ans, Shannon obtient sa ma\u00eetrise (Master\u2019s Thesis<\/em>) au M.I.T. son m\u00e9moire est intitul\u00e9 : A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits<\/em>. Sa th\u00e8se est publi\u00e9e, en 1937, dans le prestigieux Journal of the American Institute of Electrical Engineer<\/em>.<\/p>\n

Il s\u2019agissait d\u2019une approche r\u00e9volutionnaire, utilisant l\u2019alg\u00e8bre de Boole, de l\u2019analyse et de la synth\u00e8se des syst\u00e8mes \u00e0 base de relais pour la commutation t\u00e9l\u00e9phonique. Il est impressionnant de constater que tous les dispositifs modernes \u2013 ordinateurs, t\u00e9l\u00e9phones portables, circuits logiques et \u00e9lectroniques \u2013 s\u2019appuient sur la th\u00e8se de Shannon.<\/p>\n

Shannon obtient son doctorat (Ph.D.<\/em>) en math\u00e9matiques au M.I.T. en 1940. Apr\u00e8s son doctorat, le voil\u00e0 chercheur au c\u00e9l\u00e8bre Institute for Advanced Study<\/em> de Princeton. Il a rejoint les BTL en 1940, et y travaillera jusqu\u2019en 1972. Il sera \u00e9galement membre du Research Electronics Laboratory<\/em> du M.I.T. de 1956 \u00e0 1978.<\/p>\n

Shannon \u00e9tait toujours un amateur de gadgets : \u00ab\u00a0Je me demandais simplement comment les choses peuvent \u00eatre mises ensemble<\/em>\u00a0\u00bb. G\u00e9nie quelque peu excentrique, il traversait les salles de M.I.T. sur un monocycle ou s\u2019amusait \u00e0 jongler. En 1949, Shannon \u00e9pouse Betty (Elizabeth Moore), ils eurent trois enfants : Robert, Andrew et Margarita.<\/p>\n

Le t\u00e9l\u00e9phone et le monde de la d\u00e9fense<\/strong><\/h3>\n

En 1940, Shannon est stagiaire aux BTL<\/em> au sein du d\u00e9partement de recherche en math\u00e9matiques. Il y \u00e9tudie la th\u00e9orie de la commutation t\u00e9l\u00e9phonique. En 1941, il travaille pour la D\u00e9fense des \u00c9tats-Unis, toujours aux BTL<\/em>, sur des syst\u00e8mes de commande de tir et sur la cryptographie. Son travail sur les directeurs antia\u00e9riens est devenu crucial lorsque les bombardiers et les missiles allemands attaqu\u00e8rent Londres pendant le blitz. Il a d\u00e9couvert la formule de gain topologique tout en \u00e9tudiant le fonctionnement d\u2019un ordinateur analogique pour la commande de tir des pi\u00e8ces d\u2019artillerie.<\/p>\n

Avec Harry Nyquist et Homer Dudley, Shannon se penche sur la th\u00e9orie de la cryptologie et les circuits du syst\u00e8me de cryptophonie SIGSALY. En 1942, Shannon invente des graphes de flot pour le signal. En 1944, il \u00e9crit un article sur le codage PCM (Pulse-code modulation<\/em>) pour les t\u00e9l\u00e9phones et con\u00e7oit un convertisseur analogique-num\u00e9rique \u00e0 \u00e9quilibrage de charge. En 1948, son travail permet d\u2019aboutir au c\u00e9l\u00e8bre document, A\u00a0Mathematical Theory of Communication<\/em>, publi\u00e9 en deux parties dans le Bell System Technical Journal<\/em>, puis rassembl\u00e9es dans un livre en 1949.<\/p>\n

Durant les ann\u00e9es quarante, le travail de Shannon sur SIGSALY consiste \u00e0 concevoir le syst\u00e8me dans son principe th\u00e9orique puis les sch\u00e9mas de r\u00e9alisation. En 1950, Shannon s\u2019est int\u00e9ress\u00e9 \u00e0 la programmation d\u2019un ordinateur destin\u00e9 \u00e0 jouer aux \u00e9checs. En appliquant la th\u00e9orie de l\u2019information, avec Edward Thorphe, il invente un moyen de gagner au black jack<\/em> \u00e0 Las Vegas, la d\u00e9sormais c\u00e9l\u00e8bre m\u00e9thode High-Low<\/em> ou Card Counting<\/em>. Il est aussi le co-inventeur du premier ordinateur transportable permettant d\u2019am\u00e9liorer les chances de gagner au jeu de la roulette.<\/p>\n

En 1952, Shannon construit une souris robot nomm\u00e9e Thesus qui apprend \u00e0 courir dans des labyrinthes modifiables de 5 x 5 \u00e9l\u00e9ments avec des commutateurs et des relais. Il invente \u00e9galement un ordinateur, THROBAC (THrifty ROman-numeral BAckward-looking Computer<\/em>) calculant en chiffres romains ! Il con\u00e7oit en 1961 le Minivac 601, un ordinateur professionnel.<\/p>\n

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Son cr\u00e9puscule<\/strong><\/h3>\n

Malheureusement, dans les ann\u00e9es 1990, Shannon d\u00e9veloppe la maladie d\u2019Alzheimer, avec une perte progressive des liens cognitifs de son cerveau. Appliquant sa th\u00e9orie de l\u2019information, Shannon aurait pu dire que toutes les tentatives possibles de correction d\u2019erreur \u00e9chouant, qu\u2019aucun signal significatif ne pouvant passer, en cons\u00e9quence la bande passante tombe \u00e0 z\u00e9ro\u2026 Claude E. Shannon est d\u00e9c\u00e9d\u00e9 le 24\u00a0f\u00e9vrier 2001, \u00e0 l\u2019\u00e2ge de 84 ans.<\/p>\n

Th\u00e9orie de l\u2019information<\/strong><\/h3>\n

En 1948, le papier de Shannon A Mathematical Theory of Communication<\/em>, se focalise sur la meilleure fa\u00e7on de coder l\u2019information qu\u2019un exp\u00e9diteur souhaite transmettre. Dans cet ouvrage fondamental, il utilise les outils de la th\u00e9orie des probabilit\u00e9s, d\u00e9velopp\u00e9s par Norbert Wiener.<\/p>\n

Ce document lui a servi de fondement \u00e0 la th\u00e9orie de l\u2019information. Shannon y a d\u00e9fini math\u00e9matiquement la notion d\u2019information pour les ing\u00e9nieurs des t\u00e9l\u00e9communications ainsi qu\u2019un moyen pr\u00e9cis de la quantifier : l\u2019\u00e9l\u00e9ment binaire autrement dit le bit. Il a d\u00e9velopp\u00e9 la notion d\u2019entropie de l\u2019information d\u2019un message comme mesure de l\u2019incertitude, inventant ainsi l\u2019essence m\u00eame de la th\u00e9orie de l\u2019information. Shannon a montr\u00e9 comment les donn\u00e9es pouvaient \u00eatre \u00ab\u00a0compress\u00e9es\u00a0\u00bb et comment obtenir une transmission sans erreur.<\/p>\n

La contribution fondamentale de Shannon au traitement des langues naturelles et de la linguistique a \u00e9t\u00e9 poursuivie dans
\nson article, Prediction and Entropy of Printed English<\/em>. En 1951, Shannon a calcul\u00e9 les limites sup\u00e9rieure et inf\u00e9rieure de l\u2019entropie sur les statistiques de l\u2019Anglais, ouvrant la voie \u00e0 l\u2019analyse statistique des langages. Shannon a prouv\u00e9 que consid\u00e9rer les espaces comme la 27e lettre de l\u2019alphabet abaisse l\u2019incertitude dans les langues \u00e9crites, fournissant un lien quantifiable clair entre la pratique culturelle et la cognition probabiliste.<\/p>\n

Shannon a pr\u00e9sent\u00e9 la th\u00e9orie de l\u2019\u00e9chantillonnage c\u2019est-\u00e0-dire la repr\u00e9sentation d\u2019un signal continu par un ensemble discret uniforme d\u2019\u00e9chantillons. Cette th\u00e9orie est essentielle dans les t\u00e9l\u00e9communications et a jou\u00e9 un r\u00f4le d\u00e9cisif dans la num\u00e9risation des transmissions \u00e0 partir des ann\u00e9es 1960, mais aussi de tous les m\u00e9dias.<\/p>\n

Bits, correction d\u2019erreur et quantification de l\u2019information<\/strong><\/h3>\n

Shannon a d\u00e9fini la quantit\u00e9 d\u2019information produite par une source dans une formule analogue \u00e0 l\u2019entropie thermodynamique. Il a \u00e9galement analys\u00e9 la capacit\u00e9 d\u2019envoyer des informations par le biais d\u2019un canal de communication. Il a montr\u00e9 qu\u2019existe un d\u00e9bit maximum c\u2019est-\u00e0-dire la bande passante du canal (voir ci-dessous). Il relie la vitesse en bauds au rapport signal\/bruit et \u00e0 la bande passante. Shannon d\u00e9finit l\u2019entropie de l\u2019information comme le nombre de chiffres binaires requis pour coder un message. En 1948, cette num\u00e9risation de l\u2019information \u00e9tait une approche r\u00e9volutionnaire. C\u2019est dans ce papier que Shannon introduit le mot bit<\/em> ou chiffre binaire.<\/p>\n

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Shannon a d\u00e9montr\u00e9 math\u00e9matiquement qu\u2019une communication parfaite, sans erreur et dans un canal bruyant, exige que le taux de transmission soit au sein de la bande passante du canal et que les codes de correction d\u2019erreurs sont n\u00e9cessaires pour restaurer les donn\u00e9es du signal brouill\u00e9. L\u2019\u00e9lectronique moderne d\u2019aujourd\u2019hui, allant des codecs audio et vid\u00e9o, aux mobiles et au cin\u00e9ma Blu-Ray, s\u2019appuie sur les th\u00e9ories math\u00e9matiques de Shannon et les corrections d\u2019erreurs.<\/p>\n

Claude Shannon et SIGSALY<\/strong><\/h3>\n

Aux BTL<\/em> de New York, Shannon a particip\u00e9 avec Harry Nyquist et Homer Dudley (l\u2019inventeur du VOCODER), \u00e0 la conception de SIGSALY. Parmi ses nombreuses innovations figurent la modulation par impulsions cod\u00e9es et la d\u00e9finition du bit d\u2019information.<\/p>\n

Son \u00e9quation pour l\u2019information est : h(p) = -log<\/strong>b<\/sub> (p)<\/strong>. Shannon a pos\u00e9 la question : \u00ab\u00a0Qu\u2019est-ce que la base b ? c\u2019est une unit\u00e9 d\u2019information qui repr\u00e9sente un choix entre deux possibilit\u00e9s \u00e9gales<\/em>\u00a0\u00bb Supposons deux symboles, S1<\/strong> et S2<\/strong>, avec une probabilit\u00e9 de 50\u00a0% chacun.<\/p>\n

P = 0,5<\/strong> et h = -log<\/strong>b<\/sub> (0,5)<\/strong> = log<\/strong>b<\/sub> (2) = 1<\/strong>, donc b = 2<\/strong>. L\u2019unit\u00e9 d\u2019information de Shannon est le bit !<\/p>\n

Shannon a mis en \u00e9vidence la dualit\u00e9 entre syst\u00e8me de transmission et syst\u00e8me de protection de l\u2019information : l\u2019analyse des lignes t\u00e9l\u00e9phoniques bruyantes et des messages cod\u00e9s ont la m\u00eame formulation math\u00e9matique. L\u2019objectif d\u2019un syst\u00e8me de transmission est de r\u00e9duire l\u2019entropie et de garantir une r\u00e9cup\u00e9ration pr\u00e9cise des informations transmises. L\u2019objectif d\u2019un syst\u00e8me de protection de l\u2019information est d\u2019augmenter l\u2019entropie de l\u2019information transmise, tout en permettant sa r\u00e9cup\u00e9ration \u00e0 l\u2019aide d\u2019une cl\u00e9 unique.<\/p>\n

Shannon a d\u00e9montr\u00e9 math\u00e9matiquement que SIGSALY est un syst\u00e8me de chiffrement incassable. Cela a conduit \u00e0 son article de r\u00e9f\u00e9rence The Communication Theory of Secrecy Systems<\/em>. Par la suite, Shannon a bri\u00e8vement rencontr\u00e9 Alan Turing aux BTL<\/em>, mais ils n\u2019ont pas pu discuter de SIGSALY en raison de la classification du sujet.<\/p>\n

En 1945, le rapport technique du comit\u00e9 de recherche sur la d\u00e9fense nationale (National Defense Research Committee<\/em>) sur les commandes de tir comprenait un article intitul\u00e9 Data Smoothing and Prediction in Fire-Control Systems<\/em>, par Shannon, Blackman et Bode. Ce papier quantifie le probl\u00e8me du lissage des donn\u00e9es dans les commandes de tir analogiques c\u2019est-\u00e0-dire \u00ab\u00a0le probl\u00e8me de la s\u00e9paration du signal du bruit parasite dans les syst\u00e8mes de communications<\/em>\u00a0\u00bb. Il a ainsi mod\u00e9lis\u00e9 le probl\u00e8me en termes de donn\u00e9es et de traitement du signal.<\/p>\n

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Shannon et la cryptographie, la preuve du secret parfait<\/strong><\/h3>\n

En 1940, Shannon exprime sa version du principe de Kerckhoff, connue sous le nom de \u00ab\u00a0Maxime de Shannon\u00a0\u00bb : \u00ab\u00a0L\u2019ennemi conna\u00eet le syst\u00e8me<\/em>\u00a0\u00bb. En septembre\u00a01945, il \u00e9crit un m\u00e9moire classifi\u00e9 intitul\u00e9 Communication Theory of Secrecy Systems<\/em>, o\u00f9 il prouve que tous les syst\u00e8mes de chiffrement th\u00e9oriquement incassables doivent avoir les m\u00eames exigences qu\u2019une cl\u00e9 al\u00e9atoire une fois<\/em>. Il s\u2019agit du syst\u00e8me de chiffrement de Vernam<\/em> autrement appel\u00e9 \u00e0 masque jetable<\/em> chiffrant le message avec une vraie cl\u00e9 al\u00e9atoire. Shannon a montr\u00e9 que la cl\u00e9 al\u00e9atoire doit avoir la m\u00eame longueur que le message. Shannon a prouv\u00e9 avec rigueur que cette m\u00e9thode de chiffrement est inviolable. \u00c0 ce jour, il n\u2019existe aucun autre syst\u00e8me de chiffrement r\u00e9put\u00e9 incassable. Une version d\u00e9classifi\u00e9e de cet article a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9e en 1949 dans le Bell System Technical Journal<\/em>.<\/p>\n

Shannon a d\u00e9clar\u00e9 que ses id\u00e9es, durant la guerre, sur la th\u00e9orie de la communication et la cryptographie se sont d\u00e9velopp\u00e9es simultan\u00e9ment et qu\u2019\u00ab\u00a0elles sont si proches, qu\u2019on ne peut les s\u00e9parer\u00a0<\/em>\u00bb. Dans une note de bas de page au d\u00e9but du rapport classifi\u00e9, Shannon annonce son intention de \u00ab\u00a0d\u00e9velopper ces r\u00e9sultats\u2026 dans un prochain m\u00e9morandum sur la transmission de l\u2019information<\/em>\u00a0\u00bb. Ainsi, les travaux de Shannon sur SIGSALY, l\u2019ont amen\u00e9 \u00e0 \u00e9crire ses deux documents de recherche les plus fondamentaux !<\/p>\n

Conclusion<\/strong><\/h3>\n
\"\"

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Les importants travaux de Shannon sur les communications modernes, la cryptologie et la th\u00e9orie de l\u2019information ont eu un impact universel. Son flot ininterrompu de nouvelles th\u00e9ories, de d\u00e9monstrations, de documents et de r\u00e9alisations mat\u00e9rielles a dur\u00e9 de 1937 jusqu\u2019aux ann\u00e9es 1980. Sans la contribution cruciale de Claude Shannon \u00e0 la science de l\u2019information, il serait difficile d\u2019imaginer l\u2019existence des m\u00e9dias num\u00e9riques, des communications ou de l\u2019Internet d\u2019aujourd\u2019hui.<\/p>\n

L\u2019influence de Claude Elwood Shannon se perp\u00e9tue, car ce g\u00e9nie a cr\u00e9\u00e9 les bases des technologies de l\u2019information et de la communication qui interconnectent notre monde moderne.<\/p>\n

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Cet article a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 dans la revue de l\u2019ARCSI. L\u2019ARCSI est un r\u00e9seau de comp\u00e9tences en mati\u00e8re de cryptologie et de cyber-s\u00e9curit\u00e9, riche patrimoine de mat\u00e9riels et de documents qui f\u00eatera ses 90 ans en 2018. \u00ab\u00a0Nous connaissons le pass\u00e9, mais nous ne pouvons pas le contr\u00f4ler. Nous contr\u00f4lons l\u2019avenir, mais nous ne pouvons […]<\/p>\n","protected":false},"author":65,"featured_media":2148,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_et_pb_use_builder":"","_et_pb_old_content":"","_et_gb_content_width":"","_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[164,135],"tags":[],"class_list":["post-2131","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-intelligence-artificielle","category-tribune","et-has-post-format-content","et_post_format-et-post-format-standard"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2131","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/65"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=2131"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2131\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/2148"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=2131"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=2131"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/variances.eu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=2131"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}