Шифр цезаря на страже it безопасности

Асимметричное шифрование

Данный тип шифрования принято называть криптографией с открытым ключом, причем используется два ключа, один из которых, используемый для шифрования, носит открытый характер и известен широкой общественности, в то время как второй, используемый для дешифровки, известен лишь пользователю соответствующего ключа и является закрытым. За счет связи ключей при помощи математических вычислений, данные, при шифровании которых применялся открытый ключ, могут быть дешифрованы только соответствующим ключом закрытого типа, за счет чего удается решить проблему симметричного шифрования управления ключами. Однако подобная особенность шифрования с открытым ключом, носящая уникальных характер, приводит к повышению степени уязвимости для атак.

Кроме того, методы асимметричного шифрования, требующие значительных вычислительных мощностей, по сравнению с симметричным шифрованием, практически в тысячу раз медленней. В качестве методов преобразования данных в нечитаемую форму обычно применяются методы, связанные с перестановкой и заменой. Одним из примеров метода подстановки как раз и является шифр Цезаря, который отличается достаточно простым алгоритмом шифрования и дешифрования. Для того, чтобы расшифровать систему, даже не нужно знать ключ шифрования, который достаточно легко взломать при помощи изменения порядка шифрования и изменения порядка алфавита.

В том случае, если достоверно известно, что при кодировке использовался шифр Цезаря, то для того, чтобы выполнить криптоанализ методом грубой силы, потребуется всего лишь перебрать 26 ключей, применительно к английскому языку, учитывая известность шифрования и дешифровки. Кроме того, если стала известна одна буква, то определив смещение можно достаточно оперативно расшифровать все сообщение. Одним из наиболее распространенных методов, используемых в криптоанализе, является «Частотный анализ», предполагающий, что в длинных текстах, причем для разных текстов одного языка, частота появления заданной буквы алфавита – не меняется. Особую известность метод частотного криптоанализа получил в 1822 году, в процессе дешифровки египетских иероглифов. Начиная с середины прошлого века, разработка подавляющей части алгоритмов шифрования осуществляется с учетом устойчивости к частотному криптоанализу, в связи с чем он, как правило, применяется в процессе обучения будущих криптографов.

Source code

dCode retains ownership of the online ‘Caesar Cipher’ tool source code. Except explicit open source licence (indicated CC / Creative Commons / free), any ‘Caesar Cipher’ algorithm, applet or snippet (converter, solver, encryption / decryption, encoding / decoding, ciphering / deciphering, translator), or any ‘Caesar Cipher’ function (calculate, convert, solve, decrypt / encrypt, decipher / cipher, decode / encode, translate) written in any informatic language (Python, Java, PHP, C#, Javascript, Matlab, etc.) and no data download, script, copy-paste, or API access for ‘Caesar Cipher’ will be for free, same for offline use on PC, tablet, iPhone or Android ! dCode is free and online.

История и использование

Шифр Цезаря назван в честь Юлия Цезаря , который использовал алфавит, в котором расшифровка сдвигала три буквы влево.

Шифр Цезаря назван в честь Юлия Цезаря , который, согласно Светонию , использовал его со сдвигом на три (A становится D при шифровании, а D становится A при дешифровании) для защиты сообщений, имеющих военное значение. Хотя Цезарь был первым зарегистрированным применением этой схемы, известно, что другие шифры подстановки использовались и раньше.

Его племянник, Август , также использовал шифр, но со сдвигом вправо на единицу, и он не переходил в начало алфавита:

Существуют свидетельства того, что Юлий Цезарь также использовал более сложные системы, и один писатель, Авл Геллий , ссылается на (ныне утерянный) трактат о своих шифрах:

Неизвестно, насколько эффективным был шифр Цезаря в то время, но он, вероятно, был достаточно надежным, не в последнюю очередь потому, что большинство врагов Цезаря были неграмотными, а другие предположили, что сообщения были написаны на неизвестном иностранном языке. В то время нет никаких записей о каких-либо методах решения простых подстановочных шифров. Самые ранние сохранившиеся записи относятся к работам Аль-Кинди 9-го века в арабском мире с открытием частотного анализа .

Шифр Цезаря со сдвигом на единицу используется на обратной стороне мезузы для шифрования имен Бога . Это может быть пережитком более ранних времен, когда евреям не разрешалось есть мезузот. Сами буквы криптограммы содержат религиозно значимое «божественное имя», которое, согласно православной вере, сдерживает силы зла.

В 19 веке раздел личной рекламы в газетах иногда использовался для обмена сообщениями, зашифрованными с использованием простых схем шифрования. Кан (1967) описывает случаи, когда любовники участвовали в секретных сообщениях, зашифрованных с помощью шифра Цезаря в The Times . Даже в 1915 году шифр Цезаря использовался: русская армия использовала его как замену более сложным шифрам, которые оказались слишком трудными для освоения их войсками; Немецким и австрийским криптоаналитикам не составило труда расшифровать свои сообщения.

Конструкция из двух вращающихся дисков с шифром Цезаря может использоваться для шифрования или дешифрования кода.

Шифры Цезаря сегодня можно найти в детских игрушках, таких как секретные кольца-декодеры . Сдвиг Цезаря на тринадцать также выполняется в алгоритме ROT13 , простом методе обфускации текста, широко распространенном в Usenet и используемом для затемнения текста (например, анекдотов и спойлеров рассказов ), но серьезно не используемого в качестве метода шифрования.

В шифре Виженера используется шифр Цезаря с различным сдвигом в каждой позиции текста; значение сдвига определяется с помощью повторяющегося ключевого слова. Если длина ключевого слова равна длине сообщения, оно выбрано случайным образом , никогда не становится известно никому и никогда не используется повторно, это одноразовый блокнотный шифр, который доказал свою нерушимость. Условия настолько трудны, что на практике они никогда не достигаются. Ключевые слова короче сообщения (например, « », использовавшаяся Конфедерацией во время Гражданской войны в США ), вводят циклический паттерн, который может быть обнаружен с помощью статистически продвинутой версии частотного анализа.

В апреле 2006 года беглый босс мафии Бернардо Провенцано был схвачен на Сицилии отчасти из-за того, что некоторые из его сообщений, неуклюже написанных с использованием шифра Цезаря, были взломаны. В шифре Провенцано использовались числа, так что «A» записывалось как «4», «B» как «5» и так далее.

В 2011 году Раджиб Карим был осужден в Соединенном Королевстве за «террористические преступления» после того, как использовал шифр Цезаря для общения с бангладешскими исламскими активистами, обсуждая заговоры с целью взорвать самолеты British Airways или нарушить работу их ИТ-сетей. Хотя стороны имели доступ к гораздо более совершенным методам шифрования (сам Карим использовал PGP для хранения данных на дисках компьютеров), они решили использовать свою собственную схему (реализованную в Microsoft Excel ), отказавшись от более сложной программы кода под названием «Секреты моджахедов», «потому что кафры «или неверующие знают об этом, поэтому он должен быть менее безопасным». Это представляло собой применение безопасности через безвестность .

Симметричное шифрование

Криптография с симметричным ключом предполагает использование одного ключа как для шифрования, так и для дешифровки, причем данный метод известен еще как криптография с закрытым ключом, которые могут обновляться с целью получения дополнительных ключей.

Данный подход, по сравнению с асимметричным, является более эффективным и оперативным, а генерация ключа проводится соответствующим алгоритмом шифрования, который далее отправляется в секцию получателя. Метод симметричного шифрования пронизан целым рядом проблем, так как защищенных каналов в природе практически не существует, в связи с чем передача ключа осуществляется вместе с данными, что значительно снижает эффективность полосы пропускания, при этом увеличивая расходы.

Почему шифрование слабое?

Как бы ни был прост в понимании и применении шифр Цезаря, он облегчает любому взлом дешифровки без особых усилий.

Шифр Цезаря – это метод подстановочного шифрования, при котором мы заменяем каждый символ в тексте некоторым фиксированным символом.

Если кто-то обнаружит регулярность и закономерность появления определенных символов в шифротексте, он быстро определит, что для шифрования текста был использован шифр Цезаря.

Если убедиться, что для шифрования текста использовалась техника шифра Цезаря, то восстановить оригинальный текст без ключа будет проще простого.

Простой алгоритм Brute Force вычисляет оригинальный текст за ограниченное время.

Атака методом перебора

Взлом шифротекста с помощью шифра Цезаря – это просто перебор всех возможных ключей.

Это осуществимо, потому что может существовать только ограниченное количество ключей, способных генерировать уникальный шифротекст.

Например, если в шифротексте зашифрованы все строчные буквы, то все, что нам нужно сделать, это запустить шаг расшифровки со значениями ключа от 0 до 25.

Даже если бы пользователь предоставил ключ выше 25, он выдал бы шифротекст, равный одному из шифротекстов, сгенерированных с ключами от 0 до 25.

Давайте рассмотрим шифротекст, в котором зашифрованы все строчные символы, и посмотрим, сможем ли мы извлечь из него разумный шифротекст с помощью атаки “методом перебора”.

У нас есть текст:

Сначала определим функцию расшифровки, которая принимает шифротекст и ключ и расшифровывает все его строчные буквы.

Теперь у нас есть наш текст, но мы не знаем ключа, т.е. значения смещения. Давайте напишем атаку методом перебора, которая пробует все ключи от 0 до 25 и выводит каждую из расшифрованных строк:

В выводе перечислены все строки, которые могут быть получены в результате расшифровки.

Если вы внимательно посмотрите, строка с ключом 14 является правильным английским высказыванием и поэтому является правильным выбором.

Теперь вы знаете, как взломать шифр с помощью шифра Цезаря.

Мы могли бы использовать другие более сильные варианты шифра Цезаря, например, с использованием нескольких сдвигов (шифр Виженера), но даже в этих случаях определенные злоумышленники могут легко расшифровать правильную расшифровку.

Поэтому алгоритм шифрования Цезаря относительно слабее современных алгоритмов шифрования.

Множественные смещения (шифрование по Виженеру)

До сих пор мы использовали одно значение сдвига (ключ) для сдвига всех символов в строках на одинаковое количество позиций.

Мы также можем попробовать вариант, в котором мы будем использовать не одну клавишу, а последовательность клавиш для выполнения различных сдвигов в разных позициях текста.

Например, допустим, мы используем последовательность из 4 клавиш: 1,5,2,3] При таком методе наш первый символ в тексте сдвинется на одну позицию, второй – на пять позиций,

третий символ на две позиции, четвертый на три позиции, а затем снова пятый символ будет сдвинут на одну позицию, и так далее.

Это улучшенная версия шифра Цезаря, которая называется шифром Виженера.

Давайте применим шифр Виженера на практике.

Функция выполняет как шифрование, так и дешифрование, в зависимости от значения булевого параметра “decrypt”.

Мы отслеживаем общее количество зашифрованных/расшифрованных строчных букв с помощью переменной i, используем ее с оператором modulus, чтобы определить, какой ключ из списка использовать следующим.

Обратите внимание, что мы сделали операцию сдвига очень компактной; это эквивалентно многоэтапному процессу преобразования между Unicode и символьными значениями и вычисления сдвига, который мы видели ранее. Давайте попробуем использовать эту функцию на примере другого простого текста:

Давайте попробуем использовать эту функцию на примере другого простого текста:

Здесь мы выполняем шифрование, используя ключи , и, как и ожидалось, первый символ “w” был сдвинут на одну позицию к “x”,

второй символ “e” сдвинут на две позиции к “g”; третий символ “w” сдвинут на три позиции к “z”.

Этот процесс повторяется со следующими символами.

Выполните процесс расшифровки с теми же ключами и посмотрите, сможете ли вы снова восстановить исходное заявление.

Примечания

1. , pp. 19.
2. ↑ .
3. Fundamentals of Computer Security (англ.)
4. , pp. 14–20.
5. Alexander Poltorak. . chabad.org. Дата обращения: 13 июня 2008.
6. , pp. 775–6.
7. , pp. 631–2.
8. , pp. 20.
9. , с. 239-246.
10. .
11. Reynard, Robert. Secret Code Breaker: A Cryptanalyst’s Handbook (англ.). — 1996. — P. 92—51. — ISBN 1-889668-00-1).
12. Beutelspacher, Albrecht (англ.)русск.. Cryptology (неопр.). — Mathematical Association of America, 1994. — С. 8—9. — ISBN 0-88385-504-6.
13. Elementary Cryptanalysis (англ.): A Mathematical Approach
14. , pp. 72–77.
15. Savarese, Chris; Brian Hart. (15 июля 2002). Дата обращения: 16 июля 2008.
16. , pp. 31.

Пример

Преобразование может быть представлено выравниванием двух алфавитов; шифралфавит — это простой алфавит, повернутый влево или вправо на некоторое количество позиций. Например, вот шифр Цезаря, использующий вращение влево на три позиции, что эквивалентно сдвигу вправо, равному 23 (параметр сдвига используется в качестве ключа ):

Простой	А	B	C	D	E	F	грамм	ЧАС	я	J	K	L	M	N	О	п	Q	р	S	Т	U	V	W	Икс	Y	Z
Шифр	Икс	Y	Z	А	B	C	D	E	F	грамм	ЧАС	я	J	K	L	M	N	О	п	Q	р	S	Т	U	V	W

При шифровании человек просматривает каждую букву сообщения в «простой» строке и записывает соответствующую букву в строке «шифр».

Plaintext:  THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG
Ciphertext: QEB NRFZH YOLTK CLU GRJMP LSBO QEB IXWV ALD

Расшифровка производится в обратном порядке, со сдвигом вправо на 3.

Шифрование также можно представить с помощью модульной арифметики , сначала преобразуя буквы в числа по схеме A → 0, B → 1, …, Z → 25. Можно описать шифрование буквы x с помощью сдвига n. математически как,

E п ( Икс ) знак равно ( Икс + п ) мод 26. {\ displaystyle E_ {n} (x) = (x + n) \ mod {26}.}

Расшифровка производится аналогично,

D п ( Икс ) знак равно ( Икс — п ) мод 26. {\ displaystyle D_ {n} (x) = (xn) \ mod {26}.}

(Есть разные определения для операции по модулю . В приведенном выше примере результат находится в диапазоне от 0 до 25; то есть, если x + n или x — n не находятся в диапазоне от 0 до 25, мы должны вычесть или добавить 26 .)

Замена остается неизменной на протяжении всего сообщения, поэтому шифр классифицируется как тип моноалфавитной замены , в отличие от полиалфавитной замены .

История и применение

Шифр Цезаря назван в честь Гая Юлия Цезаря, который использовал его с левым сдвигом на 3

Шифр Цезаря называют в честь Юлия Цезаря, который согласно «Жизни двенадцати цезарей» Светония использовал его со сдвигом 3, чтобы защищать военные сообщения. Хотя Цезарь был первым зафиксированным человеком, использующим эту схему, другие шифры подстановки, как известно, использовались и ранее.

Если у него было что-либо конфиденциальное для передачи, то он записывал это шифром, то есть так изменял порядок букв алфавита, что нельзя было разобрать ни одно слово. Если кто-либо хотел дешифровать его и понять его значение, то он должен был подставлять четвертую букву алфавита, а именно, D, для A, и так далее, с другими буквами.Гай Светоний Транквилл Жизнь двенадцати цезарей, Книга первая, гл. 56

Его племянник, Август, также использовал этот шифр, но со сдвигом вправо на один, и он не повторялся к началу алфавита:

Всякий раз, когда он записывал шифром, он записал B для A, C для B, и остальной части букв на том же самом принципе, используя AA для X.Гай Светоний Транквилл Жизнь двенадцати цезарей, Книга вторая, гл. 88

Есть доказательства, что Юлий Цезарь использовал также и более сложные схемы.

Неизвестно, насколько эффективным шифр Цезаря был в то время, но, вероятно, он был разумно безопасен, не в последнюю очередь благодаря тому, что большинство врагов Цезаря были неграмотными, и многие предполагали, что сообщения были написаны на неизвестном иностранном языке. Нет никаких свидетельств того времени касательно методов взлома простых шифров подстановки. Самые ранние сохранившиеся записи о частотном анализе — это работы Ал-Кинди 9-го века об открытии частотного анализа.

Шифр Цезаря со сдвигом на один используется на обратной стороне мезузы, чтобы зашифровать имена Бога. Это может быть пережитком с раннего времени, когда еврейскому народу не разрешили иметь мезузы.

В XIX веке личная секция рекламных объявлений в газетах иногда использовалась, чтобы обмениваться сообщениями, зашифрованными с использованием простых шифров. Кан (1967) описывает случаи когда любители участвовали в секретных коммуникациях, зашифрованных с использованием шифра Цезаря в «Таймс». Даже позднее, в 1915, шифр Цезаря находил применение: российская армия использовала его как замену для более сложных шифров, которые оказались слишком сложными для войск; у немецких и австрийских криптоаналитиков были лишь небольшие трудности в расшифровке этих сообщений.

Шифр Цезаря со сдвигом тринадцать также используется в алгоритме ROT13, простом методе запутывания текста, широко используемого в Usenet, и используется скорее как способ сокрытия спойлеров, чем как метод шифрования.
Шифр Виженера использует шифр Цезаря с различными сдвигами в каждой позиции в тексте; значение сдвига определяется с помощью повторяющегося ключевого слова. Если ключевое слово такое же длинное, как и сообщение, сгенерировано случайным образом, содержится в тайне и используется лишь однократно — такая схема называется схема одноразовых блокнотов — и это единственная система шифрования, для которой доказана абсолютная криптографическая стойкость.

Ключевые слова короче чем сообщение (например, «Complete Victory», используемое Конфедерацией во время гражданской войны в США), вводят циклический образец, который мог бы быть обнаружен с помощью улучшенной версии частотного анализа.

В апреле 2006 беглый босс Мафии Бернардо Провенцано был пойман в Сицилии частично из-за криптоанализа его сообщений, написанных с использованием вариации шифра Цезаря. В шифре Провенцано буквы сначала заменялись на числа — порядковые номера букв в алфавите, а уже к полученной последовательности чисел применялся шифр Цезаря — так, чтобы при сдвиге на 3 «A» была написана как «4», «B» как «5», и так далее.

Часто для удобства использования шифра Цезаря используют два насаженных на общую ось диска разного диаметра с нарисованными по краям дисков алфавитами. Изначально диски поворачиваются так, чтобы напротив каждой буквы алфавита внешнего диска находилась та же буква алфавита малого диска. Если теперь повернуть внутренний диск на несколько символов, то мы получим соответствие между символами внешнего диска и внутреннего — шифр Цезаря. Получившийся диск можно использовать как для шифрования, так и для расшифровки.

Например, если внутреннее колесо повернуть так, чтобы символу A внешнего диска соответствовал символ D внутреннего диска, то мы получим шифр со сдвигом 3 влево.

Расшифровка прописных букв

Теперь, когда мы разобрались с шифрованием открытого текста с помощью шифра Цезаря в верхнем регистре, давайте посмотрим, как мы будем расшифровывать шифрованный текст в открытый.

Ранее мы рассмотрели математическую формулировку процесса шифрования. Теперь проверим то же самое для процесса расшифровки.

Смысл обозначений остается таким же, как и в предыдущей формуле.

Если после вычитания какое-либо значение становится отрицательным, оператор modulus позаботится об этом и обернет его.

Давайте рассмотрим пошаговую реализацию процесса расшифровки, который будет более или менее противоположен шифрованию:

• Определите количество смен
• Итерация по каждому символу зашифрованного текста:
  1. Если символ является заглавной буквой:
     1. Вычислить позицию/индекс символа в диапазоне 0-25.
     2. Выполните отрицательный сдвиг, используя операцию modulo.
     3. Найдите символ в новой позиции.
     4. Замените текущую зашифрованную букву на этот новый символ (который также будет заглавной буквой).
     5. В противном случае, если символ не является заглавным, оставьте его без изменений.

Давайте напишем код для приведенной выше процедуры:

Обратите внимание, как мы успешно восстановили оригинальный текст “HELLO WORLD” из его зашифрованной формы

Взлом шифра

Сдвиг дешифрования	Открытый текст кандидата
exxegoexsrgi
1	dwwdfndwrqfh
2	cvvcemcvqpeg
3	buubdlbupodf
4	атака сразу
5	zsszbjzsnmbd
6	yrryaiyrmlac
…
23	haahjrhavujl
24	gzzgiqgzutik
25	fyyfhpfytshj

Шифр Цезаря может быть легко взломан даже при использовании только зашифрованного текста . Можно рассмотреть две ситуации:

1. злоумышленник знает (или догадывается), что был использован какой-то простой шифр подстановки, но не специально, что это схема Цезаря;
2. злоумышленник знает, что используется шифр Цезаря, но не знает значения сдвига.

В первом случае шифр можно взломать с использованием тех же методов, что и для обычного простого шифра подстановки, такого как частотный анализ или шаблонные слова. Во время решения злоумышленник, вероятно, быстро заметит закономерность в решении и сделает вывод, что шифр Цезаря — это конкретный используемый алгоритм.

Распределение букв в типичном образце текста на английском языке имеет характерную и предсказуемую форму. Сдвиг Цезаря «вращает» это распределение, и можно определить сдвиг, исследуя результирующий частотный график.

Во втором случае сломать схему еще проще. Поскольку существует только ограниченное количество возможных сдвигов (25 на английском языке), каждый из них может быть протестирован по очереди с помощью грубой силы . Один из способов сделать это — записать фрагмент зашифрованного текста в таблицу всех возможных сдвигов — метод, иногда известный как «завершение простого компонента». Данный пример относится к зашифрованному тексту « EXXEGOEXSRGI »; открытый текст мгновенно распознается глазом при сдвиге в четыре раза. Другой способ рассмотрения этого метода состоит в том, что под каждой буквой зашифрованного текста весь алфавит записывается в обратном порядке, начиная с этой буквы. Эту атаку можно ускорить, используя набор полосок, на которых алфавит записан в обратном порядке. Затем полосы выравниваются, чтобы сформировать зашифрованный текст вдоль одной строки, а открытый текст должен появиться в одной из других строк.

Другой подход грубой силы — сопоставление частотного распределения букв. Построив график частот букв в зашифрованном тексте и зная ожидаемое распределение этих букв в исходном языке открытого текста, человек может легко определить значение сдвига, глядя на смещение конкретных элементов графика. Это называется частотным анализом . Например, в английском языке частоты открытого текста букв E , T (обычно наиболее частые) и Q , Z (обычно наименее частые) особенно различимы. Компьютеры также могут делать это, измеряя, насколько хорошо фактическое распределение частот совпадает с ожидаемым распределением; например, можно использовать статистику хи-квадрат .

Для открытого текста на естественном языке обычно будет только одно правдоподобное дешифрование, хотя для очень коротких открытых текстов возможно несколько кандидатов. Например, зашифрованный текст MPQY может быть правдоподобно расшифрован как « аден » или « знать » (при условии, что открытый текст на английском языке); аналогично « АЛИИП » с « куклами » или « колесом »; и « AFCCP » до « Jolly » или « приветствие » (смотри также Юнисити расстояние ).

С шифром Цезаря многократное шифрование текста не обеспечивает дополнительной безопасности. Это потому , что две шифровки, скажем, сдвиг А и сдвиг B , будет эквивалентна одному шифрования со сдвигом A + B . С математической точки зрения, набор операций шифрования под каждым возможным ключом образует группу по составу .

Шифр Цезаря в Python на примере английского алфавита

Прежде чем мы погрузимся в определение функций для процесса шифрования и расшифровки шифра Цезаря в Python, мы сначала рассмотрим две важные функции, которые мы будем использовать в процессе – chr() и ord().

Важно понимать, что алфавит в том виде, в котором мы его знаем, хранится в памяти компьютера по-разному. Сам компьютер не понимает алфавит английского языка или другие символы

Сам компьютер не понимает алфавит английского языка или другие символы.

Каждый из этих символов представлен в памяти компьютера с помощью числа, называемого кодом символов ASCII (или его расширением – Unicode), который представляет собой 8-битное число и кодирует почти все символы, цифры и пунктуацию.

Например, заглавная буква “А” представлена числом 65, “В” – 66 и так далее. Аналогично, представление строчных символов начинается с числа 97.

Когда возникла необходимость включить больше символов и знаков из других языков, 8 бит оказалось недостаточно, поэтому был принят новый стандарт – Unicode, который представляет все используемые в мире символы с помощью 16 бит.

ASCII является подмножеством Unicode, поэтому кодировка символов ASCII остается такой же в Unicode. Это означает, что ‘A’ все равно будет представлено с помощью числа 65 в Юникоде.

Обратите внимание, что специальные символы, такие как пробел ” “, табуляция “\t”, новая строка “\N” и т.д., также представлены в памяти своим Юникодом. Мы рассмотрим две встроенные функции Python, которые используются для поиска представления символа в Unicode и наоборот

Мы рассмотрим две встроенные функции Python, которые используются для поиска представления символа в Unicode и наоборот.

Цифровые шифры

В отличие от шифровки текста алфавитом и символами, здесь используются цифры. Рассказываем о способах и о том, как расшифровать цифровой код.

Двоичный код

Текстовые данные вполне можно хранить и передавать в двоичном коде. В этом случае по таблице символов (чаще всего ASCII) каждое простое число из предыдущего шага сопоставляется с буквой: 01100001 = 97 = «a», 01100010 = 98 = «b», etc

При этом важно соблюдение регистра

Расшифруйте следующее сообщение, в котором использована кириллица:

Шифр A1Z26

Это простая подстановка, где каждая буква заменена её порядковым номером в алфавите. Только нижний регистр.

Попробуйте определить, что здесь написано:

Шифрование публичным ключом

Алгоритм шифрования, применяющийся сегодня буквально во всех компьютерных системах. Есть два ключа: открытый и секретный. Открытый ключ — это большое число, имеющее только два делителя, помимо единицы и самого себя. Эти два делителя являются секретным ключом, и при перемножении дают публичный ключ. Например, публичный ключ — это 1961, а секретный — 37 и 53.

Открытый ключ используется, чтобы зашифровать сообщение, а секретный — чтобы расшифровать.

Как-то RSA выделила 1000 $ в качестве приза тому, кто найдет два пятидесятизначных делителя числа:

Шифр Цезаря

Итак, после небольшого введения в цикл, я предлагаю все-таки перейти к основной теме сегодняшней статьи, а именно к Шифру Цезаря.

Что это такое?

Шифр Цезаря — это простой тип подстановочного шифра, где каждая буква обычного текста заменяется буквой с фиксированным числом позиций вниз по алфавиту. Принцип его действия можно увидеть в следующей иллюстрации:

Какими особенностями он обладает?

У Шифра Цезаря, как у алгоритма шифрования, я могу выделить две основные особенности. Первая особенность — это простота и доступность метода шифрования, который, возможно поможет вам погрузится в эту тему, вторая особенность — это, собственно говоря, сам метод шифрования.

Программная реализация

В интернете существует огромное множество уроков, связанных с криптографией в питоне, однако, я написал максимально простой и интуитивно понятный код, структуру которого я вам продемонстрирую.

Начнем, пожалуй, с создания алфавита. Для этого вы можете скопировать приведенную ниже строку или написать все руками.

Далее, нам нужно обозначить программе шаг, то есть смещение при шифровании. Так, например, если мы напишем букву «а» в сообщении, тот при шаге «2», программа выведет нам букву «в».

Итак, создаем переменнуюsmeshenie, которая будет вручную задаваться пользователем, и message, куда будет помещаться наше сообщение, и, с помощью метода возводим все символы в нашем сообщении в верхний регистр, чтобы у нас не было ошибок. Потом создаем просто пустую переменную itog, куда мы буем выводить зашифрованное сообщение. Для этого пишем следующее:

Итак, теперь переходим к самому алгоритму шифровки. Первым делом создаем цикл, где мы определим место букв, задействованных в сообщении, в нашем списке alfavit, после чего определяем их новые места (далее я постараюсь насытить код с пояснениями):

Далее, мы создаем внутри нашего цикла условие , в нем мы записываем в список itog мы записываем наше сообщение уже в зашифрованном виде и выводим его:

Модернизация

Вот мы и написали программу, однако она имеет очень большой недостаток: «При использовании последних букв(русских), программа выведет вам английские буквы. Давайте это исправим.

Для начала создадим переменную lang, в которой будем задавать язык нашего шифра, а так же разделим английский и русский алфавиты.

Теперь нам надо создать условие, которое проверит выбранный язык и применит его, то есть обратится к нужному нам алфавиту. Для этого пишем само условие и добавляем алгоритм шифрования, с помощью которого будет выполнено шифрование:

Дешифровка сообщения

Возможно это прозвучит несколько смешно, но мы смогли только зашифровать сообщение, а насчет его дешифровки мы особо не задумывались, но теперь дело дошло и до неё.

По сути, дешифровка — это алгоритм обратный шифровке. Давайте немного переделаем наш код (итоговый вид вы можете увидеть выше).

Для начала, я предлагаю сделать «косметическую» часть нашей переделки. Для этого перемещаемся в самое начало кода:

Остальное можно оставить так же, но если у вас есть желание, то можете поменять названия переменных.

По большому счету, самые ‘большие’ изменения у нас произойдут в той части кода, где у нас находится алгоритм, где нам нужно просто поменять знак «+» на знак «-«. Итак, переходим к самому циклу:

Книжный шифр

Суть метода книжного шифра — это выбор любого текста из книги, и замена каждой буквы шифруемого слова номером слова в выбранном тексте, начинающегося на нужную букву. Можно заменять не на номер слова, а на координату буквы (строка, номер в строке). При этом одной исходной букве может соответствовать несколько разных кодов, ведь одна и та же буква может находиться в разных местах. Для кодирования обычно используют страницу из какой-то заранее оговоренной книги. Без знания кодовой страницы расшифровать такие зашифрованные послания практически невозможно.

Если же в качестве ключа использовать целую книгу (например, словарь), то можно зашифровывать не отдельные буквы, а целые слова и даже фразы. Тогда координатами слова будут номер страницы, номер строки и номер слова в строке. На каждое слово получится три числа. Можно также использовать внутреннюю нотацию книги — главы, абзацы и т.п. Например, в качестве кодовой книги удобно использовать Библию, ведь там есть четкое разделение на главы, и каждый стих имеет свою маркировку, что позволяет легко найти нужную строку текста. Правда, в Библии нет современных слов типа «компьютер» и «интернет», поэтому для современных фраз лучше, конечно, использовать энциклопедический или толковый словарь. Хотя если заранее договориться о некой применяемой фене, например, «смоковница» — это «компьютер», «грех» — это «байт» и т.п., то на основании Библии можно будет шифровать и современные тексты.

Это были шифры замены, в которых буквы заменяются на другие. А ещё бывают перестановочные шифры, в которых буквы не заменяются, а перемешиваются между собой.