код цезаря на английском
25 видов «Цезаря» и английские слова
В мире криптографии есть много простых способов зашифровать сообщение. Каждый из них по-своему хорош. Об одном из них и пойдёт речь.
Ылчу Щзкгув
Или в переводе с «Шифра Цезаря» на русский — Шифр Цезаря.
— В чём его суть?
— Он кодирует сообщение, смещая каждую букву на N пунктов. Классический шифр Цезаря двигает буквы на три шага вперёд. Простыми словами — было «абв», стало «где».
— А как же буквы в конце алфавита? Что с пробелами?
С ними всё в порядке. Если смещая букву шифр выходит за рамки алфавита — он начинает отсчёт сначала. То есть, буквы «эюя» обратяться в «абв». А пробелы остаются пробелами.
— Разве N обязательно должно равняться трём?
Совсем нет. N может отличаться от тройки. Допускаются любые N в промежутке [1: M-1], где M — количество букв в алфавите.
Такой шифр легко расшифровать, если знать о его существовании. Но меня привлекла не его «надёжность», а кое-что другое.
Завязка
Одним летним днём мне захотелось узнать:
Ответы на эти вопросы я начал искать в те же минуты.
Задача: Найти все слова
Отступление. Из концертов Михаила Задорнова и личного опыта я понял две вещи:
Поэтому я решил взять за основу английскую мову. К тому же, когда-то давно была инфа, что англоязычные ребята смогли собрать полный словарь английских слов. Что побудило меня найти такой Датасет.
Первая строка вялого гугления навела меня на этот репозиторий. Автор обещал 479K английских слов в удобных форматах. Мне приглянулся файл json, в котором все слова были уложены в удобном виде для загрузки в словарь Python.
После первого вскрытия оказалось, что слов там поменьше — 370 101 штука. «Но это не беда, ведь для показательного примера вполне хватит», подумал я.
Для начала нужно создать алфавит. Решил сделать его в виде списка самым удобным для меня методом. Также нужно было запомнить количество букв в алфавите:
Сначала было интересно сделать функцию перевода слова в зашифрованное. Вот что получилось:
Решил сделать большой цикл по всем словам и начать их переводить одно за другим. Но наткнулся на проблему. Оказалось, что некоторые слова содержали знак «-», что было удивительно и естественно одновременно.
Недолго думая, я подсчитал количество таких слов и оказалось, что их — всего два. После чего удалил оба, ведь на результате это почти не скажется. На помощь мне родилась эта функция:
Поэтому я принял решение не мудрить и заменить единички на закодированные слова. Для этого написал функцию:
И, конечно, нужен был большой цикл, который пройдёт по всем словам, найдёт слова-перевёртыши и сохранит результат. Вот он:
Вы могли заметить, что в параметрах функции стоит «min_len=0». Он будет нужен в будущем. Ибо особенностью этого Датасета был «странный» набор слов. Таких как: «аа», «aah» и подобные сочетания. Именно они дали первый результат — 660 слов-перевёртышей.
Поэтому пришлось поставить ограничение в пять минимум пять символов, чтобы слова были приятны глазу и похожи на существующие.
Да, десять слов-перевёртышей нашлись благодаря алгоритму. Моё любимое сочетание:
primero [Первый] → sulphur [Сера]. Большинство других пар Google-переводчик не распознаёт.
На этом этапе я частично погасил жажду познания. Но впереди остались вопросы типа: «А что же с другими N?»
И с помощью данной функции я нашёл ответ:
Цикл закончил работу за 10–15 секунд. Осталось только посмотреть результаты. Но, как я считаю — всё интереснее, когда есть график. А вот финальная функция, которая покажет нам итог:
Ответы на вопросы в начале
— А что если я зашифрую слово с помощью «Цезаря», а на выходе получу существующее слово?
— Такое возможно, даже очень. Некоторые N дают намного бОльше слов, чем другие.
— Сколько таких слов «перевёртышей» есть?
— Зависит от N, минимальной длины и, конечно, от Датасета. В моём случае при N=3, минимальной длиной слова в 0 и в 5 — количество слов: 660 и 10 соответственно.
— И будет ли закономерность, если менять N?
— Как видно, да! Из графика (или тепловой карты) можно заметить, что цвета симметричны. И значения в матрице результатов говорят об этом. А ответ на вопрос «Почему так?» оставлю читателю.
Минусы этой работы
Для «Шифра Цезаря» А = 1. Кстати, у него больше нюансов, а значит — больше интересного.
Мой рабочий файл с результатом и списком слов-перевёртышей лежит в этом репозитории
Шифр Цезаря или как просто зашифровать текст
Шифр Цезаря
1. Введение
2. Криптография
Рис. 2 Схема шифрования и дешифрования
3. Симметричное шифрование
Когда один и тот же ключ используется для шифрования и дешифрования сообщения, это называется криптографией с симметричным ключом. Это также известно как криптография с закрытым ключом; пользователи могут обновлять ключи и использовать их для получения дополнительных ключей. Это гораздо более эффективный и быстрый подход по сравнению с криптографией с асимметричным ключом. В криптографии с симметричным ключом, ключ был сгенерирован алгоритмом шифрования и затем отправлен в секцию получателя, где и происходит дешифрование. В этом методе есть несколько проблем:
Ключ должен быть передан по защищенному каналу от отправителя к получателю. Дело в том, что если защищенный канал уже существует, то данные передаются по тому же каналу, тогда зачем в таком случае шифрование.
Защищенного канала практически не существует, поэтому ключ должен быть передан вместе с данными, что увеличивает накладные расходы и снижает эффективную полосу пропускания.
В-третьих, шум канала наносит вред ключу и данным во время передачи.
Рис. 3 Симметричное шифрование
4. Асимметричное шифрование
Это также называется криптографией с открытым ключом. Он использует два ключа: открытый ключ, который известен широкой публике, используемый для шифрования, и закрытый ключ, который известен только пользователю этого ключа, используемый для дешифрования. Открытый и закрытый ключи связаны друг с другом математическими вычислениями. Другими словами, данные, зашифрованные одним открытым ключом, могут быть расшифрованы только соответствующим закрытым ключом. Эта возможность решает проблему симметричного шифрования управления секретными ключами. Но с другой стороны, эта уникальная особенность шифрования с открытым ключом делает его математически более уязвимым для атак. Более того, методы асимметричного шифрования почти в 1000 раз медленнее, чем методы симметричного шифрования, поскольку они требуют большей вычислительной мощности.
Есть два метода преобразования данных в нечитаемую форму:
1. Метод перестановки
Процедура шифрования и дешифрования, показана ниже на рисунке 5:
Рис. 4 Шифрование и дешифрование с открытым ключом
Шифр Цезаря является примером метода подстановки. Дальнейшее усовершенствование оригинального сдвига символа на три позиции в шифре Цезаря состоит в использовании арифметики по модулю двадцать шесть для ключа шифрования, который больше двадцати шести.
Большим существенным недостатком этого шифра является простота его алгоритмов шифрования и дешифрования. Система может быть расшифрована без знания ключа шифрования. Его легко взломать, изменив порядок шифрования и просто изменив порядок алфавита.
Если известно, что данный зашифрованный текст является шифром Цезаря, то криптоанализ методом грубой силы выполняется легко: попробуем все 25 ключей. У шифра Цезаря есть некоторые слабые места, которые позволяют нам использовать атаку методом грубой силы.
1. Алгоритм шифрования и дешифрования известен.
2. Всего 25 ключей.
3. Язык открытого текста известен и легко узнаваем.
Еще одна проблема безопасности заключается в том, что если одна буква уже известна, то смещение можно определить и расшифровать все сообщение. Лучшим подходом было бы использование статистических данных о частотности английских букв.
Рассмотрим более подробно «Частотный анализ» (один из методов в криптоанализе). Частотный анализ предполагает, что частота появления заданной буквы алфавита в достаточно длинных текстах одна и та же для разных текстов одного языка. В моноалфавитном шифровании, если в шифротексте будет символ с аналогичной вероятностью появления, то можно предположить, что он и является указанной зашифрованной буквой.
Метод частотного криптоанализа наиболее известен при дешифровке египетских иероглифов Ж.-Ф. Шампольоном в 1822 году.
Начиная с середины XX века большинство используемых алгоритмов шифрования разрабатываются устойчивыми к частотному криптоанализу, поэтому он применяется в основном в процессе обучения будущих криптографов.
Рис. 6 Классификация методов шифрования
Вывод
Окончательный зашифрованный текст настолько силен, что его очень сложно взломать. Вышеописанный второй метод (алгоритм) представляет собой комбинацию методов перестановки и замены, которая обеспечивает гораздо более безопасный шифр.
Шифр Цезаря на Python (руководство по шифрованию текста)
Криптография занимается шифрованием или кодированием части информации в форме, которая выглядит как белиберда и не имеет смысла в обычном языке.
Это закодированное сообщение (также называемое зашифрованным текстом) может быть расшифровано обратно предполагаемым получателем с помощью техники дешифрования (часто в сочетании с закрытым ключом), переданной конечному пользователю.
Шифр Цезаря – один из старейших методов шифрования, на котором мы сосредоточимся в этом руководстве, и реализуем его в Python.
Хотя шифр Цезаря является очень слабой техникой шифрования и редко используется сегодня, мы делаем этот материал, чтобы познакомить наших читателей, особенно новичков, с шифрованием.
Считайте это “Hello World” криптографии.
Что такое шифр Цезаря?
Шифр Цезаря – это тип подстановочного шифра, в котором каждая буква открытого текста заменяется другой буквой в некоторых фиксированных позициях текущей буквы алфавита.
Например, если мы сдвинем каждую букву на три позиции вправо, то каждая из букв нашего открытого текста будет заменена буквой, находящейся на три позиции правее.
Давайте посмотрим это в действии – зашифруем текст “HELLO WORLD”, используя правый сдвиг на 3.
Так, буква H будет заменена на K, E – на H, и так далее.
В итоге зашифрованным сообщением для HELLO WORLD будет KHOOR ZRUOG. Эта тарабарщина не имеет смысла, не так ли?
Обратите внимание, что буквы на краю, т.е. X, Y, Z, сворачиваются и заменяются на A, B, C, соответственно.
Аналогично, буквы в начале – A, B, C и т.д. – будет повернут в случае сдвига влево.
Правило шифрования шифра Цезаря можно выразить математически как:
Где c – кодированный символ, x – реальный символ, а n – количество позиций, на которые мы хотим сдвинуть символ x.
В случае с английским алфавитом мы берем mod с 26, потому что в нем 26 букв (в русском это было бы 33).
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.
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.
Функция ord()
Вы можете использовать метод ord() для преобразования символа в его числовое представление Unicode.
Он принимает один символ и возвращает число, которое представляет его Unicode.
Функция chr()
Точно так же, как при преобразовании символа в его числовой Юникод с помощью метода ord(), мы делаем обратное, то есть находим символ, представленный числом, с помощью метода chr().
Метод chr() принимает число, представляющее Unicode символа, и возвращает фактический символ, соответствующий числовому коду.
Давайте сначала рассмотрим несколько примеров:
Обратите внимание, что немецкая буква Ü также представлена в Юникоде числом 360.
Мы можем применить процедуру цепочки (ord, затем chr), чтобы восстановить исходный символ.
Шифрование заглавных букв
Теперь, когда мы понимаем два фундаментальных метода, которые мы будем использовать, давайте реализуем технику шифрования для верхнего регистра в Python.
Мы зашифруем только заглавные символы в тексте, а остальные оставим без изменений.
Давайте сначала рассмотрим пошаговый процесс шифрования заглавных букв:
Теперь посмотрим на код:
Как мы видим, зашифрованный текст “HELLO WORLD” – это “KHOOR ZRUOG”, и он совпадает с тем, к которому мы пришли вручную в разделе “Введение”.
Кроме того, этот метод не шифрует символ пробела, и в зашифрованном варианте он остается пробелом.
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:
Давайте напишем код для приведенной выше процедуры:
Обратите внимание, как мы успешно восстановили оригинальный текст “HELLO WORLD” из его зашифрованной формы.
Шифрование цифр и знаков препинания
Теперь, когда мы увидели, как можно кодировать и декодировать заглавные буквы английского алфавита с помощью шифра Цезаря, возникает важный вопрос – а как насчет других символов?
Как насчет цифр, как насчет специальных символов и знаков препинания?
Так, первоначальный алгоритм шифра Цезаря не должен был иметь дело ни с чем, кроме 26 букв алфавита, ни с прописными, ни со строчными.
Поэтому типичный шифр Цезаря не шифрует пунктуацию или цифры, а переводит все буквы в строчные или прописные и шифрует только эти символы.
Итак, мы попытаемся закодировать заглавные и строчные символы так, как мы это делали в предыдущем разделе, игнорируя пока пунктуацию, а затем мы также закодируем цифры в тексте.
Для чисел мы можем выполнить кодирование одним из двух способов:
Мы реализуем наше решение, используя первую стратегию. Кроме того, на этот раз мы реализуем наше решение в виде функции, принимающей в качестве параметра значение смещения (которое служит ключом в Cesar Encryption).
Мы реализуем 2 функции: cipher_encrypt() и cipher_decrypt().
Решение
Теперь, когда мы определили наши две функции, давайте сначала воспользуемся функцией шифрования, чтобы зашифровать секретное сообщение, которое друг передает через текстовое сообщение своему другу.
Обратите внимание, что все, кроме знаков препинания и пробелов, зашифровано.
Теперь давайте посмотрим на шифрованный текст, который полковник Ник Фьюри посылал на свой пейджер: “Mr xli gsyrx sj 7, 6, 5 – Ezirkivw Ewwiqfpi!”.
Это оказывается шифротекст Цезаря, и, к счастью, ключ к этому шифру у нас в руках.
Давайте посмотрим, сможем ли мы обнаружить скрытое послание.
Отличная работа, Мстители!
Использование таблицы поиска
На данном этапе мы разобрались в процессе шифрования и расшифровки шифра Цезаря и реализовали его в Python.
Теперь мы посмотрим, как можно сделать его более эффективным и гибким.
В частности, мы сосредоточимся на том, как можно избежать повторных вычислений измененных позиций для каждой буквы в тексте в процессе шифрования и расшифровки, заранее построив таблицу поиска.
Мы также увидим, как можно использовать в процессе шифрования любой набор символов, заданных пользователем, а не только буквы алфавита.
Мы также объединим процесс шифрования и дешифрования в одну функцию и будем принимать в качестве параметра, какой из двух процессов хочет запустить пользователь.
Что такое таблица поиска?
Таблица поиска – это просто отображение исходных символов и символов, которые должны быть переведены в зашифрованную форму.
До сих пор мы итерировали каждую букву в строке и вычисляли их измененные позиции.
Это неэффективно, поскольку наш набор символов ограничен, и большинство из них встречается в строке более одного раза.
Поэтому вычисление их зашифрованной эквивалентности каждый раз, когда они встречаются, неэффективно и становится дорогостоящим, если мы шифруем очень длинный текст с сотнями тысяч символов в нем.
Мы можем обойти это, вычисляя измененные позиции каждого из символов в нашем наборе символов только один раз перед началом процесса шифрования.
Таким образом, если есть 26 заглавных и 26 строчных букв, нам потребуется всего 52 вычисления один раз и некоторое количество памяти для хранения этого отображения.
Тогда в процессе шифрования и дешифрования нам нужно будет только выполнить “поиск” в этой таблице – операция, которая быстрее, чем каждый раз выполнять операцию модуляции.
Создание таблицы поиска
Строковый модуль Python предоставляет простой способ не только создать таблицу поиска, но и перевести любую новую строку на основе этой таблицы.
Рассмотрим пример, когда мы хотим создать таблицу первых пяти строчных букв и их индексов в алфавите.
Затем мы используем эту таблицу для перевода строки, в которой все символы “a”, “b”, “c”, “d” и “e” заменены на “0”, “1”, “2”, “3” и “4” соответственно, а остальные символы не тронуты.
Для создания таблицы мы будем использовать функцию maketrans() модуля str.
Этот метод принимает в качестве первого параметра строку символов, для которых требуется перевод, и другой параметр такой же длины, содержащий сопоставленные символы для каждого символа первой строки.
Давайте создадим таблицу для простого примера.
Таблица представляет собой словарь Python, в котором в качестве ключей указаны значения символов Unicode, а в качестве значений – их соответствующие отображения.
Теперь, когда у нас есть готовая таблица, мы можем переводить строки любой длины с помощью этой таблицы.
К счастью, за перевод отвечает другая функция модуля str, называемая translate.
Давайте используем этот метод для преобразования нашего текста с помощью нашей таблицы.
Как вы можете видеть, каждый экземпляр первых пяти строчных букв был заменен их относительными индексами.
Теперь мы используем ту же технику для создания таблицы поиска для шифра Цезаря на основе предоставленного ключа.
Внедрение шифрования
Давайте создадим функцию caesar_cipher(), которая принимает строку для шифрования/дешифрования, “набор символов”, показывающий, какие символы в строке должны быть зашифрованы (по умолчанию это будет строчный регистр),
ключ, а также булево значение, показывающее, была ли произведена расшифровка (шифрование) или нет.
Это очень мощная функция!
Вся операция смены была сведена к операции нарезки.
Кроме того, мы используем атрибут string.ascii_lowercase – это строка символов от “a” до “z”.
Еще одна важная особенность, которой мы здесь достигли, заключается в том, что одна и та же функция обеспечивает как шифрование, так и дешифрование; это можно сделать, изменив значение параметра ‘key’.
Операция вырезания вместе с этим новым ключом гарантирует, что набор символов был сдвинут влево – то, что мы делаем при расшифровке сдвинутого вправо шифротекста Цезаря.
Давайте проверим, работает ли это на предыдущем примере.
Мы зашифруем только заглавные буквы текста и передадим то же самое параметру “characters”.
Зашифруем текст: “HELLO WORLD! Welcome to the world of Cryptography!”.
Посмотрите, как часть “KHOOR ZRUOG” соответствует шифрованию “HELLO WORLD” с ключом 3 в нашем первом примере.
Также обратите внимание, что мы указываем набор символов для заглавных букв с помощью string.ascii_uppercase.
Мы можем проверить, правильно ли работает расшифровка, используя тот же зашифрованный текст, который мы получили в нашем предыдущем результате.
Если мы можем получить наш исходный текст, значит, наша функция работает идеально.
Обратите внимание, как мы установили параметр “decrypt” нашей функции в True.
Поскольку мы восстановили наш оригинальный текст, это признак того, что наш алгоритм шифрования-дешифрования с использованием таблицы поиска работает отлично!
Теперь давайте посмотрим, можно ли расширить набор символов, включив в него не только строчные и прописные символы, но и цифры и знаки препинания.
Здесь мы включаем все символы, которые мы обсуждали до сих пор (включая символ пробела), в набор символов для кодирования.
В результате все (даже пробелы) в нашем обычном тексте было заменено другим символом!
Единственное отличие заключается в том, что обертывание происходит не по отдельности для строчных и прописных символов, а в целом для набора символов.
Это означает, что “Y” со смещением 3 не станет “B”, а будет закодирован как “1”.
Отрицательное смещение
До сих пор мы выполняли “положительный” или “правый” сдвиг символов в процессе шифрования. А процесс дешифровки для него же включал “отрицательный” или “левый” сдвиг символов.
Но что если мы хотим выполнить процесс шифрования с отрицательным сдвигом – изменится ли наш алгоритм шифрования-дешифрования?
Да, будет, но только немного. Единственное изменение, которое нам необходимо для сдвига влево, – это сделать знак ключа отрицательным, остальная часть процесса останется неизменной и позволит добиться результата сдвига влево в процессе шифрования и сдвига вправо в процессе расшифровки.
Давайте попробуем это сделать, изменив нашу предыдущую функцию, добавив еще один параметр – ‘shift_type’ в нашу функцию cipher_cipher_using_lookup().
Давайте попробуем этот модифицированный метод на простом тексте:
Обратите внимание, что каждый из символов нашего обычного текста сдвинут на три позиции влево.
Теперь проверим процесс расшифровки с помощью той же строки.
Таким образом, мы можем зашифровать и расшифровать текст, используя таблицу поиска и отрицательный ключ.
Шифрование файлов
В этом разделе мы рассмотрим, как использовать Caesar Encryption для шифрования файла.
Обратите внимание, что мы можем шифровать только обычные текстовые файлы, а не двоичные, потому что мы знаем набор символов обычных текстовых файлов.
Поэтому вы можете зашифровать файл, используя один из следующих двух подходов:
Мы будем придерживаться второго подхода, поскольку первый возможен только для небольших файлов, содержимое которых легко помещается в памяти.
Итак, давайте определим функцию, которая принимает файл и шифрует его с помощью шифра Цезаря со сдвигом вправо на 3. Мы будем использовать набор символов по умолчанию – строчные буквы.
Функция принимает имя входного файла, имя выходного файла и параметры шифрования/дешифрования, которые мы рассматривали в предыдущем разделе.
Зашифруем файл ‘milky_way.txt’ (он содержит вводный абзац со страницы “Млечный путь” в Википедии).
Мы выведем зашифрованный файл в ‘milky_way_encrypted.txt’.
Мы собираемся зашифровать его с помощью функции, которую мы определили ранее:
Давайте проверим, как теперь выглядит наш зашифрованный файл ‘Milky_way_encrypted.txt’:
Таким образом, наша функция успешно шифрует файл.
В качестве упражнения вы можете проверить функцию decrypt, передав путь к зашифрованному файлу в качестве входных данных и установив параметр ‘decrypt’ в True.
Проверьте, сможете ли вы восстановить исходный текст.
Убедитесь, что вы не передаете один и тот же путь к файлу в качестве входного и выходного данных, что приведет к нежелательным результатам, поскольку программа будет выполнять операции чтения и записи в один и тот же файл одновременно.
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:
Здесь мы выполняем шифрование, используя ключи [1,2,3], 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.
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”.
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.
Заключение
В этом учебнике мы узнали, что такое шифр Цезаря, как его легко реализовать в Python и как его реализация может быть дополнительно оптимизирована с помощью так называемых “таблиц поиска”.
Мы написали функцию Python для реализации общего алгоритма шифрования/дешифрования Caesar Cipher, который принимает несколько пользовательских входов в качестве параметра без особых предположений.
Затем мы рассмотрели, как можно зашифровать файл с помощью шифра Цезаря, а затем как шифр Цезаря можно усилить с помощью нескольких сдвигов.
Наконец, мы рассмотрели уязвимость шифра Цезаря к атакам методом брута.