Szyfr Cezara

O szyfrze

W szyfrze Cezara wykorzystuje się alfabet łaciński. Do szyfrowania lub deszyfrowania potrzebny jest klucz a, który jest liczbą całkowitą. Szyfrując znak szukamy jego pozycji w alfabecie i pobranie znaku a pozycji dalej. W przypadku, gdy wyjdziemy poza zakres alfabetu to wyciągamy z wyliczonej modulo długość alfabetu. Podczas deszyfrowania szyfrujemy ponownie podstawiając za klucz -a.

Przykładowo szyfrujemy wyraz INFORMACJA z kluczem 3. Możemy stworzyć tabelkę, która pozwoli szybciej wykonać szyfrowanie:

Dzięki tabelce bardzo łatwo odczytać jaka litera z tekstu jawnego na jaką przechodzi: I na L, N na Q, ... i w ten sposób odczytujemy, że INFORMACJA przechodzi na LQIRUPDFMD.

Zadanie 1

Napiszemy funkcję, która będzie przyjmowała dwa argumenty: tekst do zaszyfrowania typu char* oraz klucz typu int. Wynikiem funkcji będzie zaszyfrowany tekst. Zakładamy, że w podanym tekście występują tylko duże litery alfabetu łacińskiego, znaki interpunkcyjne oraz spacje. Przykładowo dla danych:

1. 2
2. SZYFR CEZARA

otrzymamy:

1. VCBIU FHCDUD

Szyfrowanie

Funkcja przyjmuje dwa argumenty txt - tekst do zaszyfrowania oraz przes - klucz według którego szyfrujemy. Wynikiem funkcji jest tablica znaków typu char*, która będzie zawierać zaszyfrowany tekst.

1. char* cipher(char* txt, int przes){
2.   while(przes < 0) przes += ('Z' - 'A' + 1);
3.   char* wynik = new char[strlen(txt) + 1];
4.   for(int i = 0; txt[i]; i++){
5.     if(txt[i] >= 'A' && txt[i] <= 'Z'){
6.       wynik[i] = (((txt[i] - 'A') + przes) % ('Z' - 'A' + 1)) + 'A';
7.     } else {
8.       wynik[i] = txt[i];
9.     }
10.   }
11.   wynik[strlen(txt)] = '\0';
12.   return wynik;
13. }

(2.) Jeśli przesunięcie jest ujemne to dodajemy do niego długość alfabetu. Dzięki temu unikamy rozpatrywania przypadku kiedy wyjdziemy poza alfabet z lewej strony. (3.) Alokujemy pamięć pod tekst wynikowy. (4.) Rozpoczynamy szyfrowanie każde znaku po kolei: jeśli nasz znak jest dużą literą to (5.) wyliczamy jego nową pozycje i pobieramy odpowiedni znak. Korzystamy tutaj z tablicy ASCII. Gdybyśmy w (2.) nie usunęli ujemności przes to trzeba by rozpatrzeć dwa przypadki, albo przesunięcie poprawić podczas wyliczania nowej litery. (7.) Jeśli jednak i-ty znak nie jest literą to (8.) przepisujemy znak bez żadnych dodatkowych zmian. (11.) Na koniec dostawiamy znak \0 i (12.) zwracamy wynik.

Deszyfrowanie

Deszyfrowanie polega na zaszyfrowaniu kluczem przeciwnym - czyli jeśli zaszyfrowaliśmy tekst przy pomocy a to deszyfrujemy go szyfrując przy pomocy -a, dlatego deszyfrowanie możemy wywołać przy pomocy funkcji cipher():

1. cipher(txt, -3);

Jednak bardziej eleganckim rozwiązaniem jest dopisanie funkcji decipher(), której będziemy podawać ten sam klucz do szyfrowania:

1. char* decipher(char* txt, int przes){
2.   return cipher(txt, -przes);
3. }

Testowanie funkcji

Zamieszczona poniżej funkcja main() pozwala przetestować działanie funkcji poprzez wczytanie tekstu, a następnie wypisaniu szyfrogramu z przesunięciem 3, a potem wypisaniu próby deszyfrowania danych.

1. int main () {
2.   char* txt = new char[128];
3.   cin.getline(txt, 128);
4.   char* txtc = cipher(txt, 3);
5.   cout << txtc << endl;
6.   char* txtd = decipher(txtc, 3);
7.   cout << txtd << endl;
8.   system("pause");
9.   return 0;
10. }

• Kod źródłowy Zadanie 1

Zadanie 2

Tym razem będziemy chcieli ustalić własny alfabet według, którego będziemy szyfrowali dane: w ten sposób prócz klucz będzie potrzeba ustalenia alfabetu.

1. ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
2. INFORMACJA
3. 2

otrzymamy:

1. GLDMPKYAHY

Funkcja pomocnicza

Dotychczasowy kod potrzebuje drobnej modyfikacji. Podczas szyfrowania nie możemy wyliczać grupy i pozycji na podstawie odległości od litery A. Wyliczymy je na podstawie pozycji znaku w podanym alfabecie. Żeby to osiągnąć dopiszemy funkcję, która dla podanego ciągu i znaku znajdzie jego pozycję i ją zwróci.

1. int findChar(const char* data, const char c){
2.   for(int i = 0; data[i]; i++)
3.     if(data[i] == c)
4.       return i;
5.   return -1;
6. }

Szyfrowanie

Spójrzmy teraz na funkcję szyfrującą:

1. char* cipher(char* alphabet, char* txt, int przes){
2.   while(przes < 0) przes += (strlen(alphabet));
3.   char* wynik = new char[strlen(txt) + 1];
4.   for(int i = 0; txt[i]; i++){
5.     int t = -1;
6.     if((t = findChar(alphabet, txt[i])) != -1){
7.       wynik[i] = alphabet[(t + przes) % strlen(alphabet)];
8.     } else {
9.       wynik[i] = txt[i];
10.     }
11.   }
12.   wynik[strlen(txt)] = '\0';
13.   return wynik;
14. }

(1.) Modyfikujemy nagłówek funkcji, który od tej pory będzie przyjmował także alphabet - ciąg znaków alfabetu według którego szyfrujemy. (2.) Długością alfabetu nie jest już 'Z' - 'A' + 1 tylko długość alphabet co też ma wpływ na (3.). (4.) Dla każdego znaku: (5.) deklarujemy zmienną pomocniczą t dla której (5.) sprawdzamy czy występuje w alfabecie. Jeśli tak to (6.) szyfrujemy go. (8.) Jeśli nie występuje w alfabecie to (9.) tylko przepisujemy. (12.) Kończymy wynik znakiem \0 i (13.) zwracamy wynik.

Deszyfrowanie

Deszyfrowanie wymaga tylko dodania nowego argumentu, który przekażemy dalej do cipher().

1. char* decipher(char* alphabet, char* txt, int przes){
2.   return cipher(alphabet, txt, -przes);
3. }

Testowanie funkcji

Poniżej znajduje się zaktualizowana funkcja main(), która przetestuje działanie napisanych funkcji.

1. int main () {
2.   char* alphabet = new char[128];
3.   cin.getline(alphabet, 128);
4.   char* txt = new char[128];
5.   cin.getline(txt, 128);
6.   int przes;
7.   cin.sync();
8.   cin >> przes;
9.   char* txtc = cipher(alphabet, txt, przes);
10.   cout << txtc << endl;
11.   char* txtd = decipher(alphabet, txtc, przes);
12.   cout << txtd << endl;
13.   system("pause");
14.   return 0;
15. }

• Kod źródłowy Zadanie 2

Zadania

Zadanie 1

Na podstawie kodu źródłowego do zadania 1:

1. Zmodyfikuj funkcję cipher(), aby szyfrowała tak samo małe jak i duże litery alfabetu łacińskiego.

Przykładowo dla danych:

1. Szyfr Cezara
2. 3

1. Vcbiu Fhcdud

• Kod źródłowy Zadanie 1