Quagmire I

Wstęp

Quagmire I to szyfr podstawieniowy, który jest jedną z czterech wariacji szyfru Quagmire. Do szyfrowania używane jest hasło oraz słowo kluczowe. Takie połączenie zwiększa skuteczność szyfrowania.

Opis Szyfrowania

W celu zaszyfrowania informacji przy pomocy szyfru Quagmire I należy wpierw określić hasło oraz słowo klucz. Hasło służy do utworzenia zaszyfrowanego alfabetu. W celu jego utworzenia należy ustalić hasło, a następnie zostawić tylko pierwsze wystąpienia każdej litery i uzupełnić nie wystepującymi znakami z alfabetu. Ostatecznie zaszyfrowany alfabet powinien mieć taką samą długość co przyjęty alfabet oraz powinien mieć wszystkie znaki różne.

Następnie na podstawie słowa klucz tworzy się tabelką podstawień. W celu utworzenia takiej tabelki w pierwszym wierszu należy zapisać zaszyfrowany alfabet (po jednej literze w każdej kolumnie). Pod literą 'A' w pierszym wierszu należy zapisać pionowo słowo kluczowe. Każdy wiersz uzupełnia się literami alfabetu jawnego poprzez zapisanie po lewej i po prawej znanej litery w wierszu odpowiedniego poprzednie i kolejne znaki, które są wybierane cyklicznie.

W celu zaszyfrowania danych należy pogrupować litery po tyle znaków jaką długość ma słowo kluczowe. Następnie każdy kolejny znak jest zamieniany na podstawie tabeli podstawień. Litera c jest szukana w pierwszym wierszu tabeli, a następnie pobierany jest znak w tej samej kolumnie co został znaleziony znak, ale k pozycji dalej, gdzie k to numer znaku w grupie (indeksujemy od 0). Po zamianie wszystkich znaków otrzymujemy szyfrogram.

Przykład

Poniżej zostanie przedstawiony proces szyfrowania tekstu "TAJNAINFORMACJA" przy pomocy hasła "TAJNEHASLO" i słowem kluczowym "KLUCZ". Pierwszy etap polega na utworzeniu zaszyfrowanego alfabetu. W tym celu wpierw usuwamy powtarzające się litery (prócz pierwszego ich wystąpienia) i otrzymujemy "TAJNEHSLO", a następnie uzupełniamy przy pomocy liter alfabetu jawnego: "TAJNEHSLOBCDFIKMNPQRUVWXYZ".

Teraz można przejść do tworzenia tabeli. W pierwszy wiersz wpisany zostaje zaszyfrowany alfabet, a klucz zostanie zapisany w kolumnie pod literą 'A'. Następnie każdy wiersz zostaje uzupełniony alfabetem jawnym tak, że na prawo są kolejne znaki, a na lewo poprzednie znaki, które są wybierane cyklicznie.

Tabela podstawień została utworzona. Przed rozpoczęciem szyfrowania warto pogrupować litery. W tym przypadku słowo klucz ma dokładnie 5 liter, więc po tyle samo znaków będzie mieć każda z grup.

Litera 'T' znajuje się w pierwszej kolmnie i jest zastępowana przez literę 'J' z kolejnego wiersza. Kolejna litera 'A' jest druga w grupie, więc pobieramy wiersz z drugiej kolumny i trzeciego wiersza. Jest to litera 'L'. Z kolei litera 'F' znajduje się w 13 kolumnie i jest trzecia w grupie, więc jej odpowiednik jest w czwartym wierszu i jest to 'F'. Poniżej została przedstawiona pełna lista zamian:

Otrzymany szyfrogram to "JLVEZXNFJRZLDDZ".

Implementacja

Uzupełnianie alfabetu

Funkcja uzupelnijAlfabet() przyjmuje jeden argument a - hasło użyte do szyfrowania. Wynikiem działania funkcji jest zaszyfrowany alfabet.

1. string uzupelnijAlfabet(string a) {
2.   string w = "";
3.   for (int i = 0; i < a.length(); i++)
4.     if (w.find(a[i]) == string::npos)
5.       w += a[i];
6.   for (int i = 'A'; i <= 'Z'; i++)
7.     if (w.find(i) == string::npos)
8.       w += i;
9.   return w;
10. }

Proces uzupełniania alfabet został podzielony na dwa etapy. (2. - 4.) W pierwszym przepisywane są kolejne znaki hasła pod warunkiem, że do tej pory taka litera nie została przepisana, a drugi etap polega na (5. - 7.) sprawdzeniu, których liter alfabetu brakuje.

Tworzenie tabeli

Utworzona tabela podstawień będzie tablicą wartości typu string. W tabeli nie będzie przetrzymywany zaszyfrowany alfabet (zostanie on przekazany oddzielnie). Funkcja utworzTabele() potrzebuje podania dwóch argumentów: alfabet - zaszyfrowany alfabet oraz klucz - słowo klucz.

1. string* utworzTabele(string alfabet, string klucz) {
2.   string* tabela = new string[klucz.length()];
3.   int pozycja = alfabet.find('A');
4.   for (int i = 0; i < klucz.length(); i++) {
5.     char znak = 'A' + (klucz[i] - 'A' + 26 - pozycja) % 26;
6.     tabela[i] = "";
7.     for (int j = 0; j < 26; j++) {
8.       tabela[i] += znak;
9.       znak = (znak - 'A' + 1) % 26 + 'A';
10.     }
11.   }
12.   return tabela;
13. }

(2.) Utwórz tablicę wynikową i (3.) znajdź kolumnę w której zaszyfrowany alfabet ma literę 'A'. (4.) Dla każdego wiersza: (5.) określ pierwszy znak w wierszu i (6. - 10.) uzupełnij wiersz. Na koniec (12.) zwróć utworzoną tabele.

Szyfrowanie danych

Do zaszyfrowania danych program potrzebuje podania następujących argumentów: tekst - tekst jawny do zaszyfrowania, alfabet - zaszyfrowany alfabet utworzony z hasła, tabela - tabela podstawień oraz n - długość słowa klucza.

1. string szyfruj(string tekst, string alfabet, string* tabela, int n) {
2.   string w = "";
3.   for (int i = 0; i < tekst.length(); i++) {
4.     int pozycja = alfabet.find(tekst[i]);
5.     w += tabela[i % n][pozycja];
6.   }
7.   return w;
8. }

(2.) Przygotuj zmienną do zapisu wyniku i (3.) dla każdego znaku: (4.) określ kolumnę, a następnie (5.) przepisz do wyniku. Na koniec (7.) zwróć zmienną w, która przechowuje szyfrogram.

Rozszyfrowanie danych

Funkcja rozszyfruj() działa analogicznie do funkcji szyfruj(). W tym przypadku została zamieniona kolejność wybierania z tabeli.

1. string rozszyfruj(string tekst, string alfabet, string* tabela, int n) {
2.   string w = "";
3.   for (int i = 0; i < tekst.length(); i++) {
4.     int pozycja = tabela[i % n].find(tekst[i]);
5.     w += alfabet[pozycja];
6.   }
7.   return w;
8. }

Testowanie funkcji

Poprawność działania napisanych funkcji można przetestować przy pomocy poniżeszego fragmentu kodu, który pozwala na wczytanie danych od użytkownika.

1. int main () {
2.   string haslo = "", klucz = "", tekst = "";
3.   cout << "Podaj slowo szyfrujace: ";
4.   getline(cin, haslo);
5.   string alfabet = uzupelnijAlfabet(haslo);
6.   cout << "Podaj slowo klucz: ";
7.   getline(cin, klucz);
8.   string* tabela = utworzTabele(alfabet, klucz);
9.   cout << "Podaj tekst do zaszyfrowania: ";
10.   getline(cin, tekst);
11.   string szyfrogram = szyfruj(tekst, alfabet, tabela, klucz.length());
12.   string tekstJawny = rozszyfruj(szyfrogram, alfabet, tabela, klucz.length());
13.   cout << "\nSzyfrogram to:\n" << szyfrogram << "\n";
14.   cout << "\nPo rozszyfrowaniu:\n" << tekstJawny << "\n";
15.   system("pause");
16.   return 0;
17. }

• Kod źródłowy Implementacja