cryptography
Caesar chiffer
Sök…
Introduktion
Det är den enkla monoalfabetiska klassiska chifferen där varje bokstav ersätts av en bokstav 3-position (faktisk Caesar-chiffer) framåt med hjälp av den cirkulära alfabetiska ordningen, dvs.
Introduktion
Caesar-chifferet är en klassisk krypteringsmetod. Det fungerar genom att flytta karaktärerna med en viss mängd. Om vi till exempel väljer en skift på 3, kommer A att bli D och E blir H.
Följande text har krypterats med 23 skift.
THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG
QEB NRFZH YOLTK CLU GRJMP LSBO QEB IXWV ALD
Python-implementering
ASCII-sättet
Detta förflyttar karaktärerna men bryr sig inte om det nya tecknet inte är en bokstav. Det här är bra om du vill använda skiljetecken eller specialtecken, men det kommer inte nödvändigtvis att ge dig bokstäver endast som utgång. Till exempel "z" 3-skiftar till "}".
def ceasar(text, shift):
output = ""
for c in text:
output += chr(ord(c) + shift)
return output
ROT13
ROT13 är ett speciellt fall av Caesar chiffer, med en 13 växling. Endast bokstäver ändras, och vitrum och specialtecken finns kvar som de är.
Det som är intressant är att ROT13 är ett ömsesidigt chiffer: att använda ROT13 två gånger ger dig den första inmatningen. Faktum är att 2 * 13 = 26, antalet bokstäver i alfabetet.
Eftersom ROT13 inte har en nyckel som inmatningsparameter ses det ofta mer som en kodningsalgoritm eller, mer specifikt, en obfuskningsalgoritm snarare än en chiffer.
ROT13 gör det bara svårt att läsa meddelanden direkt och används därför ofta för stötande meddelanden eller vitsord. Det ger ingen beräkningssäkerhet.
En Java-implementering för Caesar Cipher
Implementering av Caesarsciffer.
- Denna implementering utför skiftoperationen endast på stora och små bokstäver och behåller de andra tecknen (till exempel utrymme som det är).
- Caesarscifferet är inte säkert enligt gällande standarder.
- Nedanstående exempel är endast för illustrativa ändamål!
- Hänvisning: [ https://sv.wikipedia.org/wiki/Caesar_cipherstrong(https://en.wikipedia.org/wiki/Caesar_cipher)
package com.example.so.cipher;
/**
* Implementation of the Caesar cipher.
* <p>
* <ul>
* <li>This implementation performs the shift operation only on upper and lower
* case alphabets and retains the other characters (such as space as-is).</li>
* <li>The Caesar cipher is not secure as per current standards.</li>
* <li>Below example is for illustrative purposes only !</li>
* <li>Reference: https://en.wikipedia.org/wiki/Caesar_cipher</li>
* </ul>
* </p>
*
* @author Ravindra HV
* @author Maarten Bodewes (beautification only)
* @since 2016-11-21
* @version 0.3
*
*/
public class CaesarCipher {
public static final char START_LOWER_CASE_ALPHABET = 'a'; // ASCII-97
public static final char END_LOWER_CASE_ALPHABET = 'z'; // ASCII-122
public static final char START_UPPER_CASE_ALPHABET = 'A'; // ASCII-65
public static final char END_UPPER_CASE_ALPHABET = 'Z'; // ASCII-90
public static final int ALPHABET_SIZE = 'Z' - 'A' + 1; // 26 of course
/**
* Performs a single encrypt followed by a single decrypt of the Caesar
* cipher, prints out the intermediate values and finally validates
* that the decrypted plaintext is identical to the original plaintext.
*
* <p>
* This method outputs the following:
*
* <pre>
* Plaintext : The quick brown fox jumps over the lazy dog
* Ciphertext : Qeb nrfzh yoltk clu grjmp lsbo qeb ixwv ald
* Decrypted : The quick brown fox jumps over the lazy dog
* Successful decryption: true
* </pre>
* </p>
*
* @param args (ignored)
*/
public static void main(String[] args) {
int shift = 23;
String plainText = "The quick brown fox jumps over the lazy dog";
System.out.println("Plaintext : " + plainText);
String ciphertext = caesarCipherEncrypt(plainText, shift);
System.out.println("Ciphertext : " + ciphertext);
String decrypted = caesarCipherDecrypt(ciphertext, shift);
System.out.println("Decrypted : " + decrypted);
System.out.println("Successful decryption: "
+ decrypted.equals(plainText));
}
public static String caesarCipherEncrypt(String plaintext, int shift) {
return caesarCipher(plaintext, shift, true);
}
public static String caesarCipherDecrypt(String ciphertext, int shift) {
return caesarCipher(ciphertext, shift, false);
}
private static String caesarCipher(
String input, int shift, boolean encrypt) {
// create an output buffer of the same size as the input
StringBuilder output = new StringBuilder(input.length());
for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
// get the next character
char inputChar = input.charAt(i);
// calculate the shift depending on whether to encrypt or decrypt
int calculatedShift = (encrypt) ? shift : (ALPHABET_SIZE - shift);
char startOfAlphabet;
if ((inputChar >= START_LOWER_CASE_ALPHABET)
&& (inputChar <= END_LOWER_CASE_ALPHABET)) {
// process lower case
startOfAlphabet = START_LOWER_CASE_ALPHABET;
} else if ((inputChar >= START_UPPER_CASE_ALPHABET)
&& (inputChar <= END_UPPER_CASE_ALPHABET)) {
// process upper case
startOfAlphabet = START_UPPER_CASE_ALPHABET;
} else {
// retain all other characters
output.append(inputChar);
// and continue with the next character
continue;
}
// index the input character in the alphabet with 0 as base
int inputCharIndex =
inputChar - startOfAlphabet;
// cipher / decipher operation (rotation uses remainder operation)
int outputCharIndex =
(inputCharIndex + calculatedShift) % ALPHABET_SIZE;
// convert the new index in the alphabet to an output character
char outputChar =
(char) (outputCharIndex + startOfAlphabet);
// add character to temporary-storage
output.append(outputChar);
}
return output.toString();
}
}
Programutgång:
Plaintext : The quick brown fox jumps over the lazy dog
Ciphertext : Qeb nrfzh yoltk clu grjmp lsbo qeb ixwv ald
Decrypted : The quick brown fox jumps over the lazy dog
Successful decryption: true
Python-implementering
Följande kodexempel implementerar Caesar-chifferet och visar chifferens egenskaper.
Den hanterar både stora och små alfanumeriska tecken och lämnar alla andra tecken som de var.
Följande egenskaper hos Caesarscifferet visas:
- svaga nycklar;
- lågt nyckelutrymme;
- det faktum att varje nyckel har en ömsesidig (omvänd) nyckel;
- förhållandet med ROT13;
den visar också följande - mer generiska - kryptografiska uppfattningar:
- svaga nycklar;
- skillnaden mellan obfuscation (utan nyckel) och kryptering;
- brute tvinga en nyckel;
- den saknade integriteten i chiffertexten.
def caesarEncrypt(plaintext, shift):
return caesarCipher(True, plaintext, shift)
def caesarDecrypt(ciphertext, shift):
return caesarCipher(False, ciphertext, shift)
def caesarCipher(encrypt, text, shift):
if not shift in range(0, 25):
raise Exception('Key value out of range')
output = ""
for c in text:
# only encrypt alphanumerical characters
if c.isalpha():
# we want to shift both upper- and lowercase characters
ci = ord('A') if c.isupper() else ord('a')
# if not encrypting, we're decrypting
if encrypt:
output += caesarEncryptCharacter(c, ci, shift)
else:
output += caesarDecryptCharacter(c, ci, shift)
else:
# leave other characters such as digits and spaces
output += c
return output
def caesarEncryptCharacter(plaintextCharacter, positionOfAlphabet, shift):
# convert character to the (zero-based) index in the alphabet
n = ord(plaintextCharacter) - positionOfAlphabet
# perform the >positive< modular shift operation on the index
# this always returns a value within the range [0, 25]
# (note that 26 is the size of the western alphabet)
x = (n + shift) % 26 # <- the magic happens here
# convert the index back into a character
ctc = chr(x + positionOfAlphabet)
# return the result
return ctc
def caesarDecryptCharacter(plaintextCharacter, positionOfAlphabet, shift):
# convert character to the (zero-based) index in the alphabet
n = ord(plaintextCharacter) - positionOfAlphabet
# perform the >negative< modular shift operation on the index
x = (n - shift) % 26
# convert the index back into a character
ctc = chr(x + positionOfAlphabet)
# return the result
return ctc
def encryptDecrypt():
print '--- Run normal encryption / decryption'
plaintext = 'Hello world!'
key = 3 # the original value for the Caesar cipher
ciphertext = caesarEncrypt(plaintext, key)
print ciphertext
decryptedPlaintext = caesarDecrypt(ciphertext, key)
print decryptedPlaintext
encryptDecrypt()
print '=== Now lets show some cryptographic properties of the Caesar cipher'
def withWeakKey():
print '--- Encrypting plaintext with a weak key is not a good idea'
plaintext = 'Hello world!'
# This is the weakest key of all, it does nothing
weakKey = 0
ciphertext = caesarEncrypt(plaintext, weakKey)
print ciphertext # just prints out the plaintext
withWeakKey();
def withoutDecrypt():
print '--- Do we actually need caesarDecrypt at all?'
plaintext = 'Hello world!'
key = 3 # the original value for the Caesar cipher
ciphertext = caesarEncrypt(plaintext, key)
print ciphertext
decryptionKey = 26 - key; # reciprocal value
decryptedPlaintext = caesarEncrypt(ciphertext, decryptionKey)
print decryptedPlaintext # performed decryption
withoutDecrypt()
def punnify():
print '--- ROT 13 is the Caesar cipher with a given, reciprocal, weak key: 13'
# The key is weak because double encryption will return the plaintext
def rot13(pun):
return caesarEncrypt(pun, 13)
print 'Q: How many marketing people does it take to change a light bulb?'
obfuscated = 'N: V jvyy unir gb trg onpx gb lbh ba gung.'
print obfuscated
deobfuscated = rot13(obfuscated)
print deobfuscated
# We should not leak the pun, right? Lets obfuscate afterwards!
obfuscatedAgain = rot13(deobfuscated)
print obfuscatedAgain
punnify()
def bruteForceAndLength():
print '--- Brute forcing is very easy as there are only 25 keys in the range [1..25]'
# Note that AES-128 has 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 keys
# and is therefore impossible to bruteforce (if the key is correctly generated)
key = 10;
plaintextToFind = 'Hello Maarten!'
ciphertextToBruteForce = caesarEncrypt(plaintextToFind, key)
for candidateKey in range(1, 25):
bruteForcedPlaintext = caesarDecrypt(ciphertextToBruteForce, candidateKey)
# lets assume the adversary knows 'Hello', but not the name
if bruteForcedPlaintext.startswith('Hello'):
print 'key value: ' + str(candidateKey) + ' gives : ' + bruteForcedPlaintext
print '--- Length of plaintext usually not hidden'
# Side channel attacks on ciphertext lengths are commonplace! Beware!
if len(ciphertextToBruteForce) != len('Hello Stefan!'):
print 'The name is not Stefan (but could be Stephan)'
bruteForceAndLength()
def manInTheMiddle():
print '--- Ciphers are vulnerable to man-in-the-middle attacks'
# Hint: do not directly use a cipher for transport security
moneyTransfer = 'Give Maarten one euro'
key = 1
print moneyTransfer
encryptedMoneyTransfer = caesarEncrypt(moneyTransfer, key)
print encryptedMoneyTransfer
# Man in the middle replaces third word with educated guess
# (or tries different ciphertexts until success)
encryptedMoneyTransferWords = encryptedMoneyTransfer.split(' ');
encryptedMoneyTransferWords[2] = 'ufo' # unidentified financial object
modifiedEncryptedMoneyTransfer = ' '.join(encryptedMoneyTransferWords)
print modifiedEncryptedMoneyTransfer
decryptedMoneyTransfer = caesarDecrypt(modifiedEncryptedMoneyTransfer, key)
print decryptedMoneyTransfer
manInTheMiddle()