Шифрование сообщений в Python. От простого к сложному. Шифр Цезаря

Немного о проекте

Мне, лично, давно была интересна тема шифрования информации, однако, каждый раз погрузившись в эту тему, я осознавал насколько это сложно и понял, что лучше начать с чего-то более простого. Я, лично, планирую написать некоторое количество статей на эту тему, в которых я покажу вам различные алгоритмы шифрования и их реализацию в Python, продемонстрирую и разберу свой проект, созданный в этом направлении. Итак, начнем.

Для начала, я бы хотел рассказать вам какие уже известные алгоритмы мы рассмотрим, в моих статьях. Список вам представлен ниже:

• Шифр Цезаря

• Шифр Виженера

• Шифр замены

• Омофонический шифр

• RSA шифрование

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.

alfavit =  'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ'
# Создаем алфавит

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 переменную smeshenie, которая будет вручную задаваться пользователем, и message, куда будет помещаться наше сообщение, и, с помощью метода upper(), 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:

smeshenie = int(input('Шаг шифровки: '))    #Создаем переменную с шагом шифровки
message = input("Сообщение для шифровки: ").upper()    #создаем переменнную, куда запишем наше сообщение
itog = ''    #создаем переменную для вывода итогового сообщения

Итак, теперь переходим к самому алгоритму шифровки. Первым делом создаем циклfor, 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):

for i in message:
    mesto = alfavit.find(i)    #Вычисляем места символов в списке
    new_mesto = mesto + smeshenie    #Сдвигаем символы на указанный в переменной smeshenie шаг

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

for i in message:
    mesto = alfavit.find(i)
    new_mesto = mesto + smeshenie
    if i in alfavit:
        itog += alfavit[new_mesto]  # Задаем значения в итог
    else:
        itog += i
print (itog)

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.

alfavit_EU =  'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
alfavit_RU = 'АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ'
smeshenie = int(input('Шаг шифровки: '))
message = input("Сообщение для шифровки: ").upper()
itog = ''
lang = input('Выберите язык RU/EU: ')   #Добавляем возможность выбора языка

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:

if lang == 'RU':
    for i in message:
        mesto = alfavit_RU.find(i)   # Алгоритм для шифрования сообщения на русском 
        new_mesto = mesto + smeshenie
        if i in alfavit_RU:
            itog += alfavit_RU[new_mesto]
        else:
            itog += i
else:
    for i in message:
        mesto = alfavit_EU.find(i)		# Алгоритм для шифрования сообщения на английском 
        new_mesto = mesto + smeshenie
        if i in alfavit_EU:
            itog += alfavit_EU[new_mesto]
        else:
            itog += i

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:

alfavit =  'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ'
smeshenie = int(input('Шаг шифровки: '))
message = input("Сообщение для ДЕшифровки: ").upper()    #заменяем слово шифровка, на дешифровка
itog = ''

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:

if lang == 'RU':
    for i in message:
        mesto = alfavit_RU.find(i)    
        new_mesto = mesto + smeshenie    # Меняем знак + на знак -
        if i in alfavit_RU:
            itog += alfavit_RU[new_mesto]
        else:
            itog += i
else:
    for i in message:
        mesto = alfavit_EU.find(i)		 # Меняем знак + на знак - 
        new_mesto = mesto + smeshenie
        if i in alfavit_EU:
            itog += alfavit_EU[new_mesto]
        else:
            itog += i

Итоговый вид программы

Итак, вот мы и написали простейшую программу для шифрования методом Цезаря. Ниже я размещу общий вид программы без моих комментариев, чтобы вы еще раз смогли сравнить свою программу с моей:

alfavit_EU =  'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
alfavit_RU = 'АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯАБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ'
smeshenie = int(input('Шаг шифровки: '))
message = input("Сообщение для ДЕшифровки: ").upper()
itog = ''
lang = input('Выберите язык RU/EU: ')
if lang == 'RU':
    for i in message:
        mesto = alfavit_RU.find(i)
        new_mesto = mesto + smeshenie
        if i in alfavit_RU:
            itog += alfavit_RU[new_mesto]
        else:
            itog += i
else:
    for i in message:
        mesto = alfavit_EU.find(i)
        new_mesto = mesto + smeshenie
        if i in alfavit_EU:
            itog += alfavit_EU[new_mesto]
        else:
            itog += i
print (itog)

Итог

Вы успешно написали алгоритм шифровки и дешифровки сообщения на Python с помощью метода Цезаря. В следующей статье мы с вами рассмотрим Шифр Виженера, а также разберем его реализацию на Python, а пока я предлагаю вам написать в комментариях варианты модернизации программы(код или просо предложения и пожелания). Я обязательно учту ваше мнение.