Cipher ｜ UWSC辞典

タグ: モジュール

Contents

1 プログラム
- 1.1 解説
2 プログラム実行例
- 2.1 シーザー暗号
  - 2.1.1 解説
3 シーザー暗号
4 ROT13
5 ヴィジュネル暗号
6 XOR暗号

Cipherモジュールは、暗号化・復号する関数をまとめたモジュールです。

シーザー暗号・ROT13・ヴィジュネル暗号・XOR暗号の4種類です。

構文

UString = Cipher.Caesar.encode( str, num )
UString = Cipher.Caesar.decode( str, num )
UString = Cipher.ROT13.encode( str )
UString = Cipher.ROT13.encode( str )
UString = Cipher.Vigenere.encode( str, key )
UString = Cipher.Vigenere.decode( str, key )
UString = Cipher.XOR.encode( str, key )
UString = Cipher.XOR.decode( str, key )

引数

str: 暗号化または復号する文字列
num: シーザー暗号で文字をシフトさせる数
key: 鍵

戻値: 暗号化または復号した文字列

プログラム

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   str : 暗号化または復号する文字列 
//   num : シーザー暗号で文字をシフトさせる数 
//   key : 鍵 
// 【戻値】
//   暗号化または復号した文字列 
//////////////////////////////////////////////////
MODULE Cipher
	FUNCTION Caesar.encode(str, num = 3)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			DIM ofs = ""
			DIM normalizedNumber = IIF(num >= 0, num MOD 26, INT(ABS(num / 26) + 1) * 26 + num)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("A") + normalizedNumber) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("A"))
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("a") + normalizedNumber) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION Caesar.decode(str, num = 3)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			DIM ofs = ""
			DIM normalizedNumber = IIF(num >= 0, num MOD 26, INT(ABS(num / 26) + 1) * 26 + num)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("A") - normalizedNumber + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("A"))
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("a") - normalizedNumber + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION ROT13.encode(str)
		RESULT = Cipher.Caesar.encode(str, 13)
	FEND	
	FUNCTION ROT13.decode(str)
		RESULT = Cipher.ROT13.encode(str)
	FEND
	FUNCTION Vigenere.encode(str, key)
		str = STRCONV(str, SC_LOWERCASE)
		key = STRCONV(key, SC_LOWERCASE)
		DIM res = ""
		DIM ofs = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
					ofs = ((ASC(s) - ASC("a")) + (ASC(COPY(key, num, 1)) - ASC("a")) + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION Vigenere.decode(str, key)
		str = STRCONV(str, SC_LOWERCASE)
		key = STRCONV(key, SC_LOWERCASE)
		DIM res = ""
		DIM ofs = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
					ofs = ((ASC(s) - ASC("a")) - (ASC(COPY(key, num, 1)) - ASC("a")) + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION XOR.encode(str, key)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
			DIM a = ASC(COPY(str, n, 1))
			DIM b = ASC(COPY(key, num, 1))
			res = res + "" + REPLACE(FORMAT(VARTYPE(decToBin(a XOR b), VAR_INTEGER), 8), " ", "0")
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION XOR.decode(str, key)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str) / 8
			DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
 			DIM a = binToDec(COPY(str, n * 8 - 7, 8))
			DIM b = ASC(COPY(key, num, 1))
			res = res + CHR(a XOR b)
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
ENDMODULE

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   bin : 2進数 
// 【戻値】
//   10進数に変換した値 
//////////////////////////////////////////////////
FUNCTION binToDec(bin)
	dec = 0
	FOR n = 1 TO LENGTH(bin)
		dec = dec + COPY(bin, n, 1) * POWER(2, LENGTH(bin) - n)
	NEXT
	RESULT = dec
FEND

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   dec : 10進数 
// 【戻値】
//   2進数に変換した値 
//////////////////////////////////////////////////
FUNCTION decToBin(dec)
	bin = ""
	REPEAT
		bin = (dec MOD 2) + bin
		dec = INT(dec/2)
	UNTIL dec = 0
	RESULT = bin
FEND

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   expr : 評価する式 
//   truepart : 評価した式がTrueのときに返す値 
//   falsepart : 評価した式がFalseのときに返す値 
// 【戻値】
//   truepart : 評価した式がTrueのとき、falsepart : 評価した式がFalseのとき 
//////////////////////////////////////////////////
FUNCTION IIF(expr, truepart, falsepart)
	IFB EVAL(expr) THEN
		RESULT = truepart
	ELSE
		RESULT = falsepart
	ENDIF
FEND

解説

2-20行目

	FUNCTION Caesar.encode(str, num = 3)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			DIM ofs = ""
			DIM normalizedNumber = IIF(num >= 0, num MOD 26, INT(ABS(num / 26) + 1) * 26 + num)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("A") + normalizedNumber) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("A"))
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("a") + normalizedNumber) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND

Cipher.Caesar.encode: シーザー暗号でエンコードします。シフトする文字数のデフォルトは3文字です。

エンコードした結果を代入する変数resを宣言。変数normalizedNumberにシフトさせる数を0～25の範囲に正規化した数値を代入。

ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")（変数sの文字が大文字ならば）
ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")（変数sの文字が小文字ならば）
アルファベット以外の文字: そのまま代入

21-39行目
```
	FUNCTION Caesar.decode(str, num = 3)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			DIM ofs = ""
			DIM normalizedNumber = IIF(num >= 0, num MOD 26, INT(ABS(num / 26) + 1) * 26 + num)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("A") - normalizedNumber + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("A"))
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("a") - normalizedNumber + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
```
Cipher.Caesar.decode
シーザー暗号でデコードします。
変数sにデコードする文字列から1文字を代入。
変数normalizedNumberにシフトさせる数を0～25の範囲に正規化した数値を代入。
ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
マイナスにならないように「+26」する。
AのASCIIコードにシフトする数を加算してから文字に戻す。
ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
マイナスにならないように「+26」する。
AのASCIIコードにシフトする数を加算してから文字に戻す。
アルファベット以外の文字
そのまま代入
40-42行目
```
	FUNCTION ROT13.encode(str)
		RESULT = Cipher.Caesar.encode(str, 13)
	FEND	
```
Cipher.ROT13.encode
ROT13でエンコードします。
シーザー暗号で13文字シフトします。
43-45行目
```
	FUNCTION ROT13.decode(str)
		RESULT = Cipher.ROT13.encode(str)
	FEND
```
Cipher.ROT13.decode
ROT13でデコードします。
暗号化を2回行うと元に戻るので、再度ROT13でエンコード。

46-63行目

	FUNCTION Vigenere.encode(str, key)
		str = STRCONV(str, SC_LOWERCASE)
		key = STRCONV(key, SC_LOWERCASE)
		DIM res = ""
		DIM ofs = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
					ofs = ((ASC(s) - ASC("a")) + (ASC(COPY(key, num, 1)) - ASC("a")) + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND

Cipher.Vigenere.encode: ヴィジュネル暗号でエンコードします。

64-81行目

	FUNCTION Vigenere.decode(str, key)
		str = STRCONV(str, SC_LOWERCASE)
		key = STRCONV(key, SC_LOWERCASE)
		DIM res = ""
		DIM ofs = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
					ofs = ((ASC(s) - ASC("a")) - (ASC(COPY(key, num, 1)) - ASC("a")) + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND

Cipher.Vigenere.decode: ヴィジュネル暗号でデコードします。

82-91行目

	FUNCTION XOR.encode(str, key)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
			DIM a = ASC(COPY(str, n, 1))
			DIM b = ASC(COPY(key, num, 1))
			res = res + "" + REPLACE(FORMAT(VARTYPE(decToBin(a XOR b), VAR_INTEGER), 8), " ", "0")
		NEXT
		RESULT = res
	FEND

Cipher.XOR.encode: XOR暗号でエンコードします。

92-101行目

	FUNCTION XOR.decode(str, key)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str) / 8
			DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
 			DIM a = binToDec(COPY(str, n * 8 - 7, 8))
			DIM b = ASC(COPY(key, num, 1))
			res = res + CHR(a XOR b)
		NEXT
		RESULT = res
	FEND

Cipher.XOR.decode: XOR暗号でデコードします。

プログラム実行例

シーザー暗号

DIM str = "info@example.com"
DIM Caesar = Cipher.Caesar.encode(str)
PRINT "暗号化<#TAB>" + Caesar
PRINT "復号<#TAB>" + Cipher.Caesar.decode(Caesar)

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   bin : 2進数 
// 【戻値】
//   10進数に変換した値 
//////////////////////////////////////////////////
FUNCTION binToDec(bin)
	dec = 0
	FOR n = 1 TO LENGTH(bin)
		dec = dec + COPY(bin, n, 1) * POWER(2, LENGTH(bin) - n)
	NEXT
	RESULT = dec
FEND

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   str : 暗号化または復号する文字列 
//   num : シーザー暗号で文字をシフトさせる数 
//   key : 鍵 
// 【戻値】
//   暗号化または復号した文字列 
//////////////////////////////////////////////////
MODULE Cipher
	FUNCTION Caesar.encode(str, num = 3)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			DIM ofs = ""
			DIM normalizedNumber = IIF(num >= 0, num MOD 26, INT(ABS(num / 26) + 1) * 26 + num)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("A") + normalizedNumber) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("A"))
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("a") + normalizedNumber) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION Caesar.decode(str, num = 3)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			DIM ofs = ""
			DIM normalizedNumber = IIF(num >= 0, num MOD 26, INT(ABS(num / 26) + 1) * 26 + num)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("A") AND ASC(s) <= ASC("Z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("A") - normalizedNumber + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("A"))
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					ofs = (ASC(s) - ASC("a") - normalizedNumber + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION ROT13.encode(str)
		RESULT = Cipher.Caesar.encode(str, 13)
	FEND	
	FUNCTION ROT13.decode(str)
		RESULT = Cipher.ROT13.encode(str)
	FEND
	FUNCTION Vigenere.encode(str, key)
		str = STRCONV(str, SC_LOWERCASE)
		key = STRCONV(key, SC_LOWERCASE)
		DIM res = ""
		DIM ofs = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
					ofs = ((ASC(s) - ASC("a")) + (ASC(COPY(key, num, 1)) - ASC("a")) + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION Vigenere.decode(str, key)
		str = STRCONV(str, SC_LOWERCASE)
		key = STRCONV(key, SC_LOWERCASE)
		DIM res = ""
		DIM ofs = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM s = COPY(str, n, 1)
			SELECT TRUE
				CASE ASC(s) >= ASC("a") AND ASC(s) <= ASC("z")
					DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
					ofs = ((ASC(s) - ASC("a")) - (ASC(COPY(key, num, 1)) - ASC("a")) + 26) MOD 26
					res = res + CHR(ofs + ASC("a"))
				DEFAULT
					res = res + s
			SELEND
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION XOR.encode(str, key)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str)
			DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
			DIM a = ASC(COPY(str, n, 1))
			DIM b = ASC(COPY(key, num, 1))
			res = res + "" + REPLACE(FORMAT(VARTYPE(decToBin(a XOR b), VAR_INTEGER), 8), " ", "0")
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
	FUNCTION XOR.decode(str, key)
		DIM res = ""
		FOR n = 1 TO LENGTH(str) / 8
			DIM num = (n - 1) MOD LENGTH(key) + 1
 			DIM a = binToDec(COPY(str, n * 8 - 7, 8))
			DIM b = ASC(COPY(key, num, 1))
			res = res + CHR(a XOR b)
		NEXT
		RESULT = res
	FEND
ENDMODULE

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   dec : 10進数 
// 【戻値】
//   2進数に変換した値 
//////////////////////////////////////////////////
FUNCTION decToBin(dec)
	bin = ""
	REPEAT
		bin = (dec MOD 2) + bin
		dec = INT(dec/2)
	UNTIL dec = 0
	RESULT = bin
FEND

//////////////////////////////////////////////////
// 【引数】
//   expr : 評価する式 
//   truepart : 評価した式がTrueのときに返す値 
//   falsepart : 評価した式がFalseのときに返す値 
// 【戻値】
//   truepart : 評価した式がTrueのとき、falsepart : 評価した式がFalseのとき 
//////////////////////////////////////////////////
FUNCTION IIF(expr, truepart, falsepart)
	IFB EVAL(expr) THEN
		RESULT = truepart
	ELSE
		RESULT = falsepart
	ENDIF
FEND

結果: 暗号化 lqir@hadpsoh.frp
復号 info@example.com

解説

1行目
```
DIM str = "info@example.com"
```
暗号化する文字列をstrに代入します。
2行目
```
DIM Caesar = Cipher.Caesar.encode(str)
```
シーザー暗号でエンコード（暗号化）します。
3行目
```
PRINT "暗号化<#TAB>" + Caesar
```
暗号化した文字列を出力します。

4行目

PRINT "復号<#TAB>" + Cipher.Caesar.decode(Caesar)

復号した文字列を出力します。

シーザー暗号

シーザー暗号は単一換字式暗号の一種で、平文の各文字を3字分シフトして作る暗号のことです。例えば「A」を「D」、「B」を「E」に置換します。文字のシフト数は固定だが、3である必要はありません。

シフト数が26の倍数の場合、平文と同じになります。

シフトする数がすべての文字で同じなので、アルファベットで構成された文は26通りすべて総当りすることで簡単に破られます。

\[E_{n}(x)=(x+n) \quad \rm{mod} \quad 26\] \[D_{n}(x)=(x-n) \quad \rm{mod} \quad 26\]

ROT13

ROT13は単一換字式暗号（シーザー暗号）の一種で、平文の各文字を13字分シフトして作る暗号のことです。例えば「A」を「N」、「B」を「O」に置換します。”ROTate by 13 places”の略。暗号化と復号が同じ処理でとても単純なのもこの暗号の特徴。アルファベットが26文字であるのに対し、暗号化は13文字シフトするので2回処理をすると元の文に戻る。

\[{\rm{ROT}}_{13}({\rm{ROT}}_{13}(x))={\rm{ROT}}_{26}(x)=x\]

ヴィジュネル暗号

アルファベットを0～25（a～z）の数値としてみれば、次の式が成り立ちます。ただし、\(P_{i}\)は平文の\(i\)文字目、\(K_{i}\)は鍵の\(i\)文字目、\(C_{i}\)は暗号文の\(i\)文字目です。

以下が、ヴィジュネル暗号は多表式の換字式暗号です。

\[C_{i}=(P_{i}+K_{i}) \quad \rm{mod} \quad 26\] \[P_{i}=(C_{i}-K_{i}) \quad \rm{mod} \quad 26\]

XOR暗号

XOR暗号とは、平文をバイナリデータと考えて、2進数の鍵とXORをとって暗号化する手法のことです。

XOR（排他的論理和）には、以下の特徴があります。

与えられた2つの入力のうち片方が真・片方が偽のとき真を出力し、両方とも真もしくは偽のときは偽を出力する。
ビットごとの排他的論理和は特定ビットの反転操作なので、2回繰り返せばもとに戻る。

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