Валерий Борисок - Delphi. Трюки и эффекты

Листинг 12.12. Шифрование/дешифрование текста сообщения

procedure TfmTransposition.btnEncryptMessageClick (Sender:

TObject);

begin

EncryptDecrypt(mmDecryptMessage.Lines,

mmEncryptMessage.Lines, 0);

end;

procedure TfmTransposition.btnDecpyptMessageClick(Sender:

TObject);

begin

EncryptDecrypt(mmEncryptMessage.Lines,

mmDecryptMessage.Lines, 1);

end;

procedure TfmTransposition.EncryptDecrypt(SrcLines,

DstLines: TStrings;

nKey: Integer);

var

i, j, Cnt: Integer;

s, EncryptMsg: String;

begin

if RecalcRearrangement(nKey) then

begin

//вычисляем общую длину текста

Cnt := 0;

for i := 0 to SrcLines.Count – 1 do

Inc(Cnt, Length(SrcLines[i]));

//проверяем кратность общей длины длине перестановки

if Cnt mod Rear[0] <> 0 then

begin

MessageDlg('Ошибка: текст сообщения не кратен длине

перестановки', mtError, [mbOk], 0);

Exit;

end;

//преобразуем сообщение

Cnt := Rear[0];

DstLines.BeginUpdate;

DstLines.Clear;

for i := 0 to SrcLines.Count – 1 do

begin

EncryptMsg := '

for j := 1 to Length(SrcLines[i]) do

begin

if Cnt = Rear[0] then

begin

s := GetLine(SrcLines, i, j);

Cnt := 0;

end;

Inc(Cnt);

EncryptMsg := EncryptMsg + s[Rear[Cnt]];

end;

DstLines.Add(EncryptMsg);

end;

DstLines.EndUpdate;

end

else

MessageDlg('Ошибка: перестановка задана неверно', mtError,

[mbOk], 0);

end;

С подготовительным этапом мы разобрались, а теперь рассмотрим непосредственно сам процесс преобразования текста сообщения. Здесь переменная Cnt отвечает за то, какую часть очередной группы букв уже обработали. Если она равна количеству чисел в перестановке, то происходит переход к очередной группе букв сообщения. Алгоритм преобразования усложняется тем, что строки текста не обязательно кратны количеству чисел в перестановке. Поэтому для удобства мы написали функцию GetLine, получающую часть сообщения с указанной позиции в виде одной строки определенной длины, которая при необходимости склеена из нескольких подряд идущих строк. Теперь нам ничего не мешает заменить очередную букву сообщения соответствующей буквой из полученной строки. Результат работы приложения приведен на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Результат работы приложения «Т ранспозиция с фиксированным периодом»

12.4. Шифр Виженера и его варианты

Ключ в шифре Виженера задается набором из п букв. Такие наборы подписываются с повторением под текстом сообщения, и полученные две последовательности складываются по модулю т, где т – количество букв в рассматриваемом алфавите (например, для русского алфавита каждая буква нумеруется от О (А) до 32 (Я) wn = 33). В результате получаем правило преобразования открытого текста И = xi + yi (mod т), где xi – буква в открытом тексте с номером i, yi – буква ключа, полученная сокращением числа i по модулю п. В табл. 12.1 приведен пример использования ключа ПБЕ.

Таблица 12.1

. Шифр Виженера с ключом ПБЕ

Шифр Виженера с периодом 1 называется шифром Цезаря. По сути, он представляет собой простую подстановку, в которой каждая буква некоторого сообщения М сдвигается циклически вперед на фиксированное количество мест по алфавиту. Именно это количество является ключом. Оно может принимать любое значение в диапазоне от 0  до т – 1. Повторное применение двух или более шифров Виженера будет называться составным шифром Виженера. Он имеет уравненией = xi + yi +… + zi (modm), где xi + yi +… + zi имеют различные периоды. Период их суммы, как и в составной транспозиции, будет наименьшим общим кратным отдельных периодов.

Если используется шифр Виженера с неограниченным неповторяющимся ключом, то мы имеем шифр Вернама, в котором й = xi + yi (mod т) и yi выбираются случайно и независимо среди чисел 0, 1…., т – 1. Если ключом служит текст, имеющий смысл, то имеем шифр «бегущего ключа».

Теперь перейдем к примеру. Рассмотрим одну из возможных реализаций шифра Цезаря. Как обычно, создадим новое приложение и, по аналогии с предыдущим примером, разместим на форме такие же компоненты. У вас получится приблизительно следующее приложение (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Интерфейс приложения «Шифр Цезаря»

Текстовое поле имеет имя edKey и предназначено для задания ключа, при помощи которого будет происходить процесс шифрования или дешифрования. Остальная часть интерфейса программы нам знакома, поэтому останавливаться на ней повторно не имеет смысла. Перейдем к рассмотрению исходного кода программы. Объявление необходимых типов, описание классов и переменных приведено в листинге 12.13.

Листинг 12.13.

Объявление типов и класса нашей формы

type

//исходный алфавит русского языка

TRusSrcAlphabet = array [0..65] of Char;

//сопоставление букв алфавита открытого текста и зашифрованного

TRusDstAlphabet = array [Char] of Char;

TfmCryptography = class(TForm)

mmDecryptMessage: TMemo;

mmEncryptMessage: TMemo;

lbDecryptMessage: TLabel;

lbEncryptMessage: TLabel;

btnEncryptMessage: TButton;

btnDecpyptMessage: TButton;

edKey: TEdit;

lbKey: TLabel;

procedure btnEncryptMessageClick(Sender: TObject);

procedure btnDecpyptMessageClick(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

RusDstAlphabet: TRusDstAlphabet;

function GetKey: Integer;

procedure RecalcAlphabet(nKey: Integer);

function EncryptDecryptString(strMsg: String;

nKey: Integer): String;

public

{ Public declarations }

end;

var

RusSrcAlphabet: TRusSrcAlphabet =

'АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ' +

'абвгдеёжзийклмнопрстуфхцчшщъыьэюя

fmCryptography: TfmCryptography;

Далее приведем описание работы методов, решающих определенные подзадачи, которые возникают в процессе решения основной проблемы. Итак, начнем рассмотрение с функции получения введенного пользователем ключа. Ее работа заключается в следующем. Сначала текстовое представление ключа преобразуется в численное представление. Далее проверяется, успешно ли прошло преобразование. Если все отлично, то возвращается полученное значение. В противном случае результатом функции будет -1, что свидетельствует о некорректном вводе пользователем ключа. Исходный код данной функции приведен в листинге 12.14.

Листинг 12.14.

Функция получения ключа

function TfmCryptography.GetKey: Integer;

var

key, code: Integer;

begin

Result := –1;

//получаем текст элемента управления текстовая строка

Val(edKey.Text, key, code);

//ошибка во время преобразования к целому числу?

//или ключ имеет отрицательное значение?

if (code = 0) and (0 < key) then

Result := key;

end;

Процедура RecalcAlphabet имеет один параметр nKey, который принимает любое целое значение. Он показывает, на сколько требуется сдвинуть алфавит циклически вперед, то есть если имеется алфавит АБВГД, а пКеу=3, то результатом будет ВГДАБ. Первым делом алфавит соответствия заполняется один к одному, то есть каждый символ соответствует сам себе. После этого циклом проходимся по строке, содержащей весь необходимый алфавит, подлежащий сдвигу, и переназначаем соответствие этих букв смещенным. Как это делается, можно посмотреть в листинге 12.15.

Листинг 12.15.

Функция пересчета алфавита преобразования

procedure TfmCryptography.RecalcAlphabet(nKey: Integer);

var

Ch: Char;

i: Integer;

LetCnt: Integer;

begin

//предварительно все символы в алфавите шифрования

//соответствуют символам из незашифрованного алфавита

for Ch := Low(RusDstAlphabet) to High(RusDstAlphabet) do

RusDstAlphabet[Ch] := Ch;

//количество символов в алфавите

LetCnt := SizeOf(TRusSrcAlphabet);

//смещаем эталонный алфавит циклически влево на значение,

//заданное ключом nKey

for i := 0 to LetCnt – 1 do

RusDstAlphabet[RusSrcAlphabet[(i – nKey + LetCnt)

mod LetCnt]] := RusSrcAlphabet[i];

end;

Процедура RecalcAlphabet производит необходимую подготовку перед шифрованием или дешифрованием. Результаты процедуры используются в функции EncryptDecryptString, где каждая буква открытого текста заменяется соответствующей ей буквой из смещенного алфавита. Это преобразование осуществляется простым проходом по всей строке и выполнением операции замены символа соответствующим ему. Стоит заметить, что для дешифровки сообщения по заданному ключу вычисляется симметричный ему ключ. В результате процесс дешифровки текста сообщения ничем не отличается от процесса его шифровки (листинг 12.16).

Листинг 12.16.

Шифрование/дешифрование строки

function TfmCryptography.EncryptDecryptString(strMsg: String;

nKey: Integer): String;

var

i: Integer;

begin

//каждый символ строки заменяется соответствующим символом

//алфавита шифрования

for i := 1 to Length(strMsg) do

strMsg[i] := RusDstAlphabet[strMsg[i]];

Result := strMsg;

end;

Теперь у нас есть все, чтобы перейти к решению основной задачи. Процесс шифрования аналогичен процессу дешифрования текста сообщения. Для начала нужно попытаться получить ключ, который ввел пользователь, что мы и делаем. После проверяем значение ключа. Если он равен -1, то это значит, что ключ введен неверно и преобразование текста невозможно. Когда все отлично, перед преобразованием текста мы вызываем метод подготовки алфавита с полученным ключом. Стоит отметить, что, когда происходит процесс дешифрования, вычисляется обратный ключ. С его помощью можно получить алфавит, используя который аналогично процессу шифрования получаем открытый текст сообщения. Далее просто: для каждой строки текста сообщения вызывается функцияпреобразования. На этом каждый метод заканчивает свою работу. Исходный код, соответствующий приведенному выше описанию, показан в листинге 12.17.