Klíčové pojmy
Vzory
Kód
Puzzle
Šifrování

Úvod
Pokud potřebujete poslat tajnou zprávu příteli, jak jsi mohl se zabránilo další lidi od čtení? Jedním ze způsobů je zašifrovat zprávu-to znamená použít tajný kód, který znáte pouze vy a váš přítel. Vyzkoušejte tuto aktivitu a naučte se, jak vytvořit vlastní „Caesar cipher“, populární typ kódu, který se snadno učí.

pozadí
kryptografie je studium psaní nebo řešení tajných kódů, které se používají pro bezpečnou komunikaci. Historicky byly kódy používány politiky, špiony a válčícími zeměmi, aby zabránili svým nepřátelům vědět, co mají za lubem. Mnoho z prvních kódů nebo „šifer“, jako je ten, který vytvoříte v tomto projektu, bylo snadné vytvořit ručně. Nyní kryptografie je zásadní v informatice pro udržení vše od e-mailů na informace o bankovním účtu v bezpečí.

Caesarova šifra, pojmenovaná podle římského císaře Julia Caesara, je jednou z prvních a nejznámějších šifer. Jedná se o jednoduchou formu „substituční šifry“, kde nahradíte každé písmeno abecedy jiným písmenem posunutím celé abecedy o určitý počet písmen (obtékání na začátek, jakmile dosáhnete konce). Například by to byl váš klíč a kód, pokud posunete každé písmeno O tři mezery:

Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Cipher: XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

takže, když píšete zprávu, písmeno a dostane nahrazen X, b dostane nahrazen Y a tak dále. Například slovo „HELLO“ zní:

Plain: HELLO
Cipher: EBIIL

Chcete-li dekódovat vaši zprávu, musíte sdílet „klíč“ (číslo 3) se svým přítelem. Poté můžete posílat zprávy, které jsou napsány v šifře, takže ostatní lidé nemohou číst!

Materiál

• Tužka a papír
• alespoň jedna další osoba

Příprava

• Vysvětlete pojem caesarova šifra známému nebo nechat přečíst část pozadí této činnosti.
• zapište abecedu od A do Z.
• Vyberte číslo od 1 do 25. (Pokud použijete 26, stačí skončit s původní abecedou.) Toto číslo je váš klíč.

postup

• posuňte celou abecedu o číslo, které jste vybrali, a zapište ji pod původní abecedu (jak je uvedeno výše).
• Vyberte zprávu, kterou chcete napsat svému příteli. Může být nejjednodušší začít s jednoduchou zprávou (například jedním slovem nebo frází), než vyzkoušíte delší věty nebo odstavce.
• zapište si kódovanou zprávu pomocí posunuté abecedy. Pokud to pomůže, zapište si nejprve textovou zprávu a poté ji zakódujte po jednom písmenu (například výše uvedený příklad „Ahoj“). Jen se ujistěte, že kus papíru, který dáte svému příteli, má pouze kódovanou zprávu!
• Dejte svému příteli kódovanou zprávu a řekněte jim klíč. Proč si myslíš, že nechceš zapsat ten klíč?
• zjistěte, zda váš přítel může dešifrovat vaši zprávu. Pokud to pomůže při prvním pokusu, nechte je pracovat zpět pomocí původních a posunutých abeced, které jste si zapsali. Pomocí příkladu z pozadí se písmeno x stává a; y se stává b; a tak dále.
• zkuste přepnout a použít jiný klíč pro stejné zprávy. Vypadá to snadněji?
• Extra: zkuste najít třetí osobu, která neví, co je Caesarova šifra. Mohou prolomit váš kód, pokud“ zachytí “ vaši zprávu?
• Extra: co když osoba, která zachytí vaši zprávu, ví o Caesarových šifrách? Usnadňuje to rozluštění kódu? Protože existuje pouze 25 možných klíčů, jsou šifry Caesar velmi citlivé na útok „hrubou silou“, kde dekodér jednoduše zkouší každou možnou kombinaci písmen. Pokud to člověk udělá, může to trvat trochu trpělivosti, ale v dnešní době mohou počítače rozluštit kód za zlomek sekundy, takže šifry Caesar nejsou považovány za bezpečnou metodu šifrování elektronické komunikace.
• Extra: Dalším způsobem, jak rozluštit šifru Caesar, je „frekvenční analýza“, která je založena na skutečnosti, že v přirozeném anglickém projevu a psaní se určitá písmena objevují mnohem častěji než ostatní. Například písmeno E se objevuje častěji než kterékoli jiné, zatímco Z se objevuje nejméně často. (Pokud jste někdy hráli deskovou hru Scrabble, můžete si všimnout, že to určuje, kolik bodů písmena stojí za to!) Takže například, pokud si přečtete celý odstavec a všimnete si, že písmeno D se objevuje častěji než kterékoli jiné, je pravděpodobné, že používalo Caesarovu šifru s posunem 1 (takže E A D v kódu). Tato technika bude přesnější pro delší bloky textu a velmi nepřesné, pro krátké slova nebo fráze, protože existuje spousta slov, které neobsahují E. Můžete nechat přítele napsat celý odstavec pomocí Caesarovy šifry a pak se ho pokusit rozbít pomocí frekvenční analýzy?
• Extra: Pokud plánujete používat šifru Caesar pro pravidelnou komunikaci, jedním z rizik je, že nakonec někdo objeví váš klíč. Tomu můžete zabránit změnou klíče, například pomocí nového klíče každý týden. Jedná se o podobný koncept jako pravidelná změna hesel počítače.
• Extra: Caesarova šifra je jen jeden typ substituční šifry. Podívejte se na některé další typy substitučních šifer a vyzkoušejte je. Jsou těžší nebo jednodušší k použití a crack?

pozorování a výsledky
Jakmile vy i váš přítel pochopíte, jak používat Caesarovu šifru, mělo by být relativně snadné posílat si navzájem šifrovanou komunikaci. To může být zábavný způsob, jak předávat tajné zprávy tam a zpět mezi přáteli. Jak bylo uvedeno výše, ačkoli Caesarova šifra poskytuje skvělý úvod do kryptografie, v počítačovém věku již není bezpečným způsobem odesílání šifrované komunikace elektronicky.

Více k prozkoumání
základy kryptografie: Caesar Cipher,od Instructables
kryptografie, od Learn Cryptography
Password Hacker, od Scientific American
vědecké aktivity pro všechny věkové kategorie!, od Science Buddies

tato aktivita vám přináší ve spolupráci s Science Buddies