Key concepts
Patterns
Code
Puzzles
Cryptography

Introduction
if you need to sent a secret message to a friend, how could you could even other people from reading it? Yksi tapa on salata viesti—eli käyttää salaista koodia, jonka vain sinä ja ystäväsi tiedätte. Kokeile tätä toimintaa oppia luomaan oman ”Caesar cipher”, suosittu tyyppi koodi, joka on helppo oppia.

Tausta
kryptografia on salaisten koodien kirjoittamisen tai ratkaisemisen tutkimusta, joita käytetään turvalliseen viestintään. Historiallisesti koodeja ovat käyttäneet poliitikot, vakoojat ja sodassa olevat maat estääkseen vihollisiaan tietämästä mitä he aikovat. Monet varhaisimmista koodeista eli ”salakirjoituksista”, kuten se, jonka luot tässä projektissa, oli helppo luoda käsin. Nyt kryptografia on välttämätöntä tietojenkäsittelytieteessä, jotta kaikki sähköposteista pankkitilitietoihin pidetään turvassa.

Rooman keisarin Julius Caesarin mukaan nimetty Caesarin salakirjoitus on varhaisimpia ja laajimmin tunnettuja salakirjoituksia. Se on yksinkertainen muoto ”substituutiosalakirjoituksesta”, jossa jokainen aakkoston kirjain korvataan toisella kirjaimella siirtämällä koko aakkostolle tietty määrä kirjaimia (kääritään alkuun, kun päästään loppuun). Esimerkiksi tämä olisi avaimesi ja koodisi, jos siirrät jokaista kirjainta kolmella välilyönnillä:

Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Cipher: XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

niin, kun kirjoitat viestiäsi, kirjain A korvataan X: llä, B korvataan Y: llä ja niin edelleen. Esimerkiksi sana” Hei ” kuuluu:

Plain: HELLO
Cipher: EBIIL

purkaaksesi viestisi, sinun täytyy jakaa ”avain” (numero 3) ystäväsi kanssa. Sen jälkeen voit lähettää viestejä, jotka on kirjoitettu salakirjoituksella, jotta muut ihmiset eivät voi lukea niitä!

Materiaalit

• lyijykynä ja paperi
• ainakin yksi muu

valmistelu

• selittää ystävälle Caesar-salakirjoituksen käsitteen tai pyydä heitä lukemaan tämän toiminnan taustaosuus.
• Kirjoita aakkoset A: sta Z: ään.
• Valitse numero 1: stä 25: een. (Jos käytät 26, voit vain päätyä alkuperäisen aakkoset. Tämä numero on avaimesi.

menettely

• siirrä koko aakkosto valitsemasi numeron mukaan ja kirjoita se alkuperäisen aakkostosi alapuolelle (kuten yllä).
• Valitse viesti, jonka kirjoitat ystävällesi. Voi olla helpointa aloittaa yksinkertaisella viestillä (kuten yhdellä sanalla tai lauseella) ennen kuin kokeilet pidempiä lauseita tai kappaleita.
• Kirjoita koodattu viestisi ylös siirtyneellä aakkostollasi. Jos se auttaa, Kirjoita tavallinen tekstiviesti ensin sitten koodata se yksi kirjain kerrallaan (kuten ”Hei” esimerkki edellä). Varmista, että ystävällesi antamassasi paperinpalassa on vain koodattu viesti!
• anna ystävällesi koodattu viesti ja kerro heille avain. Miksi luulet, ettet halua kirjoittaa avainta?
• katso, voiko ystäväsi purkaa viestisi salauksen. Jos se auttaa ensimmäisellä yrittämällä, anna niiden työskennellä taaksepäin käyttäen alkuperäistä ja siirtynyt aakkoset kirjoitit ylös. Taustalta otetun esimerkin avulla kirjaimesta x tulee a, y muuttuu b: ksi ja niin edelleen.
• kokeile vaihtaa ja käyttää eri avainta samoihin viesteihin. Näyttääkö kumpikaan helpommalta murtaa?
• Extra: yritä löytää kolmas henkilö, joka ei tiedä, mikä Caesarin salakirjoitus on. Voivatko he murtaa koodisi, jos he” sieppaavat ” viestisi?
• Extra: mitä jos viestisi sieppaava henkilö tietää Caesar-salakirjoituksista? Helpottaako se koodin murtamista? Koska mahdollisia avaimia on vain 25, Caesar-salakirjoituslaitteet ovat hyvin alttiita ”brute force” – hyökkäykselle, jossa dekooderi yksinkertaisesti kokeilee jokaista mahdollista kirjainyhdistelmää. Tämä saattaa vaatia kärsivällisyyttä, jos ihminen tekee sen, mutta nykyään tietokoneet voivat purkaa koodin sekunnin murto-osassa, joten Caesar-salakirjoitusta ei pidetä turvallisena menetelmänä salata sähköistä viestintää.
• Extra: Toinen tapa murtaa Caesarin salakirjoitus on ”frekvenssianalyysi”, joka perustuu siihen, että luonnollisessa Englannin puheessa ja kirjoituksessa tietyt kirjaimet esiintyvät paljon useammin kuin toiset. Esimerkiksi E-kirjain esiintyy useammin kuin mikään muu, kun taas Z esiintyy vähiten. (Jos olet joskus pelannut lautapeliä Scrabble, saatat huomata, että tämä määrittää, kuinka monta pistettä kirjaimet ovat arvokkaita!) Jos esimerkiksi luet kokonaisen kappaleen ja huomaat, että D-kirjain esiintyy useammin kuin mikään muu, on todennäköistä, että se käytti Caesar-salakirjoitusta, jonka siirtymä on 1 (jolloin koodissa on E ja D). Tämä tekniikka on tarkempi pidemmille tekstilohkoille ja hyvin epätarkka lyhyille sanoille tai lauseille, koska on paljon sanoja, jotka eivät sisällä E: tä lainkaan. Voiko ystävä kirjoittaa kokonaisen kappaleen Caesar-salakirjoituksella ja yrittää murtaa sen taajuusanalyysillä?
• Extra: Jos aiot käyttää Caesar-salakirjoitusta säännölliseen viestintään, yksi riski on, että lopulta joku löytää avaimesi. Tätä voi ehkäistä vaihtamalla avainta esimerkiksi käyttämällä uutta joka viikko. Tämä on samanlainen konsepti kuin tietokoneen salasanojen säännöllinen vaihtaminen.
• Extra: Caesar-salakirjoitus on vain yhdenlainen korvaava salakirjoitus. Etsi muunlaisia korvaavia salakirjoituksia ja kokeile niitä. Onko niitä vaikeampi vai helpompi käyttää ja halkaista?

havaintoja ja tuloksia
kun sinä ja ystäväsi molemmat osaatte käyttää Caesar-salausta, pitäisi olla suhteellisen helppoa lähettää salattuja viestejä toisilleen. Tämä voi olla hauska tapa välittää salaisia viestejä edestakaisin ystävien kesken. Kuten edellä on todettu, vaikka Caesar-salakirjoitus tarjoaa erinomaisen johdannon salaukseen, tietokoneaikana se ei ole enää turvallinen tapa lähettää salattua viestintää sähköisesti.

Lisää tutkittavaa
kryptografian perusteet: Caesar Cipher, from Instructables
Cryptography, from Learn Cryptography
Password Hacker, from Scientific American
Science Activities for All Ages!, Tiedekavereilta

tämä toiminta toi sinulle yhdessä Tiedekavereiden kanssa