nøglebegreber
mønstre
kode
Puslespil
kryptografi

introduktion
Hvis du har brug for at sende en hemmelig besked til en ven, hvordan kunne du forhindre andre i at læse den? En måde er at kryptere meddelelsen—det vil sige bruge en hemmelig kode, som kun du og din ven kender. Prøv denne aktivitet for at lære at oprette din egen “Caesar cipher”, en populær type kode, der er let at lære.

baggrund
kryptografi er studiet af at skrive eller løse hemmelige koder, der bruges til sikker kommunikation. Historisk set er koder blevet brugt af politikere, spioner og lande i krig for at forhindre deres fjender i at vide, hvad de laver. Mange af de tidligste koder, eller” ciphers”, som den, du vil oprette i dette projekt, var nemme at oprette for hånd. Nu er kryptografi afgørende i datalogi for at holde alt fra e-mails til bankkontooplysninger sikre.Cæsar-krypteringen, opkaldt efter den romerske kejser Julius Cæsar, er en af de tidligste og mest kendte cifre. Det er en simpel form for en “substitution cipher”, hvor du erstatter hvert bogstav i alfabetet med et andet bogstav ved at flytte hele alfabetet et vist antal bogstaver (indpakning rundt til begyndelsen, når du når slutningen). For eksempel ville dette være din nøgle og kode, hvis du skifter hvert bogstav med tre mellemrum:: Så når du skriver din besked, bliver bogstavet a erstattet med H, B bliver erstattet med Y og så videre. For eksempel læser ordet “hej”:

almindelig: Hej
Cipher: EBIIL

for at afkode din besked skal du dele “nøglen” (nummer 3) med din ven. Derefter kan du sende beskeder, der er skrevet i cipher, så andre mennesker ikke kan læse dem!

materialer

• blyant og papir
• mindst en anden person

forberedelse

• Forklar begrebet Cæsar-kryptering til en ven, eller få dem til at læse baggrundsafsnittet i denne aktivitet.
• skriv alfabetet ned fra A til Å.
• Vælg et tal fra 1 til 25. (Hvis du bruger 26, vil du bare afslutte med det originale alfabet.) Dette nummer er din nøgle.

Procedure

• Skift hele alfabetet med det nummer, du valgte, og skriv det ned under dit originale alfabet (som vist ovenfor).
• vælg en besked for at skrive til din ven. Det kan være nemmest at starte med en simpel besked (såsom et enkelt ord eller en sætning), før du prøver længere sætninger eller afsnit.
• skriv ned din kodede besked ved hjælp af dit skiftede alfabet. Hvis det hjælper, skal du først skrive din almindelige tekstbesked ned og derefter kode den et bogstav ad gangen (f.eks. Bare sørg for, at det stykke papir, du giver din ven, kun har den kodede besked!
• Giv din ven den kodede besked og fortæl dem nøglen. Hvorfor tror du, at du ikke vil skrive nøglen ned?
• se om din ven kan dekryptere din besked. Hvis det hjælper til første forsøg, så lad dem arbejde baglæns ved hjælp af de originale og skiftede alfabeter, du skrev ned. Ved hjælp af eksemplet fra baggrunden bliver bogstavet A; y bliver b; og så videre.
• prøv at skifte og bruge en anden tast til de samme meddelelser. Ser enten lettere ud at knække?
• ekstra: prøv at finde en tredje person, der ikke ved, hvad en Caesar cipher er. Kan de knække din kode, hvis de “opfanger” din besked?
• ekstra: hvad hvis den person, der opfanger din besked, kender Caesar ciphers? Gør det det lettere at knække koden? Fordi der kun er 25 mulige nøgler, er Caesar-cifre meget sårbare over for et “brute force” – angreb, hvor dekoderen simpelthen prøver hver mulig kombination af bogstaver. Dette kan tage lidt tålmodighed, hvis et menneske gør det, men i dag kan computere afsløre koden på en brøkdel af et sekund, så Caesar-cifre betragtes ikke som en sikker metode til at kryptere elektronisk kommunikation.
• ekstra: En anden måde at knække Caesar-krypteringen på er “frekvensanalyse”, der er baseret på det faktum, at visse bogstaver i naturlig engelsk tale og skrivning forekommer meget oftere end andre. For eksempel vises bogstavet E oftere end nogen anden, mens S vises mindst ofte. (Hvis du nogensinde har spillet brætspil Scrabble, kan du bemærke, at dette bestemmer, hvor mange point bogstaver er værd!) Så hvis du for eksempel læser et helt afsnit og bemærker, at bogstavet D vises oftere end nogen anden, er odds, at det brugte en Caesar-kryptering med et skift på 1 (hvilket gør E A D i koden). Denne teknik vil være mere nøjagtig for længere tekstblokke og meget unøjagtig for korte ord eller sætninger, fordi der er masser af ord, der slet ikke indeholder E. Kan du få en ven til at skrive et helt afsnit med en Caesar-kryptering og derefter prøve at knække det ved hjælp af frekvensanalyse?
• ekstra: Hvis du planlægger at bruge Caesar-krypteringen til regelmæssig kommunikation, er en risiko, at nogen til sidst vil opdage din nøgle. Du kan hjælpe med at forhindre dette ved at ændre nøglen, for eksempel ved hjælp af en ny hver uge. Dette er et lignende koncept til periodisk at ændre dine computeradgangskoder.
• ekstra: Caesar cipher er kun en type substitution cipher. Kig op nogle andre typer af substitution ciphers og prøve dem. Er de sværere eller lettere at bruge og knække?

observationer og resultater
Når du og din ven begge forstår, hvordan man bruger en Caesar-kryptering, skal det være relativt let at sende krypteret kommunikation til hinanden. Dette kan være en sjov måde at videregive hemmelige beskeder frem og tilbage mellem venner. Som diskuteret ovenfor, selvom Caesar-krypteringen giver en god introduktion til kryptografi, er det i computeralderen ikke længere en sikker måde at sende krypteret kommunikation elektronisk på.

mere at udforske
Grundlæggende om kryptografi: Cæsar Cipher, fra Instructables
kryptografi, fra Lær kryptografi
adgangskode Hacker, fra Scientific American
videnskab aktiviteter for alle aldre!, fra Science Buddies

denne aktivitet bragt til dig i partnerskab med Science Buddies