sleutelconcepten
patronen
Code
Puzzels
cryptografie

Inleiding
Als u een geheim bericht naar een vriend moet sturen, Hoe kunt u dan voorkomen dat andere mensen het lezen? Een manier is om het bericht te versleutelen-dat wil zeggen, gebruik een geheime code die alleen u en uw vriend kennen. Probeer deze activiteit om te leren hoe je je eigen “Caesar cipher” te maken, een populaire soort code die is gemakkelijk te leren.

Achtergrond
cryptografie is de studie van het schrijven of oplossen van geheime codes die worden gebruikt voor veilige communicatie. Historisch gezien zijn codes gebruikt door politici, spionnen en landen in oorlog om te voorkomen dat hun vijanden weten wat ze van plan zijn. Veel van de vroegste codes, of “cijfers”, zoals degene die u in dit project maken waren gemakkelijk te maken met de hand. Nu cryptografie is essentieel in de informatica voor het houden van alles van e-mails naar bankrekening informatie veilig.de Caesar cipher, vernoemd naar de Romeinse keizer Julius Caesar, is een van de vroegste en meest bekende cijfers. Het is een eenvoudige vorm van een “substitutie cipher” waar u elke letter van het alfabet te vervangen door een andere letter door het verschuiven van het hele alfabet een bepaald aantal letters (wikkelen rond aan het begin zodra u het einde bereikt). Dit zou bijvoorbeeld uw sleutel en code zijn als u elke letter met drie spaties verplaatst:

Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
Cipher: XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

dus, wanneer je je bericht schrijft, wordt de letter A vervangen door X, B wordt vervangen door Y enzovoort. Bijvoorbeeld, het woord “hallo” luidt:

Plain: Hallo
Cipher: EBIIL

om uw bericht te decoderen, moet u de “sleutel” (het nummer 3) delen met uw vriend. Daarna kunt u berichten die zijn geschreven in cipher te sturen, zodat andere mensen ze niet kunnen lezen!

Materialen

• potlood en papier
• ten minste één andere persoon

voorbereiding

• leg het concept van een Caesar cipher uit aan een vriend of laat hem de achtergrond sectie van deze activiteit lezen.
• schrijf het alfabet op van A tot Z.
• Kies een getal van 1 tot 25. (Als je 26 gebruikt, eindig je gewoon met het originele alfabet. Dit nummer is uw sleutel.

Procedure

• verplaats het hele alfabet met het nummer dat u hebt gekozen en schrijf het op onder uw oorspronkelijke alfabet (zoals hierboven getoond).
• Kies een bericht om naar je vriend te schrijven. Het is misschien het makkelijkst om te beginnen met een eenvoudig bericht (zoals een enkel woord of zin) voordat u langere zinnen of alinea ‘ s probeert.
• schrijf uw gecodeerde bericht op met behulp van uw verschoven alfabet. Als het helpt, schrijf dan eerst je platte tekstbericht op en codeer het één letter per keer (zoals het “hallo” voorbeeld hierboven). Zorg ervoor dat het papier dat je je vriend geeft alleen de gecodeerde boodschap heeft!
• geef uw vriend het gecodeerde bericht en vertel hen de sleutel. Waarom denk je dat je de sleutel niet wilt opschrijven?
• kijk of uw vriend uw bericht kan decoderen. Als het helpt voor de eerste poging, laat ze terug werken met behulp van de originele en verschoven alfabetten die u hebt opgeschreven. Met het voorbeeld van de achtergrond wordt de letter x a, y b, enzovoort.
• probeer om te schakelen en een andere sleutel te gebruiken voor dezelfde berichten. Zijn ze makkelijker te kraken?
• Extra: probeer een derde persoon te vinden die niet weet wat een Caesar cipher is. Kunnen ze je code kraken als ze je bericht onderscheppen?
• Extra: Wat als de persoon die uw bericht onderschept Weet over Caesar cijfers? Maakt dat het makkelijker om de code te kraken? Omdat er slechts 25 mogelijke toetsen zijn, zijn Caesar-cijfers zeer kwetsbaar voor een” brute kracht ” aanval, waarbij de decoder gewoon elke mogelijke combinatie van letters probeert. Dit kan wat geduld vergen als een mens het doet, maar tegenwoordig kunnen computers de code in een fractie van een seconde ontrafelen, dus Caesar cijfers worden niet beschouwd als een veilige methode om elektronische communicatie te versleutelen.
• Extra: Een andere manier om de Caesar cipher te kraken is “frequency analysis”, die gebaseerd is op het feit dat in natuurlijke Engelse spraak en schrijven, bepaalde letters veel vaker voorkomen dan andere. Bijvoorbeeld, de letter E verschijnt vaker dan een andere, terwijl Z verschijnt het minst vaak. (Als je ooit het bordspel Scrabble hebt gespeeld, merk je misschien dat dit bepaalt hoeveel punten letters waard zijn!) Dus, bijvoorbeeld, als je een hele paragraaf leest en merkt dat de letter D vaker voorkomt dan elke andere, is de kans groot dat het een Caesar cipher gebruikt met een verschuiving van 1 (waardoor E A D in de code). Deze techniek zal nauwkeuriger zijn voor langere tekstblokken en zeer onnauwkeurig voor korte woorden of zinnen, omdat er genoeg woorden zijn die helemaal geen E bevatten. Kun je een vriend een hele paragraaf laten schrijven met een Caesar-code en die dan proberen te kraken met frequentieanalyse?
• Extra: Als u van plan bent om de Caesar cipher te gebruiken voor regelmatige communicatie, een risico is dat uiteindelijk iemand zal ontdekken uw sleutel. U kunt dit helpen voorkomen door de sleutel te veranderen, bijvoorbeeld door elke week een nieuwe te gebruiken. Dit is een vergelijkbaar concept om periodiek het veranderen van uw computer wachtwoorden.
• Extra: De Caesar cipher is slechts één type substitutie cipher. Zoek een aantal andere soorten substitutie cijfers en probeer ze uit. Zijn ze moeilijker of gemakkelijker te gebruiken en te kraken?

observaties en resultaten
Als u en uw vriend beiden begrijpen hoe u een Caesar cipher moet gebruiken, zou het relatief eenvoudig moeten zijn om versleutelde communicatie naar elkaar te verzenden. Dit kan een leuke manier zijn om geheime berichten heen en weer door te geven tussen vrienden. Zoals hierboven besproken, echter, hoewel de Caesar cipher biedt een geweldige introductie tot cryptografie, in het computertijdperk is het niet langer een veilige manier om versleutelde communicatie elektronisch te verzenden.

meer om de basisprincipes van cryptografie te verkennen: Caesar Cipher, from Instructables
Cryptography, from Learn Cryptography
Password Hacker, from Scientific American
Science Activities for All Ages!, from Science Buddies

deze activiteit werd u aangeboden in samenwerking met Science Buddies