Substitution

以下のように、置換暗号を実装するプログラムを実装します。

$ ./substitution JTREKYAVOGDXPSNCUIZLFBMWHQ
plaintext:  HELLO
ciphertext: VKXXN

入門

VS Codeを開きます。

ターミナルウィンドウ内をクリックすることから始めて、それからcdを実行します。
その後プロンプトは次のようになっていることがわかります。

$

ターミナルウィンドウの内側をクリックし、次のように入力します。

wget https://cdn.cs50.net/2021/fall/psets/2/substitution.zip

その後にEnterを押すと、substitution.zipというZIPがあなたのCodespaceにダウンロードされます。wgetと次のURLの間にあるスペースや、その他の文字を見落とさないように注意してください。

次に

unzip substitution.zip

を実行して、substitutionというフォルダを作成します。
ZIPファイルは不要になったため、

rm substitution.zip

を実行し、プロンプトで “y “に続いてEnterで応答すると、ダウンロードしたZIPファイルが削除されます。

次に

cd substitution

の後にEnterを押して、そのディレクトリに移動する（つまり、開く）。これでプロンプトは以下のようになります。

substitution/ $

すべて成功した場合は、次のように実行します。

ls

substitution.cというファイルが表示されます。code substitution.cを実行すると、このProblem setのコードを入力するファイルが開かれるはずです。そうでない場合は、手順をたどって、どこで間違ったのかを判断してください。

背景

置換暗号では、すべての文字を別の文字に置き換えることによってメッセージを暗号化 (すなわち、可逆的な方法で隠す) します。そのために、キーを使います。この場合、アルファベットの各文字と、暗号化するときに対応する文字との対応付けです。メッセージを 「復号化」 するには、メッセージの受信者が鍵を知っている必要があります。そうすれば、暗号化されたテキスト (一般に暗号文と呼ばれます) を元のメッセージ (一般に平文と呼ばれます) に翻訳し直すという、逆のプロセスが可能になります。

たとえば、キーは文字列NQXPOMAFTRHLZGECYJIUWSKDVBです。この26文字のキーは、A (アルファベットの最初の文字) をN (キーの最初の文字) に、B (アルファベットの2番目の文字) をQ (キーの2番目の文字) に変換する必要があることを意味します。

HELLOのようなメッセージはFOLLEとして暗号化され、キーによって決定されたマッピングに従って各文字を置き換えます。

置換暗号を使用してメッセージを暗号化できるsubstitutionと呼ばれるプログラムを作成しましょう。ユーザはプログラムを実行するときに、コマンドライン引数を指定して、実行時に提供する秘密メッセージ内のキーを決定する必要があります。

プログラムの動作例をいくつか示します。たとえば、ユーザがYTNSHKVEFXRBAUQZCLWDMIPGJOというキーとHELLOというプレーンテキストを入力したとします。

$ ./substitution YTNSHKVEFXRBAUQZCLWDMIPGJO
plaintext:  HELLO
ciphertext: EHBBQ

ユーザがVCHPRZGJNTLSKFBDQWAXEUYMOIのキーとhello, worldのプレーンテキストを入力すると、プログラムは次のように動作します。

$ ./substitution VCHPRZGJNTLSKFBDQWAXEUYMOI
plaintext:  hello, world
ciphertext: jrssb, ybwsp

カンマもスペースも暗号で置換されていないことに注意してください。アルファベット文字のみを置換します。また、元のメッセージの大文字と小文字が保持されていることにも注意してください。小文字は小文字のまま、大文字は大文字のままです。

キー自体の文字が大文字か小文字かは関係ありません。VCHPRZGJNTLSKFBDQWAXEUYMOIのキーは、機能的にはvchprzgjntlskfbdqwaxeuymoi (あるいはVcHpRzGjNtLsKfBdQwAxEuYmOiなど) のキーと同じです。

また、ユーザが有効なキーを指定しなかった場合はどうなりますか。

$ ./substitution ABC
Key must contain 26 characters.

ユーザが全く指示に従っていない場合はどうでしょう。

$ ./substitution
Usage: ./substitution key

または…

$ ./substitution 1 2 3
Usage: ./substitution key

試してみましょう

スタッフによるこの問題の実装をテストするには、次のコマンドを実行します。

./substitution key

このサンドボックス内で、keyの代わりに有効な整数を代入します。

Specification仕様

置換暗号を使用してメッセージを暗号化するプログラムsubstitutionを設計および実装します。

  • プログラムをsubstitution.cという名前のファイルでsubstitutionという名前のディレクトリに実装します。
  • プログラムは、置換に使用するキーである単一のコマンドライン引数を受け入れる必要があります。キー自体は大文字と小文字を区別しないようにする必要があるため、キー内の文字が大文字であるか小文字であるかは、プログラムの動作に影響しません。
  • プログラムをコマンドライン引数なしで、または複数のコマンドライン引数を指定して実行した場合、プログラムは選択したエラーメッセージ (printfで) を出力し、mainから値1 (エラーを示す) をすぐに返します。
  • キーが無効な場合 (たとえば、26文字を含まない、アルファベット以外の文字を含む、または各文字を一度だけ含まない)、プログラムは決められたエラーメッセージを (printfを使って) 出力し、すぐにmainから値1を返します。
  • プログラムは (改行なしの) plaintext:を出力し、ユーザに (get_stringを使って) プレーンテキストのstringを要求しなければなりません。
  • プログラムは、(改行なしで)ciphertext:として平文に対応する暗号文を出力しなければなりません。平文中のそれぞれのアルファベット文字は、暗号文中の対応する文字に置き換えられます。アルファベット以外の文字はそのまま出力されます。
  • プログラムは大文字/小文字を保持する必要があります。大文字は大文字のまま、小文字は小文字のままにしておく必要があります。
  • 暗号文を出力した後、改行を出力する必要があります。プログラムはmainに0を返して終了するはずです。

manual.cs50.ioにある、ctype.hで宣言されている1つまたは複数の関数が役に立つかもしれません。

ウォークスルー

コードのテスト方法

check50を使用して以下を実行し、コードの正確さを評価してください。ただし、コンパイルとテストは必ず自分で行ってください。

check50 cs50/problems/2022/x/substitution

以下を実行し、style50を使用してコードのスタイルを評価します。

style50 substitution.c

提出方法

お使いの端末で、以下を実行して作品を提出してください。

submit50 cs50/problems/2022/x/substitution