Rubyで学ぶ!シーザー暗号エンコーダーの自作方法

シーザー暗号(Caesar cipher)をご存知ですか?

これは、ユリウス・カエサルが敵に知られないよう秘密のメッセージを隠すために実際に使った暗号化手法です。

シーザー暗号は、最も原始的な暗号技術の一つとされています。

その仕組みの核心は、アルファベットの文字をx個分だけずらす(ローテートする)というシンプルなアイデアにあります。

例えば x = 1 の場合、「A」は「B」に、「C」は「D」に変換されます。以下同様です。

では、これをコードで実装するにはどうすればよいのでしょうか?

答えは意外と簡単です。文字は数値(ASCIIコード)として表現できるという事実を利用すれば、文字の回転処理は単なる「2つの数値の足し算」で実現できます。

シーザー暗号コンバーターを自作してみよう

まずは、入力された文字列を整数の配列に変換することから始めます。

ascii = "test".chars.map(&:ord)

このコードを分解して見てみましょう:

charsメソッドは、文字列を1文字ずつに分割した配列を返します。その結果として、配列に対してmapメソッドを呼び出せるようになります。

mapメソッドは、配列の全要素を何らかの形で一括変換したい場合に非常に便利です。mapの戻り値は、変換後の要素を持つ新しい配列になります。

注:この構文にはRuby 1.9以降が必要です。以下のコードと同等の意味を持ちます。

ascii = "test".chars.map { |c| c.ord }

すべての文字を対応するASCII値に変換したいので、配列の各要素に対してordメソッドを呼び出します。

この例では、出力は次のようになります。

[116, 101, 115, 116]

いよいよ回転(シフト)処理

ここまで順調に進んでいますね!

次のステップは、希望する回転数を各数値に加算することです。これもmapを使えば簡単に実現できます。

shifted = ascii.map { |c| c + 5 }
=> [121, 106, 120, 121]

あとは、数値を再び文字に戻して連結(join)すれば、暗号化された文字列が完成します。

shifted.map { |c| c.chr }.join
=> "yjxy"

元の文字列を復元するには、同じ手順を今度は左方向へシフトして適用するだけです。

ここで重要なのは、最初に使ったのと同じだけの位置数でシフトすることです。シフト量が異なると、元のデータを正しく復元できなくなります。

完成版コードと別バージョンについて

完成したシーザー暗号のコードはこちらから確認できます。

このコードは、指定された文字列に対して26通りすべてのシフトパターンを生成し、さらにラップ処理(アルファベット末尾「Z」から「A」への折り返し)にも対応しています(本記事の例ではこの処理は省略しています)。

また、Array#rotateを使用した別バージョンの実装も用意されています。

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