Des jeux et des programmes de cryptage
Dans ce chapitre nous abordons des programmes un peu plus complexes : des jeux et des programmes de cryptage.
Des jeux
Thème : tirage au sort de cartes dans un jeu de 32 cartes.
Première version
Le code à saisir :
# nom programme : tirage_carte.py
from random import *
enseignes = ['pique', 'coeur', 'carreau', 'trèfle']
rang = ['A', 'R', 'D', 'V', 10, 9, 8 , 7]
reponse = "O"
while reponse not in "nN":
carte_e = choice (enseignes)
carte_r = choice (rang)
print('carte tirée : ' , carte_r ,' de ' , carte_e)
reponse = input("continuez ? O/N : " )
Étudions le code maintenant.
Ce programme est construit à partir de deux listes. La première liste comprend 4 éléments (les 4 enseignes ou "couleurs")
et la seconde comprend 8 éléments. On utilise donc un jeu de 32 cartes.
Si on voulait utiliser un jeu de 52 cartes il suffirait de modifier l'une des listes.
Notez que la deuxième liste est ce que j'appelle " liste mixte" avec des chaines et des nombres.
Observez bien le test qui permet de sortir de la boucle while. En effet l'utilisateur qui veut arrêter le tirage doit taper "n" ou "N".
S'il tape autre chose il reste dans la boucle.
La fonction choice(liste) :
Cette fonction permet d'extraire de façon aléatoire un élément d'une liste.
Cette fonction ne fait pas partie des fonctions "natives" (du module de base) mais du module "random" qu'il faut donc importer.
Version améliorée de ce jeu
Ça serait bien que après 5 pioches du joueur, on visualise son jeu.
Le code de la version améliorée :
# nom programme : tirage_carte_bis.py
from random import *
enseignes = ['pique', 'coeur', 'carreau', 'trèfle']
rang = ['A', 'R', 'D', 'V', 10, 9, 8 , 7]
# jeu stocke dans une liste
mon_jeu_liste=[]
for i in range(5):
carte_e = choice (enseignes)
carte_r = choice (rang)
#print('carte tirée : ' , carte_r ,' de ' , carte_e)
carte_tiree = str(carte_r) + " de " + carte_e
mon_jeu_liste.append(carte_tiree)
print("mon jeu : ")
for i in range(5):
print(mon_jeu_liste[i], end=" - ")
Le rendu :
mon jeu : 8 de carreau - 10 de coeur - D de pique - D de carreau- 9 de pique -
La main du joueur est affichée sur une seule ligne alors que cinq instructions "print" on été exécutées ...
Commentons ce code :
Comme le nombre de pioches est connu (5), il faut mieux utiliser la structure "for ... " que la structure "while ...".
À chaque passage dans la boucle il y a tirage au sort d'une carte.
Notez l'emploi de la fonction str() dans l'instruction "carte_tiree = str(carte_r) + " de " + carte_e".
C'est pas pour faire joli ... La variable carte_r peut contenir un entier (7 ou 8 ou 9 ou 10).
Il faut donc convertir cette valeur numérique en string avant de la concaténer avec la variable carte_e (qui est de type str)
sinon vous aurez une erreur ...
Le nom de la carte tirée devient un nouvel élément de la liste "mon_jeu_liste".
Notez le paramètrage de la fonction print() dans la deuxième boucle ; l'argument end = " - " interdit le saut de ligne qui survient normalement après un print.
Ce programme vous montre aussi comment créer une liste vide : liste = [].
Conclusion
- Notre programme pèche sur deux plans :
- il n'est pas visuel ; ça serait plus joli avec les images des cartes
- mais plus grave il repose sur un algorithme faux. En effet rien n'interdit - même si la probabilité est faible - qu'il y ait génération de deux fois la même carte parmi les cinq. Donc ce programme triche (LOL) !
Nous verrons un plus tard la solutions, car heureusement elle existe !
Cryptage par code ASCII
Pendant guerre, les nazis disposaient d'une machine de cryptage appelé ENIGMA.
La clé de cryptage changeait chaque jour.
Les britanniques, à l'initiative du chercheur Alan Turing, réalisèrent un super calculateur électro-mécanique surnommé la "bombe"
pour casser le code avec un certain succès.
Ci-dessous à gauche la fameuse "bombe" et à droite la machine enigma.
Code ASCII, c'est quoi ?
En informatique chaque lettre, symbole a un code ASCII. Les logiciels manipulent en fait les codes ASCII des symboles et lettres.
Les codes 0 à 31 ne codent pas des caractères mais des symboles.
Les codes 65 à 90 représentent les majuscules. Les codes 97 à 122 représentent les minuscules.
La fonction ord(C) renvoie le code ASCII de la lettre C majuscule.
La fonction chr(n) renvoie la lettre ou symbole associé au code ASCII n.
Affichez les codes ASCII de 65 à 122 avec la lettre correspondante
Le code tient en 2 instructions !
# du code ASCII à la lettre correspondante
for i in range(65,123):
print("code ASCII: ", i, "lettre : " , chr(i))
Lors de son exécution, ce programme retourne 58 lignes avec affichages d'abord des lettres majuscules puis des lettres minuscules.
Exercice
Produisez le programme qui affiche les caractères correspondant aux codes ASCII de 1 à 64.
Vous constaterez que Python est incapable d'afficher les symboles correspondant aux codes ASCII de 1 à 33.
Programme pour afficher le code ASCII des lettres majuscules de l'alphabet latin
Le code :
# nom programme code_ascii_ter.py
#affiche pour chaque lettre majuscule de l'alphabet latin
# de son code ASCII
majuscules = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
longueur = len(majuscules)
for i in range(longueur):
lettre = majuscules[i]
#extraction dans la chaine 'majuscules' du caractère de rang i
code =ord(lettre)
print(lettre, " a pour code ascii : " , code)
La chaine "majuscules" contient 26 lettres. La variable i va successivement prendre les valeurs de 0 à 25 (car longueur vaut 26) ;
la boucle va donc être exécutée 26 fois.
A chaque passage dans la boucle on extrait une lettre de la chaine (celle de position i) et on génère son code ASCII grâce à la fonction ord().
Premier programme de cryptage
Imaginons un cryptage qui consiste à remplacer chaque caractère par son code ASCII.
Le code correspondant
#cryptage d'un message basé sur le code ASCII
#nom programme : cryptage_ascii.py
message_clair =input("tapez un message à crypter : ")
message_crypte =""
longueur = len(message_clair)
for i in range(longueur):
lettre= message_clair[i]
codage = str(ord(lettre))
message_crypte = message_crypte + codage
print ("message cryptée à envoyer")
print(message_crypte)
Enregistrez ce fichier sous le nom "cryptage_ascii.py
Test
Message en clair : "attaquez colline delta a 6 am"
Ce qui donne le message crypté suivant :
971161169711311710111432991111
081081051101013210010110811697329732543297109
Il faudrait maintenant imaginer le programme de décryptage ou à défaut une table de décryptage ...
Construction du tableau de décryptage
Grâce à cette table le destinaire du message pourra le décrypter.
- Pour simplifier on suppose que les caractères employés dans le message en clair sont uniquement :
- les lettres minuscules (a ... z)
- les chiffres arabes de (0 ... 9)
- l'espace pour séparer deux mots
Le code :
#nom programme : table_substitution.py
# production table qui permet de traduire un message crypté en ascii
alphabet ="abcdefghijklmopqrstuvwxyz 0123456789"
longueur = len(alphabet)
print('nombre de caractères :' , longueur)
table =""
print ("table de substitution")
for i in range(longueur):
caractere = alphabet[i] #récupérer le caractère correspondant à i dans la chaine 'alphabet'
code = ord(caractere) #code ascii de ce caractère
cle = str(code) + " = " + caractere +" ; " #clé de décryptage
table =table +cle #mise à jour table
print (table)
Il ne faut pas hésiter à commenter les lignes de code.
Le rendu du code :
nombre de caractères : 36 table de substitution : 97 = a ; 98 = b ; 99 = c ; 100 = d ; 101 = e ; 102 = f ; 103 = g ; 104 = h ; 105 = i ; 106 = j ; 107 = k ; 108 = l ; 109 = m ; 111 = o ; 112 = p ; 113 = q ; 114 = r ; 115 = s ; 116 = t ; 117 = u ; 118 = v ; 119 = w ; 120 = x ; 121 = y ; 122 = z ; 32 = ; 48 = 0 ; 49 = 1 ; 50 = 2 ; 51 = 3 ; 52 = 4 ; 53 = 5 ; 54 = 6 ; 55 = 7 ; 56 = 8 ; 57 = 9 ;
Remarque : vous constatez que même les chiffres dès qu'ils sont considérés comme des strings ont un code ASCII.
À vous de travailler un peu.
Vous devez décrypter ce message reçu par chaque chef d'unité en utilisant la table de conversion.
99101115115101122321081013210210111732973249493297
109321081013249493210011
732109111105115324949
Cryptage en "leet speak"
Le cryptage de chaque caractère par son code ASCII est relativement simple à réaliser mais en contrepartie il est aussi simple à "casser".
Nous allons maintenant aborder une autre technique dite "leet speak".
Le principe est d'utiliser des caractères graphiquement voisins des caractères usuels, par exemple "5" au lieu de "S", "7" au lieu de "T" ,etc.
Programme de cryptage en "leet speak" : première version
Le code :
#nom programme cryptage_leet_speak.py
message_clair =input("tapez le message en clair : ")
message_code = message_clair.replace('s','5')
message_code1 = message_code.replace('t','7')
message_code2 =message_code1.replace('g','9')
message_code3 =message_code2.replace('h','4')
message_code4 =message_code3.replace('i', '1')
message_code5 = message_code4.replace('u','||')
message_code6 =message_code5.replace('e','!')
print("message à envoyer : " , message_code6)
Test
Tapez la fameuse maxime de Boileau :
"Tout ce qui se concoit bien s enonce clairement et les mots viennent a la bouche aisement. "
Oui il y a des fautes d'orthographe mais délibérées : il faut en effet éviter les lettres accentuées, les majuscules et apostrophes dans le message à crypter.
Critiques
Ce programme est basé sur la méthode replace() que l'on peut appliquer à une chaine de caractères.
Remarque : lettre "u" remplacée par "||" (double pype) et "e" par " !" (point d'exclamation)
Ce programme "marche" mais sur un plan algorithmique, il est complètement nul ! Il a été écrit rapidement.
Or en programmation il ne faut confondre vitesse et précipitation.
Ce programme est mauvais car d'abord il est trop long et sa maintenance est difficile. Il y a trop de variables utilisées :
message_code, ... message_code6.
Version améliorée
Cette version améliorée repose sur l'utilisation d'une liste de sous-listes.
Le code
#nom programme : cryptage_leet_speak_plus.py
message_clair = input("tapez le message en clair : ")
cle = [ ['s','5'], ['t','7'], ['g', '9'], ['h', '4'], ['u','||'], ['e','!'] ]
for s in cle:
ancien =s[0]
nouveau = s[1]
message_code = message_code.replace(ancien, nouveau)
print('message codé : ' , message_code)
Testez ce programme
Tapez le message à crypter : "sans methode la pensee erre l action tatonne"
message codé : 5an5 m!74od! la p!n5!! !rr! l ac7ion 7a7onn!
Bof … ; pas terrible comme cryptage, ça reste compréhensible mais c'est tout simplement parce que le nombre de sous-listes est faible.
Analyse du code
La liste de listes nommée "clé" comprend 5 sous-listes ; il pourrait y en avoir beaucoup plus.
Donc la boucle "for s in cle" va être exécutée 5 fois.
À chaque passage une des sous-listes est manipulée.
Le programme est désormais bien écrit. Pour complexifier le cryptage il suffirait de rajouter des sous-listes à la liste "cle".
Exercice
Pour vérifier que vous avez bien compris le codage ci-dessus, vous allez écrire la routine de décryptage.
Dans le même fichier vous aurez le module de cryptage et le module de décryptage.
Le rendu que vous devez obtenir :
Tapez le message en clair mais sans accentuer les "e" : "sans methode la pensee erre et l action tatonne" .
message codé : 5an5 m!74od! la p!n5!! !rr! !7 l ac7ion 7a7onn!
message décryptée : sans methode la pensee erre et l action tatonne
Encore à vous de bosser
Il serait souhaitable que toutes les voyelles soient cryptées.
- Rajoutez des sous-listes à la liste "cle" :
- o remplacé par un point
- a remplacé par un double point
- i remplacé par un point virgule
- y remplacé par un point d'interrogation
Codage de César
Le codage dit de "César" était une technique de cryptage utilisée dès l'antiquité. Le principe est simple : décaler les lettres de l'alphabet de une ou plusieurs positions. Par exemple en décalant vers la droite de 2 positions : a devient c, b devient d, ... y devient a et z devient b.
Le principe est donc simple. Selon un calendrier, connu seulement de l'émetteur et du destinataire, la clé de cryptage peut changer : décalage droite de 2 puis la semaine suivante décalage droite de 4, etc.Programme qui crypte avec un décalage droite de 2
Le code
# nom du programme : cryptage_cesar.py alphabet ="abcefghijklmnopqrstuvwxyz" alphabet_2d =alphabet[2:] + alphabet[:2] print(alphabet) print(alphabet_2d) table1 = alphabet + " " table2 = alphabet_2d + " " message_code ="" message_clair = input("tapez le message en clair sans lettres accentuées et majuscules : ") longueur = len(message_clair) for i in range(longueur): clair=message_clair[i] print (clair) position = table1.index(clair) print (position) code = table2[position] print (code) message_code = message_code + code print('message crypté : ' , message_code)Analyse du code
Remarque : il y a cinq instructions provisoires : print(alphabet), print(alphabet_2d), print(clair), print(position) print(code)
En effet comme le codage est un peu plus subtil il est préférable de vérifier certains calculs intermédiaires.
Ces cinq lignes seront supprimées dans la version définitive du programme. Surtout ne faites pas de suppression physique mais une suppression logique : transformez ces instructions en commentaires : mettez # devant chaque ligne !Revenons sur l'un des instuctions de ce programme : alphabet_2d =alphabet[2:] + alphabet[:2]
Testons cette commande avec la console Python :>>> alphabet ="abcefghijklmnopqrstuvwxyz" >>> alphabet_2d =alphabet[2:] + alphabet[:2] >>> alphabet_2d cefghijklmnopqrstuvwxyzab
alphabet_2d =alphabet[2:] + alphabet[:2] : pratique du "slicing" ou "tranchage" !
alphabet[2:] : extraire de l'indice 2 jusqu'à la fin de chaine
alphabet[:2] : extraire du début jusqu'à l'indice 2 excluLe 'slicing" est une technique très puissante de manipulation des chaines mais un peu complexe à appréhender.
J'y reviendrai dans le chapitre XV.Le rendu du code (extrait)
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz cdefghijklmnopqrstuvwxyzab tapez le message en clair : ave cesar a 0 c v 20 x .. message crypté : cxg fguct
Analyse du code
Le rendu nous indique que "a" est remplacé par "c" ; "v" par "x" ; etc.
alphabet_2d = alphabet[2:] + alphabet[:2] : dans la chaine "alphabet_2d" les lettres "a" et "b" sont mise en bout de chaine.
Donc on a bien fait un décalage à droite de 2 !
Il faut aussi gérer l'espace qui peut être présent dans le message ; il faut donc le rajouter en bout des chaines "table1" et "table2".Simulons le premier passage dans la boucle :
i = 1 message_clair[1] retourne "a" position.index("a") retourne 0 table2[0] retourne "c" message_code = "" + "c"Imaginez le programme générique "cryptage_cesar_nd.py"
L'utilisateur doit saisir la règle de décalage : 2 ou 3 ou 4 ou 5.
Le programme s'occupe du reste :Le rendu, si vous saisissez 3 de décalage :
tapez le décalage 2/3/4 : 3 tapez le message en clair : ave cesar message crypté : dyh fhvdu >>>
Prévoyez un contrôle de saisie dans d (décalage) doit être un élément de la liste [2,3,4].
Astuce programmatique :... d =1 while d not in [2,3,4]: d =input("tapez le décalage 2/3/4 : ") d =int(d) #saisie avec input toujours de type str ..L'instruction input() dans une boucle while ...
Ne pas oublier de convertir la saisie effectuée en un entier.