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gf_informatik:daten_sca:verschluesselung [2024-05-05 12:28] – [Aufgabe D2] scagf_informatik:daten_sca:verschluesselung [2024-06-08 11:22] (aktuell) – sca
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 ++++Lernziele| ++++Lernziele|
 +
 +<nodisp 2>
 +TO ADD nach Prüfung 2024:
 +
 +   * alle Logikoperatoren
 +
 +</nodisp>
  
 Prüfungsrelevant ist alles, was in den Lektionen und Übungen behandelt wurde. Die Lernziele unten dienen als Gradmesser und sind nicht unbedingt komplett. Prüfungsrelevant ist alles, was in den Lektionen und Übungen behandelt wurde. Die Lernziele unten dienen als Gradmesser und sind nicht unbedingt komplett.
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 Theorie zu Zeichencodierung, ASCII & Unicode: Theorie zu Zeichencodierung, ASCII & Unicode:
- 
-Siehe Slides {{ :gf_informatik:umgang_inet_sca:2022_umgang_inet_04_verschluesselung.pdf |}} 
  
 ==== Aufgaben D ==== ==== Aufgaben D ====
 +
 +{{:gf_informatik:daten_sca:ascii.png?400|}}
  
 === Aufgabe D1 === === Aufgabe D1 ===
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 === Aufgabe D3 === === Aufgabe D3 ===
  
-Welcher Text verbirgt sich hinter +Welcher Text verbirgt sich hinter dem ASCII-Code: 
 +<code> 
 +[69, 115, 32, 103, 105, 98, 116, 32, 49, 48, 32, 65, 114, 116, 101, 110, 32, 118, 111, 110, 32, 77, 101, 110, 115, 99, 104, 101, 110, 32, 105, 110, 32, 100, 101, 114, 32, 87, 101, 108, 116, 46, 32, 68, 105, 101, 32, 101, 105, 110, 101, 110, 32, 118, 101, 114, 115, 116, 101, 104, 101, 110, 32, 100, 97, 115, 32, 66, 105, 110, 97, 101, 114, 115, 121, 115, 116, 101, 109, 32, 117, 110, 100, 32, 100, 105, 101, 32, 97, 110, 100, 101, 114, 101, 110, 32, 110, 105, 99, 104, 116, 46] 
 +</code>
  
 +Hier soll *nicht* jede einzelne Zahl mit einem eigenen `chr()`-Befehl entziffert werden. Stattdessen soll man wie folgt vorgehen:
  
-<nodisp 2>+   1. In Schleife jede Zahl der Liste oben durchgeben. 
 +   1. Zahl entziffern, also in Buchstaben umwandeln. 
 +   1. Vor Schleife leeren String deklarieren. 
 +   1. Jeden entzifferten Buchstaben hinten anhängen, so dass der String mit jedem Durchlauf der Schleife um eine Stelle wächst.
  
-++++Lösungen D|+=== Aufgabe D4 (optional) ===
  
-D1:+In Python muss man oft Listen mit Werten befüllen, z.B. wenn man einen String in ASCII-Code übersetzen will. Typischerweise startet man mit einer leeren Liste. In einer Schleife ermittelt man dann alle Elemente und befüllt damit die Liste mit `append()`. Sogenannte **List-Comprehensions** ermöglichen einem, das gleiche in einer einzigen Zeile Code mit einem extrem kurzen Syntax zu realisieren.
  
-   1. Sommer +Beispiel: Liste mit Quadratzahlen 
-   1. 70 97 104 114 114 97 100 +<code python> 
-   1. Affe+# Normaler Weg, um eine Liste zu erstellen 
 +squares = [] 
 +for x in range(10): 
 +    squares.append(x ** 2)
  
-D2:+# Mit List Comprehension 
 +squares = [x ** 2 for x in range(10)] 
 +</code>
  
-   1. * +Auftrag:
-   1. 55 +
-   1. 75 83 82 +
-   1. Gigampfi+
  
-+++++   1. Lasse dir von einer AI erklären, was List Comprehensions in Python sind und wie man diese implementiert. 
 +   1. Übersetzte dann den String "List Comprehensions are great!" in ASCII-Code - in einer einzigen Zeile Code mit einer List Comprehension. 
 +   1. Löse Aufgabe D3 erneut, diesmal aber mit einer List Comprehension - wieder in einer einzigen Zeile Code. Tipp: Verwende `''.join(my_list)`, um die Symbole einer Liste zu einem String aneinanderzuhängen.
  
-</nodisp> 
  
-==== Aufgaben D OLD ==== +=== Aufgabe D5 ===
- +
- +
-=== Aufgabe D1 === +
- +
-Beantworte mithilfe von Python. +
- +
-   1. Welches Wort verbirgt sich hinter "82 111 109 97 110 115 104 111 114 110"? +
- +
-=== Aufgabe D2 ===+
  
 Wie viele Symbole kann man mit Unicode (1 bis 4 Bytes) darstellen? Wie viele Symbole kann man mit Unicode (1 bis 4 Bytes) darstellen?
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 *Tipp:* Siehe Tabelle in Slides. *Tipp:* Siehe Tabelle in Slides.
  
-=== Aufgabe D3 ===+=== Aufgabe D6 ===
  
 Studiere das Video und beantworte die Fragen unten: Studiere das Video und beantworte die Fragen unten:
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    1. Wie werden die Buchstaben 'K' und 'e' in ASCII dargestellt? Wie in Unicode? Finde es selber heraus, schaue nicht in einer Tabelle nach.    1. Wie werden die Buchstaben 'K' und 'e' in ASCII dargestellt? Wie in Unicode? Finde es selber heraus, schaue nicht in einer Tabelle nach.
    1. Das wievielte Zeichen der Unicode-Zeichentabelle wird durch die Binärzahl "11000101 10011110" ausgedrückt?    1. Das wievielte Zeichen der Unicode-Zeichentabelle wird durch die Binärzahl "11000101 10011110" ausgedrückt?
-    
  
  
-=== Aufgabe D4 (optional, einfache-mittlere Programmierübung) ===+=== Aufgabe D7 (optional, einfache-mittlere Programmierübung) ===
  
 Unicode-Zeichen werden in 1-4 Byte-Binärzahlen gespeichert. Schreibe eine Funktion `unicode_symbol_number(b)`, die für eine solche Binärzahl bestimmt, das wievielte Unicode-Zeichen es darstellt. Unicode-Zeichen werden in 1-4 Byte-Binärzahlen gespeichert. Schreibe eine Funktion `unicode_symbol_number(b)`, die für eine solche Binärzahl bestimmt, das wievielte Unicode-Zeichen es darstellt.
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 === Aufgabe E1 === === Aufgabe E1 ===
  
-   1. Verschlüssle den Binärcode `01101000 01100001 01101100` mit diesem Schlüssel `01010011 01110101 01100111` von Hand.+Berechne *von Hand*, gib Resultate im gleichen Zahlenformat an wie die Zahlen in der Aufgabenstellung: 
 +   - $1011_2 \,^\wedge\, 1110_2=$ 
 +   - $101010_2 \,^\wedge\, 100110_2=$ 
 +   - $11 \,^\wedge\, 9=$ 
 +   - $27 \,^\wedge\, 21=$ 
 +   - $132 \,^\wedge\, 15=$ 
 + 
 +=== Aufgabe E2 === 
 + 
 +Löse nun die Aufgaben von E1 mithilfe von Python. 
 + 
 +Tipps: 
 +   * XOR Operator in Python ist `^` 
 +   * Binärzahl -> Dezimalzahl: `int("1010",2)` 
 +   * Dezimalzahl -> Binärzahl: `bin(42)` 
 +   * Wandelt man Zahl in Binärzahl um mit `bin()`, so hat der Binärstring die Form `'0b101010'`. Das `'0b'` vom String `s` entfernt man mit `s = s[2:]`, siehe auch Bsp. unten: 
 + 
 +<code python> 
 +s = bin(42) 
 +print(s) # -> '0b101010' 
 +s = s[2:] 
 +print(s) # -> '101010' 
 +</code> 
 + 
 +=== Aufgabe E3 === 
 + 
 +   1. Verschlüssle den Binärcode `01101000 01100001 01101100` mit XOR mit dem Schlüssel `01010011 01110101 01100111` *von Hand*.
    1. Schreibe nun einen Code der dieses macht. Falls du Hilfe brauchst, siehe Tipps unten.    1. Schreibe nun einen Code der dieses macht. Falls du Hilfe brauchst, siehe Tipps unten.
  
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 ++++Tipps| ++++Tipps|
  
-   1. Entferne die Leerschläge in einem String `s` mit `s = s.replace(' ','')` 
    1. Erstelle einen leeren String, dem du Stelle um Stelle die verschlüsselte Nachricht hinzufügst.    1. Erstelle einen leeren String, dem du Stelle um Stelle die verschlüsselte Nachricht hinzufügst.
-    1. Gehe die Positionen des Binärcodes durch. An jeder Stelle bestimmst du den XOR-Wert mit der zugehörigen Ziffer im Schlüssel. Füge das Resultat dem String für die verschlüsselte Nachricht hinzu.+   1. Gehe die Positionen des Binärcodes durch. An jeder Stelle bestimmst du den XOR-Wert mit der zugehörigen Ziffer im Schlüssel. Füge das Resultat dem String für die verschlüsselte Nachricht hinzu. 
 +   1. Achtung: Die Leerschläge sollen natürlich *nicht* verschlüsselt werden. Am einfachsten überprüft man zuerst, ob das Zeichen an der aktuellen Position ein Leerschlag ist oder nicht. Falls ja, wird einfach wieder ein Leerschlag eingefügt, falls nicht, wird das Zeichen verschlüsselt.
  
 ++++ ++++
  
  
-=== Aufgabe E2 ===+=== Aufgabe E4 ===
  
 Ziel dieser Aufgabe ist, deinen Code aus der letzten Aufgabe zu verallgemeinern und eine Funktion für die XOR-Verschlüsselung zu schreiben. Ziel dieser Aufgabe ist, deinen Code aus der letzten Aufgabe zu verallgemeinern und eine Funktion für die XOR-Verschlüsselung zu schreiben.
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 ++++ ++++
  
-=== Aufgabe E3 (optional) ===+=== Aufgabe E5 (optional) ===
  
    1. Schreibe eine Funktion `encryption_xor(plaintext,key)`, die einen Klartext `plaintext` mit dem Schlüssel `key` mit XOR verschlüsselt. Die Funktion gibt den verschlüsselten Text als Binärstring zurück.    1. Schreibe eine Funktion `encryption_xor(plaintext,key)`, die einen Klartext `plaintext` mit dem Schlüssel `key` mit XOR verschlüsselt. Die Funktion gibt den verschlüsselten Text als Binärstring zurück.
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    * Beachte weiter, dass die resultierende Binärzahl 7 oder 8 Bits haben kann, was zu Problemen führen kann. Tipp: Stelle sicher, dass jede Binärzahl 8 Bits hat. Hänge also wenn nötig noch Nullen an.    * Beachte weiter, dass die resultierende Binärzahl 7 oder 8 Bits haben kann, was zu Problemen führen kann. Tipp: Stelle sicher, dass jede Binärzahl 8 Bits hat. Hänge also wenn nötig noch Nullen an.
  
-=== Aufgabe E4 (optional) ===+=== Aufgabe E6 (optional) ===
  
 Entschlüssle das folgende Bild mit einem *eigenen Code*. Der verwendete Schlüsselt findest du unten. Entschlüssle das folgende Bild mit einem *eigenen Code*. Der verwendete Schlüsselt findest du unten.
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 ++++ ++++
 +
 +
  
 ===== - Advanced Encryption System (AES) ===== ===== - Advanced Encryption System (AES) =====
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 01010010 01001111 01001101 01000001 01001110 01010011 01001000 01001111 01010010 01001110  01010010 01001111 01001101 01000001 01001110 01010011 01001000 01001111 01010010 01001110 
 </code> </code>
-Anstelle betrachtet man gerne die zugehörigen Darstellung im **Hexadezimalsystem** (Zahlensystem mit Basis $16$, Nennwerte $0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f"), denn eine Umrechnung zwischen den beiden ist sehr einfach:+Anstelle betrachtet man gerne die zugehörigen Darstellung im **Hexadezimalsystem** (Zahlensystem mit Basis $16$, Nennwerte $0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f$), denn eine Umrechnung zwischen den beiden ist sehr einfach:
  
 Betrachten wir dazu das zweite Byte von oben: `01001111`. Die ersten vier Bits `0100` stehen für die Dezimalzahl $4$, was im Hexadezimalsystem ebenfalls $4$ ist. Die zweiten vier Bits `1111` stehen für $15$, im Hexadezimalsystem ist das `F`. Somit gilt: $$01001111_2 = 4F_{16}$$ Betrachten wir dazu das zweite Byte von oben: `01001111`. Die ersten vier Bits `0100` stehen für die Dezimalzahl $4$, was im Hexadezimalsystem ebenfalls $4$ ist. Die zweiten vier Bits `1111` stehen für $15$, im Hexadezimalsystem ist das `F`. Somit gilt: $$01001111_2 = 4F_{16}$$
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 === Aufgabe F4 === === Aufgabe F4 ===
 +
 +Ziele: Mit dem Online-Tool [[https://cryptii.com/pipes/aes-encryption]] kann man Nachrichten mit AES verschlüsseln und entschlüsseln. Dazu benötigt man aber einen geheimen 128 bit Schlüssel (Key) und einen 128 bit Initialization Vector (IV), die man mit der Person teilt, mit der man kommunizieren will. In dieser Aufgabe soll ein einfacher Code erstellt werden, mit der man solche Keys/IVs generieren kann.
  
    1. Schreibe einen Code (einfach!), der dir einen 16 Byte (128 Bit) langen Zufallsstring mit Hexadezimalzahlen erstellt in der Form `e9 50 33 f9 99 81 a1 b8 6c 47 82 3d 84 59 9a bc`. Tipp: Mit `hex(132)[2:]` wandelst du eine Dezimalzahl ins Hexadezimalsystem um und entfernst den Präfix.    1. Schreibe einen Code (einfach!), der dir einen 16 Byte (128 Bit) langen Zufallsstring mit Hexadezimalzahlen erstellt in der Form `e9 50 33 f9 99 81 a1 b8 6c 47 82 3d 84 59 9a bc`. Tipp: Mit `hex(132)[2:]` wandelst du eine Dezimalzahl ins Hexadezimalsystem um und entfernst den Präfix.
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 === Aufgabe D1 === === Aufgabe D1 ===
  
-   1. `*` +   1. Sommer 
-   1. 55 +   1. 70 97 104 114 114 97 100 
-   1. "Romanshorn"+   1. Affe
  
 === Aufgabe D2 === === Aufgabe D2 ===
 +
 +   1. *
 +   1. 55
 +   1. 75 83 82
 +   1. Gigampfi
 +
 +=== Aufgabe D3 ===
 +
 +=== Aufgabe D4 ===
 +
 +=== Aufgabe D5 ===
  
 Anzahl Zeichen mit x-Bytes: Anzahl Zeichen mit x-Bytes:
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 Total also: $2164864$ Total also: $2164864$
  
-=== Aufgabe D3 ===+=== Aufgabe D6 ===
  
 Alle Fragen werden im Video beantwortet ausser diejenige wo man selbst rechnen muss. Antwort: $350$ Alle Fragen werden im Video beantwortet ausser diejenige wo man selbst rechnen muss. Antwort: $350$
  
-=== Aufgabe D4 ===+=== Aufgabe D7 ===
  
 <code python> <code python>
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 ++++Lösungen E| ++++Lösungen E|
 +
  
 ==== Aufgabe E1 ==== ==== Aufgabe E1 ====
  
-`00111011 00010100 00001011`+Lösungen: 
 +   - $101_2$ 
 +   - $1100_2$ 
 +   - $2$ 
 +   - $14$ 
 +   - $139$
  
 ==== Aufgabe E2 ==== ==== Aufgabe E2 ====
 +
 +siehe E1
 +
 +==== Aufgabe E3 ====
 +
 +`00111011 00010100 00001011`
 +
 +==== Aufgabe E4 ====
  
 <code python> <code python>
Zeile 1335: Zeile 1397:
 </code> </code>
  
-=== Aufgabe E3 ===+=== Aufgabe E5 ===
  
 <code python> <code python>
  • gf_informatik/daten_sca/verschluesselung.1714912092.txt.gz
  • Zuletzt geändert: 2024-05-05 12:28
  • von sca