Criptografía (CCLIII): Cifrado por sustitución simple monoalfabética en python

Continúo poniendo scripts de programación en python para automatizar tareas que tengan relación con la criptografía.

En este post incluyo un script en python para el cifrado y descifrado utilizando la sustitución simple monoalfabética.

Hay muchos cifrados de este tipo: cifrado atbash (de alfabeto invertido), cifrado César (de alfabeto desplazado), etc., pero en esta entrada me voy a referir al cifrado que utiliza un alfabeto de sustitución o alfabeto clave para determinar por qué letra se sustituye cada carácter del alfabeto.

En una primera línea se colocan las letras del alfabeto en su posición normal y justo debajo de ellas las letras del alfabeto de sustitución o alfabeto clave, de forma que para cifrar y tomando como referencia la imagen que sirve para ilustrar este post: la "A" se sustituiría por la "C", la "B" por la "L" y así sucesivamente, y para descifrar: la "C" por la "A", la "L" por la "B" y así sucesivamente.

El alfabeto de sustitución o alfabeto clave puede ser un alfabeto con las letras desordenadas, con las letras en posición aleatoria, con las primeras letras de una clave acordada entre el emisor y el receptor del mensaje y las siguientes aquellas del alfabeto no incluidas en la clave en su orden normal, etc.

Un ejemplo del último de los casos anteriores, cuando el alfabeto de sustitución se forma a partir de una clave seguida del resto de caracteres del alfabeto, es el que se muestra en la imagen que ilustra este post, el alfabeto de sustitución comenzaría por la clave, "CLAVE", y se completaría con el resto de los caracteres del alfabeto en su orden normal sin usar los incluidos en la clave:

CLAVEBDFGHIJKMNOPQRSTUWXYZ

El script que pongo a continuación da la posibilidad de generar un alfabeto de sustitución o alfabeto clave aleatorio o de indicar el que se desee.

- Script python del cifrado por sustitución simple monoalfabética:

El script es el siguiente: 

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

# CIFRADO POR SUSTITUCIÓN SIMPLE MONOALFABÉTICA:
#
# Cifra y descifra textos en claro y criptogramas, respectivamente,
# utilizando el criptosistema de sustitución simple monoalfabética.
#
# http://mikelgarcialarragan.blogspot.com/

import re
from unicodedata import normalize
import random

# FUNCIÓN DE CIFRADO:
def cifrar(alfabeto,texto_claro,clave):
    criptograma = ''
    i = 0
    for caracter in texto_claro:
        criptograma = criptograma + clave[alfabeto.find(caracter)]
        i+=1
    return criptograma

# FUNCIÓN DE DESCIFRADO:
def descifrar(alfabeto,criptograma,clave):
    texto_claro = ''
    i = 0
    for caracter in criptograma:
        texto_claro = texto_claro + alfabeto[clave.find(caracter)]
        i+=1
    return texto_claro

def main():
# SELECCIÓN DE ALFABETO:
# Se solicita que se indique el alfabeto a emplear.
    alfabeto = ""
    while alfabeto == "":
        print ("")
        print ("*** SELECCIÓN DE ALFABETO ************************")
        print ('1. Alfabeto inglés  (26 caracteres, "Ñ" excluida).')
        print ('2. Alfabeto español (27 caracteres, "Ñ" incluida).')
        print ("")
        opcion = input("Por favor, seleccione una opción: ")
        if opcion == "1":
            alfabeto = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
        elif opcion == "2":
            alfabeto = "ABCDEFGHIJKLMNÑOPQRSTUVWXYZ"
        else:
            print ("*** ERROR: Opción no válida.")
    print ("")
    print ("[+] Alfabeto:", alfabeto)
    print ("[+] Tamaño del alfabeto (n):", len(alfabeto))

# MENÚ:
# Se presenta el menú para que se seleccione una opción.
    salir = False
    while not salir:
        print ("")
        print ("*** MENÚ *****************************************")
        print ("1. Cifrar.")
        print ("2. Descifrar.")
        print ("3. Salir.")
        print ("")
        opcion = input("Por favor, seleccione una opción: ")
        if opcion == "1":
            print ("")
            print ("--- CIFRAR:")
            # Cifrar: Se introduce el texto en claro. Se convierten los caracteres a mayúsculas y
            # se eliminan los espacios, las tildes, diéresis, etc.
            texto_claro = clave = "*"
            while not texto_claro.isalpha():
                texto_claro = input('Texto en claro a cifrar: ').upper()
                texto_claro = texto_claro.replace(' ','')
                texto_claro = re.sub(r"([^n\u0300-\u036f]|n(?!\u0303(?![\u0300-\u036f])))[\u0300-\u036f]+",
                                     r"\1", normalize("NFD", texto_claro), 0, re.I)
                texto_claro = normalize("NFC", texto_claro)
                if texto_claro.isalpha():
                    print ("[+] Texto en claro a cifrar:", texto_claro)
                    while not clave.isalpha():
                        opcion = ""
                        while opcion !="G" and opcion !="I":
                            opcion = input('(G)enerar un alfabeto aleatorio como clave o (I)ntroducir alfabeto clave: ').upper()
                            if opcion == "G":
                                clave = list(alfabeto)
                                random.shuffle(clave)
                                clave = ''.join(clave)
                                print ("[+] Alfabeto clave:", clave)
                                criptograma = cifrar(alfabeto,texto_claro,clave)
                                print ("[+] Criptograma:", criptograma)
                            elif opcion == "I":
                                clave = input('Alfabeto clave: ').upper()
                                clave = clave.replace(' ','')
                                clave = re.sub(r"([^n\u0300-\u036f]|n(?!\u0303(?![\u0300-\u036f])))[\u0300-\u036f]+",
                                           r"\1", normalize("NFD", clave), 0, re.I)
                                clave = normalize("NFC", clave)
                                if clave.isalpha():
                                    if ''.join(sorted(clave)) == ''.join(sorted(alfabeto)):
                                        print ("[+] Alfabeto clave:", clave)
                                        criptograma = cifrar(alfabeto,texto_claro,clave)
                                        print ("[+] Criptograma:", criptograma)
                                    else:
                                        opcion = ""
                                        print ("*** ERROR: El alfabeto a utilizar como clave no es correcto.")
                                else:
                                    opcion = ""
                                    print ("*** ERROR: El alfabeto a utilizar como clave sólo debe contener caracteres alfabéticos.")
                else:
                    print ("*** ERROR: El texto en claro a cifrar sólo debe contener caracteres alfabéticos.")
        elif opcion == "2":
            print ("")
            print ("--- DESCIFRAR:")
            # Descifrar: Se introducen el criptograma. Se convierten los caracteres a mayúsculas y
            # se eliminan los espacios, las tildes, diéresis, etc.
            criptograma = clave = "*"
            while not criptograma.isalpha():
                criptograma = input('Criptograma a descifrar: ').upper()
                criptograma = criptograma.replace(' ','')
                criptograma = re.sub(r"([^n\u0300-\u036f]|n(?!\u0303(?![\u0300-\u036f])))[\u0300-\u036f]+",
                                      r"\1", normalize("NFD", criptograma), 0, re.I)
                criptograma = normalize("NFC", criptograma)
                if criptograma.isalpha():
                    print ("[+] Criptograma a descifrar:", criptograma)
                    while not clave.isalpha():
                        clave = input('Alfabeto clave: ').upper()
                        clave = clave.replace(' ','')
                        clave = re.sub(r"([^n\u0300-\u036f]|n(?!\u0303(?![\u0300-\u036f])))[\u0300-\u036f]+",
                                    r"\1", normalize("NFD", clave), 0, re.I)
                        clave = normalize("NFC", clave)
                        if clave.isalpha():
                            if ''.join(sorted(clave)) == ''.join(sorted(alfabeto)):
                                print ("[+] Alfabeto clave:", clave)
                                texto_claro = descifrar(alfabeto,criptograma,clave)
                                print ("[+] Texto en claro:", texto_claro)
                            else:
                                print ("*** ERROR: El alfabeto a utilizar como clave no es correcto.")
                        else:
                            print ("*** ERROR: El alfabeto a utilizar como clave sólo debe contener caracteres alfabéticos.")
                else:
                    print ("*** ERROR: El criptograma a descifrar sólo debe contener caracteres alfabéticos.")
        elif opcion == "3":
            print ("*** FIN ******************************************")
            salir = True
        else:
            print ("*** ERROR: Opción no válida.")
	
if __name__ == '__main__':
    main()

Lo ejecuto:

- Cifrar:

- Descifrar:

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