KRİPTOANALİZ DERSİ FİNAL ÖDEVİ PSO ile TRANSPOSITION CIPHER ÇÖZÜMÜ 1
Uygulama Hakkında PSO kullanılarak şifreli metnin çözümü gerçekleştirilmiştir. Metin dosyadan okunmuştur. Okunan metin rastgele üretilen parçacıklar ile çözümlenmiş ve bigram ve trigram frekans hesabı yapılmıştır. Uygunluk fonksiyonu olarak aşağıdaki fonksiyon kullanılmıştır. Burada ve sırasıyla bigram ve trigram frekanslarını ve ağırlıkları temsil etmektedir. Bigram ve trigramlara atanan ağırlıklar ve değerler aşağıdaki tabloda verilmiştir. ve değerleri sırasıyla 0.7 ve 0.3 olarak belirlenmiştir. Bigram Ağırlık TH 2 HE 1 IN 1 ER 1 AN 1 ED 1 Trigram Ağırlık THE 5 ING 5 AND 5 EEE 5 Algoritmanın işleyiş aşamaları aşağıda verilmiştir. Her bir parçacık için rastgele key değeri üret. Elde edilen değere göre her bir parçacık için metni çöz. Metin çözüldükten sonra her bir parçacık için bigram ve trigram frekans hesabı yap. Yapılan hesaptan elde edilen frekans ve ağırlıklara göre fitness değerini hesapla Elde edilen fitness değerine göre pbest ve gbest değerlerini bul. Hız ayarlaması yap ve parçacıkları hareket ettir. Hız ayarlama işlemi algoritmanın en önemli kısmıdır. Hız vektörleri ayarlanırken normal PSO da kullanılan hız vektörü değiştirilerek kullanılmıştır. Bunun sebebi elimizdeki problemin sürekli değil kesikli olmasıdır. Hız vektörü ayarlama işleminde öncelikle her bir değişken için yön tayini yapılmıştır. Bunun için standart PSO da olan hız formülü ikiye bölünmüştür. Pbest için =random*c1*(pbest_fitness-parçacık_fitness) Gbest için= random*c1*(gbest_fitness-parçacık_fitness) formülü kullanılmıştır. Bu değerlerden hangisinin büyük olduğuna bakılarak parçacığın o anki key değerinin gideceği yön belirlenmiştir. Daha sonra gideceği yönde +1 olarak arttırılarak, eğer azalıyorsa -1 olarak azaltılarak başka bir dizide kalıp şeklinde tutulmuştur. Bu kalıp hareket kalıbı olarak kullanılacaktır. Hareket kalıbı parçacıktaki her bir değişkenin nereye doğru gideceğini belirler. Kalıbın işleyişinde ilk önce değişkenin ilk elemanı ile kalıbın ilk elemanına bakılır. Kalıbın ilk elemanındaki değerin değişken dizisindeki yeri bulunur. Daha sonra 1. Eleman ile kalıba göre yeri bulunan eleman değiştirilir. Bu işlem kalıbın son elemanına gelene kadar uygulanır. Bütün yer değiştirme işlemleri parçacık üzerinde yapılır. Aşağıda kalıba göre hareket örneği verilmiştir. 2
Örnek Parçacık = [1,2,3,4,5] Örnek Gbest = [3,4,5,1,2] elde edilen Örnek Kalıp=[2,3,4,3,4] 1 den 3 e bir adım 2, 2 den 4 e bir adım 3, 3 den 5 e bir adım 4, 4 ten 1 e bir adım 3, 5 ten 2 ye bir adım 4 olarak hesaplanır ve kalıp [2,3,4,3,4] olmuş olur. Kalıptan hareket ise; 1.Aşama: Parçacığın ilk elemanı olan1 ile kalıbın ilk elemanı olan 2 yer değiştirilir [2,1,3,4,5] 2.Aşama: Yeni oluşan parçacıkta kalıba göre ikinci eleman olan 3 ile parçacığın ikinci elemanı olan 1 yer değiştirilir [2,3,1,4,5] 3.Aşama: Parçacıktaki 1 ile kalıba göre 4 değiştirilir [2,3,4,1,5] 4.Aşama: Parçacıktaki 1 ile kalıba göre 3 değiştirilir [2,1,4,3,5] 5.Aşama: Parçacıktaki 5 ile kalıba göre 4 değiştirilir [2,1,5,3,4] Şeklinde olur ve sonuç olarak oluşan parça 2,1,5,3,4 olur. Yeni parçacıkla tekrar metin çözülür ve hesaplamalar yapılır. Bu değerler kullanılarak elde edilen tam sonuç 100.6 olarak bulunmuştur ve elde edilen key aşağıdaki ekran çıktısında soldaki listbox a yazdırılmıştır. Textbox üzerinde yazan değer sadece kontrol amaçlıdır. 3
Ekran çıktılarında görüldüğü üzere PSO tam sonucu bulabilmiştir ve metni tamamen doğru bir şekilde çözebilmiştir. Bazı durumlarda ise sonuca çok yaklaşmıştır. Aşağıdaki ekran çıktılarında ise farklı ayarlarla elde edilen sonuçlara yer verilmiştir. Görüldüğü gibi sonuç key değeri çok az bir farkla yanlış hesaplanmıştır. 4
5
Sonucun ekrana yazdırılması için aşağıya bir richtextbox eklenmiştir ve sonuç yazdırılmış ilk resimde yaklaşık bulunan sonuca göre elde edilen sonuca göre metin ikinci resimde ise tam olarak bulunan sonuca göre elde edilen metin gözükmektedir. 6
KODLAR Bütün kodlar c# üzerinde yazılmıştır. using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; using System.Windows.Forms; using System.IO; namespace WindowsFormsApplication1 public partial class Form1 : Form degiskenler = new int[uzunluk]; flag = new bool[uzunluk]; pbest_degiskenler = new int[uzunluk]; public kus gbest; public void uygunluk(ref kus [] suru, int sat,int sut,char [,] şifreli_matris) //şifrenin çözümü işlemi for (int t = 0; t < suru.length; t++) int[] bi = new int[6]; //çözülen metne göre hesapların yapılması //bi gram frekansı for (int i = 0; i < çözüm_.length-1; i++) if ((çözüm_[i] == 'T') && (çözüm_[i + 1] == 'H')) bi[0]++; else if ((çözüm_[i] == 'H') && (çözüm_[i + 1] == 'E')) bi[1]++; (çözüm_[i+2] == 'G')) tri[1]++; else if ((çözüm_[i] == 'A') && (çözüm_[i+1] == 'N') && (çözüm_[i+2] == 'D')) tri[2]++; else if ((çözüm_[i] == 'E') && (çözüm_[i+1] == 'E') && (çözüm_[i+2] == 'E')) tri[3]++; suru[t].fitness = 0.7 * (bi[0] * 2 + bi[1] + bi[2] + bi[3] + bi[4] + bi[5]) + 0.3 * (tri[0] * 5 + tri[1] * 5 + tri[2] * 5 - tri[3] * 5); //gönderilen makaledeki fitness ve ağırlıklar alınmıştır. formül aynen uygulanmıştır. public void pbest_gbest(ref kus[] suru) for (int i = 0; i < suru.length; i++) 7
eleman 3 yer değişir //ikinci eleman daha önce neydi ve nereye gidiyordu ona bakılarak 2. eleman değiştirilir //yönler ve gidilecek birim daha önce sabit hesaplanır ve yer değişimi yapılır. int seed = (int)datetime.now.ticks;//random sayı prosedürleri for (int i = 0; i < suru.length; i++) int[] swap_değerleri = new int[suru[i].degiskenler.length]; //değişim kalıbını burada saklayacağız //yön ve swap değer hesabı int yön = -99; //yön bilgisi için kullanılacak değer for (int j = 0; j < swap_değerleri.length; j++) larak atanan parçacığın kendi sınırları dışında bir kalıp oluşturmaması için swap_değerleri[j] = 1;//gbest olarak atanan parçacığın kendi sınırları dışında bir kalıp oluşturmaması için if (swap_değerleri[j] > 5)//gbest olarak atanan parçacığın kendi sınırları dışında bir kalıp oluşturmaması için swap_değerleri[j] = 5;//gbest olarak atanan parçacığın kendi sınırları dışında bir kalıp oluşturmaması için else if (suru[i].degiskenler[j] > suru[i].pbest_degiskenler[j]) //gbest için yapılanın aynısının pbest için olanıdır yön = -1; else yön = 1; swap_değerleri[j] = suru[i].degiskenler[j] + yön; void flag_kontrol(ref kus birey) //eğer bir değişken 1,2,3,4,5 ten biri yok ise değer false olarak kalır //flag atama işlemi for(int i=0;i<birey.degiskenler.length;i++) if (birey.degiskenler[i] == 1) birey.flag[0] = true; else if (birey.degiskenler[i] == 2) birey.flag[1] = true; else if (birey.degiskenler[i] == 3) birey.flag[2] = true; else if (birey.degiskenler[i] == 4) birey.degiskenler[j] = 1; birey.flag[0] = true; else if (!birey.flag[1]) birey.degiskenler[j] = 2; birey.flag[1] = true; else if (!birey.flag[2]) birey.degiskenler[j] = 3; birey.flag[2] = true; else if (!birey.flag[3]) birey.degiskenler[j] = 4; birey.flag[3] = true; 8
else if (!birey.flag[4]) birey.degiskenler[j] = 5; birey.flag[4] = true; private void button2_click(object sender, EventArgs e) //şifreli metnin dosya üzerinden alınması işlemi string path; OpenFileDialog od = new OpenFileDialog(); od.showdialog(); path = od.filename; StreamReader rd = new StreamReader(path); şifreli = rd.readtoend(); int uzunluk = Convert.ToInt32(textBox1.Text); int sut = uzunluk; int sat = şifreli.length / uzunluk; char[,] şifreli_matris = new char[sut, sat]; int sayac = 0; for (int i = 0; i < sut; i++) for (int j = 0; j < sat; j++) şifreli_matris[i, j] = şifreli[sayac++]; int iterasyon = Convert.ToInt32(textBox6.Text); int par_sayı = Convert.ToInt32(textBox3.Text); double c1 = Convert.ToDouble(textBox4.Text); double c2 = Convert.ToDouble(textBox5.Text); kus[] suru = new kus[par_sayı]; gbest=new kus(uzunluk); int seed = (int)datetime.now.ticks; for (int i = 0; i < par_sayı; i++) suru[i] = new kus(uzunluk); //yeni sürü oluşumu ve rastgele veri ataması Random r = new Random(seed++);//random sayı prosedürleri for (int j = 0; j < uzunluk; j++) r = new Random(seed++); //random sayı prosedürleri suru[i].flag[j] = false; //aşağıda bahsedilen kontrol için suru[i].degiskenler[j] = r.next(1, 99)%5+1; //random aralığını sabit ama gelen değerleri daha geniş tutmak için yapıldı r = null; r = new Random(seed++); //random sayı prosedürleri r = null; r = new Random(seed++);//random sayı prosedürleri flag_kontrol(ref suru[i]); //bu başlangıçta aynı değeri atamaması için sınıf içinde yapılan olmayan değerin aynı olana atanması işlemi for (int i = 0; i < iterasyon; i++) uygunluk(ref suru, sat, sut, şifreli_matris); //fitness hesabı pbest_gbest(ref suru); //pbest ve gbest ataması hız(ref suru,c1,c2); //hız ayarlaması ve hareket 9