担当しているセキュリティの科目では，「暗号解読」のレポート課題を，ゴールデンウィーク前に課しています．
これまで，学内Linux環境で端末を起動し，いくつかのコマンド（sed，echo，cat）を組み合わせれば，効率良く解読できるよと紹介してきましたが，Linux環境がなくなったため，今年度からは別の方法を必要とします．
この解読のためだけに，BYOD PCにLinuxをインストールするのは，推奨できません．Windows Subsystem for Linux (WSL)も，新規インストールには通信とセットアップで時間がかかります．
なのですが，ここ数年で「オンライン実行環境」が充実し，ブラウザを使用して，プログラムを書いて実行することが，簡単にできるようになっています．本記事では無料かつ
ユーザ登録なしで利用できるpaiza.IOを用いた解読の試みを紹介します．
以下の本に合わせて，アルファベット26文字の単一換字暗号を対象とします．小文字（aからzまで）を平文で用いるアルファベット，大文字（AからZまで）を暗号文で用いるアルファベットとします．空白や記号類は出現しないのが慣例です（それらが含まれると解読がより容易になるという事情もあります）．暗号文も，この本の記載を使わせてもらいました．
s = <<EOS MEYLGVIWAMEYOPINYZGWYEGMZRUUYPZAIXILGVSIZZMPGKKDWOMEPGROEIWGPCEIPAMDKKEYCIUYMGIF EOS t = s.tr("YMEPODWING", "ethrginaco") puts t
下部に「theLoVanAthegraceZonehotZRUUerZAaXaLoVSaZZtroKKingthroRghanorCharAtiKKheCaUetoaF」と表示されます．
このプログラムで最も重要な処理を解説します．具体的には，tへの代入の行です．等号の右では，文字列s*1を処理対象として，trという名前のメソッドを呼び出します．文字列の中に"Y"の文字があれば"e"の文字に置き換えます．"M"の文字は"t"に，"E"は"h"に，...，"G"は"o"に，置き換えます．複数回，同じ文字が出現すれば，それぞれを置き換えます（だから「単一換字」の暗号なのです）．すべての置き換えが終わった状態の文字列が，「s.tr("YMEPODWING", "ethrginaco")」の評価結果となり，変数tに代入される値にもなります．
単一換字暗号の暗号化・復号・解読は，RubyのString#trメソッドで実現できる，というわけです．このメソッドに与える文字列の長さを同じにするのも，大事なところです*2．
結果の文字列について，先頭は「the」ですし，途中には「one」「hot」という単語を見つけることができます．Yをeに，Mをtに，...という解読は，ある程度成功していることが見てとれます．大文字は，trメソッドで置き換えられなかった文字であり，この時点では未解読の文字と言えます．
今回の暗号文をすべて解読するには，tへの代入の行を，以下のコードに変更します．
t = s.tr("YMEPODWIGCSQRZUALXVNKHJFTB", "ethrginaocwqusmdfyxpljkbvz")
実行結果は，みなさんお確かめください．空白を入れて読めば，英文になります*3．
レポート課題で無事に解読ができたら，「tr("置換前の文字の並び", "置換後の文字の並び")」が，一般には2行で構成する，換字表と，同等の情報を持つことになります．
話はここで終わりません．レポート課題で解読の最中というときには，大文字の部分は無視して，小文字にしてみた箇所のみを見て，妥当かどうか検討したいところです．
大文字を単純に取り除くことも，Rubyで簡単に書けますが，取り除くというより，「未解読の文字がある」という情報に置き換えるべきでしょう．1文字の大文字なら1文字分，連続する大文字はその数だけ，伏せ字にします．
そうすると，プログラムは以下のようになります．
s = <<EOS MEYLGVIWAMEYOPINYZGWYEGMZRUUYPZAIXILGVSIZZMPGKKDWOMEPGROEIWGPCEIPAMDKKEYCIUYMGIF EOS t = s.tr("YMEPODWING", "ethrginaco") puts t puts u = t.gsub(/[A-Z]/, ".") puts u
実行し，出力を見ると，先ほどの大文字小文字混じりと，空行のあとに，「the.o.an.thegrace.onehot....er..a.a.o..a..tro..ingthro.ghanor.har.ti..he.a.etoa.」と表示されます．
追加したうち「u = t.gsub(/[A-Z]/, ".")」は，文字列tに出現する，文字"A"から文字"Z"までを，すべて"."に置き換えよ，という指示になります．
残りのいくつかのRubyコードについて，説明しておきます．上のプログラムでは，変数sには「MEYLGVIWAMEYOPINYZGWYEGMZRUUYPZAIXILGVSIZZMPGKKDWOMEPGROEIWGPCEIPAMDKKEYCIUYMGIF」という文字列が代入されるのですが，「s = <<EOS」と「EOS」の間に，引用符なしで指定しています．これはヒアドキュメントと呼ばれます．複数行の文字列の代入に使用するのが一般的で，行ごとに引用符を書かなくて済み，改行で煩わされることもありません．毎年，レポート課題の暗号文は，複数行にしています．解読結果の解答について，1行あたりの字数そしてトータルの行数を，暗号文と同じにしておくと，チェックが（採点も）しやすくなります．
「puts」も，メソッドです．引数と，終わりに改行を出力します．「puts t」は「puts(t)」と同じで，メソッド呼び出しにカッコは必須でないのです．「puts」だけの行は，空行の出力となります．
本記事が，単一換字暗号を効率良く解読するための参考になれば幸いです．
*1:これは，「"MEYLGVIWAMEYOPINYZGWYEGMZRUUYPZAIXILGVSIZZMPGKKDWOMEPGROEIWGPCEIPAMDKKEYCIUYMGIF"という文字列を参照する変数s」の簡略表記で，C言語の関数を解説したhttps://linuxjm.osdn.jp/html/LDP_man-pages/man3/strcpy.3.htmlに見られる「文字列 dest」も，同じ表記法です．
*2:ただし長さが異なっていても，エラーにならず，処理してくれます．
*3:当初の「s.tr("YMEPODWING", "ethrginaco")」には不適切な置き換えがあるのですが，『暗号技術入門』の解読のところで書かれています．
