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CryptoMatrix

Sistema de Criptografia por Matriz com Chave Compartilhada

1. Visão Geral

Esse código implementa um sistema simples de criptografia e decriptação baseado na geração de uma matriz quadrada embaralhada contendo as letras do alfabeto (com acréscimo da letra "Ç"). A matriz é gerada de forma determinística a partir de uma chave compartilhada, permitindo que tanto a parte que criptografa quanto a parte que descriptografa possam reproduzir exatamente a mesma configuração.

Cada caractere da mensagem é representado pela posição (linha e coluna) em que ocorre na matriz. Quando um caractere se repete, uma posição diferente é escolhida para criptografia. Para os espaços, o sistema utiliza tokens especiais: cada token é formado por um prefixo aleatório (qualquer letra de A-Z, exceto Ç) seguido por dois dígitos aleatórios, facilitando sua identificação durante a decriptação.

2. Dependências e Considerações

• Módulos Utilizados:
  • random: Para gerar números aleatórios e embaralhar a lista de caracteres.
  • string: Para acessar a constante ascii_uppercase, que fornece as letras maiúsculas de A-Z.
• Uso da Chave: A chave fornecida pelo usuário é usada para definir a SEED do gerador de números aleatórios (random.seed(key)), garantindo que a matriz gerada seja a mesma para uma mesma chave em processos distintos.
• Aplicações Reais:
  • Comunicação segura entre partes que compartilham uma chave secreta.
  • Criação de puzzles ou desafios de criptografia.
  • Implementações educacionais para introdução aos conceitos de substituição de caracteres e criptografia simétrica com matriz.

3. Explicação Detalhada do Código

3.1 Função generate_matrix

Objetivo e Funcionamento:

• Entrada: key (chave para definir o estado do gerador aleatório) e size (dimensão da matriz quadrada, padrão 7).
• Processamento:
  1. Cria base_alphabet contendo letras A–Z e a letra "Ç".
  2. Define a semente do gerador aleatório com random.seed(key) para garantir determinismo.
  3. Inicializa matrix_list com uma cópia de base_alphabet, assegurando ao menos uma de cada letra.
  4. Duplica base_alphabet até que matrix_list tenha pelo menos size×size elementos.
  5. Embaralha matrix_list e trunca para o tamanho exato de size×size.
  6. Verifica letras faltantes em matrix_list e substitui posições duplicadas para garantir presença de todas as letras.
  7. Divide matrix_list em sublistas de comprimento size, formando a matriz final.
• Saída: Retorna a matriz gerada — uma lista de listas (list[list[str]]) com size linhas e size colunas.

3.2 Função print_matrix

Objetivo e Funcionamento:

• Entrada: matrix (a matriz gerada).
• Processamento: Percorre cada linha da matriz e imprime o número da linha e os caracteres, separados por espaços.
• Saída: Exibição da matriz no console de forma organizada.

3.3 Função encrypt

Objetivo e Funcionamento:

• Entrada: message (mensagem a ser criptografada) e matrix.
• Processamento:
  1. Inicializa a string encrypted.
  2. Constrói positions_full mapeando cada caractere da matriz para suas posições (linha, coluna).
  3. Cria positions_pool como uma cópia de positions_full para gerenciar as posições usadas.
  4. Para cada caractere da mensagem (em maiúsculas):
     • Se for espaço, gera um token com um prefixo aleatório (A-Z) e dois dígitos aleatórios (entre 11 e 77).
     • Para outros caracteres, seleciona e remove uma posição aleatória da pool; se esgotada, reinicializa a pool.
• Saída: Mensagem criptografada, composta por tokens representando as posições ou espaços.

3.4 Função decrypt

Objetivo e Funcionamento:

• Entrada: encrypted_text: texto criptografado; matrix: matriz utilizada na criptografia.
• Processamento:
  • Verifica, token por token, se representa um espaço (token de 3 caracteres) ou um caractere da matriz (token de 2 dígitos).
  • Converte os tokens de 2 dígitos em índices para recuperar o caractere correspondente da matriz.
• Saída: Retorna a mensagem original descriptografada.

3.5 Função validate_message

Objetivo e Funcionamento:

• Entrada: msg (Mensagem que será validada pela função antes de ser criptografada).
• Processamento:
  1. Aplica re.fullmatch(r"[A-ZÇ ]+", msg) para verificar se msg contém apenas:
  • Letras maiúsculas A–Z
  • Cedilha Ç
  • Espaços
  2. Retorna True se corresponder ao padrão, caso contrário False.
• Saída: bool — True para mensagem válida; False caso haja qualquer outro caractere.

3.6 Função clear_terminal

Objetivo e Funcionamento:

• Entrada: nenhuma.
• Processamento:
  1. Verifica o sistema operacional via os.name:
  • Se for 'nt', executa cls (Windows).
  • Senão, executa clear (Linux/macOS).
  2. Chama os.system com o comando apropriado para limpar o terminal.
• Saída: nenhuma (efeito colateral no terminal).

3.7 Função main

Objetivo e Funcionamento:

• Solicita a chave e gera a matriz determinística.
• Exibe a matriz e solicita a mensagem a ser criptografada.
• Criptografa a mensagem e exibe o resultado.
• Descriptografa a mensagem e exibe a mensagem original.
• O bloco if __name__ == "__main__": garante que a função main seja executada apenas quando o script for chamado diretamente.

4. Possíveis Aplicações em Cenários Reais

• Comunicação Segura: Permite o envio de mensagens criptografadas entre partes que compartilham uma chave secreta.
• Desafios e Puzzles: Pode ser adaptado para criar enigmas ou desafios onde os jogadores precisam descobrir a chave para interpretar uma mensagem oculta.
• Ensino: Ideal para uso didático, introduzindo conceitos de criptografia por substituição e uso de chaves compartilhadas.

5. Observações Finais

• A utilização de tokens especiais para espaços, com prefixos aleatórios (de A-Z), torna a mensagem criptografada menos previsível.
• A reinicialização da pool de posições garante que mensagens com muitas repetições de um mesmo caractere possam ser criptografadas sem perder a diversidade de posições.

Instalação

Important

Requer Python 3.6 ou superior para garantir compatibilidade total com os recursos utilizados no código

Clone o repositório:

git clone https://github.com/seu-usuario/CryptoMatrix.git

Acesse o diretório:

cd CryptoMatrix/

Execute a ferramenta:

python3 cryptoMatrix.py

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