Cryptage et Décryptage

Le cryptage des données est très à la mode : il s'agit d'un enjeu aujourd'hui majeur du fait de la connexion quasi permanente des terminaux à internet, de la multiplication des points d'accès à internet, du stockage des données dans le cloud, de l'augmentation incessante des performances des ordinateurs et de l'apparition de nouveaux algorithmes de décryptage. Nous voilà donc lancé dans la fameuse course technologique entre les armes et les armures...

Cryptage simple

Une méthode simple de cryptage peut être de changer tout simplement la palette de couleurs de l'image : si elle à l'avantage d'être assez simple à programmer et à comprendre, elle ne permet toutefois pas de masquer complètement le sujet présenté et n'est donc pas à utiliser pour cacher totalement le sujet de l'image !

La code présentée ici est basé sur un algorithme de type César fonctionnant sur les 3 canaux RVB de l'image.

import pygame

from pygame.locals import *

# Entrée des 3 clés de César pour les 3 canaux RVB

r=int(input("Entrer la clé de César pour le canal Rouge :"))

v=int(input("Entrer la clé de César pour le canal Vert :"))

b=int(input("Entrer la clé de César pour le canal Bleu :"))

cesar=[r,v,b]

# Initialisation de la fenêtre d'affichage

pygame.init()

fenetre = pygame.display.set_mode((870,522))

pygame.display.set_caption("La Vie Cryptée de Marc Chagall")

# Traitement de l'image

fond = pygame.image.load("lavie.jpg").convert()

blank_surface = pygame.Surface((870,522))

# Affichage de l'image départ

fenetre.blit(fond,(0,0))

pygame.display.flip()

pygame.time.wait(1000)

# Lecture et remplacement de la couleur de chaque pixel

for i in range(870):

    for j in range(522):

        color=list(fond.get_at((i,j)))

        for k in range(3):

            color[k]=color[k]+cesar[k]

            if color[k]>255:

                color[k]=color[k]-255

        color=tuple(color)

        blank_surface.set_at((i,j),color)

#collage du fond

fenetre.blit(blank_surface,(0,0))

pygame.display.flip()

# Sauvegarde de l'image dans un fichier

pygame.image.save(blank_surface,"laviecrypteedemarcchagall.jpg")

# Boucle principale

continuer = 1

while continuer:

    for event in pygame.event.get():        

        # Quitter

        if event.type == QUIT:

            continuer = 0

pygame.quit()

A noter ici :

• la saisie des 3 clés de César et leur stockage dans les variables r, v, b grâce à la fonction input
• la mise en pause du programme pour une durée de 1000 ms grâce à l'instruction pygame.time.wait(1000), ce qui permet de voir un instant l'image de départ
• la création d'une liste de 3 éléments pour stocker les 3 clés de César à la ligne cesar=[r,v,b], on aurait cependant pu choisir un stockage externe dans un fichier
• l'affectation à chaque canal RVB d'une nouvelle couleur grâce à l'instruction color[k]=color[k]+cesar[k]
• le test de dépassement de la valeur maximum du canal (255) et son traitement : if color[k]>255: color[k]=color[k]-255
• la sauvegarde de l'image cryptée au format jpg (les formats supportés par défaut sont les formats png, bmp, jpg et tga) grâce à l'instruction pygame.image.save(blank_surface,"laviecrypteedemarcchagall.jpg")

Exemple d'exercice d'appropriation : créer un deuxième script permettant cette fois-ci de décrypter l'image, en lisant l'image cryptée stockée précédemment et en saisissant les 3 clés de César.

La correction du script est ici.

Voici le résultat du cryptage et du décryptage de César pour les clés de César [100,100,100] (on peut remarquer la surexposition de certains pixels lors du décryptage due à un bug de la version de SDL utilisée) :

Cryptage avancé

il existe et on peut imaginer quantité de méthode de cryptage plus ou moins compliquée. Nous allons ici améliorer notre cryptage tout en conservant le même algorithme : pour cela nous allons crypter chacun des canaux RVB de chacune des lignes avec une clé de César différente déterminée aléatoirement. Ces clés vont être stockées dans un fichier externe qui sera utilisé pour le décryptage de l'image, ainsi il sera impossible de connaître le contenu de l'image sans avoir accès au fichier contenant l'ensemble des clés et au programme de décryptage.

Voici le code complet :

import pygame

import random

from pygame.locals import *

# Initialisation de la fenêtre d'affichage

pygame.init()

fenetre = pygame.display.set_mode((870,522))

pygame.display.set_caption("La Vie Très Cryptée de Marc Chagall")

# Traitement de l'image

fond = pygame.image.load("lavie.jpg").convert()

blank_surface = pygame.Surface((870,522))

# Affichage de l'image départ

fenetre.blit(fond,(0,0))

pygame.display.flip()

pygame.time.wait(1000)

# Création de la liste contenant les clés de César

cesar=[]

for j in range(522):

    cesar=cesar +[[random.randint(0,255),random.randint(0,255),random.randint(0,255)]]

# Création du fichier contenant les clés de César

trousseau = open("topsecret.txt", "w")

trousseau.close()

trousseau = open("topsecret.txt", "a")

for j in range(522):

    for k in range(3):

        trousseau.write(str(cesar[j][k])+" ")

trousseau.close()        

# Lecture et remplacement de la couleur de chaque pixel

for i in range(870):

    for j in range(522):

        color=list(fond.get_at((i,j)))

        for k in range(3):

            color[k]=color[k]+cesar[j][k]

            if color[k]>255:

                color[k]=color[k]-255

        color=tuple(color)

        blank_surface.set_at((i,j),color)

# Collage du fond

fenetre.blit(blank_surface,(0,0))

pygame.display.flip()

# Sauvegarde de l'image dans un fichier

pygame.image.save(blank_surface,"lavietrescrypteedemarcchagall.jpg")

# Boucle principale

continuer = 1

while continuer:

    for event in pygame.event.get():        

        # Quitter

        if event.type == QUIT:

            continuer = 0

pygame.quit()

Détaillons maintenant un peu ce code:

• la bilbiothèque random permettant la génération de nombres aléatoires est incluse en début de fichier par l'instruction import random
• les clés de César sont stockées dans la liste cesar qui est une liste à deux dimensions dont chaque élément est une liste de trois éléments correspondants aux trois clés de César pour les trois canaux RVB. Ce sont des nombres entiers aléatoires pris entre 0 et 255 inclus générés à l'aide de l'instruction random.randint(0,255)
• l'instruction open("topsecret.txt", "w") sert normalement à accéder au fichier topsecret.txt en écriture, elle est utilisée ici pour simplement effacer le contenu du fichier précédent. Ne pas oublier de fermer le plus tôt possible le fichier ouvert à l'aide de l'instruction close() pour éviter de générer une erreur d'accès.
• le même fichier est ensuite ouvert en mode ajout (append) grâce à l'instruction open("topsecret.txt", "a") et les deux boucles for imbriquées servent à parcourir la liste cesar. Son contenu est ensuite écrit dans le fichier texte ouvert précédemment grâce à l'instruction write(str(cesar[j][k])+" ") . A noter la conversion de chaque donnée en chaîne de caractères et l'insertion d'un espace pour préparer le split de la chaîne lors du décodage...
• le codage de la couleur des pixels se fait lors du cryptage à l'aide de la cle utilisée pour chaque canal RVB au niveau de la ligne color[k]=color[k]+cesar[j][k]

Exemple d'exercice d'appropriation : créer un deuxième script permettant cette fois-ci de décrypter l'image, en lisant l'image cryptée stockée précédemment et en utilisant le fichier topsecret.txt.

La correction du script est ici.

Voici le résultat du cryptage avancé et du décryptage avancé de César (même cause et mêmes effet, les altérations sur l'image décryptée sont dues à un bug de la SDL mais on reconnaît bien le sujet de l'image):