【高校情報】大学入学共通テスト対策 試作問題 第５問解説 プログラミング 擬似言語を使ったシーザー暗号（大学入試センター2020年12月発表）
共通テスト「情報」試作問題 第５問解説 プログラミング 擬似言語
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■独自解説パワーポイント
https://toppakou.com/info1/download/98_大学入学共通テスト/2020試作問題/情報大学入学共通テスト対策【202012試作問題_大問５】.pptx
■試作問題ダウンロード
大学入試センター・情報処理学会
https://www.ipsj.or.jp/education/9faeag0000012a50-att/sanko2.pdf
【文字おこし】
大学入学共通テスト 情報対策講座
今回は大学入試センターが2020年12月に発表している、大学入学共通テスト
情報の試作問題の内、大問５の擬似言語・プログラミング問題の解説をしていきます。
簡単な暗号化方法のシーザー暗号に関するプログラミング問題になります。
事前知識として文字列シフトについて説明します。
シフト暗号はアルファベットを文字数分シフトつまりずらして置換えるきわめて単純な暗号手段になります。
小文字のアルファベット順にaからzまで並んだ配列があるとします。
今回は、配列番号（添字）は０番から割りふります。
右にずらすことを右シフト、左にずらすことを左シフトといいます。
右に５文字分シフトしていきます。
たとえば文字「a」を５文字右にシフトした場合 fが対応します。
文字ｘの場合はまず２文字シフトして右に到達した後、一番左端にもどり３文字シフトした文字ｃに置き変わります。
他の文字も同じように対応付けするとこの図の様なイメージになります。
暗号化された文字列を復号したい場合は、今行った行為と逆で５文字左にシフトします。
問題を解くうえで注意する点（混同しやすい点）
配列番号は０番から始まります。
ただ、文字数としては１から数えます。
配列番号なのか、文字数で答えるのかを注意する必要があります。
では、今話した知識をベースに問題を解いて行きましょう。
Ｔさん 復号は必ずしも反対にシフトする必要はないよね。
たとえば９文字右にシフトされていた場合、復号するには９文字左にシフトしても良いけど、右に 空欄アイシフトすることもできるね とあります。
これは時計に置き換えると分かりやすいと思います。
１２の数字を右回りに ３つシフトすると ３の位置になります
左側に９つシフトしても同じ３の位置になります。
これを計算式であらわすと
左シフト数＝ １２（全体数）－３（右シフト数） となります。
これを今回の問題に当てはめると
全体数はアルファベットの文字数 ２６
左シフト数 ９ なので
右シフト数 ＝ ２６（全体数）－９（左シフト数） ＝１７
となり アイ は１７となります。
―――
次の空欄を見ていきましょう。
図２のようにアルファベットに０～２５の番号を割り当てて考えてみると、暗号化してｘ番目の文字になった時、復号はｘ＋１７の値が 空欄ウエ以下であれば ｘ＋１７番目の文字に置き変わるけど、空欄ウエより大きい場合は、ｘ＋１７―空欄オカの文字に置き変われば復号できるよね。
とあります。
――
たとえば、bの文字を右に９文字シフトして暗号化した、配列番号：１番のｋの文字を復号する場合で考えていきましょう。先ほどの右シフトによる複合方法では、１７文字右シフトすれば ｂに復号できます。
配列番号では今の配列番号１＋１７で 配列番号１８の ｂが対応することが分かります。
ただ、ｔを暗号化したｃ（配列番号：１９）を復号するためには
１９＋１７ で ３６ となり、桁あふれをおこします。
配列番号が２５より大きくなってしまう場合は、２６を引く必要があります。
この例だと19+17-26で配列番号１０が復号後の文字ｔということが分かります。
はじめに説明したように最後尾の配列番号２５番まで来たら配列番号０番になります。
なので 復号はｘ＋１７の値が、２５以下（ウエの答え、配列番号）以下であれば、ｘ＋１７番の文字に置き変えることができます。 よって空欄ウエは２５になります。
ただ、２５より大きい場合は、配列の始めの番号０番にする必要があるので、２６を引く必要があります。
よってｘ＋１７－２６（オカの答え）となります。
空欄オカは２６が入ります。
では、次の空欄を見ていきましょう。
Ｍさんが 暗号化で文字を何文字シフトしているか分かれば、この復号法で解読できるよね。どうやったら分かるかな。
Ｔさんは すべての可能性、つまりシフトしない時を除いた 空欄キク通りをプログラムで試せればいいんじゃない？
とあります。
アルファベットは全部で２６文字あって「シフトしない時を除いた」とあるので
この図のようにずらす文字数を１ずつ増やしていくイメージになります。
全文字数の２６ ― シフトしない場合の１通りをマイナスして、 ２５通りとなります。
―――
ただ、この方法だと問題があることをＭさんから指摘されます。
大文字があったり、日本語のように文字種の数が多い言語ではとても効率が悪いこと。
そして、一般的な英文のアルファベットの出現頻度にはこの図３の様な傾向があることで、出現頻度を調べれば、何文字シフトされているかを推測することができる可能性があるということです。
それを確認するのが問２になります。
Ｔさんは、暗号化された英文のアルファベットの出現頻度を数え上げる図５のプログラムを考えました。
そしてそのプログラムでは配列変数Ａｎｇｏｕｂｕｎに暗号文を入れて、１文字ずつアルファベットの出現頻度を数え上げて、その結果を配列変数Hindoに入れているとあります。
例えば a の文字が ３２回 ｚの文字が１１回 出現した場合は
aは配列番号（添字） ０なので Hindo[0] = 32
ｚは配列番号が２５なので Hindo[25] = 11 となります。
目的は Angoubun 配列に存在する文字の 出現頻度を求めて Hindo 配列の該当配列番号の部位を更新していくことになります。
１行目から説明していきます。
Angoubun配列に解読したい文字列をいれています。
「Angoubun」というローマ字から「暗号文」を入れるんだな～という推測ができます。
Hindo配列の初期化になります。すべて０にします。
３行目から６行目は
Angoubun配列数分 ４行目から６行目の処理を繰り返します。
－１しているのは配列番号が０番から始まるから 要素数の数えは１からなのでつじつまを合わせています。
差分関数は 空欄ケ に入れられたアルファベットの位置を返し それをbangou変数に格納しています。
暗号文の要素数分ループを回していて、ここは Angoubunの文字を一文字ずつ判定 して Hindo配列の該当部分を加算しています。
差分（ ）のカッコ内に入れれるものはアルファベットなので Angoubunの中身を取り出してあげないといけません。
何番目の配列を取り出すかは０から始まるループ回数と等しいので
空欄ケはAngoubun[i] となります。
例えば Angoubun配列の配列番号５に「ｚ」の文字が出てきた場合
差分（Angoubun[5]）は ２５を返却し bangouに ２５を格納します。
５行目は変数 bangouの値がー１でなければという意味になります。―１はアルファベット以外を意味するので、言い換えると アルファベットなら６行目の処理を行います。
今回のＨｉｎｄｏのカウント対象なら、０６の処理に入ります。
６行目について、アルファベットはカウント対象なのでHindo配列を更新する処理になります。
ループなので今までカウントした数字がHindo配列に入っている可能性があります。
なので今のカウント値に＋１する必要があります。
bangouが更新対象の文字配列の場所に等しいので
更新対象の配列番号は Hindo[bangou] （コの答え） となります。
このプログラムを実行してＨｉｎｄｏ配列をグラフ化したものが図６になります。
これは一般的な出現頻度をもとにした図３と比較すると 答えが導けます。
どれくらい右にシフトすると図３と図６のグラフの形が近くなるかで復号するシフト値の推測をしています。
図３のabcdeの形と図６のklmnoの形が非常に似ているので
１０（サシの答え） 右にシフトしていると推測します。
次に問３を解説していきます。
図７は暗号文を１文字ずつ復号して表示するプログラムになります。
空欄サシと空欄ケは先ほどの問２で答えが分かっているので埋めています。
１行目は Angoubun配列の定義 で 変数名の通り暗号化されている文字列を配列として定義しています。
２行目で 中身は空っぽの配列変数Hirabunを定義します。
暗号文を復号した値が入ります。
３行目の変数hukugousuuはシフトする文字数を格納しています。
問２より空欄サシは１０なのfukugousuuには１６が代入されます。
４行目がループ条件でループ回数としてはAngoubun配列の要素数分１２行目までの処理を繰り返します。
先ほど説明したように、配列番号は０から始まり、要素数は１から数えるので、つじつま合わせでー１しています。
空欄ケ は 問２ より Angoubun[i] がはいります。
ここで平文に戻すため 暗号文配列より１文字が取り出されます。
それを 差分関数にいれています。
差分関数はアルファベットの「a」との位置の差分を返します。
６行目から１２行目は問１で説明した内容になります。
bangou != -1 なので アルファベットならばと言い換えられる
８行目で 文字（ス）をHirabunに入れていることから スは復号後のアルファベットの位置を表す配列番号だと考えられる
今の暗号化されている配列番号＋復号の為のシフト値となるので
bangou+hukugousuu がスの答えとなる。
配列番号が２５を超えるパターンは問１で説明済
配列の０番目に戻す必要があるので
bangou+hukugousuu -26 になる
12行目は、アルファベットでない場合の処理になり、暗号文の内容はそのまま使うので
つまり Angoubun[i]になります。
１３行目でＨｉｒａｂｕｎ配列の中身をまとめて表示します。
つぎはプログラムの簡略化について
７行目から１０行目の内容を１行にするにはどうしたら良いかの会話になります。
abcde.......xyz で配列で
復号後の配列番号を基準に
２６で左端に戻るということは、２６を超えたものから配列番号０、１・・と数えます。
これは、シフト後の配列番号を２６で割った余りを使うことで可能となります。
（暗号化された配列の位置＋復号数）%２６ となる
変数に置き換えると
（bangou+hukugousuu)%26 となります。
このかっこが無いと復号数%26の計算が優先されてしまうので注意しましょう。
以上
【参考サイト・参考文献】
問題ダウンロード（情報処理学会）
https://www.ipsj.or.jp/education/9faeag0000012a50-att/sanko2.pdf
高等学校「情報Ⅰ」：共通テスト試作問題を検討する｜E.V.ジュニア｜note
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【解説重要用語】
擬似言語、変数、配列
★私の目標
「とある男が授業をしてみた」 の葉一さん
https://www.youtube.com/user/toaruotokohaichi
※Google社に招待頂いた、「YouTube教育クリエイターサミット2020」で
葉一さんと文部科学省・Google役員の対談セッションに感銘を受けて、高校情報講座スタートしています。
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