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C++RAD Studio

C++Builderでビットシフトを使用したファイルのエンコード/デコードを行うには?

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この記事は、Yılmaz Yörü氏のhttps://blogs.embarcadero.com/encoding-and-decoding-files-in-c-builder-by-using-bit-shifting/の抄訳です

最速のデータ符号化(エンコード)および復号化(デコード)方式とは?データを保護するための最速の方法は何ですか?データやファイルのエンコードやデコードにシフトを使うことはできますか?文字列やバイナリデータにシフトを使うことはできるのか?

このブログでは、それらの疑問にお答えいたします。

ビットとビットワイズ演算

ビットは、コンピュータやデジタル通信における情報の最も基本的な単位です。実際には、すべての演算子は主にビット演算に基づいており、「ビットワイズ演算子」とも呼ばれます。

コンピュータプログラミングでは、ビット文字列、ビット配列、または2進数(ビット文字列とみなす)を、個々のビット、1、0のレベルで操作することをビットワイズ演算と言います。ビット演算は、高レベルの算術演算の基本であり、プロセッサが直接サポートしているため、高速でシンプルな動作を実現しています。ほとんどのビット演算は、結果が入力オペランドの1つを置き換える 2オペランド命令として表されます。

このようなコンピュータのマイクロアーキテクチャの基本的な知識があるからこそ、ビット演算子を知っておくことは非常に重要なのです。C言語は最も古いプログラミング言語の一つで、他のプログラミング言語のオペランドや演算子の多くは、C言語からヒントを得ています。CとC++には同じ演算子があり、ほとんどの演算子は他のプログラミング言語でも同じです。一般的な演算子については、「C++の基礎: 演算子の使い方を学ぶ」をご覧ください。

それでは、ビットシフトとエンコード-デコードの例を見てみましょう。

データのビットシフト

ビット単位のオペランドの1つにビットシフトがあり、左シフトの’<<‘オペランドと右シフトの’>>‘オペランドがあります。ビット演算は、上述のようにコンピュータのマイクロアーキテクチャのため、マシンコードやC++では最も高速な演算です。多くのエンコードおよびデコード方法があり、ハッシュ符号化の方法もあります。最も簡単で高速な符号化(エンコード)方式の一つが「ビットシフトデータ」です。この方法は、データファイルのエンコードおよびデコードに利用できます。

左シフトと右シフト

例えば、cを文字とすると、ビットシフトを利用して以下のように文字のエンコードとデコードを行うことができます。

このコード例は、127未満の文字数でうまく機能します。シフトする際に先頭のビットが失われます(左にシフトすると左のビットが、右にシフトすると右のビットが失われる)。これらのビットをすべてバイナリデータに保持するには、循環ビットシフト(Circular Bit Shifting)を行う必要があります。

循環左シフトと循環右シフト

循環ビットシフトを使用すれば、データのエンコードやデコードの際に、ビットを失うことはありません。最大8ビットのうち2ビットをシフトしたい場合は、以下のように左右の循環ビットシフトを行います。

複雑な循環左シフトと循環右シフト

例えば、(1+i%7)を加えることで、シフトするビット数に複雑性を与えることができます。

C++Builderでデータファイルをビットシフトする

例えば、C++Builderでデータファイルのエンコードとデコードを行うために、この「複雑な循環ビットシフト法」を使用することができます。C++Builderでこの例を実行するには、

1.C++Builder VCLプロジェクトを新規に作成し、すべてのファイルをプロジェクトフォルダに保存します。

2.TButtonコンポーネントを2つフォーム上に配置し、Button1->Caption = “Encode”、Button2->Caption = “Decode “に変更します。

3. TMemoとTOpenDialogコンポーネントをパレットからドラッグしてフォームに配置します。

4. F12を押してコードモードに切り替え、以下の例のようにコードにヘッダーを追加します。

5. Button1の「Encode」ボタンをダブルクリックし、OnClickイベントハンドラに以下のような「エンコードファイルを開き、エンコードし、エンコードされたファイルを保存する」コードを実装します。

6. Button2の「Decode」ボタンをダブルクリックし、OnClickイベントハンドラに以下のような「エンコードファイルを開き、デコードし、デコードされたファイルを保存する」コードを実装します。

7. F9を押すと、プロジェクトをビルドし、デバッグ実行します。これでエンコードするファイルを選択し、*.encファイルをエンコードして、*.decファイルとしてデコードすることができます。

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このビットシフト手法を使用して、データ、ユーザー名、パスワードなどの機密事項を保護することができます。また、このエンコードされたデータを暗号化ハッシュ関数(SHA、SHA2、MD5、BobJenkinsなど)を使ってハッシュ化することもできます。詳しくは「WindowsのモダンC++で強力な暗号化ハッシュ関数を学ぶ (SHA, SHA2, MD5, BobJenkins)」を参照ください。


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