TD3 Cryptographie et manipulation de chaines

Cours Java : Manipulation de Chaînes, Tableaux et Conception d'Algorithmes

Objectifs du cours

Apprendre à combiner des chaînes de caractères en utilisant la concaténation.
Utiliser la classe StringBuilder pour manipuler efficacement des chaînes.
Travailler avec des tableaux pour stocker et manipuler des collections de données.
Découvrir la conception d'algorithmes efficaces à travers des exemples concrets.

Introduction

Java est un langage orienté objet qui offre une large gamme de classes pour manipuler les données. Dans ce cours, nous nous concentrerons sur la manipulation de chaînes de caractères, l'utilisation de tableaux, ainsi que sur la conception d'algorithmes efficaces. Un bon programmeur doit être capable d'écrire du code qui fonctionne non seulement correctement, mais qui est aussi optimisé.

1. Combinaison de chaînes avec la concaténation

La concaténation est le processus de joindre deux ou plusieurs chaînes de caractères en une seule. En Java, cela peut être réalisé avec l'opérateur + ou la méthode concat().

Exemple de concaténation

Dans cet exemple, deux chaînes part1 et part2 sont combinées pour créer un message complet.

A Noter que la concaténation de chaine de caractère crée un nouvel objet à chaque appel. Il faut donc l'utiliser avec parcimonie. Les chaines de caractère en Java son immuables: il est impossible de les modifier.

2. Utilisation de `StringBuilder`

StringBuilder est une classe qui permet de manipuler des chaînes de manière plus efficace, surtout quand on effectue plusieurs modifications sur une chaîne. Contrairement à String, les objets StringBuilder sont modifiables.

Exemple d'utilisation de `StringBuilder`

append() :
- Cette méthode ajoute une chaîne, un caractère, ou d'autres types de données à la fin du StringBuilder.
- Documentation officielle JDK 21
insert() :
- Insère une chaîne ou un caractère à un index spécifique dans le StringBuilder.
- Documentation officielle JDK 21
charAt() :
- Renvoie le caractère à une position donnée dans le StringBuilder.
- Documentation officielle JDK 21
setCharAt() :
- Remplace le caractère à une position spécifique dans le StringBuilder.
- Documentation officielle JDK 21
toString() :
- Convertit le contenu du StringBuilder en une chaîne de caractères (String).
- [Documentation officielle JDK 21](https://docs.oracle.com/en/java/javase/21/docs/api/java.base/java/lang/StringBuilder.html#toString())

Ici, StringBuilder permet de manipuler une chaîne avec plus de flexibilité, tout en restant plus performant que l'utilisation répétée de la concaténation.

Exercice d'application String Builder

Introduction à la Cryptographie

La cryptographie est une technique utilisée pour protéger les informations en les transformant de manière à les rendre illisibles pour les personnes non autorisées. Vous utilisez probablement déjà la cryptographie sans même le savoir ! Par exemple, lorsque vous envoyez un message sur WhatsApp ou consultez votre compte bancaire en ligne, vos données sont automatiquement chiffrées pour empêcher toute personne non autorisée de les lire.

Le chiffrement de César, que nous allons étudier dans ce cours, est l'un des premiers exemples de cryptographie. Il a été utilisé par Jules César pour protéger ses messages militaires. Bien que ce type de chiffrement soit simple par rapport aux technologies actuelles, il illustre bien le concept de transformer un message pour qu'il reste confidentiel.

Imaginez que vous envoyiez un message à un ami, mais que vous ne vouliez pas que d'autres personnes puissent le lire. Le chiffrement vous permet de modifier ce message de façon que seuls vous et votre ami puissiez le comprendre. Ce principe est au cœur de la cryptographie, qui joue aujourd'hui un rôle essentiel dans la sécurité de nos communications numériques.

4. Introduction à la conception d'algorithmes efficaces

Concevoir un algorithme consiste à trouver une méthode efficace pour résoudre un problème donné. Lors de l'écriture de programmes, il est important de se poser les bonnes questions pour concevoir un algorithme optimal.

Exemple d'algorithme : Le chiffrement de César

Le chiffrement de César est un exemple classique d'algorithme qui utilise la manipulation de chaînes et de tableaux. Il consiste à décaler chaque lettre de l'alphabet d'un certain nombre de positions.

Exercice d'application : Le chiffrement de César

L'objectif de cet exercice est d'implémenter le chiffrement de César en Java, en utilisant les concepts de chaînes, tableaux, et StringBuilder.

Explication du chiffrement de César

Le chiffrement de César fonctionne en remplaçant chaque lettre d'un message par une autre lettre située un certain nombre de positions plus loin dans l'alphabet. Par exemple, avec un décalage de 3, A devient D, B devient E, etc.

Voici comment nous allons procéder pour implémenter cet algorithme :

Créer un alphabet normal.
Créer un alphabet décalé en fonction du décalage donné.
Pour chaque caractère du message, rechercher son index dans l'alphabet normal et le remplacer par le caractère correspondant dans l'alphabet décalé.
Utiliser StringBuilder pour construire la chaîne chiffrée.

Implémentation du chiffrement de César en Java

Amélioration de l'algorithme

Cet algorithme peut être amélioré de plusieurs manières :

Gérer les minuscules et les majuscules.
Permettre de déchiffrer un message en inversant le décalage.
Améliorer l'efficacité en utilisant une structure de données plus adaptée pour rechercher les indices (par exemple, une table de hachage).