Cifra de César em Python: cifrar e decifrar texto passo a passo

#O que você vai construir

Você vai escrever uma função caesar(). Ela desloca letras do alfabeto inglês por um número de posições, deixa qualquer outro caractere como está e desfaz o deslocamento quando recebe um número negativo. Depois você roda um pequeno conjunto de testes e lê o que cada um verifica.

Você precisa apenas do Python 3. Se a ideia de cifra de deslocamento for nova, leia antes O que é a Cifra de César?.

#Antes de começar

Instale o Python 3 pelo python.org. O código usa só a biblioteca padrão, então não há nada para instalar com pip. Crie uma pasta para o laboratório e salve os arquivos nela.

A saída deste artigo veio do Python 3.12.10 no Windows 11. Não testei outras versões.

#Passo 1: letras como números

A função ord() do Python devolve o ponto de código Unicode de um caractere. chr() faz o caminho inverso e transforma um ponto de código de volta em caractere. Para a letra maiúscula A, o ponto de código é 65.

Execute no terminal:

python -I -c "print(ord('A'), chr(65))"

Saída:

65 A

A opção -I executa o Python em modo isolado. Variáveis de ambiente que começam com PYTHON são ignoradas, e a pasta atual não entra no caminho de busca de módulos. Use essa opção quando rodar código de uma pasta que você não escreveu.

O deslocamento trabalha com posições começando em zero. Subtrair 65 transforma A em 0 e Z em 25. O passo % 26 faz o resultado dar a volta no alfabeto, e somar 65 devolve a faixa de maiúsculas:

chr((ord(letter) - 65 + shift) % 26 + 65)

As minúsculas começam em 97, então a mesma ideia usa 97 no lugar de 65.

O operador % do Python nunca devolve número negativo quando o divisor é positivo. É por isso que um deslocamento negativo funciona sem código extra:

python -I -c "print((0 - 3) % 26)"

Saída:

23

Zero menos três dá a volta e cai na posição 23, que é a letra X.

#Passo 2: escreva a cifra

Salve este código como caesar_cipher.py. É o mesmo conteúdo do arquivo do laboratório.

"""Educational Caesar cipher only. NOT secure encryption.

Shift ASCII English A-Z/a-z; preserve every other Unicode character as-is.
"""

def caesar(text: str, shift: int) -> str:
    shift %= 26
    result = []
    for character in text:
        if 'A' <= character <= 'Z':
            result.append(chr((ord(character) - 65 + shift) % 26 + 65))
        elif 'a' <= character <= 'z':
            result.append(chr((ord(character) - 97 + shift) % 26 + 97))
        else:
            result.append(character)
    return ''.join(result)

if __name__ == '__main__':
    print(caesar('HELLO, World!', 3))  # KHOOR, Zruog!
    print(caesar('KHOOR, Zruog!', -3)) # HELLO, World!

A primeira linha da função, shift %= 26, reduz qualquer deslocamento para a faixa de 0 a 25. Um deslocamento de 29 se comporta como um de 3, e um de -3 vira 23.

Execute o arquivo:

python -I caesar_cipher.py

Saída:

KHOOR, Zruog!
HELLO, World!

A função altera apenas as letras de A a Z e de a a z. Dígitos, espaços, pontuação e letras acentuadas passam sem mudança. Isso mantém o código curto. Uma cifra que tratasse letras acentuadas precisaria de uma regra para cada uma delas, e este laboratório não define nenhuma.

#Passo 3: rode os testes

O laboratório também inclui test_caesar_cipher.py. Abra o terminal na pasta com os dois arquivos e execute:

python -I -m unittest discover -p 'test_*.py' -v

Saída:

test_large_shift (test_caesar_cipher.CaesarCipherTest.test_large_shift) ... ok
test_lower (test_caesar_cipher.CaesarCipherTest.test_lower) ... ok
test_negative (test_caesar_cipher.CaesarCipherTest.test_negative) ... ok
test_roundtrip (test_caesar_cipher.CaesarCipherTest.test_roundtrip) ... ok
test_upper (test_caesar_cipher.CaesarCipherTest.test_upper) ... ok
test_wrap (test_caesar_cipher.CaesarCipherTest.test_wrap) ... ok

----------------------------------------------------------------------
Ran 6 tests in 0.001s

OK

Cada teste verifica um comportamento:

• test_upper e test_lower confirmam que HELLO vira KHOOR e que attack vira dwwdfn.
• test_wrap confirma que Z avança para C. Isso só acontece se a volta no alfabeto estiver certa.
• test_large_shift confirma que um deslocamento de 29 dá o mesmo resultado que um de 3.
• test_negative testa a decifragem, deslocando DEF por -3.
• test_roundtrip cifra um texto com deslocamento 7, decifra com -7 e espera receber o original. O texto de exemplo tem pontuação, um dígito e o á, então também confere se os caracteres que não são letras passam intactos.

Se você mudar o código e um teste falhar, a mensagem mostra a entrada, o valor esperado e o valor obtido. Leia essa mensagem antes de mudar mais alguma coisa.

#Passo 4: entenda o limite

A cifra de César tem apenas 25 deslocamentos úteis. O deslocamento 0 e o 26 devolvem o texto original. Uma pessoa consegue testar todos à mão, e um programa testa todos num instante.

A análise de frequência é um segundo problema. Em inglês, letras como E e T aparecem mais que Q ou Z. Em uma mensagem mais longa, as letras mais comuns do texto cifrado costumam apontar para as letras mais comuns do texto original.

Por isso, essa cifra não oferece confidencialidade real. Não a use para senhas, registros de clientes, tokens ou qualquer coisa que importe. Se você precisa de criptografia de verdade, use uma biblioteca bem testada e um algoritmo padrão. A OWASP Cryptographic Storage Cheat Sheet reúne as regras básicas para proteger dados armazenados.

Use este exercício para aprender aritmética modular, códigos de caracteres e a diferença entre uma transformação de brincadeira e uma cifra de verdade.

#Opcional: revise o código com um modelo de IA

Depois que os testes passarem, você pode pedir a um modelo de linguagem que explique a linha com módulo, sugira casos de borda ou escreva mais testes. Um bom pedido já deixa claros os limites:

Revise esta cifra de César educacional. O que acontece com deslocamentos negativos, letras acentuadas e textos fora do alfabeto latino? Não a descreva como criptografia segura.

Rode qualquer teste que o modelo propuser antes de aceitá-lo. Modelos erram, e um teste que falha diz mais do que uma explicação confiante.

#Próximo passo

Quando o laboratório funcionar, guarde a pasta em um sistema de controle de versão para acompanhar as mudanças. O próximo artigo, O que é o GitHub?, explica como fazer isso.

#Fontes

• Funções embutidas do Python: ord() e chr()
• Documentação do unittest do Python
• Opções de linha de comando do Python: -I
• OWASP Cryptographic Storage Cheat Sheet