gamedschool

Bilgisayar Sistemlerinde Sayı Sistemleri ve Şifreleme Algoritmaları konu anlatımı

9. sınıf Matematik Uygulamaları · Sayı Sistemleri ve Şifreleme

Lise · 9. sınıf · Matematik Uygulamaları · Ünite: Sayı Sistemleri ve Şifreleme · ~4 dk okuma

Sayı sistemleri ve taban kavramı (onluk, ikilik, sekizlik, onaltılık); basamak değeri ve taban çevirmeleri (ikilikten onluğa, onluktan ikiliğe—ardışık bölme, onaltılık ve A–F rakamları); bilgisayarda bit, bayt (8 bit) ve veri birimleri (KB, MB, GB, TB); karakterlerin sayılarla kodlanması (ASCII, Unicode), renklerin RGB ve onaltılık kodları (#FF0000); mantık kapıları (VE, VEYA, DEĞİL); şifrelemenin tarihi ve amacı (gizlilik, bütünlük, kimlik doğrulama); klasik şifreleme yöntemleri: Sezar şifresi (kaydırma), yer değiştirme şifreleri, Vigenère; modüler aritmetik (mod 29, saat aritmetiği) ve Sezar şifresinin formülü; frekans analizi ile şifre kırma; modern şifreleme (simetrik ve asimetrik anahtar, açık anahtar, RSA’nın asal sayılara dayanması), güçlü şifre ve kombinasyon sayısı hesabı, iki adımlı doğrulama.

Sayı sistemleri

Taban: Bir sayı sisteminde kullanılan rakam sayısı

  • Onluk (10): 0–9 · İkilik (2): 0, 1 · Sekizlik (8): 0–7 · Onaltılık (16): 0–9 ve A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15

İkilikten onluğa: Basamak değerleri 1, 2, 4, 8, 16, 32, … (2’nin kuvvetleri)

  • 1101₂ = 1·8 + 1·4 + 0·2 + 1·1 = 13

Onluktan ikiliğe (ardışık bölme): 13 ÷ 2 = 6 kalan 1, 6 ÷ 2 = 3 kalan 0, 3 ÷ 2 = 1 kalan 1, 1 ÷ 2 = 0 kalan 1 → kalanlar aşağıdan yukarı: 1101₂

Onaltılık: 2F₁₆ = 2·16 + 15 = 47

Bilgisayarda:

  • Bit: 0 veya 1 · Bayt: 8 bit → 2⁸ = 256 farklı değer
  • KB, MB, GB, TB (yaklaşık bin katı; tam olarak 1024)
  • ASCII/Unicode: Her karakter bir sayıyla kodlanır (“A” = 65).
  • Renkler (RGB): Kırmızı-yeşil-mavi 0–255 → #FF0000 = saf kırmızı

Klasik şifreleme ve modüler aritmetik

Şifreleme (kriptografi): Bilginin yalnızca yetkili kişilerce okunabilmesi için dönüştürülmesi

  • Amaçlar: Gizlilik, bütünlük (değiştirilmediğinin kontrolü), kimlik doğrulama

Sezar şifresi: Her harf alfabede belirli sayıda (anahtar) kaydırılır.

  • Türk alfabesinde 29 harf vardır; harflere 0–28 numara verilir (A=0, B=1, C=2, Ç=3, …).
  • Şifreleme: C = (P + k) mod 29 · Çözme: P = (C − k) mod 29
  • Örnek (k = 3): A → Ç, B → D … (sona gelince başa döner)

Modüler aritmetik (saat aritmetiği): Bir sayının bölümden kalanı

  • 31 mod 29 = 2; saatte 10 + 5 = 15 → 15 mod 12 = 3

Frekans analizi: Bir dilde en sık kullanılan harflerin (Türkçede a, e, i) şifreli metindeki en sık sembollerle eşleştirilmesi → Sezar gibi basit şifreler kolayca kırılır.

Vigenère şifresi: Her harf farklı kaydırma miktarıyla şifrelenir (anahtar kelime) → frekans analizine daha dayanıklı

Modern şifreleme ve güçlü şifre

Simetrik şifreleme: Aynı anahtar hem şifreler hem çözer; anahtarın güvenle paylaşılması sorun

Asimetrik (açık anahtarlı) şifreleme: Açık anahtar (herkese verilir) ile şifrelenir, yalnızca gizli anahtar ile çözülür.

  • RSA: Çok büyük iki asal sayının çarpımını çarpanlarına ayırmanın çok zor olmasına dayanır.
  • İnternet bankacılığı, https bağlantıları, e-imza

Güçlü şifre ve kombinasyon:

  • Yalnızca 4 haneli rakam: 10⁴ = 10.000 olasılık
  • Küçük harf (29) ile 8 karakter: 29⁸ ≈ 5 × 10¹¹
  • Büyük-küçük harf, rakam ve sembollerle (~90 karakter) 12 karakter: 90¹² ≈ 2,8 × 10²³ → kaba kuvvetle kırmak çok uzun sürer.

İki adımlı doğrulama: Şifreye ek olarak telefona gelen kod → güvenliği artırır.

Mantık kapıları: Bilgisayar devreleri VE (iki giriş 1 ise 1), VEYA (en az biri 1 ise 1), DEĞİL (tersi) kapılarıyla çalışır.

Kavramlar

taban
sayı sistemindeki rakam sayısı
bit
ikilik basamak
mod
bölümden kalan
anahtar
şifreleme parametresi
frekans analizi
harf sıklığıyla şifre çözme
Önemli noktalar
  • İkilikte basamak değerleri 2’nin kuvvetleri
  • Onluktan ikiliğe ardışık bölme; kalanlar aşağıdan yukarı
  • Onaltılıkta A–F = 10–15; 1 bayt = 8 bit = 256 değer
  • Sezar şifresi: C = (P + k) mod 29
  • Frekans analizi basit şifreleri kırar
  • RSA büyük asal sayılara dayanır; uzun ve karışık şifre daha güvenli

Örnek soru ve çözümü

Soru

Tabloya göre 1101₂ sayısını onluğa çevir. Ardından onluk 25 sayısını ikiliğe çevir.

Çözüm

1101₂ = 1·8 + 1·4 + 0·2 + 1·1 = 8 + 4 + 0 + 1 = 13. 25’i ikiliğe çevirmek için ardışık bölme: 25 ÷ 2 = 12 kalan 1; 12 ÷ 2 = 6 kalan 0; 6 ÷ 2 = 3 kalan 0; 3 ÷ 2 = 1 kalan 1; 1 ÷ 2 = 0 kalan 1. Kalanlar aşağıdan yukarı okunur: 11001₂. Kontrol: 16 + 8 + 1 = 25.

Çözümlü örnekler

1. Bir bayt kaç bittir? KolayÇözüm

8 bit.

2. Onaltılık 1A sayısı onlukta kaçtır? OrtaÇözüm

1·16 + 10 = 26.

3. Türk alfabesinde (29 harf, A=0) anahtar k = 5 ile Sezar şifresinde “Z” (28) harfi neye dönüşür? ZorÇözüm

(28 + 5) mod 29 = 33 mod 29 = 4 → 4 numaralı harf “D” olur (A=0, B=1, C=2, Ç=3, D=4).

Sık yapılan hatalar

  • İkiliğe çevirirken kalanları yukarıdan aşağı okumak.
  • Onaltılıkta 10’dan büyük rakamları iki basamak sanmak.
  • Kısa ve tahmin edilebilir şifrelerin güvenli olduğunu sanmak.

Biliyor muydun?

II. Dünya Savaşı’nda Enigma şifresinin kırılması, savaşın yaklaşık iki yıl kısalmasına katkı sağladığı düşünülen büyük bir matematik başarısıydı!

Kendini dene

1. Tabloya göre 1101₂ onlukta kaçtır?
  1. 11
  2. 1101
  3. 13
  4. 7
Cevabı göster

Doğru cevap: C) 13 · Tablo.

2. Kartlara göre büyük asal sayılara dayanan şifreleme hangisidir?
  1. Sezar
  2. Vigenère
  3. RSA
  4. Frekans
Cevabı göster

Doğru cevap: C) RSA · Kart.

3. İkilik sistemde kaç rakam vardır?
  1. 8
  2. 16
  3. 10
  4. 2
Cevabı göster

Doğru cevap: D) 2 · İkilik.

4. Onaltılık sistemde F rakamı onlukta kaçtır?
  1. 14
  2. 10
  3. 15
  4. 16
Cevabı göster

Doğru cevap: C) 15 · F.

5. Onluk 6 sayısı ikilikte nasıl yazılır?
  1. 101
  2. 110
  3. 111
  4. 011
Cevabı göster

Doğru cevap: B) 110 · 4 + 2.

Konunun tüm sorularını ve testlerini gamedschool’da çözebilir, yanlışlarını tekrar edebilirsin.

9. Sınıf Matematik Uygulamaları konuları
Konuyu oyunla pekiştir

gamedschool’da bu konunun testlerini çöz, XP ve altın kazan, Pixel Dünyası’nda arkadaşlarınla buluş. Öğrenciler için ücretsiz.

Ücretsiz kayıt ol