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diff --git a/vhosts/blog/content/posts/2022-04-09/phperkaigi-2022-tokens.xml b/vhosts/blog/content/posts/2022-04-09/phperkaigi-2022-tokens.xml new file mode 100644 index 00000000..898d7ea9 --- /dev/null +++ b/vhosts/blog/content/posts/2022-04-09/phperkaigi-2022-tokens.xml @@ -0,0 +1,563 @@ +<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> +<article xmlns="http://docbook.org/ns/docbook" xmlns:xl="http://www.w3.org/1999/xlink" version="5.0"> + <info> + <title>PHPerKaigi 2022 トークン問題の解説</title> + <abstract> + PHPerKaigi 2022 で私が作成した PHPer チャレンジ問題を解説する。 + </abstract> + <keywordset> + <keyword>conference</keyword> + <keyword>php</keyword> + <keyword>phperkaigi</keyword> + </keywordset> + <revhistory> + <revision> + <date>2022-04-09</date> + <revremark>公開</revremark> + </revision> + <revision> + <date>2022-04-16</date> + <revremark>2問目、3問目の解説を追加、1問目に加筆</revremark> + </revision> + </revhistory> + </info> + <section xml:id="intro"> + <title>はじめに</title> + <para> + 本日開始された <link xl:href="https://phperkaigi.jp/2022/">PHPerKaigi 2022</link> の PHPer + チャレンジにおいて、弊社 + <link xl:href="https://www.dgcircus.com/">デジタルサーカス株式会社</link> の問題を + 3問作成した。この記事では、これらの問題の解説をおこなう。 + </para> + <para> + リポジトリはこちら: <link xl:href="https://github.com/nsfisis/PHPerKaigi2022-tokens">https://github.com/nsfisis/PHPerKaigi2022-tokens</link> + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck"> + <title>第1問 brainf_ck.php</title> + <para> + ソースコードはこちら。実行には PHP 8.1 以上が必要なので注意。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + <?php + + declare(strict_types=0O1); + + namespace Dgcircus\PHPerKaigi\Y2022; + + /** + * @todo + * Run this program to acquire a PHPer token. + */ + + https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ + + \error_reporting(~+!'We are hiring!'); + + $z = fn($f) => (fn($x) => $f(fn(...$xs) => $x($x)(...$xs)))(fn($x) => $f(fn(...$xs) => $x($x)(...$xs))); + $id = \spl_object_id(...); + $put = fn($c) => \printf('%c', $c); + $mm = fn($p, $n) => new \ArrayObject(\array_fill(+!![], $n, $p)); + + $👉 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => [++$mp, ++$pc]; + $👈 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => [--$mp, ++$pc]; + $👍 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => [$mp, ++$pc, ++$m[$mp]]; + $👎 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => [$mp, ++$pc, --$m[$mp]]; + $📝 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => [$mp, ++$pc, $put($m[$mp])]; + $🤡 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => match ($m[$mp]) { + +!![] => [$mp, $z(fn($loop) => fn($pc, $n) => match ($id($p[$pc])) { + $b => $loop(++$pc, ++$n), + $e => $n === +!![] ? ++$pc : $loop(++$pc, --$n), + default => $loop(++$pc, $n), + })($pc, -![])], + default => [$mp, ++$pc], + }; + $🎪 = fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => match ($m[$mp]) { + +!![] => [$mp, ++$pc], + default => [$mp, $z(fn($loop) => fn($pc, $n) => match ($id($p[$pc])) { + $e => $loop(--$pc, ++$n), + $b => $n === +!![] ? $pc+![] : $loop(--$pc, --$n), + default => $loop(--$pc, $n), + })($pc, -![])], + }; + $🐘 = fn($p) => $z(fn($loop) => fn($m, $p, $b, $e, $mp, $pc) => + isset($p[$pc]) && $loop($m, $p, $b, $e, ...($p[$pc]($m, $p, $b, $e, $mp, $pc))) + )($mm(+!![], +(![].![])), $p, $id($🤡), $id($🎪), +!![], +!![]); + + $🐘([ + $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, + $🤡, + $👉, $👍, $👍, $👍, + $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, + $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, + $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, + $👈, $👈, $👈, $👈, $👎, + $🎪, + $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $📝, + $👎, $👎, $📝, + $👉, $👎, $👎, $👎, $📝, + $👉, $👎, $👎, $👎, $📝, + $👎, $👎, $📝, + $👎, $📝, + $👈, $📝, + $👉, $👉, $👎, $👎, $📝, + $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $📝, + $👈, $👎, $👎, $👎, $👎, $📝, + $👈, $📝, + $👉, $👍, $👍, $📝, + $👉, $👎, $📝, + $👈, $📝, + ]); + ]]> + </programlisting> + <para> + この問題は、単に適切なバージョンの PHP で動かせばトークンが得られる。 + </para> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary"> + <title>解説</title> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--emoji"> + <title>絵文字</title> + <para> + まず目につくのは大量の絵文字だろう。 PHP + は識別子に使用できる文字の範囲が広く、絵文字も使うことができる。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--brainfuck"> + <title>プログラム全体</title> + <para> + Brainf*ck のインタプリタとプログラムになっている。 Brainf*ck + とは、難解プログラミング言語のひとつであり、ここで説明するよりも + Wikipedia の該当ページを読んだ方がよい。 + </para> + <para> + <link xl:href="https://ja.wikipedia.org/wiki/Brainfuck">https://ja.wikipedia.org/wiki/Brainfuck</link> + </para> + <para> + なお、brainf*ck プログラムを普通の書き方で書くと、次のようになる。 + </para> + <literallayout class="monospaced"> + <![CDATA[ + + + + + + + + + + + + [ + > + + + + > + + + + + + > + + + + + + + + + + + + + > + + + + + + + + + + + < < < < - + ] + > + + + + + . + - - . + > - - - . + > - - - . + - - . + - . + < . + > > - - . + + + + + + + + . + < - - - - . + < . + > + + . + > - . + < . + ]]> + </literallayout> + <para> + 実行結果はこちら: <link xl:href="https://ideone.com/22VWmb">https://ideone.com/22VWmb</link> + </para> + <para> + それぞれの絵文字で表された関数が、各命令に対応している。 + </para> + <itemizedlist> + <listitem><literal>$👉</literal>: <literal>></literal></listitem> + <listitem><literal>$👈</literal>: <literal><</literal></listitem> + <listitem><literal>$👍</literal>: <literal>+</literal></listitem> + <listitem><literal>$👎</literal>: <literal>-</literal></listitem> + <listitem><literal>$📝</literal>: <literal>.</literal></listitem> + <listitem><literal>$🤡</literal>: <literal>[</literal></listitem> + <listitem><literal>$🎪</literal>: <literal>]</literal></listitem> + </itemizedlist> + <para> + <literal>,</literal> (入力) に対応する関数はない + (このプログラムでは使わないので用意していない)。 + </para> + <para> + なお、<literal>$🐘</literal> はいわゆる main 関数であり、プログラムの実行部分である。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--emoji-selection"> + <title>絵文字の選択</title> + <para> + おおよそ意味に合致するよう選んでいるが、<literal>$🤡</literal> と <literal>$🎪</literal> + は弊社デジタルサーカスにちなんでいる。 また、<literal>$🐘</literal> は PHP + のマスコットの象に由来する。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--strict-types"> + <title>strict_types</title> + <para> + <literal>declare</literal> 文の <literal>strict_types</literal> に指定できるのは、<literal>0</literal> か <literal>1</literal> + の数値リテラルだが、 <literal>0x0</literal> や <literal>0b1</literal> のような値も受け付ける。 今回は、PHP + 8.1 から追加された、<literal>0O</literal> または <literal>0o</literal> から始まる八進数リテラルを使った。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--url"> + <title>URL</title> + <para> + ソースコードのライセンスを示したこの部分だが、 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ + ]]> + </programlisting> + <para> + 完全に合法な PHP のコードである。 <literal>https:</literal> 部分はラベル、<literal>//</literal> + 以降は行コメントになっている。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--numbers"> + <title>リテラルなしで数値を生成する</title> + <para> + ソースコード中に、ほとんど数値リテラルが書かれていないことにお気づきだろうか。 + PHP では、型変換を利用することで任意の整数を作り出すことができる。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + assert(0 === +!![]); + assert(1 === +![]); + assert(2 === ![]+![]); + assert(3 === ![]+![]+![]); + assert(10 === +(![].+!![])); + ]]> + </programlisting> + <para> + <literal>[]</literal> に <literal>!</literal> を適用すると <literal>true</literal> が返ってくる。それに <literal>+</literal> + を適用すると、<literal>bool</literal> から <literal>int</literal> ヘの型変換が走り、<literal>1</literal> が生成される。<literal>10</literal> + はさらにトリッキーだ。まず <literal>1</literal> と <literal>0</literal> を作り、<literal>.</literal> で文字列として結合する + (<literal>'10'</literal>)。これに <literal>+</literal> を適用すると、<literal>string</literal> から <literal>int</literal> + への型変換が走り、<literal>10</literal> が生まれる (コード量に頓着しないなら、<literal>1</literal> を 10 + 個足し合わせてももちろん 10 が作れる)。 + </para> + <para> + また、<literal>error_reporting</literal> に指定しているのは <literal>-1</literal> である。 これは、<literal>!</literal> + によって文字列を <literal>false</literal> にし、<literal>+</literal> によって <literal>false</literal> を <literal>0</literal> + にし、さらにビット反転して <literal>-1</literal> にしている。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--conditionals"> + <title><literal>if</literal> 文なしで条件分岐</title> + <para> + 三項演算子ないし <literal>match</literal> 式を使うことで、<literal>if</literal> + を一切書かずに条件分岐ができる。 また、<literal>&&</literal> / <literal>||</literal> も使えることがある。 + 遅延評価が不要なケースでは、<literal>[$t, $f][$cond]</literal> + のような形で分岐することもできる。 + </para> + </section> + <section xml:id="q1-brainfuck--commentary--loops"> + <title><literal>while</literal>、<literal>for</literal> 文なしでループ</title> + <para> + 不動点コンビネータを使って無名再帰する + (詳しい説明は省略する。これらの単語で検索してほしい)。 ここでは、一般に + Z コンビネータとして知られるものを使った (<literal>$z</literal>)。 + </para> + <para> + 実際のところ、<literal>$🤡</literal> や <literal>$🎪</literal>、<literal>$🐘</literal> は、一度 Scheme (Lisp の一種) + で書いてから PHP に翻訳する形で記述した。 + </para> + <para> + なお、PHP は末尾再帰の最適化をおこなわない (少なくとも今のところは) + ので、 あまりに長い brainf*ck + プログラムを書くとスタックオーバーフローする。 + </para> + </section> + </section> + </section> + <section xml:id="q2-riddle"> + <title>第2問 riddle.php</title> + <para> + ソースコードはこちら。実行には PHP 8.0 以上が必要なので注意。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + <?php + + /********************************************************* + * This program displays a PHPer token. * + * Guess 'N'. * + * * + * Hints: * + * - N itself has no special meaning, e.g., 42, 8128, * + * it is selected at random. * + * - Each element of $token represents a single letter. * + * - One letter consists of 5x5 cells. * + * - Remember, the output is a complete PHPer token. * + * * + * License: * + * https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ * + *********************************************************/ + const N = 0 /* Change it to your answer. */; + assert(0 <= N && N <= 0b11111_11111_11111_11111_11111); + + $token = [ + 0x14B499C, + 0x0BE34CC, 0x01C9C69, + 0x0ECA069, 0x01C2449, 0x0FDB166, 0x01C9C69, + 0x01C1C66, 0x0FC1C47, 0x01C1C66, + 0x10C5858, 0x1E4E3B8, 0x1A2F2F8, + ]; + foreach ($token as $x) { + $x = $x ^ N; + + $x = sprintf('%025b', $x); + $x = str_replace(search: ['0', '1'], replace: [' ', '#'], subject: $x); + $x = implode("\n", str_split($x, length: 5)); + echo "{$x}\n\n"; + } + ]]> + </programlisting> + <para> + さて、この問題はさきほどのように単純に実行しただけでは、謎のブロックが表示されるだけでトークンは得られない。 + トークンを得るためには、ソースコードを読み、定数 <literal>N</literal> + を特定する必要がある。 + </para> + <para> + ここでは、私の想定解を解説する。 + </para> + <section xml:id="q2-riddle--code-reading"> + <title>読解</title> + <para> + まずはソースコードを読んでいく。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + $token = [ + // 略 + ]; + ]]> + </programlisting> + <para> + 数値からなる <literal>$token</literal> があり、各要素をループしている。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + $x = $x ^ N; + ]]> + </programlisting> + <para> + まずは排他的論理和 (xor) を取り、 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + $x = sprintf('%025b', $x); + ]]> + </programlisting> + <para> + 二進数に変換して、 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + $x = str_replace(search: ['0', '1'], replace: [' ', '#'], subject: $x); + ]]> + </programlisting> + <para> + 0 を空白に、1 を <literal>#</literal> にし、 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + $x = implode("\n", str_split($x, length: 5)); + ]]> + </programlisting> + <para> + 5文字ごとに区切ったあと、改行で結合している。 + </para> + </section> + <section xml:id="q2-riddle--hint"> + <title>ヒント</title> + <para> + 次に、ソースコードに書いてあるヒントを読んでいく。 + </para> + <itemizedlist> + <listitem><literal>N</literal> それ自体は、42 や 8128 といったような特別な意味を持たず、ランダムに決められている</listitem> + <listitem><literal>$token</literal> の各要素は、1文字を表す</listitem> + <listitem>1文字は 5x5 のセルからなる</listitem> + <listitem>出力されるのは、完全な PHPer トークンである</listitem> + </itemizedlist> + <para> + ここで、PHPer トークンは必ず <literal>#</literal> 記号から始まることを思いだすと、 + <literal>$token</literal> の最初の数字 <literal>0x14B499C</literal> は、変換の結果 <literal>#</literal> + になるのではないかと予想される (なお、このことは、リポジトリの README + ファイルに追加ヒントとして書かれている)。 + </para> + </section> + <section xml:id="q2-riddle--solve"> + <title>解く</title> + <para> + ここまでわかれば、あと一歩で解ける。すなわち、<literal>0x14B499C</literal> が <literal>#</literal> + に変換されるような <literal>N</literal> を見つければよい。 + </para> + <para> + <literal>N</literal> は高々 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + assert(0 <= N && N <= 0b11111_11111_11111_11111_11111); + ]]> + </programlisting> + <para> + なのでブルートフォースしてもよいが、ここではブルートフォースしない方法を紹介する。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + <?php + + $x = 0x14B499C; + + $x = $x ^ N; + + $x = sprintf('%025b', $x); + $x = str_replace(search: ['0', '1'], replace: [' ', '#'], subject: $x); + $x = implode("\n", str_split($x, length: 5)); + + assert($x === + " # # \n" . + "#####\n" . + " # # \n" . + "#####\n" . + " # # "); + ]]> + </programlisting> + <para> + この一連の変換に対する逆変換を考えると、次のようになる。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + <?php + + $x = + " # # \n" . + "#####\n" . + " # # \n" . + "#####\n" . + " # # "; + + $x = implode('', explode("\n", $x)); + $x = str_replace(search: [' ', '#'], replace: ['0', '1'], subject: $x); + $x = bindec($x); + + $n = $x ^ 0x14B499C; + + echo "N = $n\n"; + ]]> + </programlisting> + <para> + これを実行すると、<literal>N</literal> が得られる。 + </para> + </section> + </section> + <section xml:id="q3-toquine"> + <title>第3問 toquine.php</title> + <para> + ソースコードはこちら。 + </para> + <programlisting language="php" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + <?php + + // License: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ + // This is a quine-like program to generate a PHPer token. + // Execute it like this: php toquine.php | php | php | php | ... + + $s = <<<'Q' + <?cuc + // Yvprafr: uggcf://perngvirpbzzbaf.bet/choyvpqbznva/mreb/1.0/ + // Guvf vf n dhvar-yvxr cebtenz gb trarengr n CUCre gbxra. + // Rkrphgr vg yvxr guvf: cuc gbdhvar.cuc | cuc | cuc | cuc | ... + %f$f = %f; + $f = fge_ebg13($f); $kf = [ + %f, + ]; + $g = ahyy.snyfr; sbe ($v = 0; $v <= vagqvi(__YVAR__-035,6); ++$v) vs (!vffrg($kf[$v])) oernx; ryfr + $g .= vzcybqr("\a", fge_fcyvg(fge_ercynpr(['0','1'], [' ','##'], fcevags(pue(37) . '025o', $kf[$v])), 012)) . "\a\a"; + $jf = neenl_znc(sa($j) => vzcybqr(', ', $j), neenl_puhax(neenl_znc(sa($k) => fcevags('0k' . pue(37) . '07K', $k), $kf), 10)); + cevags($f, $g, fge_ebg13("<<<'Q'\a{$f}\aQ"), vzcybqr(",\a", $jf)); + Q; + $s = str_rot13($s); $xs = [ + 0x0AFABEA, 0x1F294A7, 0x1F2109F, 0x1F294A7, 0x0002800, 0x1F2109F, 0x0117041, 0x1F294A7, 0x1FAD6B5, 0x1F295B7, + 0x010FC21, 0x1FAD6B5, 0x1151151, 0x010FC21, 0x1F294A7, 0x1F295B7, 0x1FAD6B5, 0x1F294A7, 0x1F295B7, 0x1F8C63F, + 0x1F8C631, 0x1FAD6B5, 0x17AD6BD, 0x17AD6BD, 0x1F8C63F, 0x1F295B7, + ]; + $t = null.false; for ($i = 0; $i <= intdiv(__LINE__-035,6); ++$i) if (!isset($xs[$i])) break; else + $t .= implode("\n", str_split(str_replace(['0','1'], [' ','##'], sprintf(chr(37) . '025b', $xs[$i])), 012)) . "\n\n"; + $ws = array_map(fn($w) => implode(', ', $w), array_chunk(array_map(fn($x) => sprintf('0x' . chr(37) . '07X', $x), $xs), 10)); + printf($s, $t, str_rot13("<<<'D'\n{$s}\nD"), implode(",\n", $ws)); + ]]> + </programlisting> + <para> + コメントにもあるとおり、次のようにして実行すれば答えがでてくる。 + </para> + <programlisting language="shell-session" linenumbering="unnumbered"> + <![CDATA[ + $ php toquine.php | php | php | php | ... + ]]> + </programlisting> + <para> + 実際にはもう少しパイプで繋げなければならない。 + </para> + <section xml:id="q3-toquine--commentary"> + <title>解説</title> + <section xml:id="q3-toquine--commentary--quine"> + <title>プログラム全体</title> + <para> + コメントにもあるとおり、これは quine (風) のプログラムになっている。 + Quine + とは、自分のソースコードをそっくりそのまま出力するようなプログラムのことである。 + </para> + <para> + このプログラムは、実行すると自身とほとんど同じプログラムを出力する。 + 異なるのはトークンになっている部分のみである。 + </para> + </section> + <section xml:id="q3-toquine--commentary--tokens"> + <title>トークン</title> + <para> + <literal>$xs</literal> がトークンに対応している。変換のロジックは <literal>riddle.php</literal> + とほぼ同じなので省略する。 + </para> + </section> + <section xml:id="q3-toquine--commentary--states"> + <title>状態保持</title> + <para> + トークンの何文字目まで出力したかを、ソースコードを変えずに (quine + なので) 覚えておく必要がある。 + このプログラムでは、トークンが出力されるとソースコードがだんだんと長くなっていくのを利用して、<literal><emphasis>LINE</emphasis></literal> + から情報を取得している。 + </para> + </section> + <section xml:id="q3-toquine--commentary--rot-13"> + <title>ROT 13</title> + <para> + Quine は、素朴に書くとプログラムの一部が 2回記述されてしまう。 + これがあまり美しくないので、<literal>toquine.php</literal> では、ROT 13 + 変換を使って難読化した。 + </para> + <para> + それにしてもなぜこんなものが標準ライブラリに……。 + </para> + </section> + </section> + </section> + <section xml:id="outro"> + <title>おわりに</title> + <para> + 解いていただいたみなさん、また、難易度調整につきあっていただいた社内のみなさん、ありがとうございました。 + </para> + <para> + 今回は直前に作りはじめたのもあり、3問だけかつ使い古されたネタばかりになってしまいましたが、 + 来年は 5問、より面白い問題を持っていきます。 + </para> + <para> + 実はもう作りはじめているので、どうか来年もありますように……。 + </para> + </section> +</article> |