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更新履歴

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  1. + : 公開 +
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  2. + : 2問目、3問目の解説を追加、1問目に加筆 +
    3. +
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はじめに

+

+ 本日開始された PHPerKaigi 2022 の PHPer チャレンジにおいて、弊社 デジタルサーカス株式会社 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。 +

+

+ リポジトリはこちら: https://github.com/nsfisis/PHPerKaigi2022-tokens +

+
+
+

第1問 brainf_ck.php

+

+ 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。 +

+
+
+ brainf_ck.php +
+ 
<?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, $id($🤡), $id($🎪), +!![], +!![]);
+
+$🐘([
+  $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍,
+  $🤡,
+  $👉, $👍, $👍, $👍,
+  $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍,
+  $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍,
+  $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍,
+  $👈, $👈, $👈, $👈, $👎,
+  $🎪,
+  $👉, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $📝,
+  $👎, $👎, $📝,
+  $👉, $👎, $👎, $👎, $📝,
+  $👉, $👎, $👎, $👎, $📝,
+  $👎, $👎, $📝,
+  $👎, $📝,
+  $👈, $📝,
+  $👉, $👉, $👎, $👎, $📝,
+  $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $👍, $📝,
+  $👈, $👎, $👎, $👎, $👎, $📝,
+  $👈, $📝,
+  $👉, $👍, $👍, $📝,
+  $👉, $👎, $📝,
+  $👈, $📝,
+]);
+
+

+ 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。 +

+
+

解説

+
+

絵文字

+

+ 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。 +

+
+
+

プログラム全体

+

+ 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。 +

+

+ https://ja.wikipedia.org/wiki/Brainfuck +

+

+ 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。 +

+
+ 
+ + + + + + + + + +
+[
+  > + + +
+  > + + + + +
+  > + + + + + + + + + + + +
+  > + + + + + + + + + +
+  < < < < -
+]
+> + + + + + .
+- - .
+> - - - .
+> - - - .
+- - .
+- .
+< .
+> > - - .
++ + + + + + + .
+< - - - - .
+< .
+> + + .
+> - .
+< .
+
+

+ 実行結果はこちら: https://ideone.com/22VWmb +

+

+ 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。 +

+
    +
  • + $👉: > +
    • +
  • + $👈: < +
    • +
  • + $👍: + +
    • +
  • + $👎: - +
    • +
  • + $📝: . +
    • +
  • + $🤡: [ +
    • +
  • + $🎪: ] +
    • +
+

+ , (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)。 +

+

+ なお、$🐘 はいわゆる main 関数であり、プログラムの実行部分である。 +

+
+
+

絵文字の選択

+

+ おおよそ意味に合致するよう選んでいるが、$🤡 と $🎪 は弊社デジタルサーカスにちなんでいる。 また、$🐘 は PHP のマスコットの象に由来する。 +

+
+
+

strict_types

+

+ declare 文の strict_types に指定できるのは、0 か 1 の数値リテラルだが、 0x0 や 0b1 のような値も受け付ける。 今回は、PHP 8.1 から追加された、0O または 0o から始まる八進数リテラルを使った。 +

+
+
+

URL

+

+ ソースコードのライセンスを示したこの部分だが、 +

+
+ 
https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
+
+

+ 完全に合法な PHP のコードである。 https: 部分はラベル、// 以降は行コメントになっている。 +

+
+
+

リテラルなしで数値を生成する

+

+ 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。 +

+
+ 
assert(0 === +!![]);
+assert(1 === +![]);
+assert(2 === ![]+![]);
+assert(3 === ![]+![]+![]);
+assert(10 === +(![].+!![]));
+
+

+ [] に ! を適用すると true が返ってくる。それに + を適用すると、bool から int ヘの型変換が走り、1 が生成される。10 はさらにトリッキーだ。まず 1 と 0 を作り、. で文字列として結合する ('10')。これに + を適用すると、string から int への型変換が走り、10 が生まれる (コード量に頓着しないなら、1 を 10 個足し合わせてももちろん 10 が作れる)。 +

+

+ また、error_reporting に指定しているのは -1 である。 これは、! によって文字列を false にし、+ によって false を 0 にし、さらにビット反転して -1 にしている。 +

+
+
+

if 文なしで条件分岐

+

+ 三項演算子ないし match 式を使うことで、if を一切書かずに条件分岐ができる。 また、&& / || も使えることがある。遅延評価が不要なケースでは、[$t, $f][$cond] のような形で分岐することもできる。 +

+
+
+

while、for 文なしでループ

+

+ 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 ($z)。 +

+

+ 実際のところ、$🤡 や $🎪、$🐘 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。 +

+

+ 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。 +

+
+
+
+
+

第2問 riddle.php

+

+ 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。 +

+
+
+ riddle.php +
+ 
<?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";
+}
+
+

+ 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 N を特定する必要がある。 +

+

+ ここでは、私の想定解を解説する。 +

+
+

読解

+

+ まずはソースコードを読んでいく。 +

+
+ 
$token = [
+  // 略
+];
+
+

+ 数値からなる $token があり、各要素をループしている。 +

+
+ 
$x = $x ^ N;
+
+

+ まずは排他的論理和 (xor) を取り、 +

+
+ 
$x = sprintf('%025b', $x);
+
+

+ 二進数に変換して、 +

+
+ 
$x = str_replace(search: ['0', '1'], replace: [' ', '#'], subject: $x);
+
+

+ 0 を空白に、1 を # にし、 +

+
+ 
$x = implode("\n", str_split($x, length: 5));
+
+

+ 5文字ごとに区切ったあと、改行で結合している。 +

+
+
+

ヒント

+

+ 次に、ソースコードに書いてあるヒントを読んでいく。 +

+
    +
  • + N 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 +
    • +
  • + $token の各要素は、1文字を表す +
    • +
  • + 1文字は 5x5 のセルからなる +
    • +
  • + 出力されるのは、完全な PHPer トークンである +
    • +
+

+ ここで、PHPer トークンは必ず # 記号から始まることを思いだすと、$token の最初の数字 0x14B499C は、変換の結果 # 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)。 +

+
+
+

解く

+

+ ここまでわかれば、あと一歩で解ける。すなわち、0x14B499C が # に変換されるような N を見つければよい。 +

+

+ N は高々 +

+
+ 
assert(0 <= N && N <= 0b11111_11111_11111_11111_11111);
+
+

+ 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。 +

+
+ 
<?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" .
+" # # ");
+
+

+ 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。 +

+
+ 
<?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";
+
+

+ これを実行すると、N が得られる。 +

+
+
+
+

第3問 toquine.php

+

+ ソースコードはこちら。 +

+
+
+ toquine.php +
+ 
<?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));
+
+

+ 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。 +

+
+ 
$ php toquine.php | php | php | php | ...
+
+

+ 実際にはもう少しパイプで繋げなければならない。 +

+
+

解説

+
+

プログラム全体

+

+ 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。 +

+

+ 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。 +

+
+
+

トークン

+

+ $xs がトークンに対応している。変換のロジックは riddle.php とほぼ同じなので省略する。 +

+
+
+

状態保持

+

+ 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、__LINE__ から情報を取得している。 +

+
+
+

ROT 13

+

+ 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、toquine.php では、ROT 13 変換を使って難読化した。 +

+

+ それにしてもなぜこんなものが標準ライブラリに……。 +

+
+
+
+
+

おわりに

+

+ 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。 +

+

+ 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。 +

+

+ 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……。 +

+
+