四方密码

2021-07-19 本文已影响0人橙柒冃

原理&简介

四方密码是一种对称式加密法，由法国人Felix Delastelle发明。这种方法将字母两个一组，然后采用多字母替换密码。四方密码用4个5×5的矩阵来加密。每个矩阵都有25个字母。

英文中有26个字母，所以一般是去掉其中的Q或者将i和j当做一样。

四方密码有4个矩阵（有两个秘钥矩阵，两个顺序矩阵）。

加密

可以选取两个英文作为两个秘钥，例如hello和world，去除其中相同的字母，于是秘钥变成了helo和world。

将第一个秘钥矩阵放在右上角，第二个秘钥矩阵放在左下角，两个顺序矩阵分别放在左上角和右下角，如下图：

image.png

例如我们要对字符串“I am not a drug god”进行加密，首先将明文分组，分为“ia m not ad rug g od”，找出分组中第一个字母在左上角矩阵的位置i（二行四列），第二个字母在右下角矩阵的位置a（一行一列），第一个密文为第一个字母的行号和第二个字母的列号B（二行一列），第二个密文为第一个字母的列号和第二个字母的行号L（一行四列），如下图所示，正好是个四方的形状：

image.png
使用python编写加密脚本如下：

#coding:utf-8

import collections
import re

matrix = 'ABCDEFGHIJKLMNOPRSTUVWXYZ'
pla = 'abcdefghijklmnoprstuvwxyz'
key1 = '[HELLO]'
key2 = '[WORLD]'
key1 = ''.join(collections.OrderedDict.fromkeys(key1))
key2 = ''.join(collections.OrderedDict.fromkeys(key2))

matrix1 = re.sub('[\[\]]','',key1) + re.sub(key1,'',matrix)
matrix2 = re.sub('[\[\]]','',key2) + re.sub(key2,'',matrix)

matrix_list1 = []
matrix_list2 = []
pla_list = []
for i in range(0,len(matrix1),5):
    matrix_list1.append(list(matrix1[i:i+5]))
#print matrix_list1

for i in range(0,len(matrix2),5):
    matrix_list2.append(list(matrix2[i:i+5]))
#print matrix_list2

for i in range(0,len(pla),5):
    pla_list.append(list(pla[i:i+5]))
#print pla_list


#查询明文字母位置
def find_index(x):
    for i in range(len(pla_list)):
        for j in range(len(pla_list[i])):
            if pla_list[i][j] == x:
                return i,j

def gen_cip(letter):

    #两个子母中第一个字母位置
    first = find_index(letter[0])

    #两个子母中第二个字母位置
    second = find_index(letter[1])

    cip = ''
    cip += matrix_list1[first[0]][second[1]]
    cip += matrix_list2[second[0]][first[1]]

    return cip

def encrypt(pla):
    #pla = 'whereismysecretkey'
    cip = ''
    for i in range(0,len(pla),2):
        cip += gen_cip(pla[i:i+2])
    return cip

def main():
    pla = 'i am not a drug god'
    pla = pla.replace(' ','')
    print encrypt(pla)

if __name__ == '__main__':
    main()

运行结果如下：

解密：

同样是将密文分组，找出分组中第一个字母在右上角矩阵的位置B（二行一列），第二个字母在左下角矩阵的位置L（一行四列），第一个明文为第一个字母的行号和第二个字母的列号i（二行四列），第二个明文为第一个字母的列号和第二个字母的行号a（一行一列），如下图所示：

image.png

使用python编写解密脚本如下：

#coding:utf-8
import collections
import re

matrix = 'ABCDEFGHIJKLMNOPRSTUVWXYZ'
pla = 'abcdefghijklmnoprstuvwxyz'
key1 = '[HELLO]'
key2 = '[WORLD]'
key1 = ''.join(collections.OrderedDict.fromkeys(key1))
key2 = ''.join(collections.OrderedDict.fromkeys(key2))

matrix1 = re.sub('[\[\]]','',key1) + re.sub(key1,'',matrix)
matrix2 = re.sub('[\[\]]','',key2) + re.sub(key2,'',matrix)

matrix_list1 = []
matrix_list2 = []
pla_list = []
for i in range(0,len(matrix1),5):
    matrix_list1.append(list(matrix1[i:i+5]))
#print matrix_list1

for i in range(0,len(matrix2),5):
    matrix_list2.append(list(matrix2[i:i+5]))
#print matrix_list2

for i in range(0,len(pla),5):
    pla_list.append(list(pla[i:i+5]))
#print pla_list

#查询两个密文字母位置
def find_index1(x):
    for i in range(len(matrix_list1)):
        for j in range(len(matrix_list1[i])):
            if matrix_list1[i][j] == x:
                return i,j
def find_index2(y):
    for k in range(len(matrix_list2)):
        for l in range(len(matrix_list2[k])):
            if matrix_list2[k][l] == y:
                return k,l

def gen_pla(letter):

    #两个子母中第一个字母位置
    first = find_index1(letter[0])

    #两个子母中第二个字母位置
    second = find_index2(letter[1])

    pla = ''
    pla += pla_list[first[0]][second[1]]
    pla += pla_list[second[0]][first[1]]

    return pla

def main():
    cip = 'BLMIMTOWUNCBMD'
    pla = ''
    for i in range(0,len(cip),2):
        pla += gen_pla(cip[i:i+2])
    print pla

if __name__ == '__main__':
    main()

运行结果如下：

安恒杯10月月赛“四四方方一座城”解析：

题目：

image.png

分析可知：

秘钥又被加密了，Offset未知，但是我们可以遍历大小写字母的ascii码值经过异或和按位与运算之后的最大值、最小值（192,255）,还有遍历enc_key的ascii码值的最大值和最小值（76,106）,可以大概推算Offset的值，肯定为负数，范围可以暂时定在（-179,-86）,在遍历过程中可以再做调整，由此可以遍历出正确的Offset值。

代码：

enc_key1 = 'VXYjj'
key1 = ''
for Offset in range(90,150):
    for i in enc_key1:
        key1 += chr((ord(i) + Offset) ^ 0xff & 0xaf)
    print key1
    key1 = ''

结果：