古典密码

古典密码是指在现代计算机技术出现之前使用的加密方法，主要基于字符，分为两种类型：代换密码和置换密码。

代换（替换）密码（Substitution Cipher）

代换密码是将明文中的字符替换成其他字符，即替代转换。若加密过程中，每个字符采用同一张表替代，则为单表代换密码；若整个加密过程中每个字符采用不同的表替代，则为多表代换密码。

破解代换加密的基本方法是用统计手段，即统计语言中的一些字或字母出现频率的规律。

单表代换密码

单表代换密码是在明文和密文之间建立一一映射关系，也就是说明文与密文一一对应。所以有以下两种方式来进行破解：

在密钥空间较小的情况下，采用暴力破解方式
在密文长度足够长的情况下，采用词频分析方式

当密钥空间足够大，且密文长度足够短的情况下，破解较为困难。

单字母替换密码（Mono-Alphabetic Substitution Cipher）

每个字母被固定的替换为另一个字母。

key = {
    "a": "f",
    "b": "y",
    "c": "a",
    "d": "b",
    "e": "z",
    "f": "c",
    "g": "m",
    "h": "s",
    "i": "n",
    "j": "t",
    "k": "o",
    "l": "h",
    "m": "q",
    "n": "v",
    "o": "r",
    "p": "x",
    "q": "w",
    "r": "i",
    "s": "k",
    "t": "u",
    "u": "l",
    "v": "j",
    "w": "p",
    "x": "g",
    "y": "d",
    "z": "e"
}

secret = "The trouble with having an open mind, of course, is that people will insist on coming along and trying to put things in it.".lower()
secret = filter(str.isalpha, secret)

encrypted = "".join([key[i] for i in secret])
print(encrypted)
#uszuirlyhzpnussfjnvmfvrxzvqnvbrcarlikznkusfuxzrxhzpnhhnvknkurvarqnvmfhrvmfvbuidnvmurxluusnvmknvnu

由于密文中的字母频率没有变化，在较长的密文和英文文本的情况下，可以通过字母频率分析来破解密码。可以使用在线工具 https://quipqiup.com/ 辅助解密。

quipqiup

移位密码（凯撒密码）

凯撒密码（Caesar Cipher）是移位密码（Shift Cipher）的一种，通过将明文中每个字母在字母表中向前或向后移动固定的长度来生成密文。例如，当偏移量为 3 时，字母A会被替换为D，字母B会变成E，以此类推。

CaesarCipher

凯撒密码的密钥是 0 到 25 之间的整数，因此可以通过穷举法进行破解。

ROT系列密码

ROT13，实际上是凯撒密码的一种，默认位移量为 13，仅适用于字母，连续两次加密可恢复明文。
ROT47，处理 ASCII 码在 33 到 126 之间的字符，默认旋转位移为 47 。
ROT8000，通过将每个 Unicode 字符向前或向后移动0x8000个位置。

埃特巴什码（Atbash Cipher）

埃特巴什码（Atbash Cipher）是一种单字母替换密码，采用字母表中的最后一个字母代表示第一个字母，倒数第二个字母表示第二个字母，以此类推。

明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
密文：ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

例如，明文MIRROR加密为NRIILI。埃特巴什码也被称为镜像密码。

仿射密码（Affine Cipher）

仿射加密（Affine cipher）是一种基于线性变换的加密方法。

加密过程： $$ E(x)=(ax+b) \mod m $$

解密解密： $$ D(x)=a^{-1}(x-b) \mod m $$

x为字符在字母表中的位置，从0开始。m为字母表的长度，例如对于英文字母为 26。

假设我们要加密字符串 "HELLO"，使用以下参数：

a=5
b=8
字母表长度 m=26

H → 7

E(7)=(5⋅7+8) mod 26 = (35+8) mod 26 = 17,17 对应的字母为 R。因此，字符串 "HELLO" 的加密结果是 "RCLLA"。

培根密码（Bacon Cipher）

培根密码（Bacon Cipher），又叫倍康尼密码，是由法兰西斯·培根发明的一种替换密码。加密时，明文中的每个字母都会替换成一组五个英文字母。其转换依靠下表：

BaconCipher

转换表有两个版本。一是i 和j、u和v使用相同的编码。二是所有字母使用不同的编码。例如，对明文hello world进行加密。步骤如下：第一步，将H替换为aabbb，E替换为aabaa等等

BaconCipher-helloworld-1

第二步，隐藏信息。常规字体表示a，粗体表示b

BaconCipher-helloworld-2

也可以使用大小写来隐藏信息。

sSsSSsSSssSSsSsSsSssSSSSSSSssS{SSSsSsSSSsSsSSSsSSsSSssssssSSSSSSSsSSSSSSSSsSSsssSSssSsSSSsSSsSSSSssssSSsssSSsSSsSSSs}

UTFLAG{CRISPYBACONCIPHER}

培根密码本质上是将二进制信息通过样式的区别，加在了正常书写之上，样式包括大小写、斜体和加粗等。培根密码所包含的信息可以和用于承载其的文章完全无关。

多表代换密码

在多表代换中，由于使用不同的字母表或关键词，相同的明文字母在不同的位置可能会对应不同的密文字母，实现动态替换。同时，明文字符的频率被改变，从而抵抗词频分析攻击。

维吉尼亚密码（Vigenère Cipher）

维吉尼亚密码是一种基于凯撒密码的加密算法，属于多表代换的简单形式。

加密时，密钥长度必须与明文长度相等，如果关键词长度不足，需要将其扩展至明文长度。该算法有重复（Repeat）和自钥（Autokey）两种模式，默认使用重复模式，即固定关键词重复扩展，如关键词为key时重复扩展为keykey....。自钥模式则是将关键词与明文组合形成密钥，如key明文。

例如，明文HELLOWORLD，关键词SECRET，对于明文第 1 个字母 H，对应密钥的第 1 个字母 S，于是使用第 S 行字母进行加密，得到密文第一个字母 Z，以此类推，密文为ZINCSPGVNU。

https://cryptii.com/pipes/vigenere-cipher

普莱费尔密码（Playfair Cipher）

普莱费尔密码（Playfair Cipher）是第一个二字母替换密码，1854 年由英国人查尔斯 · 惠斯通（Charles Wheatstone）发明，基本算法如下：

例如，选取密钥为playfair，去除重复字母后，得到playfir，将字母按顺序填入$5 \times 5$的矩阵中，余下的位置用字母表中剩下的字母填充，其中i和j作为同一个字母。

注意，由于矩阵大小只有25个，而字母有26个，可以将i和j视作同一字母，或者将q去除。

$$ \begin{array}{ccccc} P & L & A & Y & F \ I & R & B & C & D \ E & G & H & K & M \ N & O & Q & S & T \ U & V & W & X & Z \ \end{array} $$

加密过程如下：

将明文去掉空格后，每两个字母一组，如果一组中的字母相同，则在中间插入一个填充字母（通常为X），然后重新分组。必要的话，在最后一组末尾加字母X。例如明文为HELLO，分组结果为HE LX LO。
对每一组字母，按照以下规则进行加密
- 如果两个字母在同一行，则用它们右边的字母替换（如果在最右边，则循环到最左边）。例如HE->KG。
- 如果两个字母在同一列，则用它们下边的字母替换（如果在最下边，则循环到最上边）。例如LO->RV。
- 如果两个字母不在同一行也不在同一列，则用它们所在矩阵的对角线上字母替换。例如LX->YV。