CTF——密码学

古典密码

凯撤密码

1.原理：
凯撒密码（Caesar）加密时会将明文中的 每个字母 都按照其在字母表中的顺序向后（或向前）移
动固定数目（循环移动）作为密文。例如，当偏移量是左移 3 的时候（解密时的密钥就是 3）
使用时，加密者查找明文字母表中需要加密的消息中的每一个字母所在位置，并且写下密文字母表
中对应的字母。需要解密的人则根据事先已知的密钥反过来操作，得到原来的明文。例如
明文：THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG
密文：WKH TXLFN EURZQ IRA MXPSV RYHU WKH ODCB GRJ

明文密码表：#### A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
密文密码表：#### D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

移位密码

与凯撒密码类似，区别在于移位密码不仅会处理字母，还会处理
数字和特殊字符，常用 ASCII 码表进行移位。其破解方法也是遍
历所有的可能性来得到可能的结果

A t b a s h C i p h e r 埃 特 巴 什 码

原理
埃特巴什码（Atbash Cipher）其实可以视为下面要介绍的简单替换密码的特例，它使用字母表
中的最后一个字母代表第一个字母，倒数第二个字母代表第二个字母。在罗马字母表中，它是这样
出现的：
明文：A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
密文：Z Y X W V U T S R Q P O N M L K J I H G F E D C B A

例子：
明文：the quick brown fox jumps over the lazy dog
密文：gsv jfrxp yildm ulc qfnkh levi gsv ozab wlt
工具：http://www.practicalcryptography.com/ciphers/classical-era/atbash-cipher/

简 单 替 换 密 码

原理
简单替换密码（Simple Substitution Cipher）加密时，将每个明文字母替换为与之唯一对应且不同
的字母。它与恺撒密码之间的区别是其密码字母表的字母不是简单的移位，而是完全是混乱的，这也使得
其破解难度要高于凯撒密码

明文字母 : abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
密钥字母 : phqgiumeaylnofdxjkrcvstzwb
a 对应 p，d 对应 h，以此类推。

例子：
明文：the quick brown fox jumps over the lazy dog
密文：cei jvaql hkdtf udz yvoxr dsik cei npbw gdm

而解密时，我们一般是知道了每一个字母的对应规则，才可以正常解密。

破解：由于这种加密方式导致其所有的密钥个数是26! ，所以几乎上不可能使用暴力的解决方式。所以我们 一般采用词频分析。

工具¶：http://quipqiup.com/

P l a y f a i r 普 来 费 尔

l a y f a i r 普 来 费 尔
原理
Playfair 密码（Playfair cipher or Playfair square）是一种替换密码，1854 年由英国人
查尔斯·惠斯通（Charles Wheatstone）发明，基本算法如下：
1、选取一串英文字母，除去重复出现的字母，将剩下的字母逐个逐个加入 5 × 5 的矩阵内，剩
下的空间由未加入的英文字母依 a-z 的顺序加入。注意，将 q 去除，或将 i 和 j 视作同一字。
2、将要加密的明文分成两个一组。若组内的字母相同，将 X（或 Q）加到该组的第一个字母后，
重新分组。若剩下一个字，也加入 X 。
3、在每组中，找出两个字母在矩阵中的地方。
a. 若两个字母不同行也不同列，在矩阵中找出另外两个字母（第一个字母对应行优先），使这四
个字母成为一个长方形的四个角。
b.若两个字母同行，取这两个字母右方的字母（若字母在最右方则取最左方的字母）。
c.若两个字母同列，取这两个字母下方的字母（若字母在最下方则取最上方的字母）。
d.新找到的两个字母就是原本的两个字母加密的结果

以 playfair example 为密匙，得
P L A Y F
I R E X M
B C D G H
K N O Q S
T U V W Z
明文： Hide the gold in the tree stump
HI DE TH EG OL DI NT HE TR EX ES TU MP

密文：BM OD ZB XD NA BE KU DM UI XM MO UV IF

P o l y b i u s 棋 盘 密 码

原理
Polybius密码又称为棋盘密码，其一般
是将给定的明文加密为两两组合的数字，
其常用密码表，举个例子，明文 HELLO，
加密后就是 23 15 31 31 34。

A D F G X

例如：
明文：HELLO
密文：DD XF AG AG DF

V i g e n e r e 维 吉 尼 亚 密 码

原理
维吉尼亚密码（Vigenere）是使用一系列凯撒密码组成密码字母表的加密算法，属于多表密码的一
种简单形式。

例子：
明文：come greatwall
密钥：crypto
密文：efkt zferrltzn

N i h i l i s t 关 键 字 密 码

原理¶
a.Nihilist密码又称关键字密码：明文 + 关键字 = 密文。以关键字 helloworld 为例。
b.首先利用密钥构造棋盘矩阵（类似 Polybius 密码） - 新建一个 5 × 5 矩阵 - 将字符不重复
地依次填入矩阵 - 剩下部分按字母顺序填入 - 字母 i 和 j 等价
对于加密过程参照矩阵 M 进行加密：
a -> M[2,3] -> 23
t -> M[4,5] -> 45
Ø 对于解密过程
参照矩阵 M 进行解密：
23 -> M[2,3] -> a
45 -> M[4,5] -> t
可以看出，密文的特征有如下几点
• 纯数字
• 只包含 1 到 5
• 密文长度偶数

A u t o k e y C i p h e r 自 动 密 钥 密 码

原理
自动密钥密码（Autokey Cipher）也是多表替换密码，与维吉尼亚密码密码类似，但使用不同
的方法生成密钥。通常来说它要比维吉尼亚密码更安全。自动密钥密码主要有两种，关键词自动
密钥密码和原文自动密钥密码。下面我们以关键词自动密钥为例：
明文：THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG
关键词：CULTURE
自动生成密钥：
CULTURE THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE
接下来的加密过程和维吉尼亚密码类似，从相应的表格可得：
密文
VBP JOZGD IVEQV HYY AIICX CSNL FWW ZVDP WVK

其他类型加密

栅 栏 密 码

栏栅栏密码原理：
明文：Day is a lovely day
去掉空格后变为：Dayisalovelyday
分组（2个一组）：Da yi sa lo ve ly da y
第一组（取第一个字符）：Dyslvldy
第二组（取第二个字符）：aiaoeya
连在一起即为密文：Dyslvldyaiaoeya
7栏栅栏密码原理就是分为7个一组，然后组合。
破解栅栏密码，首先需要先明确是几栏栅栏密码加密，然后进行破解。

曲 路 密 码

曲路密码（Curve Cipher）是一种换位密码，需要双方事先约定密钥（也就是曲路路径）
原理：
明文：Your happiness often in the eyes of others
密文：soynfnh rioiefr eoenspu opsehsh tetteaY
破解曲路密码，首先需要先明确表填充的几行几列曲路密码加密，然后进行破解。

埃 特 巴 什 码

埃特巴什码（Atbash Cipher）是一种以字母倒序排列作为密钥的替换加密
埃特巴什码原理：

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA

明文：Your happiness often in the eyes of others
密文：Blfi szkkrmvhh lugvm rm gsv vbvh lu lgsvih

**#### R O T 5 / 1 3 / 1 8 / 4 7" class="reference-link">## **#### R O T 5 / 1 3 / 1 8 / 4 7

ROT5/13/18/47加密是一种替换加密，它具有可逆性。ROT5/13/18/47是rotate by
5/13/18/47places的简写，意思是旋转几个位置。

ROT5：

只对数字进行编码，用当前数字往前数的第五个数字替换当前数字。比如当
前数字为0，替换后就变成5；当前数字为1，替换后就变成6；以此类推顺序循环。

ROT13：

只对字母进行编码，用当前字母往前数的第十三个字母替换当前字母，比如
当前字母为A，替换后变成N；当前字母为B，替换后就变成O；以此类推顺序循环。

ROT18：

它的编码规则是将ROT5和ROT13的编码规则组合在一起，比如当前明文是A0，
替换后就变成N5；当前明文是B1，替换后就变成O6；以此类推顺序循环。
ROT47；

对数字、字母、常用符号进行编码，按照它们的ASCII码值进行位置替换，

用当前字符ASCII值往前数的第47位对应字符替换当前字符，比如当前为小写字母z，
工具：https://www.qqxiuzi.cn/bianma/ROT5-13-18-47.php

简 单 换 位 密 码

简单换位密码（Simple Substitution Cipher），它的加密方法是每个明文字
母都被唯一且不同的字母替换。它的密码字母表的字母不是简单的移位，而是完
全是混乱的

明文：Your happiness often in the eyes of others
字母对应关系：
明文字母：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
密文字母：phqgiumeaylnofdxjkrcvstzwb
密文：
破解简单换位密码，当密文数据足够多时可以通过字频分析方法破解或其他方
法破解。

希 尔 密 码

希尔密码（Hill Cipher）是基于线性代数多重代换密码。每个字母转换成26进
制数字：A=0，B=1，C=2…Z=25一串字母当成n维向量，跟一个n*n的矩阵相乘，再
将得出的结果MOD26
明文：ACT
明文对应方阵：

加密密钥：GYBNQKURP
加密矩阵：

计算过程：

python解密代码 import numpy as np m = 'ACT' #明文 a = np.matrix([[5,24,1],[13,16,10],[20,17,15]]) #密钥GYBNQKURP num_m = [] temp = [] count = 1 for i in m: #将明文分为三个一组 temp.append(ord(i)-ord('A')) if count % 3 == 0: num_m.append(temp) temp = [] count += 1 mat_m = [np.matrix(i).T for i in num_m] #将明文分组转换为向量形式 mat_c = [a * i % 26 for i in mat_m] #得到密文分组的向量形式 num_c = [] temp = [] for i in mat_c: #将密文向量转换为列表形式，且合并到一个列表 temp = i.tolist() for j in range(3): num_c.append(temp[j][0]) c = [chr(i+ord('A')) for i in num_c] print(''.join(c)) #连接成字符串,输出密文、

猪圈密码

猪圈密码（Pigpen Cipher或称九宫格密码、朱高密码、共济会密码、共济会员密码），是一种
以格子为基础的简单替代式密码
密码表

标 准 银 河 字 母

圣 堂 武 士 密 码 ( Te m p l a r C i p h e r )

圣堂武士密码(Templar Cipher)是共济会的“猪圈密码”的一个变种，一直被共济会圣殿骑士用。
明文字母和对应密文

变 种 密 码

明文字母和对应密文：

波 利 比 奥 斯 方 阵 密 码

介绍
波利比奥斯方阵密码（Polybius Square Cipher或称波利比奥斯棋盘）是棋盘密码的一种，是
利用波利比奥斯方阵进行加密的密码方式，简单的来说就是把字母排列好，用坐标(行列)的形式
表现出来。字母是密文，明文便是字母的坐标。更多 参考
常见的排布方式

实例：
明文： THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG
密文： 442315 4145241325 1242345233 213453 2445323543 442315 31115554 143422

未完待续……