Square Substitute Cipher

Columnar Transposition Cipher ：

( ex :plain = ‘defend the east wall of the castle’ , key = ‘GERMAN’ )

將明文順著 Key : G-E-R-M-A-N 排放之後
將 Key(和對應的列) 依照字母順序重新排序後

逐列輸出密文 ( cipher = ‘nalcxehwttdttfseeleedsoaxfeahl’ )

G E R M A N          A E G M N R
d e f e n d          n e d e d f
t h e e a s          a h t e s e
t w a l l o    =>    l w t l o a
f t h e c a          c t f e a h
s t l e x x          x t s e x l

＊＊＊＊＊＊以下加密不會有 ’Ｊ’ 出現＊＊＊＊＊＊

Bifid Cipher :

先做出一個含有[A-Z],’J’除外的正方格 Bifid( Square, Period ) [內容自訂]
( ex: Square = ‘bhskrilxaoqpvwcfmuenzdtyg’ )

     1  2  3  4  5
1 |  b  h  s  k  r
2 |  i  l  x  a  o
3 |  q  p  v  w  c
4 |  f  m  u  e  n
5 |  z  d  t  y  g

對照表格行列後 ( ex: plaintext = ‘This is a secret messages’ ) [ 行列分開 ]
- plain : THIS IS A SECRET MESSAGES
- row : 5121 21 2 143145 44112541
- column : 3213 13 4 345543 24334543
Fractionating ：依照 Period 的值將數字分堆 ( Period = 5 )
- 51212 12143 14544 11254 1
- 32131 34345 54324 33454 3
把分好的堆，依序將行和列串起來
- 5121232131 1214334345 1454454324 1125433454 13
再把他們依照方格換回英文字母
- zixiq hkvun kynua bouwy s
輸出密文：zixiqhkvunkynuabouwys

＊＊＊＊＊＊以下加密不會有 ’Ｊ’ 出現，且為偶數字串＊＊＊＊＊＊

ADFGX,ADFGVX Cipher : [ 其密文只會有 ADFG(V)X ]

先做出一個含有[A-Z]，J除外的正方格 ADFGX ( 25 )[表格內容自訂] ( ADFGVX 只是方陣變成 6*6 包還 [A-Z0-9] 除了 J ，其餘的過程皆相同 )

( ex: Square = ‘bhskrilxaoqpvwcfmuenzdtyg’ )

     A D F G X
 A | b h s k r
 D | i l x a o
 F | q p v w c
 G | f m u e n
 X | z d t y g

對照表格字母後 ( ex: cipher = ‘This is a secret message’ ) [ 先行在列 ]

1 2	`T H I S I S A S E C R E T M E S S A G E XF AD DA AF DA AF DG AF GG FX AX GG XF GD GG AF AF DG XX GG`

Fractionating ：
- 進行一次 Columnar Transposition Cipher
- 需要一支KEY ( ex: Key = ’SIGMA’ ) [不一定要剛剛好填滿，留空沒關係 ]
- 將對應後的字碼依序放入表格中
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  S I G M A ---------- X F A D D A A F D A A F D G A F G G F X A X G G X F G D G G A F A F D G X X G G
  經過轉換（依照字母序 )
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  A G I M S ---------- D A F D X A F A D A A D F G A X G G F F X G X G A G D G G F D A F F A G X X G G
以行的順序(Column) 輸出密文：
DAAXXGDGAFDGGDAXFAFGXGFXDDGFGGFGXAAFAFAG

Polybius Square Cipher :

key = ‘monarchy’ size=‘5’ char=‘ABCDE’

           A  B  C  D  E  ←  char 可以自己自訂
          ---------------
      A |  m  o  n  a  r
      B |  c  h  y  b  d
      C |  e  f  g  i  k
      D |  l  p  q  s  t
      E |  u  v  w  x  z

給定一個 Key ( 如果有重複字母，要自行消除… ) [也不能有’J’] 製作出一個 Square ，或者直接做出一個 Square

plaintext: d e f e n d t h e e a s t w a l l o f t h e c a s t l e
ciphertext: BE CA CB CA AC BE DE BB CA CA AD DD DE EC AD DA DA AB CB DE BB CA BA AD DD DE DA CA

將明文的字母，直接對應到左邊和上面的字 → 密文

Playfair Cipher
key = ‘monarchy’

m  o  n  a  r
c  h  y  b  d
e  f  g  i  k
l  p  q  s  t
u  v  w  x  z

將明文的標點符號、空格刪除，只剩下方格有的字元 [ a-z沒有 j ]
每兩個字元如果重複，把重複的第二個字換成 ’x’ ‘hammer’ -> ‘hamxer’.
如果明文是奇數，要在尾端加上’x’把它湊成偶數
把它拆成兩兩成對 ‘hamxer’ -> ‘ha mx er’
開始轉換：
- 如果不同行也不同列，換為交叉點 ( 自己的列[row] 與對方的行[column] ) 的值. ‘ha’ -> ‘bo’, ‘es’ -> ‘il’
- 如果在同列(row)，各向右位移一格. ‘ma’ -> ‘or’, ‘lp’ -> ‘pq’, ‘xx’→ ‘zz’ ( xx只發生在明文為基數且以x結尾，這將會補一個x進來.. )
- 如果在同行(column)，各向下位移一格. ‘rk’ -> ‘dt’, ‘pv’ -> ‘vo’

特色：
- 不會出現兩個重複的字
- 字串函有偶數個字
- 如果有發生很長的重複，他們將由偶數個字元分隔，重複的序列也通常是偶數個字元

Four-Square Cipher ：

左上右下放 plaintext squares
右上左下放 ciphertext square

  明文 1       Key 1
a b c d e   Z G P T F
f g h i k   O I H M U
l m n o p   W D R C N
q r s t u   Y K E Q A
v w x y z   X V S B L

  Key 2       明文 2
M F N B D   a b c d e
C R H S A   f g h i k
X Y O G V   l m n o p
I T U E W   q r s t u
L Q Z K P   v w x y z

Plaintext : Attack at Dawn
和 Playfair 一樣先把明文倆倆拆開 (基數字串的話就補x)
分別在左上方陣中找到第一個字，右下方陣中找到第二個字
得到兩字母行列交集處的字元 (先從第一個字的列[row]先)

1 2	`Plain : AT TA CK AT DA WN Cipher : TI YB FH TI ZB SY`

參考資料：
Practical Cryptography

Break :
https://quipqiup.com/

Tags: Classical

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