CTF中的古典密码学详解

一、凯撒密码(Caesar Cipher)

基本原理

凯撒密码是一种通过字母位移实现的替换密码，将字母表中的每个字母按照固定的偏移量进行替换。

加密方法

• 明文："Hello world"，偏移量为3
• 加密过程：A→D, B→E, ..., H→K, e→h, l→o等
• 密文："Khoor zruog"

特殊变种

• 偏移量为10：Avocat
• 偏移量为13：ROT13（自反密码，加密解密使用相同算法）
• 偏移量为-5：Cassis
• 偏移量为-6：Cassette

在线解密工具

https://www.qqxiuzi.cn/bianma/kaisamima.php

二、培根密码(Bacon's Cipher)

基本原理

将每个字母转换为5个a/b(或A/B)组成的特定编码组合。

特点

• 密文仅由a/b或A/B组成
• 不区分大小写

示例

"Hello" → "aabbbAABAAABABBABABBABBBA"

在线解密工具

https://tool.bugku.com/peigen/

三、摩斯密码(Morse Cipher)

基本原理

通过不同排列的短信号(·)和长信号(-)表示字母、数字和标点符号。

特点

• 广泛应用于电报通信
• 每个字符由1-5个信号组成
• 字符间用空格分隔，单词间用/分隔

示例

"Hello" → "···· · ·-·· ·-·· ---"

在线解密工具

moersima.00cha.net

四、栅栏密码(Rail-fence Cipher)

1. Z型栅栏密码

加密方法

• 将明文按N行排列成Z字形
• 按列从上到下读取形成密文

示例

• 明文："Helloworld"
• N=2："Hloolelwrd"
• N=3："Hlodeorlwl"

2. W型栅栏密码

加密方法

• 将明文按N行排列成W字形
• 按行读取形成密文

在线解密工具

• Z型：https://www.qqxiuzi.cn/bianma/zhalanmima.php
• W型：http://www.atoolbox.net/Tool.php?Id=777

五、仿射密码(Affine Cipher)

数学原理

• 加密函数：E(x) = (ax + b) mod 26
• 解密函数：D(x) = a⁻¹(x - b) mod 26
• 其中a与26互质

示例

a=5, b=8；明文"AFFINECIPHER"

Python解密脚本

def get(a, b):
    if b == 0:
        return 1, 0
    else:
        k = a // b
        remainder = a % b
        x1, y1 = get(b, remainder)
        x, y = y1, x1 - k * y1
    return x, y

s = input("请输入解密字符:").upper()
a = int(input("请输入a:"))
b = int(input("请输入b:"))
# 求a关于26的乘法逆元
x, y = get(a, 26)
a1 = x % 26
l = len(s)
for i in range(l):
    cipher = a1 * (ord(s[i])-65 - b) % 26
    res = chr(cipher + 65)
    print(res, end='')

六、猪圈密码(Pigpen Cipher)

基本原理

• 基于格子的简单替代密码
• 每个字母对应特定的符号或格子图案

特点

• 符号由直线和点组成
• 有固定的对应关系表

在线解密工具

http://ctf.ssleye.com/pigpen.html

七、维吉尼亚密码(Vigenère Cipher)

基本原理

• 使用多个凯撒密码组成的密码表
• 需要密钥和明文两个元素

加密步骤

1. 将密钥循环扩展至与明文等长（密钥流）
2. 对每个字符：密文 = (明文字符 + 密钥字符偏移量) mod 26

示例

• 明文："ATTACKDAWN"
• 密钥："LEMON"
• 密钥流："LEMONLEMONLE"
• 密文："LXFOPVEFRNHR"

特点

• 比简单凯撒密码更安全
• 可使用维吉尼亚方阵进行加密解密

总结与识别特征

练习建议

1. 熟悉每种密码的典型特征
2. 掌握基本的加密解密流程
3. 积累常见密码的识别经验
4. 准备线下赛时需提前下载解密脚本（比赛通常禁止联网）