簡單替換密碼是一種以字母替換為基礎的加密方式，容易受到頻率分析和詞彙模式比對的攻擊。破解的關鍵在於建立字母對映表，將密鑰字母與可能的明文字母關聯起來。透過分析密鑰中詞彙的模式，並與已知的詞彙模式資料函式庫比對，可以縮小可能的明文字母範圍。程式 simpleSubHacker.py 即是根據此原理，透過多個函式逐步推匯出正確的字母對映關係，最終還原明文。首先，程式建立一個空白的字母對映表，然後根據密鑰中的詞彙模式，從詞彙資料函式庫中尋找可能的候選單詞，並將其對應的字母加入對映表。接著，程式會對多個詞彙的對映表進行交集運算，進一步縮小每個密鑰字母的可能明文字母範圍。最後，當某個密鑰字母的解密字母被唯一確定時，程式會將其從其他密鑰字母的可能解密字母列表中移除，提高破解效率。
簡單替換密碼破解器深度解析
破解原理與實作
簡單替換密碼是一種古典加密技術，其破解依賴於字母對映與詞彙模式分析。透過建構與交叉比對字母對映表，我們能夠逐步還原始明文。
關鍵步驟解析
- 建立字母對映表：為每個密鑰字母建立可能的明文字母清單。
- 交叉比對多個詞彙的對映表：透過多個詞彙的模式比對，縮小可能的解密字母範圍。
- 移除已解決的字母：當某個密鑰字母的解密字母被確定後，將該字母從其他密鑰字母的可能清單中移除。
- 重複執行直到獲得完整解碼：持續執行上述步驟，直到所有字母都被正確解密。
程式碼實作細節
移除已解決字母的函式
def removeSolvedLettersFromMapping(letterMapping):
# ... 程式碼實作 ...
return letterMapping
內容解密：
此函式的主要目的是最佳化字母對映表。當某個密鑰字母的解密字母被確定後，該函式會將該字母從其他密鑰字母的可能清單中移除，從而提高破解效率。
- 遍歷對映表：檢查每個密鑰字母的可能解密字母清單。
- 識別已解決的字母：如果某個清單只包含一個字母，則該字母被視為已解決。
- 移除已解決字母：將已解決的字母從其他密鑰字母的清單中移除。
- 傳回更新後的對映表：確保後續的解密過程使用最新的對映資訊。
解密函式
def decryptWithCipherletterMapping(ciphertext, letterMapping):
# ... 程式碼實作 ...
return plaintext
內容解密：
此函式利用字母對映表對密鑰進行解密。
- 初始化明文字串：建立一個空字串用於儲存解密後的明文。
- 遍歷密鑰：檢查每個密鑰字元。
- 查詢對映表：根據對映表將密鑰字元轉換為明文字元。
- 處理未知字元：如果無法確定明文字元，則保留原字元或進行適當處理。
- 傳回解密後的明文：完成整個密鑰的解密。
主程式流程
載入必要模組
import os, re, copy, pprint, pyperclip, simpleSubCipher, makeWordPatterns
內容解密：
主程式首先載入多個必要的模組，包括正規表示式處理、字詞模式產生等。
re模組：提供正規表示式功能，用於字串的高階處理。makeWordPatterns模組：用於產生詞彙模式資料，協助破解過程。simpleSubCipher模組：提供簡單替換密碼的加密與解密功能。
檢查與產生詞彙模式檔案
if not os.path.exists('wordPatterns.py'):
makeWordPatterns.main()
import wordPatterns
內容解密：
程式會檢查wordPatterns.py檔案是否存在。如果不存在，則執行makeWordPatterns.main()來產生該檔案。這是因為詞彙模式資料是破解過程中的關鍵資源。
- 檢查檔案存在性：使用
os.path.exists檢查檔案是否存在。 - 呼叫
makeWordPatterns.main()：如果檔案不存在，則執行該函式來產生詞彙模式資料。 - 匯入
wordPatterns模組：確保程式能夠使用詞彙模式資料進行破解。
破解例項與結果
message = 'Sy l nlx sr pyyacao l ylwj eiswi upar lulsxrj isr sxrjsxwjr,...'
letterMapping = hackSimpleSub(message)
print('Hacking...')
plaintext = decryptWithCipherletterMapping(message, letterMapping)
內容解密：
透過上述步驟，最終成功破解給定的密鑰，得到明文「Uncomfortable increases disappoint」。
hackSimpleSub函式：執行簡單替換密碼的破解，傳回字母對映表。decryptWithCipherletterMapping函式：利用得到的對映表對密鑰進行解密，獲得明文。
簡單替換密碼破解程式解析
程式功能概述
本程式主要用於破解簡單替換密碼（Simple Substitution Cipher）。簡單替換密碼是一種古典加密技術，它將明文中的每個字母替換成另一個固定的字母。破解這種密碼的關鍵在於分析密鑰中的字母頻率，並利用詞典中的單詞進行匹配，從而推斷出替換規則。
程式結構與主要函式
程式的主要結構包括以下幾個部分：
主函式 (
main())：- 儲存待破解的密鑰到變數
message中。 - 呼叫
hackSimpleSub()函式對密鑰進行破解。 - 將得到的密碼字母對映（cipherletter mapping）傳遞給
decryptWithCipherletterMapping()函式來解密密鑰。
- 儲存待破解的密鑰到變數
顯示結果：
- 使用
pprint.pprint()函式顯示密碼字母對映。 - 顯示原始密鑰和解密後的明文。
- 使用
取得空白密碼字母對映 (
getBlankCipherletterMapping())：- 傳回一個空白的密碼字母對映字典，所有字母對應的解密字母列表均為空。
新增字母到密碼字母對映 (
addLettersToMapping())：- 將候選單詞中的字母與密鑰單詞中的字母進行匹配，並更新密碼字母對映。
程式碼解析
取得空白密碼字母對映
def getBlankCipherletterMapping():
return {'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': []}
新增字母到密碼字母對映
def addLettersToMapping(letterMapping, cipherword, candidate):
letterMapping = copy.deepcopy(letterMapping)
for i in range(len(cipherword)):
if candidate[i] not in letterMapping[cipherword[i]]:
#### 內容解密：
# 這段程式碼的作用是將候選單詞中的字母新增到對應的密鑰字母對映中。
# 首先，複製原有的 letterMapping 以避免修改原始資料。
# 然後，遍歷 cipherword 中的每個字元，將 candidate 中對應位置的字元新增到 letterMapping 中對應的列表中。
# 如果 candidate[i] 已經存在於 letterMapping[cipherword[i]] 中，則不會重複新增。
技術深度分析
- 本程式透過分析密鑰中的單詞，並與詞典中的單詞進行匹配，逐步構建出密碼字母對映，從而破解簡單替換密碼。
- 使用
copy.deepcopy()函式確保在更新密碼字母對映時不會修改原始資料，這是處理字典等可變資料結構時的一個重要技巧。 - 程式透過顯示密碼字母對映、原始密鑰和解密後的明文，提供了完整的破解過程視覺化，有助於理解和除錯。
簡單替代密碼破解技術深度解析
密碼破解中的字母對映處理
在簡單替代密碼（Simple Substitution Cipher）的破解過程中，字母對映（Letter Mapping）扮演著至關重要的角色。所謂字母對映，是指將密鑰中的每個字母與其可能的明文字母之間的對應關係進行建模與分析。在本章中，我們將探討如何利用程式碼實作對簡單替代密碼的破解，重點分析simpleSubHacker.py中的關鍵函式及其實作細節。
建立字母對映的函式：getBlankCipherletterMapping()
在開始破解之前，首先需要建立一個空白的字母對映表。這可以透過呼叫getBlankCipherletterMapping()函式來實作。該函式會傳回一個字典（dictionary），其中每個密鑰字母都對應一個空列表，表示該密鑰字母可能解密為任何明文字母。
def getBlankCipherletterMapping():
# 建立一個空白的字母對映表
return {letter: [] for letter in LETTERS}
內容解密：
getBlankCipherletterMapping()函式初始化了一個字典，鍵（key）為所有大寫字母，值（value）為空列表。- 這代表了在破解的初始階段，每個密鑰字母都可能對應到任意一個明文字母。
更新字母對映：addLettersToMapping()
addLettersToMapping()函式的主要任務是根據給定的密鑰和其可能的明文，更新字母對映表。
def addLettersToMapping(letterMapping, cipherword, candidate):
for i in range(len(cipherword)):
if candidate[i] not in letterMapping[cipherword[i]]:
letterMapping[cipherword[i]].append(candidate[i])
return letterMapping
內容解密：
- 遍歷
cipherword中的每個字元，並檢查對應的candidate字元是否已經存在於letterMapping[cipherword[i]]中。 - 如果不存在，則將其加入到列表中，避免重複新增相同的字元。
- 此過程確保了每個密鑰字母對應的多個可能的明文字母被正確地記錄和更新。
合併字母對映：intersectMappings()
在多輪分析或不同分析之間，可能會產生多個字母對映表。intersectMappings()函式負責將兩個字母對映表合併，找出兩者共有的可能解密字母。
def intersectMappings(mapA, mapB):
intersectedMapping = getBlankCipherletterMapping()
for letter in LETTERS:
if mapA[letter] == []:
intersectedMapping[letter] = copy.deepcopy(mapB[letter])
elif mapB[letter] == []:
intersectedMapping[letter] = copy.deepcopy(mapA[letter])
else:
for mappedLetter in mapA[letter]:
if mappedLetter in mapB[letter]:
intersectedMapping[letter].append(mappedLetter)
return intersectedMapping
內容解密：
- 若某個密鑰字母在
mapA或mapB中的可能解密字母列表為空，則表示該密鑰字母可以解密為任意字母，此時直接複製另一個對映表的列表。 - 若兩者皆非空，則找出兩列表中共有的字母，加入到
intersectedMapping中。 - 此過程有效地縮小了可能的解密字母範圍，為進一步的破解提供了更精確的依據。
移除已解出的字母：removeSolvedLettersFromMapping()
當某個密鑰字母的可能解密字母被確定為唯一時，可以將該字母從其他密鑰字母的可能解密字母列表中移除，以避免混淆。
def removeSolvedLettersFromMapping(letterMapping):
letterMapping = copy.deepcopy(letterMapping)
loopAgain = True
while loopAgain:
loopAgain = False
solvedLetters = []
for cipherletter in LETTERS:
if len(letterMapping[cipherletter]) == 1:
solvedLetters.append(letterMapping[cipherletter][0])
# 省略部分程式碼...
內容解密：
- 首先複製傳入的
letterMapping，以避免影響原始資料。 - 進入迴圈，直到沒有新的已解出字母被發現。
- 遍歷所有密鑰字母，若某個字母的可能解密字母列表長度為1，則視為已解出，將該字母加入
solvedLetters列表。 - 繼續最佳化其他密鑰字母的可能解密字母列表，透過移除已解出的字母，不斷迭代直到無法再進一步簡化。
結語
本章詳細解析了簡單替代密碼破解過程中的關鍵步驟，包括建立和更新字母對映表、合併多個對映表以及移除已解出的字母等。透過這些技術的綜合運用，可以有效地提高密碼破解的效率和準確率。未來在面對更為複雜的密碼體系時，這些基礎技術將發揮重要的作用。
簡單替換加密破解技術深度解析
在密碼學領域中，簡單替換加密（Simple Substitution Cipher）是一種基礎且常見的加密技術。該加密方法透過將明文中的每個字母替換成另一個字母來實作加密。然而，這種加密方式並不安全，容易被破解。本篇文章將探討簡單替換加密的破解技術，特別是透過分析simpleSubHacker.py程式碼來理解其破解過程。
程式碼結構與功能概述
simpleSubHacker.py是一個用於破解簡單替換加密的Python程式。該程式主要包含以下幾個關鍵函式：
getBlankCipherletterMapping(): 建立一個空白的密碼字母對映表，用於儲存每個密碼字母對應的可能明文字母。addLettersToMapping(): 將候選字新增到密碼字母對映表中。intersectMappings(): 對多個密碼字母對映表進行交集運算，以縮小可能的明文字母範圍。removeSolvedLettersFromMapping(): 從密碼字母對映表中移除已經被解出的明文字母，以避免重複解密。hackSimpleSub(): 主函式，負責呼叫上述函式來破解簡單替換加密。
破解過程詳細分析
1. 建立初始密碼字母對映表
def getBlankCipherletterMapping():
# 建立一個包含26個字母的對映表，每個字母初始對應所有26個字母
return {letter: list(LETTERS) for letter in LETTERS}
2. 更新密碼字母對映表
透過分析每個密碼單詞的模式（word pattern），可以獲得一系列候選單詞。這些候選單詞用於更新密碼字母對映表。
for cipherword in cipherwordList:
newMap = getBlankCipherletterMapping()
wordPattern = makeWordPatterns.getWordPattern(cipherword)
# 取得候選單詞並更新newMap
candidateWords = wordPatterns.allPatterns[wordPattern]
for candidate in candidateWords:
addLettersToMapping(cipherword, candidate, newMap)
intersectedMap = intersectMappings(intersectedMap, newMap)
3. 縮小可能的明文字母範圍
透過對多個密碼單詞的對映表進行交集運算，可以逐步縮小每個密碼字母對應的可能明文字母範圍。
def intersectMappings(mapA, mapB):
intersectedMapping = getBlankCipherletterMapping()
for letter in LETTERS:
intersectedMapping[letter] = list(set(mapA[letter]) & set(mapB[letter]))
return intersectedMapping
4. 移除已解出的明文字母
一旦某個密碼字母被確切地解密出來，就應從其他密碼字母的可能明文字母列表中移除該字母，以避免混淆。
def removeSolvedLettersFromMapping(letterMapping):
loopAgain = True
while loopAgain:
loopAgain = False
solvedLetters = [letter for letter in LETTERS if len(letterMapping[letter]) == 1]
for cipherletter in LETTERS:
for s in solvedLetters:
if len(letterMapping[cipherletter]) != 1 and s in letterMapping[cipherletter]:
letterMapping[cipherletter].remove(s)
if len(letterMapping[cipherletter]) == 1:
loopAgain = True
return letterMapping
#### 內容解密：
上述程式碼片段展示瞭如何透過迭代更新和縮小可能的明文字母範圍來破解簡單替換加密。主要步驟包括建立初始對映表、更新對映表、交集運算以及移除已解出的字母。每一步都旨在逐步確定每個密碼字母對應的明文字母，從而最終破解整個加密訊息。
破解技術的關鍵與限制
簡單替換加密的破解依賴於對密鑰的統計分析以及對明文語言特性的瞭解。該方法的關鍵在於能夠正確地識別和利用密鑰中的模式，如單詞模式和字母頻率。然而，這種方法也存在一定的限制，例如當密鑰較短或缺乏足夠的統計資訊時，破解難度會增加。
