cipher解密工具（Cypher评测密码学入门手册）

本文作者：沦佪

一般来说，单人完成的作品总会带有强烈的个人风格，曾创作了steam黑马作品《Hexcells》系列的Matthew Brown，这次带来了一款全新的硬核解谜游戏——《Cypher》，其间延续了自己极简主义的美学风格和逻辑至上的设计理念。

睁开双眼，你发现自己身处一间狭小的密室，四周都是雪白的墙壁，能吸引你注意力的只有面前的一个显示器和背后墙面上的一段文字。

经过仔细的阅读，恍然间你发现了文字间埋藏的秘密，当你将那个口令输入到显示屏上时，你面前的大门开启了。走进大门，你发现自己来到了一所圣洁的密码学历史博物馆。

博物馆划分为7个区域——6个主题区域和1个额外挑战区域，自古老的隐写术到现代的数字加密，可以说星罗万象。每个区域门口有一块巨大的墙体，其正面描述了该区域主题的历史和加密的机理，并提到了解密这种密文的方式，反面则提供了一些额外可能用到的知识。随着解密每个区域的密文，你也对密码学的历史加深了了解。从这个角度而言，与其说《Cypher》是一款游戏，不如说更像是一本密码学入门手册。

第一个区域的主题是隐写术。隐写术的特征是把信息藏在一段看似平淡无奇的文字中。隐写术是一种非常脆弱的加密方式，因为它完全依赖于不被注意到，一旦有人开始起疑，经过仔细审查，甚至不需要特殊的技巧也能破解它。

比如谜题1-4就是典型的隐写术。

仔细观察会发现文中有四个斜体单词，分别是too，one，for，free，取它们谐音可知明文为2143 。

顺带一题鼠标右键可以“开镜”放大，看不清的时候可以尝试下~

第二个区域的主题是换位密码。换位密码的特征是交换明文字母，形成一段密文。然而由于需要考虑加密和解密的时间成本，往往会使用一个相对简单的交换方法。在破译这种密文时，需要观察元音分布和一些常见的字母对，比如th，in，er，re，an，he，努力找出换位方式。

让我们看看谜题2-4吧。

首先，看到这段密文的第一感觉就是X太多了，所以判断X可能是个干扰项。接着我们试着找一下th字母对，可以找出3处紧挨着的，我们分别顺着3处th连接的方向尝试读后发现，从左下角开始，延左上到右下的对角线，可以成文，x可以看做是空格。所以明文为assassin en route trust no one hide the jade dragon(刺客在路上，不要相信任何人，把玉龙藏好)。

第三个区域的主题是单码代替密码。该方法的特征是用字母表里另一个字母代替原有的字母一一对应形成密文。该方法曾经流行了上百年，直到一门名为频率分析的技术的出现，彻底摧毁了这种加密方式的有效性。频率分析是指研究字母或者字母组合在文本中出现的频率，尽管明文里某个字母被替换了，但该字母出现的频率并不会说谎。下图是在统计意义上，单个英文字母出现的频率。

接着让我们用谜题3-2练练手吧。

英文里单个字母组成的单词只有两个——a和i，所以C必是其中之一。此外ZMX字母对出现了高达7次，按照频率分析，极有可能是the字母对。把the代入之后发现单词thVt，所以V只能是a，从而推出C是i。又发现RP，theR，theP的存在，可以推断R是m，P是y。此外看LGGK的词形，4字单词中间两相同辅音的可能性很小，G是o的可能性很高……就像这样抽丝剥茧，最后得到明文是soon after my arrival in the hovel i discovered some papers in the pocket of the dress which i had taken from your laboratory. at first i had neglected them, but now that i was able to decipher the characters in which they were written, I began to study them with diligence.答案就是laboratory。

第四个区域的主题是多码代替密码。为了弥补在频率分析上暴露的缺陷，该方法使用多张字母表而不是一张来替换字母。最常见的多码代替密码是维吉尼亚密码，如下图。

假使我们要加密单词substitution，首先要决定一个密钥，这里我们用KEY作为秘钥。对照方阵，s在K表里加密为D，u在E表里加密为Z，b在Y表里加密为A……这样重复使用K，E，Y表，最后得到密文DZADYHEZSTTM，可以看到明文里io加密为TT，不同字母有可能加密为同一个字母，这无疑大大增加了频率分析的难度。

但解决方法总是有的，我们首先要找出密钥的长度，通过观察密文，如果密文里出现了某些重复的字母序列，那表明这些字母序列可能是由同一个密钥加密的。分别计算这些重复序列的间隔，求它们的公约数，就能得到密钥的长度。知道了密钥长度就好办了，通过把密文按密钥长度分割成若干块分别做频率分析，我们就把多码代替转换成了若干单码代替来破解。

说了这么多，我们来看看谜题4-3吧

间隔117出现重复字段WOY，间隔15出现重复字段DUF，117和15公约数为3。之后我们假定密钥长度为3，把密文分成3块分别统计，绘制出字母频率柱状图，与正常柱状图比照(x-i段比较明显，x，z是两个波谷，a，e，i三个波峰且互相间隔3)，可以得出答案是monograph。

第五个区域的主题是恩尼格玛密码机。恩尼格玛密码机十分具有传奇色彩，在二战的历史进程上扮演了相当重要的一个角色。恩尼格玛密码机的核心部件，是三个互不相同可拆卸的转子，以及一个固定的反射器。每当你键入字母之前，第一个转子会转动一格，举例来说，假设转子初始位置为A，当你第一次敲击A键时，实际对应的是转子上的B，当你第二次敲击A键时，转子已经转到了C处。当第一个转子转动一圈时会带动第二个转子转动一格，在每个转子内部可以做一次单码代替。此外密码机固定有一个反射器，其目的是使解码过程完全重现编码过程，从而方便解密。假设substitution被加密为DZADYHEZSTTM，当解密时只需要重设好转子位置，输入DZADYHEZSTTM显示的结果就会是明文substitution。

此外，德军还准备了第三条防线——连接线。在密码机的键盘和第一个转子之间有块连接板。通过这块连接板可以用一根连线把某个字母和另一个字母连接起来，这样这个字母的信号在进入转子之前就会转变为另一个字母的信号，这种连线最多可以有六根。

破解密码机加密的密文的关键，就是找出转子的摆放顺序，转子的初始方向，连接线的设置，而德军每天都会对这个密钥做更换。这显然已经超过了个人的能力范围，所以这关的谜题会把密钥告诉你，让你把重心放在搞明白密码机的构造上。

谜题5-1展示了一个简化的密码机原型，只包括一个转子和反射器。

通过分析，我们可以猜想到P→G的路线为，P→P→P→H→H→D→G→G→G。将这个原理应用到解密ZYNDI上时，一定要注意转子会在你敲键前转动。当敲Z时转子已经转动一格，所以路线为Z→A→A→D→D→H→V→V→U，当敲Y时转子已经转动两格，所以路线为Y→A→A→C→C→U→N→N→L，依次类推，明文为ULTRA。

第六个区域的主题是数字加密。计算机使用的是二进制运算，英文字母在计算机内部是用二进制的ASCII码表示的，通过在二进制的基础上使用之前我们学到的种种加密方式，称作数字加密。

比如谜题6-3

将每一列按最上方的数字向下移位，可以得到一个新的矩阵，分别读出每一行ASCII码代表的字母，得到明文为bitwise。

第七个区域是额外挑战区域。这里的12个谜题需要综合运用你目前学到的知识，并且需要你自己去网上查找资料。我粗看过一下，确实难度很大，所以先把这篇文稿完成，如果真的有朋友入了这个游戏，也可以在这里一起交流下思路。

总体而言，作为市面上稀有的一种游戏类型，《Cypher》的受众面是很窄的，但如果你平时就爱玩数独这种逻辑游戏，《Cypher》绝对值得一试。

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