在单表替换加密中，所有的加密方式几乎都有一个共性，那就是明密文一一对应。所以说，一般有以下两种方式来进行破解
在密钥空间较小的情况下，采用暴力破解方式 在密文长度足够长的时候，使用词频分析， http://quipqiup.com/当密钥空间足够大，而密文长度足够短的情况下，破解较为困难。
凯撒密码 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）：
明文字母表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC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根据偏移量的不同，还存在 若干特定的恺撒密码名称 ：
偏移量为 10：Avocat （A→K） 偏移量为 13： ROT13 偏移量为 -5：Cassis （K 6） 偏移量为 -6：Cassette （K 7）此外，还有还有一种基于密钥的凯撒密码 Keyed Caesar。其基本原理是 利用一个密钥，将密钥的每一位转换为数字（一般转化为字母表对应顺序的数字），分别以这一数字为密钥加密明文的每一位字母。
这里以 XMan 一期夏令营分享赛宫保鸡丁队 Crypto 100 为例进行介绍。
密文：s0a6u3u1s0bv1a 密钥：guangtou 偏移：6,20,0,13,6,19,14,20 明文：y0u6u3h1y0uj1u 破解对于不带密钥的凯撒密码来说，其基本的破解方法有两种方式
遍历 26 个偏移量，适用于普遍情况 利用词频分析，适用于密文较长的情况。其中，第一种方式肯定可以得到明文，而第二种方式则不一定可以得到正确的明文。
而对于基于密钥的凯撒密码来说，一般来说必须知道对应的密钥。
工具一般我们有如下的工具，其中JPK比较通用。
JPK，可解带密钥与不带密钥 http://planetcalc.com/1434/ http://www.qqxiuzi.cn/bianma/ROT5-13-18-47.php 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。
Atbash Cipher 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下面给出一个例子：
明文：the quick brown fox jumps over the lazy dog 密文：gsv jfrxp yildm ulc qfnkh levi gsv ozab wlt 破解可以看出其密钥空间足够短，同时当密文足够长时，仍然可以采用词频分析的方法解决。
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。 比如：
明文字母 : abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 密钥字母 : phqgiumeaylnofdxjkrcvstzwba 对应 p，d 对应 h，以此类推。
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/ 仿射密码 原理仿射密码的加密函数是 $E(x)=(ax+b)\pmod m$，其中
$x$ 表示明文按照某种编码得到的数字 $a$ 和 $m$ 互质 $m$ 是编码系统中字母的数目。解密函数是 $D(x)=a^{-1}(x-b)\pmod m$，其中 $a^{-1}$ 是 $a$ 在 $\mathbb{Z}_{m}$ 群的乘法逆元。
下面我们以 $E(x) = (5x + 8) \bmod 26$ 函数为例子进行介绍，加密字符串为 AFFINE CIPHER ，这里我们直接采用字母表26个字母作为编码系统
明文 A F F I N E C I P H E R x 0 5 5 8 13 4 2 8 15 7 4 17 $y=5x+8$ 8 33 33 48 73 28 18 48 83 43 28 93 $y\mod26$ 8 7 7 22 21 2 18 22 5 17 2 15 密文 I H H W V C S W F R C P其对应的加密结果是 IHHWVCSWFRCP 。
对于解密过程，正常解密者具有a与b，可以计算得到 $a^{-1}$ 为 21，所以其解密函数是$D(x)=21(x-8)\pmod {26}$ ，解密如下
密文 I H H W V C S W F R C P $y$ 8 7 7 22 21 2 18 22 5 17 2 15 $x=21(y-8)$ 0 -21 -21 294 273 -126 210 294 -63 189 -126 147 $x\mod26$ 0 5 5 8 13 4 2 8 15 7 4 17 明文 A F F I N E C I P H E R可以看出其特点在于只有 26 个英文字母。
破解首先，我们可以看到的是，仿射密码对于任意两个不同的字母，其最后得到的密文必然不一样，所以其也具有最通用的特点。当密文长度足够长时，我们可以使用频率分析的方法来解决。
其次，我们可以考虑如何攻击该密码。可以看出当$a=1$ 时，仿射加密是凯撒加密。而一般来说，我们利用仿射密码时，其字符集都用的是字母表，一般只有26个字母，而不大于26的与26互素的个数一共有
$$
\phi(26)=\phi(2) \times \phi(13) = 12
$$
算上b的偏移可能，一共有可能的密钥空间大小也就是
$$
12 \times 26 = 312
$$
一般来说，对于该种密码，我们至少得是在已知部分明文的情况下才可以攻击。下面进行简单的分析。
这种密码由两种参数来控制，如果我们知道其中任意一个参数，那我们便可以很容易地快速枚举另外一个参数得到答案。
但是，假设我们已经知道采用的字母集，这里假设为26个字母，我们还有另外一种解密方式，我们只需要知道两个加密后的字母 $y_1,y_2$ 即可进行解密。那么我们还可以知道
$$
y_1=(ax_1+b)\pmod{26} \\
y_2=(ax_2+b)\pmod{26}
$$
两式相减，可得
$$
y_1-y_2=a(x_1-x_2)\pmod{26}
$$
这里 $y_1,y_2$ 已知，如果我们知道密文对应的两个不一样的字符 $x_1$ 与 $x_2$ ，那么我们就可以很容易得到 $a$ ，进而就可以得到 $b$ 了。
例子这里我们以TWCTF 2016 的 super_express为例进行介绍。简单看一下给的源码
import sys key = '****CENSORED***************' flag = 'TWCTF{*******CENSORED********}' if len(key) % 2 == 1: print("Key Length Error") sys.exit(1) n = len(key) / 2 encrypted = '' for c in flag: c = ord(c) for a, b in zip(key[0:n], key[n:2*n]): c = (ord(a) * c + ord(b)) % 251 encrypted += '%02x' % c print encrypted可以发现，虽然对于 flag 中的每个字母都加密了 n 次，如果我们仔细分析的话，我们可以发现
$$
\begin{align*}
c_1&=a_1c+b_1 \\
c_2&=a_2c_1+b_2 \\
&=a_1a_2c+a_2b_1+b_2 \\
&=kc+d
\end{align*}
$$
根据第二行的推导，我们可以得到其实 $c_n$ 也是这样的形式，可以看成 $c_n=xc+y$ ，并且，我们可以知道的是，key 是始终不变化的，所以说，其实这个就是仿射密码。
此外，题目中还给出了密文以及部分部分密文对应的明文，那么我们就很容易利用已知明文攻击的方法来攻击了，利用代码如下
import gmpy key = '****CENSORED****************' flag = 'TWCTF{*******CENSORED********}' f = open('encrypted', 'r') data = f.read().strip('\n') encrypted = [int(data[i:i + 2], 16) for i in range(0, len(data), 2)] plaindelta = ord(flag[1]) - ord(flag[0]) cipherdalte = encrypted[1] - encrypted[0] a = gmpy.invert(plaindelta, 251) * cipherdalte % 251 b = (encrypted[0] - a * ord(flag[0])) % 251 a_inv = gmpy.invert(a, 251) result = "" for c in encrypted: result += chr((c - b) * a_inv % 251) print result结果如下
TWCTF2016-super_express git:(master) python exploit.py TWCTF{Faster_Than_Shinkansen!}
