Started 2015 challenges
[cipher-tools.git] / cipher.py
index 91e64e51e6f6fc403f088dd44b20db11b5f4593a..83700a538cec2cd55f01b390967565e21e7afbd3 100644 (file)
--- a/cipher.py
+++ b/cipher.py
@@ -2,7 +2,7 @@ import string
 import collections
 import math
 from enum import Enum
-from itertools import zip_longest, cycle, chain
+from itertools import zip_longest, cycle, chain, count
 import numpy as np
 from numpy import matrix
 from numpy import linalg
@@ -632,6 +632,93 @@ def railfence_decipher(message, height, fillvalue=''):
     up_rows.reverse()
     return ''.join(c for r in zip_longest(*(down_rows + up_rows), fillvalue='') for c in r)
 
+def make_cadenus_keycolumn(doubled_letters = 'vw', start='a', reverse=False):
+    """Makes the key column for a Cadenus cipher (the column down between the
+        rows of letters)
+
+    >>> make_cadenus_keycolumn()['a']
+    0
+    >>> make_cadenus_keycolumn()['b']
+    1
+    >>> make_cadenus_keycolumn()['c']
+    2
+    >>> make_cadenus_keycolumn()['v']
+    21
+    >>> make_cadenus_keycolumn()['w']
+    21
+    >>> make_cadenus_keycolumn()['z']
+    24
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['a']
+    1
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['b']
+    0
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['c']
+    24
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['i']
+    18
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['j']
+    18
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['v']
+    6
+    >>> make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='ij', start='b', reverse=True)['z']
+    2
+    """
+    index_to_remove = string.ascii_lowercase.find(doubled_letters[0])
+    short_alphabet = string.ascii_lowercase[:index_to_remove] + string.ascii_lowercase[index_to_remove+1:]
+    if reverse:
+        short_alphabet = ''.join(reversed(short_alphabet))
+    start_pos = short_alphabet.find(start)
+    rotated_alphabet = short_alphabet[start_pos:] + short_alphabet[:start_pos]
+    keycolumn = {l: i for i, l in enumerate(rotated_alphabet)}
+    keycolumn[doubled_letters[0]] = keycolumn[doubled_letters[1]]
+    return keycolumn
+
+def cadenus_encipher(message, keyword, keycolumn, fillvalue='a'):
+    """Encipher with the Cadenus cipher
+
+    >>> cadenus_encipher(sanitise('Whoever has made a voyage up the Hudson ' \
+                                  'must remember the Kaatskill mountains. ' \
+                                  'They are a dismembered branch of the great'), \
+                'wink', \
+                make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='vw', start='a', reverse=True))
+    'antodeleeeuhrsidrbhmhdrrhnimefmthgeaetakseomehetyaasuvoyegrastmmuuaeenabbtpchehtarorikswosmvaleatned'
+    >>> cadenus_encipher(sanitise('a severe limitation on the usefulness of ' \
+                                  'the cadenus is that every message must be ' \
+                                  'a multiple of twenty-five letters long'), \
+                'easy', \
+                make_cadenus_keycolumn(doubled_letters='vw', start='a', reverse=True))
+    'systretomtattlusoatleeesfiyheasdfnmschbhneuvsnpmtofarenuseieeieltarlmentieetogevesitfaisltngeeuvowul'
+    """
+    rows = chunks(message, len(message) // 25, fillvalue=fillvalue)
+    columns = zip(*rows)
+    rotated_columns = [col[start:] + col[:start] for start, col in zip([keycolumn[l] for l in keyword], columns)]    
+    rotated_rows = zip(*rotated_columns)
+    transpositions = transpositions_of(keyword)
+    transposed = [transpose(r, transpositions) for r in rotated_rows]
+    return ''.join(chain(*transposed))
+
+def cadenus_decipher(message, keyword, keycolumn, fillvalue='a'):
+    """
+    >>> cadenus_decipher('antodeleeeuhrsidrbhmhdrrhnimefmthgeaetakseomehetyaa' \
+                         'suvoyegrastmmuuaeenabbtpchehtarorikswosmvaleatned', \
+                 'wink', \
+                 make_cadenus_keycolumn(reverse=True))
+    'whoeverhasmadeavoyageupthehudsonmustrememberthekaatskillmountainstheyareadismemberedbranchofthegreat'
+    >>> cadenus_decipher('systretomtattlusoatleeesfiyheasdfnmschbhneuvsnpmtof' \
+                        'arenuseieeieltarlmentieetogevesitfaisltngeeuvowul', \
+                 'easy', \
+                 make_cadenus_keycolumn(reverse=True))
+    'aseverelimitationontheusefulnessofthecadenusisthateverymessagemustbeamultipleoftwentyfiveletterslong'
+    """
+    rows = chunks(message, len(message) // 25, fillvalue=fillvalue)
+    transpositions = transpositions_of(keyword)
+    untransposed_rows = [untranspose(r, transpositions) for r in rows]
+    columns = zip(*untransposed_rows)
+    rotated_columns = [col[-start:] + col[:-start] for start, col in zip([keycolumn[l] for l in keyword], columns)]    
+    rotated_rows = zip(*rotated_columns)
+    # return rotated_columns
+    return ''.join(chain(*rotated_rows))
+
 
 def hill_encipher(matrix, message_letters, fillvalue='a'):
     """Hill cipher
@@ -671,6 +758,111 @@ def hill_decipher(matrix, message, fillvalue='a'):
     return hill_encipher(inverse_matrix, message, fillvalue)          
 
 
+# Where each piece of text ends up in the AMSCO transpositon cipher.
+# 'index' shows where the slice appears in the plaintext, with the slice
+# from 'start' to 'end'
+AmscoSlice = collections.namedtuple('AmscoSlice', ['index', 'start', 'end'])
+
+def amsco_transposition_positions(message, keyword, 
+      fillpattern=(1, 2),
+      fillcolumnwise=False,
+      emptycolumnwise=True):
+    """Creates the grid for the AMSCO transposition cipher. Each element in the
+    grid shows the index of that slice and the start and end positions of the
+    plaintext that go to make it up.
+
+    >>> amsco_transposition_positions(string.ascii_lowercase, 'freddy', \
+        fillpattern=(1, 2)) # doctest:  +NORMALIZE_WHITESPACE
+    [[AmscoSlice(index=3, start=4, end=6),
+     AmscoSlice(index=2, start=3, end=4),
+     AmscoSlice(index=0, start=0, end=1),
+     AmscoSlice(index=1, start=1, end=3),
+     AmscoSlice(index=4, start=6, end=7)],
+    [AmscoSlice(index=8, start=12, end=13),
+     AmscoSlice(index=7, start=10, end=12),
+     AmscoSlice(index=5, start=7, end=9),
+     AmscoSlice(index=6, start=9, end=10),
+     AmscoSlice(index=9, start=13, end=15)],
+    [AmscoSlice(index=13, start=19, end=21),
+     AmscoSlice(index=12, start=18, end=19),
+     AmscoSlice(index=10, start=15, end=16),
+     AmscoSlice(index=11, start=16, end=18),
+     AmscoSlice(index=14, start=21, end=22)],
+    [AmscoSlice(index=18, start=27, end=28),
+     AmscoSlice(index=17, start=25, end=27),
+     AmscoSlice(index=15, start=22, end=24),
+     AmscoSlice(index=16, start=24, end=25),
+     AmscoSlice(index=19, start=28, end=30)]]
+    """
+    transpositions = transpositions_of(keyword)
+    fill_iterator = cycle(fillpattern)
+    indices = count()
+    message_length = len(message)
+
+    current_position = 0
+    grid = []
+    while current_position < message_length:
+        row = []
+        for _ in range(len(transpositions)):
+            index = next(indices)
+            gap = next(fill_iterator)
+            row += [AmscoSlice(index, current_position, current_position + gap)]
+            current_position += gap
+        grid += [row]
+    return [transpose(r, transpositions) for r in grid]
+
+def amsco_transposition_encipher(message, keyword, fillpattern=(1,2)):
+    """AMSCO transposition encipher.
+
+    >>> amsco_transposition_encipher('hellothere', 'abc', fillpattern=(1, 2))
+    'hoteelhler'
+    >>> amsco_transposition_encipher('hellothere', 'abc', fillpattern=(2, 1))
+    'hetelhelor'
+    >>> amsco_transposition_encipher('hellothere', 'acb', fillpattern=(1, 2))
+    'hotelerelh'
+    >>> amsco_transposition_encipher('hellothere', 'acb', fillpattern=(2, 1))
+    'hetelorlhe'
+    >>> amsco_transposition_encipher('hereissometexttoencipher', 'cipher', fillpattern=(1, 2))
+    'hecsoisttererteipexhomen'
+    >>> amsco_transposition_encipher('hereissometexttoencipher', 'cipher', fillpattern=(2, 1))
+    'heetcisooestrrepeixthemn'
+    >>> amsco_transposition_encipher('hereissometexttoencipher', 'cipher', fillpattern=(1, 3, 2))
+    'hxomeiphscerettoisenteer'
+    """
+    grid = amsco_transposition_positions(message, keyword, fillpattern=fillpattern)
+    ct_as_grid = [[message[s.start:s.end] for s in r] for r in grid]
+    return combine_every_nth(ct_as_grid)
+
+
+def amsco_transposition_decipher(message, keyword, fillpattern=(1,2)):
+    """AMSCO transposition decipher
+
+    >>> amsco_transposition_decipher('hoteelhler', 'abc', fillpattern=(1, 2))
+    'hellothere'
+    >>> amsco_transposition_decipher('hetelhelor', 'abc', fillpattern=(2, 1))
+    'hellothere'
+    >>> amsco_transposition_decipher('hotelerelh', 'acb', fillpattern=(1, 2))
+    'hellothere'
+    >>> amsco_transposition_decipher('hetelorlhe', 'acb', fillpattern=(2, 1))
+    'hellothere'
+    >>> amsco_transposition_decipher('hecsoisttererteipexhomen', 'cipher', fillpattern=(1, 2))
+    'hereissometexttoencipher'
+    >>> amsco_transposition_decipher('heetcisooestrrepeixthemn', 'cipher', fillpattern=(2, 1))
+    'hereissometexttoencipher'
+    >>> amsco_transposition_decipher('hxomeiphscerettoisenteer', 'cipher', fillpattern=(1, 3, 2))
+    'hereissometexttoencipher'
+    """
+
+    grid = amsco_transposition_positions(message, keyword, fillpattern=fillpattern)
+    transposed_sections = [s for c in [l for l in zip(*grid)] for s in c]
+    plaintext_list = [''] * len(transposed_sections)
+    current_pos = 0
+    for slice in transposed_sections:
+        plaintext_list[slice.index] = message[current_pos:current_pos-slice.start+slice.end][:len(message[slice.start:slice.end])]
+        current_pos += len(message[slice.start:slice.end])
+    return ''.join(plaintext_list)
+
+
 class PocketEnigma(object):
     """A pocket enigma machine
     The wheel is internally represented as a 26-element list self.wheel_map,