Merge branch 'columns' into neil
[cipher-tools.git] / cipher.py
index 0adfe904b6b388d069bf14231faa8e440fb67f7e..ba4a73f7f39ab8d712b9ba9e52d49e269e1999ed 100644 (file)
--- a/cipher.py
+++ b/cipher.py
@@ -2,19 +2,48 @@ import string
 import collections
 import norms
 import logging
+import math
+from itertools import zip_longest, repeat
+from segment import segment
+from multiprocessing import Pool
+
+# To time a run:
+#
+# import timeit
+# c5a = open('2012/5a.ciphertext', 'r').read()
+# timeit.timeit('keyword_break(c5a)', setup='gc.enable() ; from __main__ import c5a ; from cipher import keyword_break', number=1)
+# timeit.repeat('keyword_break_mp(c5a, chunksize=500)', setup='gc.enable() ; from __main__ import c5a ; from cipher import keyword_break_mp', repeat=5, number=1
 
 logger = logging.getLogger(__name__)
 logger.addHandler(logging.FileHandler('cipher.log'))
 logger.setLevel(logging.WARNING)
 #logger.setLevel(logging.INFO)
+#logger.setLevel(logging.DEBUG)
 
 english_counts = collections.defaultdict(int)
 with open('count_1l.txt', 'r') as f:
     for line in f:
         (letter, count) = line.split("\t")
         english_counts[letter] = int(count)
-normalised_english_counts = norms.normalise(english_counts)        
+normalised_english_counts = norms.normalise(english_counts)
+
+english_bigram_counts = collections.defaultdict(int)
+with open('count_2l.txt', 'r') as f:
+    for line in f:
+        (bigram, count) = line.split("\t")
+        english_bigram_counts[bigram] = int(count)
+normalised_english_bigram_counts = norms.normalise(english_bigram_counts)
+
+english_trigram_counts = collections.defaultdict(int)
+with open('count_3l.txt', 'r') as f:
+    for line in f:
+        (trigram, count) = line.split("\t")
+        english_trigram_counts[trigram] = int(count)
+normalised_english_trigram_counts = norms.normalise(english_trigram_counts)
+
 
+with open('words.txt', 'r') as f:
+    keywords = [line.rstrip() for line in f]
 
 modular_division_table = [[0]*26 for x in range(26)]
 for a in range(26):
@@ -22,13 +51,14 @@ for a in range(26):
         c = (a * b) % 26
         modular_division_table[b][c] = a
 
-modular_division_table_one_based = [[0]*27 for x in range(27)]
-for a in range(27):
-    for b in range(27):
-        c = ((a * b)-1) % 26 + 1
-        modular_division_table_one_based[b][c] = a
-
-
+def letters(text):
+    """Remove all non-alphabetic characters from a text
+    >>> letters('The Quick')
+    'TheQuick'
+    >>> letters('The Quick BROWN fox jumped! over... the (9lazy) DOG')
+    'TheQuickBROWNfoxjumpedoverthelazyDOG'
+    """
+    return ''.join([c for c in text if c in string.ascii_letters])
 
 def sanitise(text):
     """Remove all non-alphabetic characters and convert the text to lowercase
@@ -38,35 +68,121 @@ def sanitise(text):
     >>> sanitise('The Quick BROWN fox jumped! over... the (9lazy) DOG')
     'thequickbrownfoxjumpedoverthelazydog'
     """
-    sanitised = [c.lower() for c in text if c in string.ascii_letters]
-    return ''.join(sanitised)
+    # sanitised = [c.lower() for c in text if c in string.ascii_letters]
+    # return ''.join(sanitised)
+    return letters(text).lower()
 
 def ngrams(text, n):
     """Returns all n-grams of a text
     
-    >>> ngrams(sanitise('the quick brown fox'), 2)
-    [('t', 'h'), ('h', 'e'), ('e', 'q'), ('q', 'u'), ('u', 'i'), ('i', 'c'), ('c', 'k'), ('k', 'b'), ('b', 'r'), ('r', 'o'), ('o', 'w'), ('w', 'n'), ('n', 'f'), ('f', 'o'), ('o', 'x')]
-    >>> ngrams(sanitise('the quick brown fox'), 4)
-    [('t', 'h', 'e', 'q'), ('h', 'e', 'q', 'u'), ('e', 'q', 'u', 'i'), ('q', 'u', 'i', 'c'), ('u', 'i', 'c', 'k'), ('i', 'c', 'k', 'b'), ('c', 'k', 'b', 'r'), ('k', 'b', 'r', 'o'), ('b', 'r', 'o', 'w'), ('r', 'o', 'w', 'n'), ('o', 'w', 'n', 'f'), ('w', 'n', 'f', 'o'), ('n', 'f', 'o', 'x')]
+    >>> ngrams(sanitise('the quick brown fox'), 2) # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
+    ['th', 'he', 'eq', 'qu', 'ui', 'ic', 'ck', 'kb', 'br', 'ro', 'ow', 'wn', 
+     'nf', 'fo', 'ox']
+    >>> ngrams(sanitise('the quick brown fox'), 4) # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
+    ['theq', 'hequ', 'equi', 'quic', 'uick', 'ickb', 'ckbr', 'kbro', 'brow', 
+     'rown', 'ownf', 'wnfo', 'nfox']
+    """
+    return [text[i:i+n] for i in range(len(text)-n+1)]
+
+def every_nth(text, n, fillvalue=''):
+    """Returns n strings, each of which consists of every nth character, 
+    starting with the 0th, 1st, 2nd, ... (n-1)th character
+    
+    >>> every_nth(string.ascii_lowercase, 5)
+    ['afkpuz', 'bglqv', 'chmrw', 'dinsx', 'ejoty']
+    >>> every_nth(string.ascii_lowercase, 1)
+    ['abcdefghijklmnopqrstuvwxyz']
+    >>> every_nth(string.ascii_lowercase, 26) # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
+    ['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']
+    >>> every_nth(string.ascii_lowercase, 5, fillvalue='!')
+    ['afkpuz', 'bglqv!', 'chmrw!', 'dinsx!', 'ejoty!']
+    """
+    split_text = [text[i:i+n] for i in range(0, len(text), n)]
+    return [''.join(l) for l in zip_longest(*split_text, fillvalue=fillvalue)]
+
+def combine_every_nth(split_text):
+    """Reforms a text split into every_nth strings
+    
+    >>> combine_every_nth(every_nth(string.ascii_lowercase, 5))
+    'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
+    >>> combine_every_nth(every_nth(string.ascii_lowercase, 1))
+    'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
+    >>> combine_every_nth(every_nth(string.ascii_lowercase, 26))
+    'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
     """
-    return [tuple(text[i:i+n]) for i in range(len(text)-n+1)]
+    return ''.join([''.join(l) 
+                    for l in zip_longest(*split_text, fillvalue='')])
+
+def transpose(items, transposition):
+    """Moves items around according to the given transposition
+    
+    >>> transpose(['a', 'b', 'c', 'd'], [0,1,2,3])
+    ['a', 'b', 'c', 'd']
+    >>> transpose(['a', 'b', 'c', 'd'], [3,1,2,0])
+    ['d', 'b', 'c', 'a']
+    >>> transpose([10,11,12,13,14,15], [3,2,4,1,5,0])  
+    [13, 12, 14, 11, 15, 10]
+    """
+    transposed = list(repeat('', len(transposition)))
+    for p, t in enumerate(transposition):
+       transposed[p] = items[t]
+    return transposed
+
+def untranspose(items, transposition):
+    """Undoes a transpose
+    
+    >>> untranspose(['a', 'b', 'c', 'd'], [0,1,2,3])
+    ['a', 'b', 'c', 'd']
+    >>> untranspose(['d', 'b', 'c', 'a'], [3,1,2,0])
+    ['a', 'b', 'c', 'd']
+    >>> untranspose([13, 12, 14, 11, 15, 10], [3,2,4,1,5,0])
+    [10, 11, 12, 13, 14, 15]
+    """
+    transposed  = list(repeat('', len(transposition)))
+    for p, t in enumerate(transposition):
+       transposed[t] = items[p]
+    return transposed
+
 
-def letter_frequencies(text):
+def frequencies(text):
     """Count the number of occurrences of each character in text
     
-    >>> sorted(letter_frequencies('abcdefabc').items())
+    >>> sorted(frequencies('abcdefabc').items())
     [('a', 2), ('b', 2), ('c', 2), ('d', 1), ('e', 1), ('f', 1)]
-    >>> sorted(letter_frequencies('the quick brown fox jumped over the lazy dog').items())
-    [(' ', 8), ('a', 1), ('b', 1), ('c', 1), ('d', 2), ('e', 4), ('f', 1), ('g', 1), ('h', 2), ('i', 1), ('j', 1), ('k', 1), ('l', 1), ('m', 1), ('n', 1), ('o', 4), ('p', 1), ('q', 1), ('r', 2), ('t', 2), ('u', 2), ('v', 1), ('w', 1), ('x', 1), ('y', 1), ('z', 1)]
-    >>> sorted(letter_frequencies('The Quick BROWN fox jumped! over... the (9lazy) DOG').items())
-    [(' ', 8), ('!', 1), ('(', 1), (')', 1), ('.', 3), ('9', 1), ('B', 1), ('D', 1), ('G', 1), ('N', 1), ('O', 2), ('Q', 1), ('R', 1), ('T', 1), ('W', 1), ('a', 1), ('c', 1), ('d', 1), ('e', 4), ('f', 1), ('h', 2), ('i', 1), ('j', 1), ('k', 1), ('l', 1), ('m', 1), ('o', 2), ('p', 1), ('r', 1), ('t', 1), ('u', 2), ('v', 1), ('x', 1), ('y', 1), ('z', 1)]
-    >>> sorted(letter_frequencies(sanitise('The Quick BROWN fox jumped! over... the (9lazy) DOG')).items())
-    [('a', 1), ('b', 1), ('c', 1), ('d', 2), ('e', 4), ('f', 1), ('g', 1), ('h', 2), ('i', 1), ('j', 1), ('k', 1), ('l', 1), ('m', 1), ('n', 1), ('o', 4), ('p', 1), ('q', 1), ('r', 2), ('t', 2), ('u', 2), ('v', 1), ('w', 1), ('x', 1), ('y', 1), ('z', 1)]
-    """
-    counts = collections.defaultdict(int)
-    for c in text: 
-        counts[c] += 1
-    return counts
+    >>> sorted(frequencies('the quick brown fox jumped over the lazy ' \
+         'dog').items()) # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
+    [(' ', 8), ('a', 1), ('b', 1), ('c', 1), ('d', 2), ('e', 4), ('f', 1), 
+     ('g', 1), ('h', 2), ('i', 1), ('j', 1), ('k', 1), ('l', 1), ('m', 1), 
+     ('n', 1), ('o', 4), ('p', 1), ('q', 1), ('r', 2), ('t', 2), ('u', 2), 
+     ('v', 1), ('w', 1), ('x', 1), ('y', 1), ('z', 1)]
+    >>> sorted(frequencies('The Quick BROWN fox jumped! over... the ' \
+         '(9lazy) DOG').items()) # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
+    [(' ', 8), ('!', 1), ('(', 1), (')', 1), ('.', 3), ('9', 1), ('B', 1), 
+     ('D', 1), ('G', 1), ('N', 1), ('O', 2), ('Q', 1), ('R', 1), ('T', 1), 
+     ('W', 1), ('a', 1), ('c', 1), ('d', 1), ('e', 4), ('f', 1), ('h', 2), 
+     ('i', 1), ('j', 1), ('k', 1), ('l', 1), ('m', 1), ('o', 2), ('p', 1), 
+     ('r', 1), ('t', 1), ('u', 2), ('v', 1), ('x', 1), ('y', 1), ('z', 1)]
+    >>> sorted(frequencies(sanitise('The Quick BROWN fox jumped! over... ' \
+         'the (9lazy) DOG')).items()) # doctest: +NORMALIZE_WHITESPACE
+    [('a', 1), ('b', 1), ('c', 1), ('d', 2), ('e', 4), ('f', 1), ('g', 1), 
+     ('h', 2), ('i', 1), ('j', 1), ('k', 1), ('l', 1), ('m', 1), ('n', 1), 
+     ('o', 4), ('p', 1), ('q', 1), ('r', 2), ('t', 2), ('u', 2), ('v', 1), 
+     ('w', 1), ('x', 1), ('y', 1), ('z', 1)]
+    >>> frequencies('abcdefabcdef')['x']
+    0
+    """
+    #counts = collections.defaultdict(int)
+    #for c in text: 
+    #    counts[c] += 1
+    #return counts
+    return collections.Counter(c for c in text)
+letter_frequencies = frequencies
+
+def deduplicate(text):
+    return list(collections.OrderedDict.fromkeys(text))
+
+
 
 def caesar_encipher_letter(letter, shift):
     """Encipher a letter, given a shift amount
@@ -93,7 +209,8 @@ def caesar_encipher_letter(letter, shift):
             alphabet_start = ord('A')
         else:
             alphabet_start = ord('a')
-        return chr(((ord(letter) - alphabet_start + shift) % 26) + alphabet_start)
+        return chr(((ord(letter) - alphabet_start + shift) % 26) + 
+                   alphabet_start)
     else:
         return letter
 
@@ -137,9 +254,11 @@ def caesar_decipher(message, shift):
 def affine_encipher_letter(letter, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
     """Encipher a letter, given a multiplier and adder
     
-    >>> ''.join([affine_encipher_letter(l, 3, 5, True) for l in string.ascii_uppercase])
+    >>> ''.join([affine_encipher_letter(l, 3, 5, True) \
+            for l in string.ascii_uppercase])
     'HKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE'
-    >>> ''.join([affine_encipher_letter(l, 3, 5, False) for l in string.ascii_uppercase])
+    >>> ''.join([affine_encipher_letter(l, 3, 5, False) \
+            for l in string.ascii_uppercase])
     'FILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC'
     """
     if letter in string.ascii_letters:
@@ -149,22 +268,20 @@ def affine_encipher_letter(letter, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
             alphabet_start = ord('a')
         letter_number = ord(letter) - alphabet_start
         if one_based: letter_number += 1
-        raw_cipher_number = (letter_number * multiplier + adder)
-        cipher_number = 0
-        if one_based: 
-            cipher_number = (raw_cipher_number - 1) % 26
-        else:
-            cipher_number = raw_cipher_number % 26        
-        return chr(cipher_number + alphabet_start)
+        cipher_number = (letter_number * multiplier + adder) % 26
+        if one_based: cipher_number -= 1
+        return chr(cipher_number % 26 + alphabet_start)
     else:
         return letter
 
 def affine_decipher_letter(letter, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
     """Encipher a letter, given a multiplier and adder
     
-    >>> ''.join([affine_decipher_letter(l, 3, 5, True) for l in 'HKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE'])
+    >>> ''.join([affine_decipher_letter(l, 3, 5, True) \
+            for l in 'HKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE'])
     'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
-    >>> ''.join([affine_decipher_letter(l, 3, 5, False) for l in 'FILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC'])
+    >>> ''.join([affine_decipher_letter(l, 3, 5, False) \
+            for l in 'FILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC'])
     'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
     """
     if letter in string.ascii_letters:
@@ -174,65 +291,259 @@ def affine_decipher_letter(letter, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
             alphabet_start = ord('a')
         cipher_number = ord(letter) - alphabet_start
         if one_based: cipher_number += 1
-        plaintext_number = 0
-        if one_based:
-            plaintext_number = (modular_division_table_one_based[multiplier][(cipher_number - adder + 26) % 26] - 1) % 26
-        else:
-            #plaintext_number = (modular_division_table[multiplier][cipher_number] - adder) % 26
-            plaintext_number = modular_division_table[multiplier][(cipher_number - adder + 26) % 26]            
-        return chr(plaintext_number + alphabet_start)
+        plaintext_number = ( modular_division_table[multiplier]
+                                                   [(cipher_number - adder) % 26] )
+        if one_based: plaintext_number -= 1
+        return chr(plaintext_number % 26 + alphabet_start) 
     else:
         return letter
 
 def affine_encipher(message, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
     """Encipher a message
     
-    >>> affine_encipher('hours passed during which jerico tried every trick he could think of', 15, 22, True)
+    >>> affine_encipher('hours passed during which jerico tried every ' \
+           'trick he could think of', 15, 22, True)
     'lmyfu bkuusd dyfaxw claol psfaom jfasd snsfg jfaoe ls omytd jlaxe mh'
     """
-    
-    enciphered = [affine_encipher_letter(l, multiplier, adder, one_based) for l in message]
+    enciphered = [affine_encipher_letter(l, multiplier, adder, one_based) 
+                  for l in message]
     return ''.join(enciphered)
 
 def affine_decipher(message, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
     """Decipher a message
     
-    >>> affine_decipher('lmyfu bkuusd dyfaxw claol psfaom jfasd snsfg jfaoe ls omytd jlaxe mh', 15, 22, True)
+    >>> affine_decipher('lmyfu bkuusd dyfaxw claol psfaom jfasd snsfg ' \
+           'jfaoe ls omytd jlaxe mh', 15, 22, True)
     'hours passed during which jerico tried every trick he could think of'
     """
-    enciphered = [affine_decipher_letter(l, multiplier, adder, one_based) for l in message]
+    enciphered = [affine_decipher_letter(l, multiplier, adder, one_based) 
+                  for l in message]
     return ''.join(enciphered)
 
 
-def caesar_break(message, metric=norms.euclidean_distance, target_frequencies=normalised_english_counts, message_frequency_scaling=norms.normalise):
+def keyword_cipher_alphabet_of(keyword, wrap_alphabet=0):
+    """Find the cipher alphabet given a keyword.
+    wrap_alphabet controls how the rest of the alphabet is added
+    after the keyword.
+    0 : from 'a'
+    1 : from the last letter in the sanitised keyword
+    2 : from the largest letter in the sanitised keyword
+
+    >>> keyword_cipher_alphabet_of('bayes')
+    'bayescdfghijklmnopqrtuvwxz'
+    >>> keyword_cipher_alphabet_of('bayes', 0)
+    'bayescdfghijklmnopqrtuvwxz'
+    >>> keyword_cipher_alphabet_of('bayes', 1)
+    'bayestuvwxzcdfghijklmnopqr'
+    >>> keyword_cipher_alphabet_of('bayes', 2)
+    'bayeszcdfghijklmnopqrtuvwx'
+    """
+    if wrap_alphabet == 0:
+        cipher_alphabet = ''.join(deduplicate(sanitise(keyword) + 
+                                              string.ascii_lowercase))
+    else:
+        if wrap_alphabet == 1:
+            last_keyword_letter = deduplicate(sanitise(keyword))[-1]
+        else:
+            last_keyword_letter = sorted(sanitise(keyword))[-1]
+        last_keyword_position = string.ascii_lowercase.find(
+            last_keyword_letter) + 1
+        cipher_alphabet = ''.join(
+            deduplicate(sanitise(keyword) + 
+                        string.ascii_lowercase[last_keyword_position:] + 
+                        string.ascii_lowercase))
+    return cipher_alphabet
+
+
+def keyword_encipher(message, keyword, wrap_alphabet=0):
+    """Enciphers a message with a keyword substitution cipher.
+    wrap_alphabet controls how the rest of the alphabet is added
+    after the keyword.
+    0 : from 'a'
+    1 : from the last letter in the sanitised keyword
+    2 : from the largest letter in the sanitised keyword
+
+    >>> keyword_encipher('test message', 'bayes')
+    'rsqr ksqqbds'
+    >>> keyword_encipher('test message', 'bayes', 0)
+    'rsqr ksqqbds'
+    >>> keyword_encipher('test message', 'bayes', 1)
+    'lskl dskkbus'
+    >>> keyword_encipher('test message', 'bayes', 2)
+    'qspq jsppbcs'
+    """
+    cipher_alphabet = keyword_cipher_alphabet_of(keyword, wrap_alphabet)
+    cipher_translation = ''.maketrans(string.ascii_lowercase, cipher_alphabet)
+    return message.lower().translate(cipher_translation)
+
+def keyword_decipher(message, keyword, wrap_alphabet=0):
+    """Deciphers a message with a keyword substitution cipher.
+    wrap_alphabet controls how the rest of the alphabet is added
+    after the keyword.
+    0 : from 'a'
+    1 : from the last letter in the sanitised keyword
+    2 : from the largest letter in the sanitised keyword
+    
+    >>> keyword_decipher('rsqr ksqqbds', 'bayes')
+    'test message'
+    >>> keyword_decipher('rsqr ksqqbds', 'bayes', 0)
+    'test message'
+    >>> keyword_decipher('lskl dskkbus', 'bayes', 1)
+    'test message'
+    >>> keyword_decipher('qspq jsppbcs', 'bayes', 2)                                                                                            
+    'test message'
+    """
+    cipher_alphabet = keyword_cipher_alphabet_of(keyword, wrap_alphabet)
+    cipher_translation = ''.maketrans(cipher_alphabet, string.ascii_lowercase)
+    return message.lower().translate(cipher_translation)
+
+def scytale_encipher(message, rows):
+    """Enciphers using the scytale transposition cipher.
+    Message is padded with spaces to allow all rows to be the same length.
+
+    >>> scytale_encipher('thequickbrownfox', 3)
+    'tcnhkfeboqrxuo iw '
+    >>> scytale_encipher('thequickbrownfox', 4)
+    'tubnhirfecooqkwx'
+    >>> scytale_encipher('thequickbrownfox', 5)
+    'tubn hirf ecoo qkwx '
+    >>> scytale_encipher('thequickbrownfox', 6)
+    'tqcrnxhukof eibwo '
+    >>> scytale_encipher('thequickbrownfox', 7)
+    'tqcrnx hukof  eibwo  '
+    """
+    if len(message) % rows != 0:
+        message += ' '*(rows - len(message) % rows)
+    row_length = round(len(message) / rows)
+    slices = [message[i:i+row_length] 
+              for i in range(0, len(message), row_length)]
+    return ''.join([''.join(r) for r in zip_longest(*slices, fillvalue='')])
+
+def scytale_decipher(message, rows):
+    """Deciphers using the scytale transposition cipher.
+    Assumes the message is padded so that all rows are the same length.
+    
+    >>> scytale_decipher('tcnhkfeboqrxuo iw ', 3)
+    'thequickbrownfox  '
+    >>> scytale_decipher('tubnhirfecooqkwx', 4)
+    'thequickbrownfox'
+    >>> scytale_decipher('tubn hirf ecoo qkwx ', 5)
+    'thequickbrownfox    '
+    >>> scytale_decipher('tqcrnxhukof eibwo ', 6)
+    'thequickbrownfox  '
+    >>> scytale_decipher('tqcrnx hukof  eibwo  ', 7)
+    'thequickbrownfox     '
+    """
+    cols = round(len(message) / rows)
+    columns = [message[i:i+rows] for i in range(0, cols * rows, rows)]
+    return ''.join([''.join(c) for c in zip_longest(*columns, fillvalue='')])
+
+
+def transpositions_of(keyword):
+    """Finds the transpostions given by a keyword. For instance, the keyword
+    'clever' rearranges to 'celrv', so the first column (0) stays first, the
+    second column (1) moves to third, the third column (2) moves to second, 
+    and so on.
+
+    >>> transpositions_of('clever')
+    [0, 2, 1, 4, 3]
+    """
+    key = deduplicate(keyword)
+    transpositions = [key.index(l) for l in sorted(key)]
+    return transpositions
+
+def column_transposition_encipher(message, keyword, fillvalue=' '):
+    """Enciphers using the column transposition cipher.
+    Message is padded to allow all rows to be the same length.
+
+    >>> column_transposition_encipher('hellothere', 'clever')
+    'hleolteher'
+    >>> column_transposition_encipher('hellothere', 'cleverly', fillvalue='!')
+    'hleolthre!e!'
+    """
+    return column_transposition_worker(message, keyword, encipher=True, 
+                                       fillvalue=fillvalue)
+
+def column_transposition_decipher(message, keyword, fillvalue=' '):
+    """Deciphers using the column transposition cipher.
+    Message is padded to allow all rows to be the same length.
+
+    >>> column_transposition_decipher('hleolteher', 'clever')
+    'hellothere'
+    >>> column_transposition_decipher('hleolthre!e!', 'cleverly', fillvalue='?')
+    'hellothere!!'
+    """
+    return column_transposition_worker(message, keyword, encipher=False, 
+                                       fillvalue=fillvalue)
+
+def column_transposition_worker(message, keyword, 
+                                encipher=True, fillvalue=' '):
+    """Does the actual work of the column transposition cipher.
+    Message is padded with spaces to allow all rows to be the same length.
+
+    >>> column_transposition_worker('hellothere', 'clever')
+    'hleolteher'
+    >>> column_transposition_worker('hellothere', 'clever', encipher=True)
+    'hleolteher'
+    >>> column_transposition_worker('hleolteher', 'clever', encipher=False)
+    'hellothere'
+    """
+    transpositions = transpositions_of(keyword)
+    columns = every_nth(message, len(transpositions), fillvalue=fillvalue)
+    if encipher:
+        transposed_columns = transpose(columns, transpositions)
+    else:
+        transposed_columns = untranspose(columns, transpositions)
+    return combine_every_nth(transposed_columns)
+
+
+
+def caesar_break(message, 
+                 metric=norms.euclidean_distance, 
+                 target_counts=normalised_english_counts, 
+                 message_frequency_scaling=norms.normalise):
     """Breaks a Caesar cipher using frequency analysis
     
-    >>> caesar_break('ibxcsyorsaqcheyklxivoexlevmrimwxsfiqevvmihrsasrxliwyrhecjsppsamrkwleppfmergefifvmhixscsymjcsyqeoixlm')
-    (4, 0.3186395289018361)
-    >>> caesar_break('wxwmaxdgheetgwuxztgptedbgznitgwwhpguxyhkxbmhvvtlbhgteeraxlmhiixweblmxgxwmhmaxybkbgztgwztsxwbgmxgmert')
-    (19, 0.4215290123583277)
-    >>> caesar_break('yltbbqnqnzvguvaxurorgenafsbezqvagbnornfgsbevpnaabjurersvaquvzyvxrnznazlybequrvfohgriraabjtbaruraprur')
-    (13, 0.31602920807545154)
+    >>> caesar_break('ibxcsyorsaqcheyklxivoexlevmrimwxsfiqevvmihrsasrxliwyrh' \
+          'ecjsppsamrkwleppfmergefifvmhixscsymjcsyqeoixlm') # doctest: +ELLIPSIS
+    (4, 0.31863952890183...)
+    >>> caesar_break('wxwmaxdgheetgwuxztgptedbgznitgwwhpguxyhkxbmhvvtlbhgtee' \
+          'raxlmhiixweblmxgxwmhmaxybkbgztgwztsxwbgmxgmert') # doctest: +ELLIPSIS
+    (19, 0.42152901235832...)
+    >>> caesar_break('yltbbqnqnzvguvaxurorgenafsbezqvagbnornfgsbevpnaabjurer' \
+          'svaquvzyvxrnznazlybequrvfohgriraabjtbaruraprur') # doctest: +ELLIPSIS
+    (13, 0.316029208075451...)
     """
     sanitised_message = sanitise(message)
     best_shift = 0
     best_fit = float("inf")
     for shift in range(26):
         plaintext = caesar_decipher(sanitised_message, shift)
-        frequencies = message_frequency_scaling(letter_frequencies(plaintext))
-        fit = metric(target_frequencies, frequencies)
-        logger.info('Caesar break attempt using key {0} gives fit of {1} and decrypt starting: {2}'.format(shift, fit, plaintext[:50]))
+        counts = message_frequency_scaling(letter_frequencies(plaintext))
+        fit = metric(target_counts, counts)
+        logger.debug('Caesar break attempt using key {0} gives fit of {1} '
+                      'and decrypt starting: {2}'.format(shift, fit, plaintext[:50]))
         if fit < best_fit:
             best_fit = fit
             best_shift = shift
-    logger.info('Caesar break best fit: key {0} gives fit of {1} and decrypt starting: {2}'.format(best_shift, best_fit, caesar_decipher(sanitised_message, best_shift)[:50]))
+    logger.info('Caesar break best fit: key {0} gives fit of {1} and '
+                'decrypt starting: {2}'.format(best_shift, best_fit, 
+                    caesar_decipher(sanitised_message, best_shift)[:50]))
     return best_shift, best_fit
 
-def affine_break(message, metric=norms.euclidean_distance, target_frequencies=normalised_english_counts, message_frequency_scaling=norms.normalise):
+def affine_break(message, 
+                 metric=norms.euclidean_distance, 
+                 target_counts=normalised_english_counts, 
+                 message_frequency_scaling=norms.normalise):
     """Breaks an affine cipher using frequency analysis
     
-    >>> affine_break('lmyfu bkuusd dyfaxw claol psfaom jfasd snsfg jfaoe ls omytd jlaxe mh jm bfmibj umis hfsul axubafkjamx. ls kffkxwsd jls ofgbjmwfkiu olfmxmtmwaokttg jlsx ls kffkxwsd jlsi zg tsxwjl. jlsx ls umfjsd jlsi zg hfsqysxog. ls dmmdtsd mx jls bats mh bkbsf. ls bfmctsd kfmyxd jls lyj, mztanamyu xmc jm clm cku tmmeaxw kj lai kxd clm ckuxj.')
-    ((15, 22, True), 0.2357036181865554)
+    >>> affine_break('lmyfu bkuusd dyfaxw claol psfaom jfasd snsfg jfaoe ls ' \
+          'omytd jlaxe mh jm bfmibj umis hfsul axubafkjamx. ls kffkxwsd jls ' \
+          'ofgbjmwfkiu olfmxmtmwaokttg jlsx ls kffkxwsd jlsi zg tsxwjl. jlsx ' \
+          'ls umfjsd jlsi zg hfsqysxog. ls dmmdtsd mx jls bats mh bkbsf. ls ' \
+          'bfmctsd kfmyxd jls lyj, mztanamyu xmc jm clm cku tmmeaxw kj lai kxd ' \
+          'clm ckuxj.') # doctest: +ELLIPSIS
+    ((15, 22, True), 0.23570361818655...)
     """
     sanitised_message = sanitise(message)
     best_multiplier = 0
@@ -242,18 +553,217 @@ def affine_break(message, metric=norms.euclidean_distance, target_frequencies=no
     for one_based in [True, False]:
         for multiplier in range(1, 26, 2):
             for adder in range(26):
-                plaintext = affine_decipher(sanitised_message, multiplier, adder, one_based)
-                frequencies = message_frequency_scaling(letter_frequencies(plaintext))
-                fit = metric(target_frequencies, frequencies)
-                logger.info('Affine break attempt using key {0}x+{1} ({2}) gives fit of {3} and decrypt starting: {4}'.format(multiplier, adder, one_based, fit, plaintext[:50]))
+                plaintext = affine_decipher(sanitised_message, 
+                                            multiplier, adder, one_based)
+                counts = message_frequency_scaling(letter_frequencies(plaintext))
+                fit = metric(target_counts, counts)
+                logger.debug('Affine break attempt using key {0}x+{1} ({2}) '
+                             'gives fit of {3} and decrypt starting: {4}'.
+                             format(multiplier, adder, one_based, fit, 
+                                    plaintext[:50]))
                 if fit < best_fit:
                     best_fit = fit
                     best_multiplier = multiplier
                     best_adder = adder
                     best_one_based = one_based
-    logger.info('Affine break best fit with key {0}x+{1} ({2}) gives fit of {3} and decrypt starting: {4}'.format(best_multiplier, best_adder, best_one_based, best_fit, affine_decipher(sanitised_message, best_multiplier, best_adder, best_one_based)[:50]))
+    logger.info('Affine break best fit with key {0}x+{1} ({2}) gives fit of {3} '
+                'and decrypt starting: {4}'.format(
+                    best_multiplier, best_adder, best_one_based, best_fit, 
+                    affine_decipher(sanitised_message, best_multiplier, 
+                        best_adder, best_one_based)[:50]))
     return (best_multiplier, best_adder, best_one_based), best_fit
 
+def keyword_break(message, 
+                  wordlist=keywords, 
+                  metric=norms.euclidean_distance, 
+                  target_counts=normalised_english_counts, 
+                  message_frequency_scaling=norms.normalise):
+    """Breaks a keyword substitution cipher using a dictionary and 
+    frequency analysis
+
+    >>> keyword_break(keyword_encipher('this is a test message for the ' \
+          'keyword decipherment', 'elephant', 1), \
+          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo']) # doctest: +ELLIPSIS
+    (('elephant', 1), 0.41643991598441...)
+    """
+    best_keyword = ''
+    best_wrap_alphabet = True
+    best_fit = float("inf")
+    for wrap_alphabet in range(3):
+        for keyword in wordlist:
+            plaintext = keyword_decipher(message, keyword, wrap_alphabet)
+            counts = message_frequency_scaling(letter_frequencies(plaintext))
+            fit = metric(target_counts, counts)
+            logger.debug('Keyword break attempt using key {0} (wrap={1}) '
+                         'gives fit of {2} and decrypt starting: {3}'.format(
+                             keyword, wrap_alphabet, fit, 
+                             sanitise(plaintext)[:50]))
+            if fit < best_fit:
+                best_fit = fit
+                best_keyword = keyword
+                best_wrap_alphabet = wrap_alphabet
+    logger.info('Keyword break best fit with key {0} (wrap={1}) gives fit of '
+                '{2} and decrypt starting: {3}'.format(best_keyword, 
+                    best_wrap_alphabet, best_fit, sanitise(
+                        keyword_decipher(message, best_keyword, 
+                                         best_wrap_alphabet))[:50]))
+    return (best_keyword, best_wrap_alphabet), best_fit
+
+def keyword_break_mp(message, 
+                     wordlist=keywords, 
+                     metric=norms.euclidean_distance, 
+                     target_counts=normalised_english_counts, 
+                     message_frequency_scaling=norms.normalise, 
+                     chunksize=500):
+    """Breaks a keyword substitution cipher using a dictionary and 
+    frequency analysis
+
+    >>> keyword_break_mp(keyword_encipher('this is a test message for the ' \
+          'keyword decipherment', 'elephant', 1), \
+          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo']) # doctest: +ELLIPSIS
+    (('elephant', 1), 0.41643991598441...)
+    """
+    with Pool() as pool:
+        helper_args = [(message, word, wrap, metric, target_counts, 
+                        message_frequency_scaling) 
+                       for word in wordlist for wrap in range(3)]
+        # Gotcha: the helper function here needs to be defined at the top level 
+        #   (limitation of Pool.starmap)
+        breaks = pool.starmap(keyword_break_one, helper_args, chunksize) 
+        return min(breaks, key=lambda k: k[1])
+
+def keyword_break_one(message, keyword, wrap_alphabet, metric, target_counts, 
+                      message_frequency_scaling):
+    plaintext = keyword_decipher(message, keyword, wrap_alphabet)
+    counts = message_frequency_scaling(letter_frequencies(plaintext))
+    fit = metric(target_counts, counts)
+    logger.debug('Keyword break attempt using key {0} (wrap={1}) gives fit of '
+                 '{2} and decrypt starting: {3}'.format(keyword, 
+                     wrap_alphabet, fit, sanitise(plaintext)[:50]))
+    return (keyword, wrap_alphabet), fit
+
+def scytale_break(message, 
+                  metric=norms.euclidean_distance, 
+                  target_counts=normalised_english_bigram_counts, 
+                  message_frequency_scaling=norms.normalise):
+    """Breaks a Scytale cipher
+    
+    >>> scytale_break('tfeulchtrtteehwahsdehneoifeayfsondmwpltmaoalhikotoere' \
+           'dcweatehiplwxsnhooacgorrcrcraotohsgullasenylrendaianeplscdriioto' \
+           'aek') # doctest: +ELLIPSIS
+    (6, 0.83453041115025...)
+    """
+    best_key = 0
+    best_fit = float("inf")
+    for key in range(1, 20):
+        if len(message) % key == 0:
+            plaintext = scytale_decipher(message, key)
+            counts = message_frequency_scaling(frequencies(
+                         ngrams(sanitise(plaintext), 2)))
+            fit = metric(target_counts, counts)
+            logger.debug('Scytale break attempt using key {0} gives fit of '
+                         '{1} and decrypt starting: {2}'.format(key, 
+                             fit, sanitise(plaintext)[:50]))
+            if fit < best_fit:
+                best_fit = fit
+                best_key = key
+    logger.info('Scytale break best fit with key {0} gives fit of {1} and '
+                'decrypt starting: {2}'.format(best_key, best_fit, 
+                    sanitise(scytale_decipher(message, best_key))[:50]))
+    return best_key, best_fit
+
+def column_transposition_break(message, 
+                  wordlist=keywords, 
+                  metric=norms.euclidean_distance, 
+                  target_counts=normalised_english_bigram_counts, 
+                  message_frequency_scaling=norms.normalise):
+    """Breaks a column transposition cipher using a dictionary and 
+    n-gram frequency analysis
+
+    >>> column_transposition_break(column_transposition_encipher(sanitise( \
+        "Turing's homosexuality resulted in a criminal prosecution in 1952, \
+        when homosexual acts were still illegal in the United Kingdom. "), \
+        'encipher'), \
+        wordlist=['encipher', 'keyword', 'fourteen']) # doctest: +ELLIPSIS
+    ('encipher', 0.898128626285...)
+    >>> column_transposition_break(column_transposition_encipher(sanitise( \
+        "Turing's homosexuality resulted in a criminal prosecution in 1952, " \
+        "when homosexual acts were still illegal in the United Kingdom."), \
+        'encipher'), \
+        wordlist=['encipher', 'keyword', 'fourteen'], \
+        target_counts=normalised_english_trigram_counts) # doctest: +ELLIPSIS
+    ('encipher', 1.1958792913127...)
+    """
+    best_keyword = ''
+    best_fit = float("inf")
+    ngram_length = len(next(iter(target_counts.keys())))
+    for keyword in wordlist:
+        if len(message) % len(deduplicate(keyword)) == 0:
+            plaintext = column_transposition_decipher(message, keyword)
+            counts = message_frequency_scaling(frequencies(
+                         ngrams(sanitise(plaintext), ngram_length)))
+            fit = metric(target_counts, counts)
+            logger.debug('Column transposition break attempt using key {0} '
+                         'gives fit of {1} and decrypt starting: {2}'.format(
+                             keyword, fit, 
+                             sanitise(plaintext)[:50]))
+            if fit < best_fit:
+                best_fit = fit
+                best_keyword = keyword
+    logger.info('Column transposition break best fit with key {0} gives fit '
+                'of {1} and decrypt starting: {2}'.format(best_keyword, 
+                    best_fit, sanitise(
+                        column_transposition_decipher(message, 
+                            best_keyword))[:50]))
+    return best_keyword, best_fit
+
+
+def column_transposition_break_mp(message, 
+                     wordlist=keywords, 
+                     metric=norms.euclidean_distance, 
+                     target_counts=normalised_english_bigram_counts, 
+                     message_frequency_scaling=norms.normalise, 
+                     chunksize=500):
+    """Breaks a column transposition cipher using a dictionary and 
+    n-gram frequency analysis
+
+    >>> column_transposition_break_mp(column_transposition_encipher(sanitise( \
+        "Turing's homosexuality resulted in a criminal prosecution in 1952, \
+        when homosexual acts were still illegal in the United Kingdom. "), \
+        'encipher'), \
+        wordlist=['encipher', 'keyword', 'fourteen']) # doctest: +ELLIPSIS
+    ('encipher', 0.898128626285...)
+    >>> column_transposition_break_mp(column_transposition_encipher(sanitise( \
+        "Turing's homosexuality resulted in a criminal prosecution in 1952, " \
+        "when homosexual acts were still illegal in the United Kingdom."), \
+        'encipher'), \
+        wordlist=['encipher', 'keyword', 'fourteen'], \
+        target_counts=normalised_english_trigram_counts) # doctest: +ELLIPSIS
+    ('encipher', 1.1958792913127...)
+    """
+    ngram_length = len(next(iter(target_counts.keys())))
+    with Pool() as pool:
+        helper_args = [(message, word, metric, target_counts, ngram_length,
+                        message_frequency_scaling) 
+                       for word in wordlist]
+        # Gotcha: the helper function here needs to be defined at the top level 
+        #   (limitation of Pool.starmap)
+        breaks = pool.starmap(column_transposition_break_worker, helper_args, chunksize) 
+        return min(breaks, key=lambda k: k[1])
+
+def column_transposition_break_worker(message, keyword, metric, target_counts, 
+                      ngram_length, message_frequency_scaling):
+    plaintext = column_transposition_decipher(message, keyword)
+    counts = message_frequency_scaling(frequencies(
+                         ngrams(sanitise(plaintext), ngram_length)))
+    fit = metric(target_counts, counts)
+    logger.debug('Column transposition break attempt using key {0} '
+                         'gives fit of {1} and decrypt starting: {2}'.format(
+                             keyword, fit, 
+                             sanitise(plaintext)[:50]))
+    return keyword, fit
+
+
 
 if __name__ == "__main__":
     import doctest