Done secret message in 8b
[cipher-tools.git] / cipher.py
index 7ba5c628d4b6273779765ea3f640b347078a4b4c..e318aa46f8776fe24d9293e7d2b91def53d72663 100644 (file)
--- a/cipher.py
+++ b/cipher.py
@@ -7,11 +7,23 @@ import numpy as np
 from numpy import matrix
 from numpy import linalg
 from language_models import *
+import pprint
 
 
 ## Utility functions
 cat = ''.join
 wcat = ' '.join
+lcat = '\n'.join
+
+def pos(letter): 
+    if letter in string.ascii_lowercase:
+        return ord(letter) - ord('a')
+    elif letter in string.ascii_uppercase:
+        return ord(letter) - ord('A')
+    else:
+        return ''
+    
+def unpos(number): return chr(number % 26 + ord('a'))
 
 
 modular_division_table = [[0]*26 for _ in range(26)]
@@ -125,14 +137,24 @@ def caesar_encipher_letter(accented_letter, shift):
     >>> caesar_encipher_letter('é', 1)
     'f'
     """
+    # letter = unaccent(accented_letter)
+    # if letter in string.ascii_letters:
+    #     if letter in string.ascii_uppercase:
+    #         alphabet_start = ord('A')
+    #     else:
+    #         alphabet_start = ord('a')
+    #     return chr(((ord(letter) - alphabet_start + shift) % 26) + 
+    #                alphabet_start)
+    # else:
+    #     return letter
+
     letter = unaccent(accented_letter)
     if letter in string.ascii_letters:
+        cipherletter = unpos(pos(letter) + shift)
         if letter in string.ascii_uppercase:
-            alphabet_start = ord('A')
+            return cipherletter.upper()
         else:
-            alphabet_start = ord('a')
-        return chr(((ord(letter) - alphabet_start + shift) % 26) + 
-                   alphabet_start)
+            return cipherletter
     else:
         return letter
 
@@ -180,49 +202,74 @@ def caesar_decipher(message, shift):
 def affine_encipher_letter(accented_letter, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
     """Encipher a letter, given a multiplier and adder
     
-    >>> cat([affine_encipher_letter(l, 3, 5, True) \
-            for l in string.ascii_uppercase])
-    'HKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE'
-    >>> cat([affine_encipher_letter(l, 3, 5, False) \
-            for l in string.ascii_uppercase])
-    'FILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC'
+    >>> cat(affine_encipher_letter(l, 3, 5, True) \
+            for l in string.ascii_letters)
+    'hknqtwzcfiloruxadgjmpsvybeHKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE'
+    >>> cat(affine_encipher_letter(l, 3, 5, False) \
+            for l in string.ascii_letters)
+    'filoruxadgjmpsvybehknqtwzcFILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC'
     """
+    # letter = unaccent(accented_letter)
+    # if letter in string.ascii_letters:
+    #     if letter in string.ascii_uppercase:
+    #         alphabet_start = ord('A')
+    #     else:
+    #         alphabet_start = ord('a')
+    #     letter_number = ord(letter) - alphabet_start
+    #     if one_based: letter_number += 1
+    #     cipher_number = (letter_number * multiplier + adder) % 26
+    #     if one_based: cipher_number -= 1
+    #     return chr(cipher_number % 26 + alphabet_start)
+    # else:
+    #     return letter
     letter = unaccent(accented_letter)
     if letter in string.ascii_letters:
-        if letter in string.ascii_uppercase:
-            alphabet_start = ord('A')
-        else:
-            alphabet_start = ord('a')
-        letter_number = ord(letter) - alphabet_start
+        letter_number = pos(letter)
         if one_based: letter_number += 1
         cipher_number = (letter_number * multiplier + adder) % 26
         if one_based: cipher_number -= 1
-        return chr(cipher_number % 26 + alphabet_start)
+        if letter in string.ascii_uppercase:
+            return unpos(cipher_number).upper()
+        else:
+            return unpos(cipher_number)
     else:
         return letter
 
 def affine_decipher_letter(letter, multiplier=1, adder=0, one_based=True):
     """Encipher a letter, given a multiplier and adder
     
-    >>> cat([affine_decipher_letter(l, 3, 5, True) \
-            for l in 'HKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE'])
-    'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
-    >>> cat([affine_decipher_letter(l, 3, 5, False) \
-            for l in 'FILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC'])
-    'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
+    >>> cat(affine_decipher_letter(l, 3, 5, True) \
+            for l in 'hknqtwzcfiloruxadgjmpsvybeHKNQTWZCFILORUXADGJMPSVYBE')
+    'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
+    >>> cat(affine_decipher_letter(l, 3, 5, False) \
+            for l in 'filoruxadgjmpsvybehknqtwzcFILORUXADGJMPSVYBEHKNQTWZC')
+    'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
     """
+    # if letter in string.ascii_letters:
+    #     if letter in string.ascii_uppercase:
+    #         alphabet_start = ord('A')
+    #     else:
+    #         alphabet_start = ord('a')
+    #     cipher_number = ord(letter) - alphabet_start
+    #     if one_based: cipher_number += 1
+    #     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
     if letter in string.ascii_letters:
-        if letter in string.ascii_uppercase:
-            alphabet_start = ord('A')
-        else:
-            alphabet_start = ord('a')
-        cipher_number = ord(letter) - alphabet_start
+        cipher_number = pos(letter)
         if one_based: cipher_number += 1
         plaintext_number = ( 
             modular_division_table[multiplier]
                                   [(cipher_number - adder) % 26])
         if one_based: plaintext_number -= 1
-        return chr(plaintext_number % 26 + alphabet_start) 
+        if letter in string.ascii_uppercase:
+            return unpos(plaintext_number).upper()
+        else:
+            return unpos(plaintext_number) 
     else:
         return letter
 
@@ -335,7 +382,7 @@ def vigenere_encipher(message, keyword):
     >>> vigenere_encipher('hello', 'abc')
     'hfnlp'
     """
-    shifts = [ord(l) - ord('a') for l in sanitise(keyword)]
+    shifts = [pos(l) for l in sanitise(keyword)]
     pairs = zip(message, cycle(shifts))
     return cat([caesar_encipher_letter(l, k) for l, k in pairs])
 
@@ -345,12 +392,129 @@ def vigenere_decipher(message, keyword):
     >>> vigenere_decipher('hfnlp', 'abc')
     'hello'
     """
-    shifts = [ord(l) - ord('a') for l in sanitise(keyword)]
+    shifts = [pos(l) for l in sanitise(keyword)]
     pairs = zip(message, cycle(shifts))
     return cat([caesar_decipher_letter(l, k) for l, k in pairs])
 
-beaufort_encipher=vigenere_decipher
-beaufort_decipher=vigenere_encipher
+
+def beaufort_encipher(message, keyword):
+    """Beaufort encipher
+
+    >>> beaufort_encipher('inhisjournaldatedtheidesofoctober', 'arcanaimperii')
+    'sevsvrusyrrxfayyxuteemazudmpjmmwr'
+    """
+    shifts = [pos(l) for l in sanitise(keyword)]
+    pairs = zip(message, cycle(shifts))
+    return cat([unpos(k - pos(l)) for l, k in pairs])
+
+beaufort_decipher = beaufort_encipher    
+
+beaufort_variant_encipher=vigenere_decipher
+beaufort_variant_decipher=vigenere_encipher
+
+
+def polybius_grid(keyword, column_order, row_order, letters_to_merge=None,
+                  wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_a):
+    """Grid for a Polybius cipher, using a keyword to rearrange the
+    alphabet.
+
+
+    >>> polybius_grid('a', 'abcde', 'abcde')['x'] == ('e', 'c')
+    True
+    >>> polybius_grid('elephant', 'abcde', 'abcde')['e'] == ('a', 'a')
+    True
+    >>> polybius_grid('elephant', 'abcde', 'abcde')['b'] == ('b', 'c')
+    True
+    """
+    alphabet = keyword_cipher_alphabet_of(keyword, wrap_alphabet=wrap_alphabet)
+    if letters_to_merge is None: 
+        letters_to_merge = {'j': 'i'}
+    grid = {l: k 
+            for k, l in zip([(c, r) for c in column_order for r in row_order],
+                [l for l in alphabet if l not in letters_to_merge])}
+    for l in letters_to_merge:
+        grid[l] = grid[letters_to_merge[l]]
+    return grid
+
+def polybius_reverse_grid(keyword, column_order, row_order, letters_to_merge=None,
+                  wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_a):
+    """Grid for decrypting using a Polybius cipher, using a keyword to 
+    rearrange the alphabet.
+
+    >>> polybius_reverse_grid('a', 'abcde', 'abcde')['e', 'c'] == 'x'
+    True
+    >>> polybius_reverse_grid('elephant', 'abcde', 'abcde')['a', 'a'] == 'e'
+    True
+    >>> polybius_reverse_grid('elephant', 'abcde', 'abcde')['b', 'c'] == 'b'
+    True
+    """
+    alphabet = keyword_cipher_alphabet_of(keyword, wrap_alphabet=wrap_alphabet)
+    if letters_to_merge is None: 
+        letters_to_merge = {'j': 'i'}
+    grid = {k: l 
+            for k, l in zip([(c, r) for c in column_order for r in row_order],
+                [l for l in alphabet if l not in letters_to_merge])}
+    return grid  
+
+
+def polybius_flatten(pair, column_first):
+    """Convert a series of pairs into a single list of characters"""
+    if column_first:
+        return str(pair[1]) + str(pair[0])
+    else:
+        return str(pair[0]) + str(pair[1])
+
+def polybius_encipher(message, keyword, column_order, row_order, 
+                      column_first=False,
+                      letters_to_merge=None, wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_a): 
+    """Encipher a message with Polybius cipher, using a keyword to rearrange
+    the alphabet
+
+
+    >>> polybius_encipher('this is a test message for the ' \
+          'polybius decipherment', 'elephant', \
+          [1, 2, 3, 4, 5], [1, 2, 3, 4, 5], \
+          wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_last)
+    '2214445544551522115522511155551543114252542214111352123234442355411135441314115451112122'
+    >>> polybius_encipher('this is a test message for the ' \
+          'polybius decipherment', 'elephant', 'abcde', 'abcde', \
+          column_first=False)
+    'bbadccddccddaebbaaddbbceaaddddaecbaacadadcbbadaaacdaabedbcccdeddbeaabdccacadaadcceaababb'
+    >>> polybius_encipher('this is a test message for the ' \
+          'polybius decipherment', 'elephant', 'abcde', 'abcde', \
+          column_first=True)
+    'bbdaccddccddeabbaaddbbecaaddddeabcaaacadcdbbdaaacaadbadecbccedddebaadbcccadaaacdecaaabbb'
+    """
+    grid = polybius_grid(keyword, column_order, row_order, letters_to_merge, wrap_alphabet)
+    return cat(polybius_flatten(grid[l], column_first)
+               for l in message
+               if l in grid)
+
+
+def polybius_decipher(message, keyword, column_order, row_order, 
+                      column_first=False,
+                      letters_to_merge=None, wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_a):    
+    """Decipher a message with a Polybius cipher, using a keyword to rearrange
+    the alphabet
+
+    >>> polybius_decipher('bbdaccddccddeabbaaddbbecaaddddeabcaaacadcdbbdaaaca'\
+    'adbadecbccedddebaadbcccadaaacdecaaabbb', 'elephant', 'abcde', 'abcde', \
+    column_first=False)
+    'toisisvtestxessvbephktoefhnugiysweqifoekxelt'
+
+    >>> polybius_decipher('bbdaccddccddeabbaaddbbecaaddddeabcaaacadcdbbdaaaca'\
+    'adbadecbccedddebaadbcccadaaacdecaaabbb', 'elephant', 'abcde', 'abcde', \
+    column_first=True)
+    'thisisatestmessageforthepolybiusdecipherment'
+    """
+    grid = polybius_reverse_grid(keyword, column_order, row_order, letters_to_merge, wrap_alphabet)
+    column_index_type = type(column_order[0])
+    row_index_type = type(row_order[0])
+    if column_first:
+        pairs = [(column_index_type(p[1]), row_index_type(p[0])) for p in chunks(message, 2)]
+    else:
+        pairs = [(row_index_type(p[0]), column_index_type(p[1])) for p in chunks(message, 2)]
+    return cat(grid[p] for p in pairs if p in grid)
 
 
 def transpositions_of(keyword):
@@ -740,12 +904,12 @@ def hill_encipher(matrix, message_letters, fillvalue='a'):
         padding = fillvalue[0] * (n - len(sanitised_message) % n)
     else:
         padding = ''
-    message = [ord(c) - ord('a') for c in sanitised_message + padding]
+    message = [pos(c) for c in sanitised_message + padding]
     message_chunks = [message[i:i+n] for i in range(0, len(message), n)]
     # message_chunks = chunks(message, len(matrix), fillvalue=None)
     enciphered_chunks = [((matrix * np.matrix(c).T).T).tolist()[0] 
             for c in message_chunks]
-    return cat([chr(int(round(l)) % 26 + ord('a')) 
+    return cat([unpos(round(l))
             for l in sum(enciphered_chunks, [])])
 
 def hill_decipher(matrix, message, fillvalue='a'):
@@ -897,6 +1061,108 @@ def amsco_transposition_decipher(message, keyword,
     return cat(plaintext_list)
 
 
+def bifid_grid(keyword, wrap_alphabet, letter_mapping):
+    """Create the grids for a Bifid cipher
+    """
+    cipher_alphabet = keyword_cipher_alphabet_of(keyword, wrap_alphabet)
+    if letter_mapping is None:
+        letter_mapping = {'j': 'i'}
+    translation = ''.maketrans(letter_mapping)
+    cipher_alphabet = cat(collections.OrderedDict.fromkeys(cipher_alphabet.translate(translation)))
+    f_grid = {k: ((i // 5) + 1, (i % 5) + 1) 
+              for i, k in enumerate(cipher_alphabet)}
+    r_grid = {((i // 5) + 1, (i % 5) + 1): k 
+              for i, k in enumerate(cipher_alphabet)}
+    return translation, f_grid, r_grid
+
+def bifid_encipher(message, keyword, wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_a, 
+                   letter_mapping=None, period=None, fillvalue=None):
+    """Bifid cipher
+
+    >>> bifid_encipher("indiajelly", 'iguana')
+    'ibidonhprm'
+    >>> bifid_encipher("indiacurry", 'iguana', period=4)
+    'ibnhgaqltm'
+    >>> bifid_encipher("indiacurry", 'iguana', period=4, fillvalue='x')
+    'ibnhgaqltzml'
+    """
+    translation, f_grid, r_grid = bifid_grid(keyword, wrap_alphabet, letter_mapping)
+    
+    t_message = message.translate(translation)
+    pairs0 = [f_grid[l] for l in sanitise(t_message)]
+    if period:
+        chunked_pairs = [pairs0[i:i+period] for i in range(0, len(pairs0), period)]
+        if len(chunked_pairs[-1]) < period and fillvalue:
+            chunked_pairs[-1] += [f_grid[fillvalue]] * (period - len(chunked_pairs[-1]))
+    else:
+        chunked_pairs = [pairs0]
+    
+    pairs1 = []
+    for c in chunked_pairs:
+        items = sum(list(list(i) for i in zip(*c)), [])
+        p = [(items[i], items[i+1]) for i in range(0, len(items), 2)]
+        pairs1 += p
+    
+    return cat(r_grid[p] for p in pairs1)
+
+
+def bifid_decipher(message, keyword, wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_a, 
+                   letter_mapping=None, period=None, fillvalue=None):
+    """Decipher with bifid cipher
+
+    >>> bifid_decipher('ibidonhprm', 'iguana')
+    'indiaielly'
+    >>> bifid_decipher("ibnhgaqltm", 'iguana', period=4)
+    'indiacurry'
+    >>> bifid_decipher("ibnhgaqltzml", 'iguana', period=4)
+    'indiacurryxx'
+    """
+    translation, f_grid, r_grid = bifid_grid(keyword, wrap_alphabet, letter_mapping)
+    
+    t_message = message.translate(translation)
+    pairs0 = [f_grid[l] for l in sanitise(t_message)]
+    if period:
+        chunked_pairs = [pairs0[i:i+period] for i in range(0, len(pairs0), period)]
+        if len(chunked_pairs[-1]) < period and fillvalue:
+            chunked_pairs[-1] += [f_grid[fillvalue]] * (period - len(chunked_pairs[-1]))
+    else:
+        chunked_pairs = [pairs0]
+        
+    pairs1 = []
+    for c in chunked_pairs:
+        items = [j for i in c for j in i]
+        gap = len(c)
+        p = [(items[i], items[i+gap]) for i in range(gap)]
+        pairs1 += p
+
+    return cat(r_grid[p] for p in pairs1) 
+
+
+def autokey_encipher(message, keyword):
+    """Encipher with the autokey cipher
+
+    >>> autokey_encipher('meetatthefountain', 'kilt')
+    'wmpmmxxaeyhbryoca'
+    """
+    shifts = [pos(l) for l in keyword + message]
+    pairs = zip(message, shifts)
+    return cat([caesar_encipher_letter(l, k) for l, k in pairs])
+
+def autokey_decipher(ciphertext, keyword):
+    """Decipher with the autokey cipher
+
+    >>> autokey_decipher('wmpmmxxaeyhbryoca', 'kilt')
+    'meetatthefountain'
+    """
+    plaintext = []
+    keys = list(keyword)
+    for c in ciphertext:
+        plaintext_letter = caesar_decipher_letter(c, pos(keys[0]))
+        plaintext += [plaintext_letter]
+        keys = keys[1:] + [plaintext_letter]
+    return cat(plaintext)
+
+
 class PocketEnigma(object):
     """A pocket enigma machine
     The wheel is internally represented as a 26-element list self.wheel_map, 
@@ -931,7 +1197,7 @@ class PocketEnigma(object):
             self.validate_wheel_spec(wheel)
             self.make_wheel_map(wheel)
         if position in string.ascii_lowercase:
-            self.position = ord(position) - ord('a')
+            self.position = pos(position)
         else:
             self.position = position
 
@@ -945,8 +1211,8 @@ class PocketEnigma(object):
         self.validate_wheel_spec(wheel_spec)
         self.wheel_map = [0] * 26
         for p in wheel_spec:
-            self.wheel_map[ord(p[0]) - ord('a')] = ord(p[1]) - ord('a')
-            self.wheel_map[ord(p[1]) - ord('a')] = ord(p[0]) - ord('a')
+            self.wheel_map[pos(p[0])] = pos(p[1])
+            self.wheel_map[pos(p[1])] = pos(p[0])
         return self.wheel_map
 
     def validate_wheel_spec(self, wheel_spec):
@@ -1001,10 +1267,9 @@ class PocketEnigma(object):
         ''
         """
         if letter in string.ascii_lowercase:
-            return chr(
-                (self.wheel_map[(ord(letter) - ord('a') - self.position) % 26] + 
-                    self.position) % 26 + 
-                ord('a'))
+            return unpos(
+                (self.wheel_map[(pos(letter) - self.position) % 26] + 
+                    self.position))
         else:
             return ''
 
@@ -1052,7 +1317,7 @@ class PocketEnigma(object):
         >>> pe.set_position('z')
         25
         """
-        self.position = ord(position) - ord('a')
+        self.position = pos(position)
         return self.position