Partly refactored
[cipher-tools.git] / cipherbreak.py
index 8a4d7b14942f2e9873eeb73b6ca270ba7ac21af7..368d669a49b2741822d983243cd5225151764d95 100644 (file)
@@ -13,11 +13,6 @@ from multiprocessing import Pool
 
 import matplotlib.pyplot as plt
 
-logger = logging.getLogger(__name__)
-logger.addHandler(logging.FileHandler('cipher.log'))
-logger.setLevel(logging.WARNING)
-#logger.setLevel(logging.INFO)
-#logger.setLevel(logging.DEBUG)
 
 from cipher import *
 from language_models import *
@@ -29,442 +24,14 @@ from language_models import *
 # 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)
 
-transpositions = collections.defaultdict(list)
-for word in keywords:
-    transpositions[transpositions_of(word)] += [word]
-
-def frequencies(text):
-    """Count the number of occurrences of each character in text
-
-    >>> sorted(frequencies('abcdefabc').items())
-    [('a', 2), ('b', 2), ('c', 2), ('d', 1), ('e', 1), ('f', 1)]
-    >>> 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
-    """
-    return collections.Counter(c for c in text)
-
-
-def caesar_break(message, fitness=Pletters):
-    """Breaks a Caesar cipher using frequency analysis
-
-    >>> caesar_break('ibxcsyorsaqcheyklxivoexlevmrimwxsfiqevvmihrsasrxliwyrh' \
-          'ecjsppsamrkwleppfmergefifvmhixscsymjcsyqeoixlm') # doctest: +ELLIPSIS
-    (4, -130.849989015...)
-    >>> caesar_break('wxwmaxdgheetgwuxztgptedbgznitgwwhpguxyhkxbmhvvtlbhgtee' \
-          'raxlmhiixweblmxgxwmhmaxybkbgztgwztsxwbgmxgmert') # doctest: +ELLIPSIS
-    (19, -128.82410410...)
-    >>> caesar_break('yltbbqnqnzvguvaxurorgenafsbezqvagbnornfgsbevpnaabjurer' \
-          'svaquvzyvxrnznazlybequrvfohgriraabjtbaruraprur') # doctest: +ELLIPSIS
-    (13, -126.25403935...)
-    """
-    sanitised_message = sanitise(message)
-    best_shift = 0
-    best_fit = float('-inf')
-    for shift in range(26):
-        plaintext = caesar_decipher(sanitised_message, shift)
-        fit = fitness(plaintext)
-        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]))
-    return best_shift, best_fit
-
-def affine_break(message, fitness=Pletters):
-    """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.') # doctest: +ELLIPSIS
-    ((15, 22, True), -340.601181913...)
-    """
-    sanitised_message = sanitise(message)
-    best_multiplier = 0
-    best_adder = 0
-    best_one_based = True
-    best_fit = float("-inf")
-    for one_based in [True, False]:
-        for multiplier in [x for x in range(1, 26, 2) if x != 13]:
-            for adder in range(26):
-                plaintext = affine_decipher(sanitised_message,
-                                            multiplier, adder, one_based)
-                fit = fitness(plaintext)
-                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]))
-    return (best_multiplier, best_adder, best_one_based), best_fit
-
-def keyword_break(message, wordlist=keywords, fitness=Pletters):
-    """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', KeywordWrapAlphabet.from_last), \
-          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo']) # doctest: +ELLIPSIS
-    (('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_last: 2>), -52.834575011...)
-    """
-    best_keyword = ''
-    best_wrap_alphabet = True
-    best_fit = float("-inf")
-    for wrap_alphabet in KeywordWrapAlphabet:
-        for keyword in wordlist:
-            plaintext = keyword_decipher(message, keyword, wrap_alphabet)
-            fit = fitness(plaintext)
-            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, fitness=Pletters,
-                     number_of_solutions=1, 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', KeywordWrapAlphabet.from_last), \
-          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo']) # doctest: +ELLIPSIS
-    (('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_last: 2>), -52.834575011...)
-    >>> keyword_break_mp(keyword_encipher('this is a test message for the ' \
-          'keyword decipherment', 'elephant', KeywordWrapAlphabet.from_last), \
-          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo'], \
-          number_of_solutions=2) # doctest: +ELLIPSIS, +NORMALIZE_WHITESPACE
-    [(('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_last: 2>), -52.834575011...), 
-    (('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_largest: 3>), -52.834575011...)]
-    """
-    with Pool() as pool:
-        helper_args = [(message, word, wrap, fitness)
-                       for word in wordlist
-                       for wrap in KeywordWrapAlphabet]
-        # Gotcha: the helper function here needs to be defined at the top level
-        #   (limitation of Pool.starmap)
-        breaks = pool.starmap(keyword_break_worker, helper_args, chunksize)
-        if number_of_solutions == 1:
-            return max(breaks, key=lambda k: k[1])
-        else:
-            return sorted(breaks, key=lambda k: k[1], reverse=True)[:number_of_solutions]
-
-def keyword_break_worker(message, keyword, wrap_alphabet, fitness):
-    plaintext = keyword_decipher(message, keyword, wrap_alphabet)
-    fit = fitness(plaintext)
-    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 monoalphabetic_break_hillclimbing(message, max_iterations=10000000, 
-        fitness=Pletters):
-    ciphertext = unaccent(message).lower()
-    alphabet = list(string.ascii_lowercase)
-    random.shuffle(alphabet)
-    alphabet = ''.join(alphabet)
-    return monoalphabetic_break_hillclimbing_worker(ciphertext, alphabet,
-                                                    max_iterations, fitness)
-
-def monoalphabetic_break_hillclimbing_mp(message, workers=10, 
-        max_iterations = 10000000, fitness=Pletters, chunksize=1):
-    worker_args = []
-    ciphertext = unaccent(message).lower()
-    for i in range(workers):
-        alphabet = list(string.ascii_lowercase)
-        random.shuffle(alphabet)
-        alphabet = ''.join(alphabet)
-        worker_args.append((ciphertext, alphabet, max_iterations, fitness))
-    with Pool() as pool:
-        breaks = pool.starmap(monoalphabetic_break_hillclimbing_worker,
-                              worker_args, chunksize)
-    return max(breaks, key=lambda k: k[1])
-
-def monoalphabetic_break_hillclimbing_worker(message, alphabet,
-        max_iterations, fitness):
-    def swap(letters, i, j):
-        if i > j:
-            i, j = j, i
-        if i == j:
-            return letters
-        else:
-            return (letters[:i] + letters[j] + letters[i+1:j] + letters[i] +
-                    letters[j+1:])
-    best_alphabet = alphabet
-    best_fitness = float('-inf')
-    for i in range(max_iterations):
-        alphabet = swap(alphabet, random.randrange(26), random.randrange(26))
-        cipher_translation = ''.maketrans(string.ascii_lowercase, alphabet)
-        plaintext = message.translate(cipher_translation)
-        if fitness(plaintext) > best_fitness:
-            best_fitness = fitness(plaintext)
-            best_alphabet = alphabet
-            print(i, best_alphabet, best_fitness, plaintext)
-    return best_alphabet, best_fitness
-
-
-def vigenere_keyword_break_mp(message, wordlist=keywords, fitness=Pletters,
-                              chunksize=500):
-    """Breaks a vigenere cipher using a dictionary and frequency analysis.
-
-    >>> vigenere_keyword_break_mp(vigenere_encipher(sanitise('this is a test ' \
-             'message for the vigenere decipherment'), 'cat'), \
-             wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo']) # doctest: +ELLIPSIS
-    ('cat', -52.947271216...)
-    """
-    with Pool() as pool:
-        helper_args = [(message, word, fitness)
-                       for word in wordlist]
-        # Gotcha: the helper function here needs to be defined at the top level
-        #   (limitation of Pool.starmap)
-        breaks = pool.starmap(vigenere_keyword_break_worker, helper_args,
-                              chunksize)
-        return max(breaks, key=lambda k: k[1])
-vigenere_keyword_break = vigenere_keyword_break_mp
-
-def vigenere_keyword_break_worker(message, keyword, fitness):
-    plaintext = vigenere_decipher(message, keyword)
-    fit = fitness(plaintext)
-    logger.debug('Vigenere keyword break attempt using key {0} gives fit of '
-                 '{1} and decrypt starting: {2}'.format(keyword,
-                     fit, sanitise(plaintext)[:50]))
-    return keyword, fit
-
-
-def vigenere_frequency_break(message, max_key_length=20, fitness=Pletters):
-    """Breaks a Vigenere cipher with frequency analysis
-
-    >>> vigenere_frequency_break(vigenere_encipher(sanitise("It is time to " \
-            "run. She is ready and so am I. I stole Daniel's pocketbook this " \
-            "afternoon when he left his jacket hanging on the easel in the " \
-            "attic. I jump every time I hear a footstep on the stairs, " \
-            "certain that the theft has been discovered and that I will " \
-            "be caught. The SS officer visits less often now that he is " \
-            "sure"), 'florence')) # doctest: +ELLIPSIS
-    ('florence', -307.5473096791...)
-    """
-    def worker(message, key_length, fitness):
-        splits = every_nth(sanitised_message, key_length)
-        key = ''.join([chr(caesar_break(s)[0] + ord('a')) for s in splits])
-        plaintext = vigenere_decipher(message, key)
-        fit = fitness(plaintext)
-        return key, fit
-    sanitised_message = sanitise(message)
-    results = starmap(worker, [(sanitised_message, i, fitness)
-                               for i in range(1, max_key_length+1)])
-    return max(results, key=lambda k: k[1])
-
-
-def beaufort_frequency_break(message, max_key_length=20, fitness=Pletters):
-    """Breaks a Beaufort cipher with frequency analysis
-
-    >>> beaufort_frequency_break(beaufort_encipher(sanitise("It is time to " \
-            "run. She is ready and so am I. I stole Daniel's pocketbook this " \
-            "afternoon when he left his jacket hanging on the easel in the " \
-            "attic. I jump every time I hear a footstep on the stairs, " \
-            "certain that the theft has been discovered and that I will " \
-            "be caught. The SS officer visits less often now " \
-            "that he is sure"), 'florence')) # doctest: +ELLIPSIS
-    ('florence', -307.5473096791...)
-    """
-    def worker(message, key_length, fitness):
-        splits = every_nth(sanitised_message, key_length)
-        key = ''.join([chr(-caesar_break(s)[0] % 26 + ord('a'))
-                       for s in splits])
-        plaintext = beaufort_decipher(message, key)
-        fit = fitness(plaintext)
-        return key, fit
-    sanitised_message = sanitise(message)
-    results = starmap(worker, [(sanitised_message, i, fitness)
-                               for i in range(1, max_key_length+1)])
-    return max(results, key=lambda k: k[1])
-
-
-def column_transposition_break_mp(message, translist=transpositions,
-                                  fitness=Pbigrams, chunksize=500):
-    """Breaks a column transposition cipher using a dictionary and
-    n-gram frequency analysis
-
-    >>> column_transposition_break_mp(column_transposition_encipher(sanitise( \
-            "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
-             possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
-             little known the feelings or views of such a man may be on his \
-             first entering a neighbourhood, this truth is so well fixed in \
-             the minds of the surrounding families, that he is considered the \
-             rightful property of some one or other of their daughters."), \
-        'encipher'), \
-        translist={(2, 0, 5, 3, 1, 4, 6): ['encipher'], \
-                   (5, 0, 6, 1, 3, 4, 2): ['fourteen'], \
-                   (6, 1, 0, 4, 5, 3, 2): ['keyword']}) # doctest: +ELLIPSIS
-    (((2, 0, 5, 3, 1, 4, 6), False, False), -709.4646722...)
-    >>> column_transposition_break_mp(column_transposition_encipher(sanitise( \
-            "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
-             possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
-             little known the feelings or views of such a man may be on his \
-             first entering a neighbourhood, this truth is so well fixed in \
-             the minds of the surrounding families, that he is considered the \
-             rightful property of some one or other of their daughters."), \
-        'encipher'), \
-        translist={(2, 0, 5, 3, 1, 4, 6): ['encipher'], \
-                   (5, 0, 6, 1, 3, 4, 2): ['fourteen'], \
-                   (6, 1, 0, 4, 5, 3, 2): ['keyword']}, \
-        fitness=Ptrigrams) # doctest: +ELLIPSIS
-    (((2, 0, 5, 3, 1, 4, 6), False, False), -997.0129085...)
-    """
-    with Pool() as pool:
-        helper_args = [(message, trans, fillcolumnwise, emptycolumnwise,
-                        fitness)
-                       for trans in translist.keys()
-                       for fillcolumnwise in [True, False]
-                       for emptycolumnwise in [True, False]]
-        # 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 max(breaks, key=lambda k: k[1])
-column_transposition_break = column_transposition_break_mp
-
-def column_transposition_break_worker(message, transposition,
-        fillcolumnwise, emptycolumnwise, fitness):
-    plaintext = column_transposition_decipher(message, transposition,
-        fillcolumnwise=fillcolumnwise, emptycolumnwise=emptycolumnwise)
-    fit = fitness(sanitise(plaintext))
-    logger.debug('Column transposition break attempt using key {0} '
-                         'gives fit of {1} and decrypt starting: {2}'.format(
-                             transposition, fit, 
-                             sanitise(plaintext)[:50]))
-    return (transposition, fillcolumnwise, emptycolumnwise), fit
 
 
-def scytale_break_mp(message, max_key_length=20,
-                     fitness=Pbigrams, chunksize=500):
-    """Breaks a scytale cipher using a range of lengths and
-    n-gram frequency analysis
-
-    >>> scytale_break_mp(scytale_encipher(sanitise( \
-            "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
-             possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
-             little known the feelings or views of such a man may be on his \
-             first entering a neighbourhood, this truth is so well fixed in \
-             the minds of the surrounding families, that he is considered the \
-             rightful property of some one or other of their daughters."), \
-        5)) # doctest: +ELLIPSIS
-    (5, -709.4646722...)
-    >>> scytale_break_mp(scytale_encipher(sanitise( \
-            "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
-             possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
-             little known the feelings or views of such a man may be on his \
-             first entering a neighbourhood, this truth is so well fixed in \
-             the minds of the surrounding families, that he is considered the \
-             rightful property of some one or other of their daughters."), \
-        5), \
-        fitness=Ptrigrams) # doctest: +ELLIPSIS
-    (5, -997.0129085...)
-    """
-    with Pool() as pool:
-        helper_args = [(message, trans, False, True, fitness)
-            for trans in
-                [[col for col in range(math.ceil(len(message)/rows))]
-                    for rows in range(1,max_key_length+1)]]
-        # 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)
-        best = max(breaks, key=lambda k: k[1])
-        return math.trunc(len(message) / len(best[0][0])), best[1]
-scytale_break = scytale_break_mp
 
 
-def railfence_break(message, max_key_length=20,
-                     fitness=Pletters, chunksize=500):
-    """Breaks a hill cipher using a matrix of given rank and letter frequencies
-
-    
-    """
-    
-    sanitised_message = sanitise(message)
-    results = starmap(worker, [(sanitised_message, i, fitness)
-                               for i in range(2, max_key_length+1)])
-    return max(results, key=lambda k: k[1])
-
-
-def railfence_break(message, max_key_length=20,
-                     fitness=Pbigrams, chunksize=500):
-    """Breaks a railfence cipher using a range of lengths and
-    n-gram frequency analysis
-
-    >>> railfence_break(railfence_encipher(sanitise( \
-            "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
-             possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
-             little known the feelings or views of such a man may be on his \
-             first entering a neighbourhood, this truth is so well fixed in \
-             the minds of the surrounding families, that he is considered the \
-             rightful property of some one or other of their daughters."), \
-        7)) # doctest: +ELLIPSIS
-    (7, -709.46467226...)
-    >>> railfence_break(railfence_encipher(sanitise( \
-            "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
-             possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
-             little known the feelings or views of such a man may be on his \
-             first entering a neighbourhood, this truth is so well fixed in \
-             the minds of the surrounding families, that he is considered the \
-             rightful property of some one or other of their daughters."), \
-        7), \
-        fitness=Ptrigrams) # doctest: +ELLIPSIS
-    (7, -997.0129085...)
-    """
-    def worker(message, height, fitness):
-        plaintext = railfence_decipher(message, height)
-        fit = fitness(plaintext)
-        return height, fit
-
-    sanitised_message = sanitise(message)
-    results = starmap(worker, [(sanitised_message, i, fitness)
-                               for i in range(2, max_key_length+1)])
-    return max(results, key=lambda k: k[1])
-
 def amsco_break(message, translist=transpositions, patterns = [(1, 2), (2, 1)],
+                                  fillstyles = [AmscoFillStyle.continuous, 
+                                                AmscoFillStyle.same_each_row, 
+                                                AmscoFillStyle.reverse_each_row],
                                   fitness=Pbigrams, 
                                   chunksize=500):
     """Breaks an AMSCO transposition cipher using a dictionary and
@@ -482,7 +49,7 @@ def amsco_break(message, translist=transpositions, patterns = [(1, 2), (2, 1)],
                    (5, 0, 6, 1, 3, 4, 2): ['fourteen'], \
                    (6, 1, 0, 4, 5, 3, 2): ['keyword']}, \
         patterns=[(1, 2)]) # doctest: +ELLIPSIS
-    (((2, 0, 5, 3, 1, 4, 6), (1, 2)), -709.4646722...)
+    (((2, 0, 5, 3, 1, 4, 6), (1, 2), <AmscoFillStyle.continuous: 1>), -709.4646722...)
     >>> amsco_break(amsco_transposition_encipher(sanitise( \
             "It is a truth universally acknowledged, that a single man in \
              possession of a good fortune, must be in want of a wife. However \
@@ -495,27 +62,29 @@ def amsco_break(message, translist=transpositions, patterns = [(1, 2), (2, 1)],
                    (5, 0, 6, 1, 3, 4, 2): ['fourteen'], \
                    (6, 1, 0, 4, 5, 3, 2): ['keyword']}, \
         patterns=[(1, 2), (2, 1)], fitness=Ptrigrams) # doctest: +ELLIPSIS
-    (((2, 0, 5, 3, 1, 4, 6), (2, 1)), -997.0129085...)
+    (((2, 0, 5, 3, 1, 4, 6), (2, 1), <AmscoFillStyle.continuous: 1>), -997.0129085...)
     """
     with Pool() as pool:
-        helper_args = [(message, trans, pattern, fitness)
-                       for trans in translist.keys()
-                       for pattern in patterns]
+        helper_args = [(message, trans, pattern, fillstyle, fitness)
+                       for trans in translist
+                       for pattern in patterns
+                       for fillstyle in fillstyles]
         # Gotcha: the helper function here needs to be defined at the top level
         #   (limitation of Pool.starmap)
         breaks = pool.starmap(amsco_break_worker, helper_args, chunksize) 
         return max(breaks, key=lambda k: k[1])
 
 def amsco_break_worker(message, transposition,
-        pattern, fitness):
+        pattern, fillstyle, fitness):
     plaintext = amsco_transposition_decipher(message, transposition,
-        fillpattern=pattern)
+        fillpattern=pattern, fillstyle=fillstyle)
     fit = fitness(sanitise(plaintext))
     logger.debug('AMSCO transposition break attempt using key {0} and pattern'
-                         '{1} gives fit of {2} and decrypt starting: {3}'.format(
-                             transposition, pattern, fit, 
+                         '{1} ({2}) gives fit of {3} and decrypt starting: '
+                         '{4}'.format(
+                             transposition, pattern, fillstyle, fit, 
                              sanitise(plaintext)[:50]))
-    return (transposition, pattern), fit
+    return (transposition, pattern, fillstyle), fit
 
 
 def hill_break(message, matrix_size=2, fitness=Pletters, 
@@ -549,6 +118,127 @@ def hill_break_worker(message, matrix, fitness):
                      fit, sanitise(plaintext)[:50]))
     return matrix, fit
 
+def bifid_break_mp(message, wordlist=keywords, fitness=Pletters, max_period=10,
+                     number_of_solutions=1, chunksize=500):
+    """Breaks a keyword substitution cipher using a dictionary and
+    frequency analysis
+
+    >>> bifid_break_mp(bifid_encipher('this is a test message for the ' \
+          'keyword decipherment', 'elephant', wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_last), \
+          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo']) # doctest: +ELLIPSIS
+    (('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_last: 2>, 0), -52.834575011...)
+    >>> bifid_break_mp(bifid_encipher('this is a test message for the ' \
+          'keyword decipherment', 'elephant', wrap_alphabet=KeywordWrapAlphabet.from_last), \
+          wordlist=['cat', 'elephant', 'kangaroo'], \
+          number_of_solutions=2) # doctest: +ELLIPSIS, +NORMALIZE_WHITESPACE
+    [(('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_last: 2>, 0), -52.834575011...), 
+    (('elephant', <KeywordWrapAlphabet.from_largest: 3>, 0), -52.834575011...)]
+    """
+    with Pool() as pool:
+        helper_args = [(message, word, wrap, period, fitness)
+                       for word in wordlist
+                       for wrap in KeywordWrapAlphabet
+                       for period in range(max_period+1)]
+        # Gotcha: the helper function here needs to be defined at the top level
+        #   (limitation of Pool.starmap)
+        breaks = pool.starmap(bifid_break_worker, helper_args, chunksize)
+        if number_of_solutions == 1:
+            return max(breaks, key=lambda k: k[1])
+        else:
+            return sorted(breaks, key=lambda k: k[1], reverse=True)[:number_of_solutions]
+
+def bifid_break_worker(message, keyword, wrap_alphabet, period, fitness):
+    plaintext = bifid_decipher(message, keyword, wrap_alphabet, period=period)
+    fit = fitness(plaintext)
+    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, period), fit
+
+
+def autokey_sa_break( message
+                    , min_keylength=2
+                    , max_keylength=20
+                    , workers=10
+                    , initial_temperature=200
+                    , max_iterations=20000
+                    , fitness=Pletters
+                    , chunksize=1
+                    , result_count=1
+                    ):
+    """Break an autokey cipher by simulated annealing
+    """
+    worker_args = []
+    ciphertext = sanitise(message)
+    for keylength in range(min_keylength, max_keylength+1):
+        for i in range(workers):
+            key = cat(random.choice(string.ascii_lowercase) for _ in range(keylength))
+            worker_args.append((ciphertext, key, 
+                            initial_temperature, max_iterations, fitness))
+            
+    with Pool() as pool:
+        breaks = pool.starmap(autokey_sa_break_worker,
+                              worker_args, chunksize)
+    if result_count <= 1:
+        return max(breaks, key=lambda k: k[1])
+    else:
+        return sorted(set(breaks), key=lambda k: k[1], reverse=True)[:result_count]
+
+
+def autokey_sa_break_worker(message, key, 
+                                     t0, max_iterations, fitness):
+   
+    temperature = t0
+
+    dt = t0 / (0.9 * max_iterations)
+    
+    plaintext = autokey_decipher(message, key)
+    current_fitness = fitness(plaintext)
+    current_key = key
+
+    best_key = current_key
+    best_fitness = current_fitness
+    best_plaintext = plaintext
+    
+    # print('starting for', max_iterations)
+    for i in range(max_iterations):
+        swap_pos = random.randrange(len(current_key))
+        swap_char = random.choice(string.ascii_lowercase)
+        
+        new_key = current_key[:swap_pos] + swap_char + current_key[swap_pos+1:]
+        
+        plaintext = autokey_decipher(message, new_key)
+        new_fitness = fitness(plaintext)
+        try:
+            sa_chance = math.exp((new_fitness - current_fitness) / temperature)
+        except (OverflowError, ZeroDivisionError):
+            # print('exception triggered: new_fit {}, current_fit {}, temp {}'.format(new_fitness, current_fitness, temperature))
+            sa_chance = 0
+        if (new_fitness > current_fitness or random.random() < sa_chance):
+            # logger.debug('Simulated annealing: iteration {}, temperature {}, '
+            #     'current alphabet {}, current_fitness {}, '
+            #     'best_plaintext {}'.format(i, temperature, current_alphabet, 
+            #     current_fitness, best_plaintext[:50]))
+
+            # logger.debug('new_fit {}, current_fit {}, temp {}, sa_chance {}'.format(new_fitness, current_fitness, temperature, sa_chance))
+#             print(new_fitness, new_key, plaintext[:100])
+            current_fitness = new_fitness
+            current_key = new_key
+            
+        if current_fitness > best_fitness:
+            best_key = current_key
+            best_fitness = current_fitness
+            best_plaintext = plaintext
+        if i % 500 == 0:
+            logger.debug('Simulated annealing: iteration {}, temperature {}, '
+                'current key {}, current_fitness {}, '
+                'best_plaintext {}'.format(i, temperature, current_key, 
+                current_fitness, plaintext[:50]))
+        temperature = max(temperature - dt, 0.001)
+        
+#     print(best_key, best_fitness, best_plaintext[:70])
+    return best_key, best_fitness # current_alphabet, current_fitness
+
 
 def pocket_enigma_break_by_crib(message, wheel_spec, crib, crib_position):
     """Break a pocket enigma using a crib (some plaintext that's expected to
@@ -579,13 +269,13 @@ def pocket_enigma_break_by_crib(message, wheel_spec, crib, crib_position):
 
 
 def plot_frequency_histogram(freqs, sort_key=None):
-    x = range(len(freqs.keys()))
-    y = [freqs[l] for l in sorted(freqs.keys(), key=sort_key)]
+    x = range(len(freqs))
+    y = [freqs[l] for l in sorted(freqs, key=sort_key)]
     f = plt.figure()
     ax = f.add_axes([0.1, 0.1, 0.9, 0.9])
     ax.bar(x, y, align='center')
     ax.set_xticks(x)
-    ax.set_xticklabels(sorted(freqs.keys(), key=sort_key))
+    ax.set_xticklabels(sorted(freqs, key=sort_key))
     f.show()