CTF之栅栏密码的传统型、W型与偏移量

概念

定义

栅栏密码(Rail Fence Cipher)是一种古老的加密方法，它的基本原理是将明文按“栅栏”模式排列，形成一系列斜线，最后按行顺序读取字符来生成密文

栅栏密码使用一个或多个栅栏（即行数）来改变明文的排列方式，使得原文的结构被打乱，从而增加解密的难度

加密时，明文的字母按照栅栏数分布在多个行中，读取每行字符并按顺序拼接得到密文，栅栏数越多，加密的效果越复杂

解密时则需要知道栅栏数和偏移量，然后逆向排列字符恢复原文

如何加密

1. 确定栅栏数和偏移：在加密之前，首先需要选择栅栏数（即行数）和偏移量（即从第几个栅栏开始）
2. 将明文分配到栅栏上：明文中的字符会被按行分配到指定数量的栅栏中，字符按从上到下、从左到右的方式沿着栅栏逐行分布
3. 按行读取字符：按照栅栏的行顺序将字符拼接，得到加密后的密文
4. 输出密文：最终的密文是按照行顺序拼接后的字符序列

如何解密

解密过程是加密过程的逆向操作

1. 确定栅栏数和偏移：解密时，首先需要知道加密时使用的栅栏数和偏移量
2. 根据密文重构栅栏：根据密文的长度和栅栏数，重新构建栅栏矩阵
3. 根据偏移量，可以确定字符的正确位置
4. 按列读取字符：按照栅栏的列顺序读取字符，重建出原始的明文

传统型（Z型）

加密原理

1. 把将要传递的信息中的字母从上往下从左往右排成N行
2. 从左往右从上往下按顺序读取，从而形成一段密码

一般来说，传统型栅栏加密的栅栏数能整除明文的字符数

示例

明文：THE LONGEST DAY MUST HAVE AN END

加密

N=2，则把将要传递的信息中的字母从上往下从左往右排成两行

T E O G S D Y U T A E N N

H L N E T A M S H V A E D

密文从左往右从上往下按顺序读取

TEOGSDYUTAENN HLNETAMSHVAED

解密

先将密文分为两行

T E O G S D Y U T A E N N

H L N E T A M S H V A E D

再按上下上下的顺序组合成一句话

THE LONGEST DAY MUST HAVE AN END

扩展

• 在选择行数时可以使多行，这样对于加密强度有所提高
• 可以在加密之后在使用其他密码进行加密，增加强度

W型

加密原理

1. 把将要传递的信息中的字母从上往下从左往右以W的形状排成N行，这里令N=3
2. 如果有偏移量F，则明文字符从上往下从左往右以W的形状排列时，需要先跳过前F个位置
3. 从左往右从上往下按顺序读取，从而形成一段密码

示例1

明文：HELLOWORLD

加密 - 偏移量为0

把将要传递的信息中的字母从上往下从左往右以W的形状排成3行

H				O				L
	E		L		W		R		D
		L				O

密文从左往右从上往下按顺序读取

HOL ELWRD LO

所以密文为

HOLELWRDLO

加密 - 偏移量为2

把将要传递的信息中的字母从上往下从左往右以W的形状排成3行，但要先跳过前2个位置

				L				O
			E		L		W		R		D
		H				O				L

密文从左往右从上往下按顺序读取

LO ELWRD HLO

所以密文为

LOELWRDHOL

解密 - 偏移量为0

简而言之，明文密文的字符数量相同，所以只需要将密文按加密的步骤从上到下从左到右以W形状确定位置点，仅仅确定位置点而不真的进行加密

H				L				L
	O		E		W		D		O
		L				R

由上已知栅栏的所有位置点，之后只需要将加密时的填入顺序逆转过来即可

把密文 HOLELWRDLO 从左往右从上往下填入确定的位置点中

H				O				L
	E		L		W		R		D
		L				O

明文从上往下从左往右按顺序读取

HELLOWORLD

解密简洁版 - 偏移量为2

同样模仿加密先确定位置点，再以加密时的填入顺序逆转过来即可

				E				D
			O		L		R		H		L
		L				W				O

把密文 LOELWRDHOL 从左往右从上往下填入确定的位置点中

				L				O
			E		L		W		R		D
		H				O				L

明文从上往下从左往右按顺序读取

HELLOWORLD

好的，到此为止你已经掌握了本文栅栏密码相关的所有内容

以下是从其他角度的一些思考和栅栏数为4的示例，可以跳过不看

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解密废话版

已知栅栏数N (N>1)，则第一行的字符相隔 2(N-3)+3=2N-3 位，所以如果第一行有K位字符，则总共至少有 (K-1)(2N-3)+K 位字符

比如栅栏数N=3时，K=1至少有1个字符，K=2至少有1*3+2=5个字符，K=3至少有2*3+3=9个字符，K=4至少有3*3+4=13个字符

换句话来说，当总字符数大于 (K-1)(2N-3)+K 而小于 K*(2N-3)+K+1，则第一行有K位字符，结合间隔即可得到第一行字符的分布

底下几行一般只要挨着上一行填即可，只需要注意，假设总字符数减去 (K-1)(2N-3)+K 的差为X，则第一行第K位字符右侧X列都有字符

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N=3时，第1行的间隔为2*3-3=3，字符串总字符数为10，大于9小于13，则第1行的字符数为3，且第1行最后一个字符右侧10-9=1列有字符

在第1行每隔3个间隔从左到右填入一个字母，总共填3个，即HOL

H				O				L

在第2行，处于第一行3个字符所在列的左右列，从左至右填上字符，注意第一个字符左列不填，最后一个字符右列先不填，即填入ELWR

H				O				L
	E		L		W		R

由于第1行最后一个字符右侧1列有字符，故在第2行最后一个字符右列填入字符，即D

H				O				L
	E		L		W		R		D

在第3行，以构成W形状的趋势，在第2行字符的邻列，从左至右填上字符，刚好填写完毕

H				O				L
	E		L		W		R		D
		L				O

再按从上往下从左往右的顺序组合成一句话

HELLO WORLD

示例2

密文：Fsflipsyanwa3g72，栅栏数为4，偏移量为0

解密

N=4时，第1行的间隔为2*4-3=5，字符串总字符数为16，大于2*5+3=13小于3*5+4=19，则第1行的字符数为3，且第1行最后一个字符右侧16-13=3列有字符

在第1行每隔5个间隔从左到右填入一个字母，总共填3个，即Fsf

F

s

f

在第2行，处于第一行3个字符所在列的左右列，从左至右填上字符，注意第一个字符左列不填，最后一个字符右列先不填，即填入lips

F

s

f

l

i

p

s

由于第1行最后一个字符右侧3列有字符，故在第1行最后一个字符右1列填入字符，即y

F

s

f

l

i

p

s

y

在第3行，以构成W形状的趋势，在第2行字符的邻列，从左至右填上字符，注意最后一个字符邻列先不填，即填入anwa

F

s

f

l

i

p

s

y

a

n

w

a

由于第1行最后一个字符右侧3列有字符，故在第1行最后一个字符右2列填入字符，即3

F

s

f

l

i

p

s

y

a

n

w

a

3

在第4行，以构成W形状的趋势，在第3行字符的邻列，从左至右填上字符，注意最后一个字符邻列先不填，即填入g7

F

s

f

l

i

p

s

y

a

n

w

a

3

g

7

由于第1行最后一个字符右侧3列有字符，故在第1行最后一个字符右3列填入字符，即2

F

s

f

l

i

p

s

y

a

n

w

a

3

g

7

2

再按从上往下从左往右的顺序组合成一句话

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