Playfair
原理：多图替代 polygraphic substitution
一、密钥
密钥是一个5*5的矩阵，但是英文中有26个字母，谁的多余的呢？
——j是多余的 （‘j’渴望拥有姓名！）
如果明文中有‘j’，当成‘i’处理。谁让他俩长得这么像呢？
密钥的生成过程有点类似于key word算法密钥的生成过程
- 选定一个单词
- 去掉重复的字母和字母'j'
- 每行五个，把2.的结果排好
- 对于未使用的，按照字母表顺序每行五个排好
举个栗子：
- 选定单词"harpsichord"(一种乐器，大键琴)
- 去掉重复字母和字母'j'："harpsicod"
- 将2.的结果放到矩阵中
- 第一行：H A R P S
- 第二行：I C O D
- 未使用的字母：B E F GK L M N Q T U V W X Y Z接着3.填下去
- 第二行：I C O D B
- 第三行：E F G K L 注意，这里没有字母'J'！
- 第四行：M N Q T U
- 第五行：V W X Y Z
最后结果：
二、加密过程
多图加密算法是对明文进行按对加密的，
加密时，在密钥矩阵中，
先找到该明文字符对中两个字符的位置，
然后根据三个规则，确定好输出的密文对
1、三个加密规则
对于每个明文对，在密钥矩阵中的位置关系不过三种：
- 只同行
- 将会被它们右边的字符分别替代
- 如果该字符在最右边一列，将会被同行 最左边一列的那个字符代替（其实就是“穿透”过去）
- 只同列
- 将会被它们下边的字母分别替代
- 如果该字符在最下面一行，将会被同列 最上边一行的那个字符代替（其实就是“穿透”过去）
- 既不同行也不同列
- 如果两个明文对，既不同行也不同列，那么将它们连起来，记为明文链
- 明文链就可以确定一个矩阵，它们的连线是该矩阵的对角线
- 每个矩阵有两条对角线，另外一条记为密文链
- 明文对将会被密文链上，和明文对同行的两个字母替代
显然，似乎应该有一个位置关系——同行同列，
如果明文对的两个字符是同行同列，是什么情况？——这说明这两个字符是相同的。
那么这三条规则则失效了，
其实，除了明文对为重复字母，这三条规则遇到一些情况也会失效：
- 明文中有字母'j'
- 如果明文是奇数个字母，那最后一个字母不就是单身狗了？
2、三个预处理
针对于上面的三个情况，“兵来将挡水来土掩”，我们需要对明文对进行三个预处理
在对明文正式进行加密之前，还需要对明文进行三个预处理：
- 将明文中的字母'j'替代成'i'
- j：为什么总是我？？？
- ——因为密钥矩阵中就没有‘j’啊！
- 将重复的字母中间加上特殊字母'q'
- 如果是重复字母对，则
- 如果明文是奇数个字母，需要在最后加上特殊字母'q'
3、举个例子
使用我们刚刚生成的密钥矩阵，对“speciallity”进行加密
首先，对明文进行预处理：
- 明文中没有字母'j'，无需处理
- 在两个’L‘之间加上'Q'
- 加上’Q‘之后，明文变成了偶数个
- 注意，2.一定要在3.之前！
- 如果我们反过来，明文对中有重复字母且为奇数个，那我们：
- 现在最后加上无效字符'Q'，明文变成了偶数个
- 在重复字母中间加上特殊字符'Q'，明文变成了奇数个
- 再在最后加上特殊字符’Q‘，明文对变成了偶数个，但是最后两个自身重复了，还能再加上特殊字符’Q‘吗？——当然不行，那最后就有了三个’Q‘
经过预处理，明文变成了：SP EC IA LQ LI TY
-
(S,P)->(H,S)
- 它们的位置关系是同行
- S在最右侧，所以变成了第一列的同行字母'H'
- P变成了右边的字母'S'
-
(E,C)->(F,I）
- 它们既不同行也不同列
- 明文链(E,C)（红色箭头所示）确定了矩阵（红色方框内）：
- 矩阵中另一条对角线为密文链(F,I)（蓝色箭头所示）
-
(I,A)->(C,H)
-
(L,Q)->(G,U)
-
(L,I)->(E,B)
-
(T,Y)->(Y,P)
- 这个关系是同列
- 和(S,P)的变化过程很像
最后“speciallity”变成了“hsfichguebyp”