CTF BUUOJ Cipher：Playfair 密码解密实战–从“公平的玩吧”到获取 Flag

一、题目描述

在做 CTF 密码学题目时，遇到了一道非常有意思的题目，题目描述如下：

Cipher
1
还能提示什么呢？公平的玩吧（密钥自己找）

Dncnoqqfliqrpgeklwmppu

注意： 得到的 flag 请包上 flag{} 提交, flag{小写字母}

二、题目分析

1. 确定加密算法

题目中最关键的提示是中文 “公平的玩吧”。
在密码学中，提到“公平”，最经典的对应算法就是 Playfair Cipher（Playfair 密码）。
Playfair 密码（Playfair cipher）是一种对称式密码，也是第一种双字母替换密码。它的基本原理是使用一个 5x5 的矩阵来对明文进行加密。

2. 确定密钥

题目中提到“密钥自己找”。既然提示已经指向了 Playfair 算法，根据 CTF 出题的常见套路，我们大胆猜测密钥就是算法的名字本身。
因此，猜测密钥为：playfair。

三、手动解密过程

为了深入理解算法，我们先尝试手动解密。

1. 构造密钥矩阵

Playfair 使用一个 5x5 的矩阵。构造规则如下：

1. 去除密钥中的重复字母。
2. 将剩余字母填入矩阵。
3. 剩余位置按字母表顺序填充（通常 I/J 合并，标准 Playfair 中 J 被 I 替代）。
   密钥： playfair
   去重后得到序列：p, l, a, y, f, i, r
   填充剩余字母，得到最终的 5x5 矩阵：
   | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
   |—|—|—|—|—|—|
   | 1 | P | L | A | Y | F |
   | 2 | I | R | B | C | D |
   | 3 | E | G | H | K | M |
   | 4 | N | O | Q | S | T |
   | 5 | U | V | W | X | Z |

2. 分组解密

密文：Dncnoqqfliqrpgeklwmppu
将密文两两分组：Dn, cn, oq, qf, li, qr, pg, ek, lw, mp, pu
Playfair 解密规则（与加密相反）：

1. 同行：向左移动一位。
2. 同列：向上移动一位。
3. 不同行不同列：对角线交换（矩形法则），取同行的另一个角。
   具体解密步骤解析：

• Dn: D(2,5), N(4,1) -> 不同行列 -> 取对角 I(2,1), T(4,5) -> IT
• cn: C(2,4), N(4,1) -> 不同行列 -> 取对角 I(2,1), S(4,4) -> IS
• oq: O(4,2), Q(4,3) -> 同行左移 -> N(4,1), O(4,2) -> NO
• qf: Q(4,3), F(1,5) -> 不同行列 -> 取对角 T(4,5), A(1,3) -> TA
• li: L(1,2), I(2,1) -> 不同行列 -> 取对角 P(1,1), R(2,2) -> PR
• qr: Q(4,3), R(2,2) -> 不同行列 -> 取对角 O(4,2), B(2,3) -> OB
• pg: P(1,1), G(3,2) -> 不同行列 -> 取对角 L(1,2), E(3,1) -> LE
• ek: E(3,1), K(3,4) -> 同行左移 -> M(3,5), H(3,3) -> MH
• lw: L(1,2), W(5,3) -> 不同行列 -> 取对角 A(1,3), V(5,2) -> AV
• mp: M(3,5), P(1,1) -> 不同行列 -> 取对角 E(3,1), F(1,5) -> EF
• pu: P(1,1), U(5,1) -> 同列上移 -> U(5,1), N(4,1) -> UN
  拼接解密结果：
  IT IS NO TA PR OB LE MH AV EF UN
  整理明文并去除填充：
  IT IS NOT A PROBLEM HAVE FUN (明文为：这不是个问题，玩得开心)

四、Python 脚本自动化解密

在实际比赛中，为了节省时间，我们可以编写 Python 脚本来自动处理。以下是完整的解密代码：

def playfair_decrypt(ciphertext, key):
    """
    Playfair 密码解密函数
    :param ciphertext: 密文
    :param key: 密钥
    :return: 明文
    """
    # 1. 预处理密钥：去重、转大写、J转I
    key = key.upper().replace('J', 'I')
    seen = set()
    processed_key = []
    for char in key:
        if char not in seen and char.isalpha():
            seen.add(char)
            processed_key.append(char)
    
    # 2. 生成字母表并构建矩阵
    # 标准Playfair字母表不含J
    alphabet = "ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ"
    for char in alphabet:
        if char not in seen:
            processed_key.append(char)
            seen.add(char)
            
    # 构建 5x5 矩阵
    matrix = [processed_key[i:i+5] for i in range(0, 25, 5)]
    
    # 辅助函数：查找字符在矩阵中的位置
    def find_pos(char):
        for r in range(5):
            for c in range(5):
                if matrix[r][c] == char:
                    return r, c
        return None
    # 3. 解密逻辑
    ciphertext = ciphertext.upper().replace('J', 'I')
    plaintext = ""
    
    # 每两个字符一组进行解密
    for i in range(0, len(ciphertext), 2):
        char1 = ciphertext[i]
        char2 = ciphertext[i+1]
        
        r1, c1 = find_pos(char1)
        r2, c2 = find_pos(char2)
        
        # 规则 1: 同一行 -> 左移一位
        if r1 == r2:
            plaintext += matrix[r1][(c1 - 1) % 5]
            plaintext += matrix[r2][(c2 - 1) % 5]
        # 规则 2: 同一列 -> 上移一位
        elif c1 == c2:
            plaintext += matrix[(r1 - 1) % 5][c1]
            plaintext += matrix[(r2 - 1) % 5][c2]
        # 规则 3: 矩形对角交换
        else:
            plaintext += matrix[r1][c2]
            plaintext += matrix[r2][c1]
            
    return plaintext
if __name__ == "__main__":
    # 题目数据
    cipher_text = "Dncnoqqfliqrpgeklwmppu"
    key = "playfair" 
    
    # 执行解密
    result = playfair_decrypt(cipher_text, key)
    
    # 格式化输出 Flag
    # 题目要求 flag{小写字母}
    flag = f"flag{{{result.lower()}}}"
    
    print("-" * 30)
    print(f"Key: {key}")
    print(f"Plaintext: {result}")
    print(f"Flag: {flag}")
    print("-" * 30)

运行结果：

------------------------------
Key: playfair
Plaintext: ITISNOTAPROBLEMHAVEFUN
Flag: flag{itisnotaproblemhavefun}
------------------------------

五、总结

这道题的考点主要有两个：

1. 脑洞与联想：通过“公平”二字联想到 Playfair 密码。
2. 基础密码学知识：掌握 Playfair 密码的矩阵构造和解密规则。
   最终的 Flag 为：

flag{itisnotaproblemhavefun}

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