cryptatools_core/cryptography/classical/encryption/polyalphabetic_ciphers/

vigenere.rs

use itertools::Itertools;
use std::sync::Arc;
use crate::utils::alphabets;
use crate::utils::alphabets::Alphabet;

pub struct Vigenere {
    pub alphabet: Alphabet,
    pub vigenere_table: Vec<Vec<Vec<u8>>>,
}

impl Vigenere {
    ///
    /// 
    /// ```
    /// use cryptatools_core::utils::{alphabets, alphabets::Alphabet, convert::Encode};
    /// use cryptatools_core::cryptography::classical::encryption::polyalphabetic_ciphers::vigenere::Vigenere;
    /// let ascii_alphabet = Alphabet::new_empty().ascii_encoding();
    /// let v = Vigenere::new(ascii_alphabet);
    /// assert_eq!(v.vigenere_table, [[[0], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [61], [62], [63], [64], [65], [66], [67], [68], [69], [70], [71], [72], [73], [74], [75], [76], [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87], [88], [89], [90], [91], [92], [93], [94], [95], [96], [97], [98], [99], [100], [101], [102], [103], [104], [105], [106], [107], [108], [109], [110], [111], [112], [113], [114], [115], [116], [117], [118], [119], [120], [121], [122], [123], [124], [125], [126], [127], [128]], [[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], 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[111], [112], [113], [114], [115], [116], [117], [118], [119], [120], [121], [122], [123], [124], [125]], [[127], [128], [0], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [61], [62], [63], [64], [65], [66], [67], [68], [69], [70], [71], [72], [73], [74], [75], [76], [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87], [88], [89], [90], [91], [92], [93], [94], [95], [96], [97], [98], [99], [100], [101], [102], [103], [104], [105], [106], [107], [108], [109], [110], [111], [112], [113], [114], [115], [116], [117], [118], [119], [120], [121], [122], [123], [124], [125], [126]], [[128], [0], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [61], [62], [63], [64], [65], [66], [67], [68], [69], [70], [71], [72], [73], [74], [75], [76], [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87], [88], [89], [90], [91], [92], [93], [94], [95], [96], [97], [98], [99], [100], [101], [102], [103], [104], [105], [106], [107], [108], [109], [110], [111], [112], [113], [114], [115], [116], [117], [118], [119], [120], [121], [122], [123], [124], [125], [126], [127]]]);
    /// ```
    pub fn new(alphabet: Alphabet) -> Self {

        let ordonned_alphabet = alphabet.encoding.right_values().sorted();
        
        let alphabets_size = alphabet.encoding.right_values().len();//-1
        let mut vigenere_table: Vec<Vec<Vec<u8>>> = vec![];


        for i in 0..alphabets_size {
            vigenere_table.push(vec![]);
            for j in i..alphabets_size+i {
                vigenere_table[i].push(ordonned_alphabet.as_slice()[j%alphabets_size].to_vec());
            }
        }
        
        Vigenere { 
            alphabet: alphabet,
            vigenere_table: vigenere_table,
         }
    }

    /// Encrypt with the Vigenere algorithm.
    /// 
    /// If the custom alphabet is represented as multi-bytes representation for a single char, then this function still handles this case and splits bytes by symbol size.
    /// ```
    /// use cryptatools_core::utils::{alphabets, alphabets::Alphabet, convert::Encode};
    /// use cryptatools_core::cryptography::classical::encryption::polyalphabetic_ciphers::vigenere::Vigenere;
    /// use once_cell::sync::Lazy;
    /// 
    /// let ascii_alphabet = Alphabet::new_empty().ascii_encoding();
    /// let v = Vigenere::new(ascii_alphabet.clone());
    /// let plaintext = Encode::from_ascii_to_u8(String::from("the quick brown roman fox jumped over the lazy ostrogoth dog"));
    /// 
    /// assert_eq!(plaintext, [116, 104, 101, 32, 113, 117, 105, 99, 107, 32, 98, 114, 111, 119, 110, 32, 114, 111, 109, 97, 110, 32, 102, 111, 120, 32, 106, 117, 109, 112, 101, 100, 32, 111, 118, 101, 114, 32, 116, 104, 101, 32, 108, 97, 122, 121, 32, 111, 115, 116, 114, 111, 103, 111, 116, 104, 32, 100, 111, 103]);
    /// 
    /// let key = alphabets::split_bytes_by_characters_representation(&ascii_alphabet.clone(), Encode::from_ascii_to_u8(String::from("caesar")));
    /// 
    /// assert_eq!(key, [[99], [97], [101], [115], [97], [114]]);
    /// 
    /// let result = v.encrypt(plaintext, key);
    /// 
    /// assert_eq!(result, [86, 72, 73, 18, 81, 102, 75, 67, 79, 18, 66, 99, 81, 87, 82, 18, 82, 96, 79, 65, 82, 18, 70, 96, 90, 0, 78, 103, 77, 97, 71, 68, 4, 97, 86, 86, 84, 0, 88, 90, 69, 17, 78, 65, 94, 107, 0, 96, 85, 84, 86, 97, 71, 96, 86, 72, 4, 86, 79, 88]);
    /// 
    /// use cryptatools_core::utils::convert::Decode;
    /// let str_encrypted = Decode::from_u8_to_ascii(result);
    /// 
    /// assert_eq!(str_encrypted, "VHI\u{12}QfKCO\u{12}BcQWR\u{12}R`OAR\u{12}F`Z\0NgMaGD\u{4}aVVT\0XZE\u{11}NA^k\0`UTVaG`VH\u{4}VOX");
    /// 
    /// let uppurcase_alphabet = Alphabet::new_empty().uppercase_no_space_ascii_alphabet_encoding();
    /// 
    /// let v = Vigenere::new(uppurcase_alphabet.clone());
    /// let plaintext = Encode::from_ascii_to_u8(String::from("thequickbrownromanfoxjumpedoverthelazyostrogothdog").to_uppercase());
    /// let key = alphabets::split_bytes_by_characters_representation(&uppurcase_alphabet.clone(), Encode::from_ascii_to_u8(String::from("CAESAR")));
    /// 
    /// assert_eq!(plaintext, [84, 72, 69, 81, 85, 73, 67, 75, 66, 82, 79, 87, 78, 82, 79, 77, 65, 78, 70, 79, 88, 74, 85, 77, 80, 69, 68, 79, 86, 69, 82, 84, 72, 69, 76, 65, 90, 89, 79, 83, 84, 82, 79, 71, 79, 84, 72, 68, 79, 71]);
    /// assert_eq!(key, [[67], [65], [69], [83], [65], [82]]);
    /// 
    /// let result = v.encrypt(plaintext, key);
    /// 
    /// assert_eq!(result, [86, 72, 73, 73, 85, 90, 69, 75, 70, 74, 79, 78, 80, 82, 83, 69, 65, 69, 72, 79, 66, 66, 85, 68, 82, 69, 72, 71, 86, 86, 84, 84, 76, 87, 76, 82, 66, 89, 83, 75, 84, 73, 81, 71, 83, 76, 72, 85, 81, 71]);
    /// 
    /// let str_encrypted = Decode::from_u8_to_ascii(result);
    /// assert_eq!(str_encrypted, "VHIIUZEKFJONPRSEAEHOBBUDREHGVVTTLWLRBYSKTIQGSLHUQG");
    /// ```
    pub fn encrypt(&self, plain_text: Vec<u8>, passphrase_key: Vec<Vec<u8>>) -> Vec<u8> {
        if passphrase_key.clone().len() == 0 {
            return plain_text;
        }

        let characters_set: Vec<Vec<u8>> = alphabets::split_bytes_by_characters_representation(&self.alphabet, plain_text);

        let mut encrypted_character_sets: Vec<Vec<u8>> = vec![];
        for character_shift in 0..characters_set.clone().len() {
            let key_offset = character_shift % passphrase_key.clone().len();

            let top = self.vigenere_table.get(0).unwrap().iter().position(|x|x.clone() == passphrase_key[key_offset]).unwrap().clone();
            let left = self.vigenere_table.iter().position(|x| x.clone().first().unwrap().clone() == characters_set[character_shift].clone()).unwrap_or(3); // crash some tests with unwrap instead of unwrap_or(3)
            encrypted_character_sets.push(self.vigenere_table.get(left).unwrap().get(top).unwrap().to_vec());
        }
        
        let mut unified_output_bytes = vec![];
        for encrypted_character_set in &mut encrypted_character_sets {
            unified_output_bytes.append(encrypted_character_set)
        }

        unified_output_bytes
    }
}


pub struct VigenereNoTable {
    pub alphabet: Arc<Alphabet>,
    pub sorted_alphabet: Vec<Vec<u8>>,
}

impl VigenereNoTable {
    pub fn new(alphabet: Arc<Alphabet>) -> Self {
        let sorted_alphabet = alphabet.encoding.right_values().cloned().sorted().collect_vec();
        VigenereNoTable { 
            alphabet,
            sorted_alphabet,
        }
    }

    fn entry(&self, i: usize, j: usize) -> &Vec<u8> {
        &self.sorted_alphabet[(i+j) % self.sorted_alphabet.len()]
    }

    ///
    /// ```
    /// use cryptatools_core::utils::{alphabets, alphabets::Alphabet, convert::Encode};
    /// use cryptatools_core::cryptography::classical::encryption::polyalphabetic_ciphers::vigenere::VigenereNoTable;
    /// let ascii_alphabet = Alphabet::new_empty().ascii_encoding();
    /// let v = VigenereNoTable::new(ascii_alphabet.clone().into());
    /// let plaintext = Encode::from_ascii_to_u8(String::from("the quick brown roman fox jumped over the lazy ostrogoth dog"));
    /// 
    /// assert_eq!(plaintext, [116, 104, 101, 32, 113, 117, 105, 99, 107, 32, 98, 114, 111, 119, 110, 32, 114, 111, 109, 97, 110, 32, 102, 111, 120, 32, 106, 117, 109, 112, 101, 100, 32, 111, 118, 101, 114, 32, 116, 104, 101, 32, 108, 97, 122, 121, 32, 111, 115, 116, 114, 111, 103, 111, 116, 104, 32, 100, 111, 103]);
    /// 
    /// let key = alphabets::split_bytes_by_characters_representation(&ascii_alphabet.clone(), Encode::from_ascii_to_u8(String::from("caesar")));
    /// 
    /// assert_eq!(key, [[99], [97], [101], [115], [97], [114]]);
    /// 
    /// let result = v.encrypt(plaintext, key);
    /// 
    /// assert_eq!(result, [86, 72, 73, 18, 81, 102, 75, 67, 79, 18, 66, 99, 81, 87, 82, 18, 82, 96, 79, 65, 82, 18, 70, 96, 90, 0, 78, 103, 77, 97, 71, 68, 4, 97, 86, 86, 84, 0, 88, 90, 69, 17, 78, 65, 94, 107, 0, 96, 85, 84, 86, 97, 71, 96, 86, 72, 4, 86, 79, 88]);
    /// 
    /// use cryptatools_core::utils::convert::Decode;
    /// let str_encrypted = Decode::from_u8_to_ascii(result);
    /// 
    /// assert_eq!(str_encrypted, "VHI\u{12}QfKCO\u{12}BcQWR\u{12}R`OAR\u{12}F`Z\0NgMaGD\u{4}aVVT\0XZE\u{11}NA^k\0`UTVaG`VH\u{4}VOX");
    /// 
    /// let uppurcase_ascii_alphabet_with_no_chars = Alphabet::new_empty().uppercase_no_space_ascii_alphabet_encoding();
    /// let v = VigenereNoTable::new(uppurcase_ascii_alphabet_with_no_chars.clone().into());
    /// let plaintext = Encode::from_ascii_to_u8(String::from("thequickbrownromanfoxjumpedoverthelazyostrogothdog").to_uppercase());
    /// let key = alphabets::split_bytes_by_characters_representation(&uppurcase_ascii_alphabet_with_no_chars.clone().into(), Encode::from_ascii_to_u8(String::from("CAESAR")));
    /// assert_eq!(plaintext, [84, 72, 69, 81, 85, 73, 67, 75, 66, 82, 79, 87, 78, 82, 79, 77, 65, 78, 70, 79, 88, 74, 85, 77, 80, 69, 68, 79, 86, 69, 82, 84, 72, 69, 76, 65, 90, 89, 79, 83, 84, 82, 79, 71, 79, 84, 72, 68, 79, 71]);
    /// assert_eq!(key, [[67], [65], [69], [83], [65], [82]]);
    /// 
    /// let result = v.encrypt(plaintext, key);
    /// 
    /// assert_eq!(result, [86, 72, 73, 73, 85, 90, 69, 75, 70, 74, 79, 78, 80, 82, 83, 69, 65, 69, 72, 79, 66, 66, 85, 68, 82, 69, 72, 71, 86, 86, 84, 84, 76, 87, 76, 82, 66, 89, 83, 75, 84, 73, 81, 71, 83, 76, 72, 85, 81, 71]);
    /// 
    /// let str_encrypted = Decode::from_u8_to_ascii(result);
    /// assert_eq!(str_encrypted, "VHIIUZEKFJONPRSEAEHOBBUDREHGVVTTLWLRBYSKTIQGSLHUQG");
    /// ```
    pub fn encrypt(&self, plain_text: Vec<u8>, passphrase_key: Vec<Vec<u8>>) -> Vec<u8> {
        if passphrase_key.len() == 0 {
            return plain_text;
        }

        let characters_set: Vec<Vec<u8>> = alphabets::split_bytes_by_characters_representation(&self.alphabet, plain_text);

        let mut encrypted_character_sets: Vec<Vec<u8>> = vec![];
        for character_shift in 0..characters_set.len() {
            let key_offset = character_shift % passphrase_key.len();

            let top = self.sorted_alphabet.iter().position(|x| x == &passphrase_key[key_offset]).unwrap();
            let left = self.sorted_alphabet.iter().position(|x| x == &characters_set[character_shift]).unwrap_or(3); // crash some tests with unwrap instead of unwrap_or(3)
            encrypted_character_sets.push(self.entry(top, left).clone());
        }
        
        let mut unified_output_bytes = vec![];
        for encrypted_character_set in &mut encrypted_character_sets {
            unified_output_bytes.append(encrypted_character_set)
        }

        unified_output_bytes
    }
}