异或加密(XOR)原理及实现

jiami

用 js 实现了一个 在线 加密解密的小工具,支持中文作为密钥,欢迎尝试啦

https://www.boydwang.com/xor.html

什么是异或加密

异或加密是一种加密算法,利用了计算机中的异或计算,异或计算(符号记为 ‘^’)的原理是,相同为 0,不同为 1

0 ^ 0 = 0
1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1

由于 1 ^ 0 或 0 ^ 1 的结果都为 1,因此不能直接由结果 1 推出原来的明文到底是 0 还是 1,达到保护明文的目的。

异或加密特性

异或加密具有以下特性(引自维基百科):

简单异或密码(英语:simple XOR cipher)是密码学中一种简单的加密算法,它按照如下原则进行运算:
1. A ^ 0 = A
2. A ^ A = 0
3. (A ^ B) ^ C = A ^ (B ^ C)
4. (B ^ A) ^ A = B ^ 0 = B

从原理 4 可得,对同一个明文 B,使用密钥 A 对其进行两次异或运算,可得到明文 B,我们正是利用了这一特性,进行实现加密解密

异或加密算法

异或加密算法由 3 部分组成,分别是

  1. 明文
  2. 密钥
  3. 异或运算规则

流程是通过遍历明文的每一个字符,并按照异或运算规则从密钥中取出一个或多个字符,与明文的字符进行异或运算,将异或的结果合成一个新的字符串,但是由于异或运算的特性,有可能异或运算后为一个不可见字符,就可能无法通过字符串传递密文了,因此这里引入了 base64 编码,因为 base64 编码后的字符串都是可见字符,关于 base64 编码的知识详见 Js Base64 编码

所以加密算法变成:

  1. 明文与密钥按照异或运算规则进行异或运算,产生密钥
  2. 将得到的密文进行base64 编码,最后返回

而解密算法相应的变成:

  1. 将密文进行 base64 解码,得到原始的密文
  2. 将密文按照相同的异或运算规则与密文进行异或,得到明文

异或运算算法

异或运算算法是为了解决明文与密文如何进行异或运算的问题,因为明文和密文长度可能不一样,如何保证明文的每个字符都有与之对应的密文字符进行异或,并且在解密时保证按照相同的算法进行异或运算得到明文,是异或运算算法要考虑的,这里我们会用到一种新的运算,叫 取余,这里不考虑为负数的情况

取余运算(通常记为 %),表示的是 被除数 除以 除数之后的余数,比如 8 / 5 = 1 余 3,因此 8 % 5 = 3,另外取余运算规定如果被除数小于除数,那么取余结果就为被除数,因此 5 % 8 = 5,来看下面的例子:

0%3=0 
1%3=1
2%3=2
3%3=0
4%3=1
5%3=2
6%3=0
7%3=1

你们发现了吗,结果总是 0,1,2 的循环,我们就可以通过让明文每个字符的索引对密文的总长度取余,得到的结果作为密文的索引下标,取出对应的密文字符,与明文字符进行异或运算就可以啦

看下面这个例子吧

Power shell 实现

可以通过改变变量 key 的值更换加密密钥

$Script:key = "3567d8cndkei%*x9(-32[]KDF(32222"

function Decode($cyphertext) {
    $keyArray =[System.Text.Encoding]::ASCII.GetBytes($key)
    $encodedArray= [System.Text.Encoding]::ASCII.GetBytes([System.Text.Encoding]::ASCII.GetString([System.Convert]::FromBase64String($cyphertext)))
    $plainText = ""
    $keyposition = 0
    $encodedArray | foreach-object -process {
        $plainText += [char]($_ -bxor $KeyArray[$keyposition % $KeyArray.Length])
        $keyposition += 1
    }

    return $plainText
}

function Encode($plainText)
{
    $KeyArray= [System.Text.Encoding]::ASCII.GetBytes($key)
    $cyphertext = [System.Byte[]]::new($plainText.Length);
    $keyposition = 0
    $plainText.ToCharArray() | foreach-object -process {
        $cyphertext[$keyposition] = $_ -bxor $KeyArray[$keyposition % $KeyArray.Length]
        $keyposition += 1
    }

    return [Convert]::ToBase64String($cyphertext)
}

测试

Decode(Encode("324328***)x-sdfsaf2344")) | out-string

结果

与未加密的数据结果一样

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