Java 实现异或(xor)算法的加密和解密

左手的ㄟ右手 2021-09-22 22:18 433阅读 0赞

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## 1. 异或（xor）加密原理 ##

一个整数 a 和任意一个整数 b 异或两次，得到的结果是整数 a 本身，即: `a == a ^ b ^ b`。

这里的 a 就是需要加密的原数据，b 则是密钥。a ^ b 就是加密过程，异或的结果就是加密后的密文。密文 (a ^ b) 再与密钥 b 异或，就是解密过程，得到的结果就是原数据 a 本身。

a = 原数据
    b = 密钥
    
    // 一次异或, 加密得到密文
    c = a ^ b
    
    // 二次异或, 解密得到原数据（d == a）
    d = c ^ b

> 异或加密如果同时知道原文和密文，则对比原文和密文可以推算出密钥，因此异或加密安全性较低，一般只用于简单的加密。

## 2. 异或加密代码实例 ##

### 2.1 异或加密工具类封装：XORUtils ###

`XORUtils.java`完整源码：

package com.xiets.xor;
    
    import java.io.BufferedOutputStream;
    import java.io.Closeable;
    import java.io.File;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.FileOutputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    import java.io.OutputStream;
    
    /** * 异或(xor)算法加密/解密工具 * * @author xietansheng */
    public class XORUtils { 
    
        /** * 异或算法加密/解密 * * @param data 数据（密文/明文） * @param key 密钥 * @return 返回解密/加密后的数据 */
        public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) { 
            if (data == null || data.length == 0 || key == null || key.length == 0) { 
                return data;
            }
    
            byte[] result = new byte[data.length];
    
            // 使用密钥字节数组循环加密或解密
            for (int i = 0; i < data.length; i++) { 
                // 数据与密钥异或, 再与循环变量的低8位异或（增加复杂度）
                result[i] = (byte) (data[i] ^ key[i % key.length] ^ (i & 0xFF));
            }
    
            return result;
        }
    
        /** * 对文件异或算法加密/解密 * * @param inFile 输入文件（密文/明文） * @param outFile 结果输出文件 * @param key 密钥 */
        public static void encryptFile(File inFile, File outFile, byte[] key) throws Exception { 
            InputStream in = null;
            OutputStream out = null;
    
            try { 
                // 文件输入流
                in = new FileInputStream(inFile);
                // 结果输出流, 异或运算时, 字节是一个一个读取和写入, 这里必须使用缓冲流包装,
                // 等缓冲到一定数量的字节（10240字节）后再写入磁盘（否则写磁盘次数太多, 速度会非常慢）
                out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(outFile), 10240);
    
                int b = -1;
                long i = 0;
    
                // 每次循环读取文件的一个字节, 使用密钥字节数组循环加密或解密
                while ((b = in.read()) != -1) { 
                    // 数据与密钥异或, 再与循环变量的低8位异或（增加复杂度）
                    b = (b ^ key[(int) (i % key.length)] ^ (int) (i & 0xFF));
                    // 写入一个加密/解密后的字节
                    out.write(b);
                    // 循环变量递增
                    i++;
                }
                out.flush();
    
            } finally { 
                close(in);
                close(out);
            }
        }
    
        private static void close(Closeable c) { 
            if (c != null) { 
                try { 
                    c.close();
                } catch (IOException e) { 
                    // nothing
                }
            }
        }
    
    }

异或加密和解密用的方法都是同一个，`XORUtils`类中有两个公开静态方法：

// 加密/解密 byte 数组数据
    static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key)
    
    // 加密/解密 文件
    static void encryptFile(File inFile, File outFile, byte[] key)

### 2.2 XORUtils 工具类的使用 ###

package com.xiets.xor;
    
    import java.io.File;
    
    /** * @author xietansheng */
    public class Main { 
    
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            String content = "Hello world!";        // 原文内容
            String key = "123456";                  // XOR 加密/解密用的原始密码
    
            // 加密数据, 返回密文
            byte[] cipherBytes = XORUtils.encrypt(content.getBytes(), key.getBytes());
            // 解密数据, 返回明文
            byte[] plainBytes = XORUtils.encrypt(cipherBytes, key.getBytes());
            // 输出解密后的明文: "Hello world!"
            System.out.println(new String(plainBytes));
    
            /* * XOR 对文件的加密/解密 */
            // 将 文件demo.java 加密后输出到 文件demo.jpg_cipher
            XORUtils.encryptFile(new File("demo.jpg"), new File("demo.jpg_cipher"), key.getBytes());
            // 将 文件demo.jpg_cipher 解密输出到 文件demo.jpg_plain
            XORUtils.encryptFile(new File("demo.jpg_cipher"), new File("demo.jpg_plain"), key.getBytes());
    
            // 对比 原文件demo.jpg 和 解密得到的文件demo.jpg_plain 两者的 MD5 将会完全相同
        }
    
    }

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