java-通过异或(xor)实现快速加解密的方法

妖狐艹你老母 2024-03-17 16:26 45阅读 0赞

### 一、背景 ###

首次接触异或加解密最早是在宽带不普及的时候，当时用的是某个在线音乐软件看MV，上网不易想着把MV下载下来，日后离线看。  
可是在缓存目录把视频复制到其它目录后，发现不使用他们的播放器还无法播放。  
查了下当时有对各家视频的转码程序，找个个试了下，直接转码成功。  
当时也比较好奇，所以查了下相关资料。发现其实逻辑挺简单就是使用了一个固定值（暂定37吧），对流文件的每个字节执行“异或”运算。  
对明文第一次与37异或后的值就是密文了，对密文再次与37异或，就能把它变回明文。  
当时也没有深究原因，能用就完了呗！最近遇到个功能需要实现对大文件的快速加解密，脑海里突然蹦出来了这个算法。

### 二、异或定义 ###

*  运算规则
    
     *  如果a、b两个值不相同，则异或结果为1。如果a、b两个值相同，异或结果为0。
 *  更容易记忆的规则（半加运算）
    
     *  异或也叫半加运算，其运算法则相当于不带进位的二进制加法：
     *  二进制下用1表示真，0表示假，则异或的运算法则为：0⊕0=0，1⊕0=1，0⊕1=1，1⊕1=0（同为0，异为1），这些法则与加法是相同的，只是不带进位。
     *  所以异或常被认作不进位加法。

> 异或不常用，几天不不碎碎念几遍规则，有个2周就把它忘干净了 \_!!!。

### 三、异或运算法则 ###

*  归零律：a^a=0
 *  恒等律：a^0=a
 *  交换律： a^b = b^a
 *  结合律：abc = a(bc) = (ab)c
 *  自反律：aba = b

> java中异或运算符为 ^

### 四、异或加密原理 ###

*  异或自反律：aba = b  
      
    看完异或运算法则之后就能明白，加解密用的是异或的自反律，这是一个神奇的性质。
 *  例如：不引入第三变量，交换两个数值？

public static void main(String[] args) {
        int a = 88;
        int b = 99;
        System.out.println(MessageFormat.format("交换前\ta={0}\tb={1}",a,b));
        a = a^b;
        b = a^b;
        a = a^b;
        System.out.println(MessageFormat.format("交换后\ta={0}\tb={1}",a,b));
    }
    输出：
    交换前	a=88	b=99
    交换后	a=99	b=88

*  内容加密  
      
    在异或自反律（aba = b）中，如果把a看做加密的盐值，b看做明文，使用盐值a对明文b连续执行两次“异或”操作即可得到原来的明文b内容。通过该定律我们就可以实现对二进制文件的简单加解密。  
    系统中存在的物理文件，都是由很多个byte组成的，我们只需按位对物理文件进行读写加密就可以实现加解密。  
    盐值的长短决定了密文的破解难易。  
    比如可以按1位去异或，也可以按4位去异或，等等!

### 五、加密算法实现 ###

*  读取使用InputStream类
 *  写入使用RandomAccessFile类  
      
    RandomAccessFile是Java输入/输出流体系中功能最丰富的文件内容访问类，它提供了众多的方法来访问文件内容，它既可以读取文件内容，也可以向文件输出数据。与普通的输入/输出流不同的是，RandomAccessFile支持"随机访问"的方式，程序可以直接跳转到文件的任意地方来读写数据。

> 刚开始使用的是OutputStream类写内容，发现调用write方法后，文件内容变小了\_!!!

*  代码实现

public static void main(String[] args) throws Exception {
            //你好世界！hello，world！
            String fileName = "E:\\downloads\\text.txt";
            byte salt = 10;
            int readLength = 128; //读取长度
            byte[] cipherBytes = new byte[readLength];
            //读流
            try(InputStream fr = new FileInputStream(fileName)){
                byte[] buffer = new byte[readLength];
                fr.read(buffer,0,buffer.length);
                //按位执行异或
                for(int i=0;i<buffer.length;i++){
                    byte b = buffer[i];
                    b ^= salt;
                    //byte a = b ^ salt; 不能用这种方法，因为异或后的值是int类型
                    cipherBytes[i]=b;
                }
            }
            File file = new File(fileName);
            System.out.println("执行前：file.len="+file.length());
            //写流
            try(RandomAccessFile src = new RandomAccessFile(file,"rws")) {
                src.write(cipherBytes,0,cipherBytes.length);
            }
            file = new File(fileName);
            System.out.println("执行后：file.len="+file.length());
        }

*  text.txt内容

你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！
    你好世界！hello，world！

### 总结 ###

首先说RandomAccessFile是个很强大的类，读写文件不丢内容。不知道为啥OutputStream设计成要么覆盖要么追加的模式！  
再说文件加密，一般文件都为二进制内容（除了些文本类的文件）如exe、xls、dll等，不需要对所有内容进行加密，只需要对部分执行加密即可，改变了部分内容也就相当于破坏了原有结构，也算是达到了加密效果。  
而且修改内容越少，文件被损毁的风险也就越小。比如有个1G的文件，写一半断电了，这个文件几乎就废了解密不了了。  
如果只修改前128位内容，修改一次性执行完成，风险就稍微小一些。