XOR 加密与解密：原理与实战

前言

在信息安全领域，XOR（异或）运算是一种常见的加密和解密方法，因其简洁高效，在各种加密算法中都有应用。本文将深入探讨 XOR 加密与解密的原理，并通过 Python 代码示例演示其实际应用。

XOR 运算原理

XOR（异或）是一种基本的位运算，计算规则如下：

A B A ⊕ B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

从数学性质来看，XOR 具有以下特点：

  1. 自反性：A ⊕ A = 0
  2. 交换性：A ⊕ B = B ⊕ A
  3. 结合性：(A ⊕ B) ⊕ C = A ⊕ (B ⊕ C)
  4. 可逆性：A ⊕ B ⊕ B = A，这意味着 XOR 可以用作加密和解密。

XOR 加密与解密实现

基础实现

我们可以使用 Python 实现一个简单的 XOR 加密与解密：

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# XOR 加密/解密

def xor_encrypt_decrypt(data: bytes, key: bytes) -> bytes:
    return bytes([data[i] ^ key[i % len(key)] for i in range(len(data))])

# 示例
message = "Hello, XOR!"
key = "secret"
encrypted = xor_encrypt_decrypt(message.encode(), key.encode())
decrypted = xor_encrypt_decrypt(encrypted, key.encode())

print("加密后:", encrypted)
print("解密后:", decrypted.decode())

进阶应用

1. 文件加密与解密

XOR 也可以用于文件加密，适用于小型数据保护：

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# 读取文件并进行 XOR 加密
def xor_file(input_file: str, output_file: str, key: bytes):
    with open(input_file, 'rb') as f:
        data = f.read()
    encrypted_data = xor_encrypt_decrypt(data, key)
    with open(output_file, 'wb') as f:
        f.write(encrypted_data)

key = b"filekey"
xor_file("input.txt", "output.enc", key)
xor_file("output.enc", "decrypted.txt", key)

2. 与 CTF 及逆向工程结合

在 CTF（Capture The Flag）比赛或逆向工程中，XOR 也是常见的加密方式。例如，某些恶意软件会使用 XOR 对字符串进行简单混淆，以防止静态分析。

代码示例：XOR 破解简单密文

如果密钥长度未知，但密文已知，可以尝试暴力破解 XOR 密钥：

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# XOR 密钥爆破（适用于短密钥）
def brute_force_xor(ciphertext: bytes):
    for key in range(256):
        decrypted = bytes([b ^ key for b in ciphertext])
        print(f"Key {key}: {decrypted}")

brute_force_xor(encrypted)

总结

XOR 是一种简单但实用的加密方式，适用于轻量级的数据加密。然而，由于其密钥可被暴力破解，因此在实际应用中，通常与其他加密技术（如 OTP、AES）结合使用，以增强安全性。希望本文能帮助你更好地理解 XOR 加密的原理和应用。

声明：本文仅供学习交流，切勿用于非法用途。