Princípio e explicação detalhada do uso de operações XOR em Java para criptografia de arquivos arbitrários

Introdução ao XOR: XOR é uma operação de bit binário baseada, representada pelo símbolo XOR ou ^, suas regras de operação são que para cada bit binário dos números operados, se os valores forem iguais, eles são 0, e se forem diferentes, eles são1.

Entenda simplesmente que é uma adição sem avanço, como1+1=0,0+0=0,1+0=0=1.

Descrição das necessidades

Na era da informação, a criptografia de dados é um tópico muito importante, durante o processo de projeto, eu também implementei um algoritmo de criptografia complexo, mas devido ao caráter secreto da tecnologia envolvida, aqui eu implemento uma versão mais simples, que utiliza o fluxo de entrada e saída de arquivos e operação XOR para criptografar qualquer arquivo, sobre o algoritmo de descriptografia, é muito simples, pense nisso sozinho.

Princípio matemático

Este algoritmo de criptografia utiliza a função XOR de dois números, para simplificar, vamos falar sobre o princípio do XOR, XOR na verdade é uma operação no código binário do arquivo, para simplificar, é quando dois bits binários são iguais, eles são 0, e quando são diferentes, eles são1Veja o exemplo a seguir:

//7representação binária:
00000111
//2representação binária:
00000010
//O resultado do XOR dos dois:
00000101 //ou seja, o número5
//---------------------------
//O resultado do XOR novamente com2XOR
//5representação binária:
00000101
//2representação binária:
00000010
//O resultado do XOR dos dois:
00000111 //ou seja7Isso não é incrível? Volta para7então?

Implementação do código

import java.io.*;
class FileSecret
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	 {
		//Encontre o arquivo a ser criptografado, especifique o disco rígido você mesmo, a entrada e saída não precisam estar no mesmo disco rígido
		File inFile = new File(" drive:\\o arquivo criptografado");
		//O arquivo a ser criptografado será salvo no disco rígido especificado
		File outFile = new File(" drive:\\o arquivo descriptografado");
		//Estabeleça o canal de dados, permitindo que os dados binários da imagem fluam
		FileInputStream input = new FileInputStream(inFile);
		FileOutputStream output = new FileOutputStream(outFile);
		//Durante a leitura, o dado lido será XOR com um número, esse número deve ser gerado por algum algoritmo de criptografia, aqui apenas criei um número simples928(Meu aniversário), então faça a operação XOR, e os dados obtidos serão exibidos
		int content = 0 ;
		//Esta variável é usada para armazenar os dados lidos, claro que aqui pode-se usar tipos de dados mais longos como long, claro que também podemos usar outros tipos de dados, desde que os tipos de dados em ^ possam ser convertidos uns nos outros, pelo menos possam ser convertidos forçadamente
		while((content=input.read())!=})-1) // Se não chegarmos ao final do arquivo, continuaremos a ler dados, e os dados lidos serão armazenados na variável content.-1Para o marcador de fim de arquivo
		{
			output.write(content^928);
			//Escrever no fluxo de saída
		}
		//Fechar recursos
		input.close();
		output.close();
	}
}

Avaliação da função do código

Para este código, a função básica já pode atender às necessidades, mas há algumas deficiências, a primeira é que não usamos algoritmos de criptografia para gerar o outro número XOR, a segunda é que eu não implementei a descriptografia do arquivo, na verdade, a descriptografia é muito simples, basta ler cuidadosamente a parte da matemática para saber como escrever o algoritmo de descriptografia, na verdade, a criptografia e a descriptografia não são implementadas no mesmo lugar ao mesmo tempo, mas usam o mesmo algoritmo de criptografia para calcular.

Melhoria do algoritmo com números aleatórios

No processo acima, na verdade, usamos um valor dado para XOR com o arquivo binário lido, então podemos substituir essa convenção por um número aleatório? A resposta é sim, primeiramente usamos uma variável do tipo int para armazenar, então o intervalo que pode ser representado é: positivo e negativo21O número de dígitos que podem ser representados por bilhões, o código específico é o seguinte:

//Método para gerar números aleatórios
import java.util.*;
public class RandomTest{
 public static void main(String[] args){
  Random random = new Random();
  int num = random.nextInt(11);//representa 0-10entre esses números aleatórios, o número aleatório gerado deve ser salvo, para uso pelos criptografadores e descriptografadores
  System.out.println("Número aleatório: "+num);
 }
}

Algoritmo de criptografia melhorado

Código do lado de criptografia:

import java.io.*;
import java.util.*;
class FileSecret
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	 {
		//Encontre o arquivo a ser criptografado, especifique o disco rígido você mesmo, a entrada e saída não precisam estar no mesmo disco rígido
		File inFile = new File(" drive:\\o arquivo criptografado");
		//O arquivo a ser criptografado será salvo no disco rígido especificado
		File outFile = new File(" drive:\\o arquivo descriptografado");
		//Estabeleça o canal de dados, permitindo que os dados binários da imagem fluam
		FileInputStream input = new FileInputStream(inFile);
		FileOutputStream output = new FileOutputStream(outFile);
		//Gere outro número para XOR de criptografia
		Random random = new Random();
		int num = random.nextInt(11);
		//representa 0-10entre esses números aleatórios, o número aleatório gerado deve ser salvo, para uso pelos criptografadores e descriptografadores
		System.out.println("Número aleatório: "+num);
		//Durante a leitura, o dado lido será XOR com um número, esse número deve ser gerado por algum algoritmo de criptografia, aqui apenas criei um número simples928(Meu aniversário), então faça a operação XOR, e os dados obtidos serão exibidos
		int content = 0 ;
		//Esta variável é usada para armazenar os dados lidos, claro que aqui pode-se usar tipos de dados mais longos como long, claro que também podemos usar outros tipos de dados, desde que os tipos de dados em ^ possam ser convertidos uns nos outros, pelo menos possam ser convertidos forçadamente
		while((content=input.read())!=})-1) // Se não chegarmos ao final do arquivo, continuaremos a ler dados, e os dados lidos serão armazenados na variável content.-1Para o marcador de fim de arquivo
		{
			output.write(content^num);
			//Escrever no fluxo de saída
		}
		//Fechar recursos
		input.close();
		output.close();
	}
}

O lado de criptografia precisa informar o num gerado pelo código acima ao lado de descriptografia, caso contrário, não será possível descriptografar o arquivo.

Código do lado de descriptografia:

import java.io.*;
class FileSecret
{
	public static void main(String[] args) throws Exception
	 {
		//Encontre o arquivo a ser criptografado, especifique o disco rígido você mesmo, a entrada e saída não precisam estar no mesmo disco rígido
		File inFile = new File(" drive:\\o arquivo criptografado");
		//O arquivo a ser criptografado será salvo no disco rígido especificado
		File outFile = new File(" drive:\\o arquivo descriptografado");
		//Estabeleça o canal de dados, permitindo que os dados binários da imagem fluam
		FileInputStream input = new FileInputStream(inFile);
		FileOutputStream output = new FileOutputStream(outFile);
		//Durante a leitura, o dado lido será XOR com um número, esse número deve ser gerado por algum algoritmo de criptografia, aqui apenas criei um número simples928(Meu aniversário), então faça a operação XOR, e os dados obtidos serão exibidos
		int content = 0 ;
		//Esta variável é usada para armazenar os dados lidos, claro que aqui pode-se usar tipos de dados mais longos como long, claro que também podemos usar outros tipos de dados, desde que os tipos de dados em ^ possam ser convertidos uns nos outros, pelo menos possam ser convertidos forçadamente
		while((content=input.read())!=})-1) // Se não chegarmos ao final do arquivo, continuaremos a ler dados, e os dados lidos serão armazenados na variável content.-1Para o marcador de fim de arquivo
		{
			output.write(content ^ número de criptografia recebido do lado de criptografia);
			//Escrever no fluxo de saída
		}
		//Fechar recursos
		input.close();
		output.close();
	}
}

Mais uma melhoria

Na verdade, no nosso código, a chave de criptografia padrão deve ser gerada aleatoriamente e incluir letras, números e todos os tipos de símbolos. Então, como geramos tal string de criptografia? Após a geração dessa string de criptografia, como a convertemos em código binário? Forneço uma ideia: podemos usar expressões regulares do Java para gerar qualquer string que você quiser, e então usar métodos de conversão de string para gerar o código binário correspondente. Eu implementei um método de geração de criptografia extremamente complexo, mas não posso publicá-lo, pois envolve informações de projetos de laboratório e há muitos algoritmos de criptografia clássicos no campo de criptografia que podem ser utilizados.

Resumo

Isso é tudo sobre a explicação detalhada da operação XOR no Java e o princípio de criptografia de arquivos e uso neste artigo. Espero que ajude a todos. Os amigos interessados podem continuar a consultar nosso site:

Exemplo de código de algoritmo de criptografia/descriptografia simples usando XOR no Java

Exemplo de código de operação XOR de string hexadecimal em Java

Análise de código de problemas de XOR no Java

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