python 中的字节运算 (XOR)

Question

    #!/usr/bin/env python3

import binascii


var=binascii.a2b_qp("hello")
key=binascii.a2b_qp("supersecretkey")[:len(var)]

print(binascii.b2a_qp(var))
print(binascii.b2a_qp(key))


#here i want to do an XOR operation on the bytes in var and key and place them in 'encryption': encryption=var XOR key

print(binascii.b2a_qp(encrypted))

如果有人能启发我如何实现这一点，我将非常高兴。整个数据类型转换非常新，所以是的......通过 python wiki 阅读并不像我想的那么清楚:(.

Answer 1

看来您需要做的是将消息中的每个字符与密钥中的相应字符进行异或运算。但是，要做到这一点，您需要使用 ord 和 chr 进行一些相互转换，因为您只能异或数字，而不能异或字符串：

>>> encrypted = [ chr(ord(a) ^ ord(b)) for (a,b) in zip(var, key) ] 
>>> encrypted
['\x1b', '\x10', '\x1c', '\t', '\x1d']

>>> decrypted = [ chr(ord(a) ^ ord(b)) for (a,b) in zip(encrypted, key) ]
>>> decrypted
['h', 'e', 'l', 'l', 'o']

>>> "".join(decrypted)
'hello'

请注意 binascii.a2b_qp("hello") 只是将一个字符串转换为另一个字符串（尽管可能使用不同的编码）。

您的方法和我上面的代码只有在密钥至少与消息一样长的情况下才有效。但是，如果需要，您可以使用 itertools.cycle:

轻松重复密钥

>>> from itertools import cycle
>>> var="hello"
>>> key="xy"

>>> encrypted = [ chr(ord(a) ^ ord(b)) for (a,b) in zip(var, cycle(key)) ]
>>> encrypted
['\x10', '\x1c', '\x14', '\x15', '\x17']

>>> decrypted = [ chr(ord(a) ^ ord(b)) for (a,b) in zip(encrypted, cycle(key)) ]
>>> "".join(decrypted)
'hello'

要解决 unicode/multi-byte 个字符的问题（在下面的评论中提出），可以将字符串（和密钥）转换为字节，将它们压缩在一起，然后执行 XOR，例如：

>>> var=u"hello\u2764"
>>> var
'hello❤'

>>> encrypted = [ a ^ b for (a,b) in zip(bytes(var, 'utf-8'),cycle(bytes(key, 'utf-8'))) ]
>>> encrypted
[27, 16, 28, 9, 29, 145, 248, 199]

>>> decrypted = [ a ^ b for (a,b) in zip(bytes(encrypted), cycle(bytes(key, 'utf-8'))) ]
>>> decrypted
[104, 101, 108, 108, 111, 226, 157, 164]

>>> bytes(decrypted)
b'hello\xe2\x9d\xa4'

>>> bytes(decrypted).decode()
'hello❤'

Answer 2

两个python3解决方案的比较

第一个基于zip:

    def encrypt1(var, key):
        return bytes(a ^ b for a, b in zip(var, key))

第二个使用int.from_bytes and int.to_bytes:

    def encrypt2(var, key, byteorder=sys.byteorder):
        key, var = key[:len(var)], var[:len(key)]
        int_var = int.from_bytes(var, byteorder)
        int_key = int.from_bytes(key, byteorder)
        int_enc = int_var ^ int_key
        return int_enc.to_bytes(len(var), byteorder)

简单测试：

assert encrypt1(b'hello', b'supersecretkey') == b'\x1b\x10\x1c\t\x1d'
assert encrypt2(b'hello', b'supersecretkey') == b'\x1b\x10\x1c\t\x1d'

var 和 key 为 1000 字节长的性能测试：

$ python3 -m timeit \
  -s "import test_xor;a=b'abcdefghij'*100;b=b'0123456789'*100" \
  "test_xor.encrypt1(a, b)"
10000 loops, best of 3: 100 usec per loop

$ python3 -m timeit \
  -s "import test_xor;a=b'abcdefghij'*100;b=b'0123456789'*100" \
  "test_xor.encrypt2(a, b)"
100000 loops, best of 3: 5.1 usec per loop

整数方法似乎要快得多。

Answer 3

您可以使用 Numpy 来执行得更快

import numpy as np
def encrypt(var, key):
    a = np.frombuffer(var, dtype = np.uint8)
    b = np.frombuffer(key, dtype = np.uint8)
    return (a^b).tobytes()

python 中的字节运算 (XOR)

byte operations (XOR) in python

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两个python3解决方案的比较