前言

第一次接觸加密演算法，通過Crytopals來學習，

參考文章：

1. cryptopals解密之旅 （一）
2. 淺談常見的七種加密演算法及實作

Set 1：Basics

1.第一題

從題中可以了解，需要將文章中16進制轉換為base64編碼，那么首先了解一下base64，
Base64:是網路上最常見的用于傳輸8Bit位元組碼的編碼方式之一，是一種基于64個可列印字符來表示二進制資料的方法，

(1) Base64是網路上最常見的用于傳輸8Bit位元組碼的可讀性編碼演算法之一，
(2) 可讀性編碼演算法不是為了保護資料的安全性，而是為了可讀性，
(3) 可讀性編碼不改變資訊內容，只改變資訊內容的表現形式

在一些網路傳送渠道,有時候有些的位元組字符不能被支持.比如圖片的二進制流的每個位元組不可能全部是可見字符,這種情況下傳送不了.而Base64的機制就能很好解決這種問題,它不改變原來的協議,在原來的基礎做一種擴展,基于64個可列印字符來表示二進制.這樣不會改變原來的圖片，同理還有郵件等需要加密的檔案，

首先，了解下base64是如何編碼的：
首先我們規定一個字符：abc，
1.將字符通過ASCII碼編碼，
2.將編好的ASCII碼變為二進制（8位），并以6位為一組，分成四組，
3.將這四組的高位各補兩個0,轉為十進制數，
4.查表,得到對應的字符,就是對應的Base64轉化的字符，

如果最后剩下兩個輸入資料，在編碼結果后加1個“=”；如果最后剩下一個輸入資料，編碼結果后加2個“=”；如果沒有剩下任何資料，就什么都不要加，或分成6位一組后，最后一組沒有到6位時需要填充一個=或者兩個=，

代碼實作（python）：

from enum import Enum
b64_encoding_table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijk" \
                     "lmnopqrstuvwxyz0123456789+/"
class Status(Enum):
    START_NEX = 0
    TAKE_2 = 1
    TAKE_4 = 2
def hex_to_base64(hexdata):
    b64data = ""
    sixbits = 0
    status = Status.START_NEX
    for hexchar in hexdata:
        dec = int(hexchar, 16)
        if status == Status.START_NEX:
            sixbits = dec
            status = Status.TAKE_2
        elif status == Status.TAKE_2:
            sixbits = (sixbits << 2) | (dec >> 2)
            b64data += b64_encoding_table[sixbits]
            sixbits = (dec & 0x3)
            status = Status.TAKE_4
        elif status == Status.TAKE_4:
            sixbits = (sixbits << 4) | dec
            b64data += b64_encoding_table[sixbits]
            status = Status.START_NEX
    if status == Status.TAKE_2:
        sixbits <<= 2
        b64data += b64_encoding_table[sixbits]
        b64data += "="
    elif status == Status.TAKE_4:
        sixbits <<= 4
        b64data +=  b64_encoding_table[sixbits]
        b64data += "=="
    return b64data
def main():
    print(hex_to_base64("49276d206b696c6c696e6720796f757220627261696e206c696b65206120706f69736f6e6f7573206d757368726f6f6d"))
if __name__ == '__main__':
    main()

結果為

2.第二題

由題可知，這題是考察XOR異或，
需要對兩個16進制代碼異或，生成下面的代碼，
使用python實作：

def hex_xor (hex1, hex2):
    dec1 = int(hex1, 16)
    dec2 = int(hex2, 16)
    xor = dec1 ^ dec2
    return hex(xor)
def main():
    a = hex_xor("1c0111001f010100061a024b53535009181c",
     "686974207468652062756c6c277320657965")
    print(a)
if __name__ == '__main__':
    main()

結果為

但是，結果中含有[0x]這個前綴，查閱資料發現，只要在return處后面加[2:] 就可以解決，

 return hex(xor)[2:]

結果與題目中所要結果相同，

異或：異或運算子”∧”，它的規則是若參加運算的兩個二進位同號，則結果為0（假）；異號則為1（真），即 0∧0＝0，0∧1＝1， 1^0=1，1∧1＝0，

異或的運算：先轉化為二進制，再對照位來進行運算，相同為0，不同為1，
通過按位異或運算，可以實作兩個值的交換，而不必使用臨時變數，例如交換兩個整數a=3，b=4的值，可通過下列陳述句實作：

a＝a∧b;
b＝b∧a;
a=a∧b;

3.第三題

在第三題里，只給了一個經過異或的密文，而我們知道是由單個字符所異或，這里起初想用暴力破解，
字符頻率是一個很好的指標，我沒有考慮到字符頻率的問題（不在目前知識范圍內）而忽略了這個提示，查閱百度發現，字符頻率就是日常生活該字符的使用頻率，如果為正常的英文文本，那么它的字符頻率應該盡可能的大，所以，只要能計算出哪個字符異或后字符頻率打，這就是這道題的答案，
比如這里有兩個解密后的字串：
I am a student.
sd evbgac rgbq.
通過計算
第一個：0.04+0.19+0.08+0.02+0.19+0.08+0.19+0.06+0.09+0.02+0.04+0.12+0.06+0.09=1.27
同理第二個：
0.82
由此可知，第一個為正確結果

首先準備一個字符頻率表：

然后再計算分值

def get_score(input_bytes):
    score = 0

    for byte in input_bytes:
        score += CHARACTER_FREQ.get(chr(byte).lower(), 0)

        return score

對字串中每個字符與key進行異或

def singlechar_xor(input_bytes, key_value):
    output = b''
    for char in input_bytes:
        output += bytes([char ^ key_value])
        
    return output

用每個可能的位元組對密碼異或解密，計算得出的明文分數，所用的key就是題目要找出來的key

def singlechar_xor_brute_force(ciphertext):

    candidates = []
    for key_candidate in range(256):
        plaintext_candidate = singlechar_xor(ciphertext, key_candidate)
        candidates_score = get_score(plaintext_candidate)
        result = {
            'key': key_candidate,
            'score': candidates_score,
            'plaintext': plaintext_candidate,
        }


        candidates.append(result)
    return  sorted(candidates, key=lambda c: c['score'], reverse=True)[0]

列印明文和key

def pretty_print_result(result):
    print(result['plaintext'].decode().rstrip(),
          "\tKey:", chr(result['key']))

最后的結果為

由此可知加密前的明文和key，

參考文章：

1. 什么是Base64？
2. 異或