Python - 尝试处理文件的位

Question

我最近开始学习Python，我选择通过尝试解决一个我觉得有趣的问题来学习东西。这个问题是获取一个文件（无论是否为二进制）并使用一种简单的方法对其进行加密，例如将其中的每个“1001 0001”替换为“0010 0101”，反之亦然。

但是，我没有找到办法做到这一点。读取文件时，我可以使用 read() 方法创建一个数组，其中每个元素包含一个字节的数据。但是，如果这个字节是我选择替换的字节之一，我该如何替换为另一个字节，然后将结果信息写入输出加密文件中呢？

提前致谢！

Answer 1

要交换字节 10010001 和 00100101：

#!/usr/bin/env python
import string

a, b = map(chr, [0b10010001, 0b00100101])
translation_table = string.maketrans(a+b, b+a) # swap a,b

with open('input', 'rb') as fin, open('output', 'wb') as fout:
     fout.write(fin.read().translate(translation_table))

Answer 2

read() 返回一个不可变的字符串，因此您首先需要将其转换为字符列表。然后检查列表并根据需要更改字节，最后将列表连接回新字符串以写入输出文件。

filedata = f.read()
filebytes = list(filedata)
for i, c in enumerate(filebytes):
    if ord(c) == 0x91:
        filebytes[i] = chr(0x25)
newfiledata = ''.join(filebytes)

Answer 3

按照亚伦的回答，一旦有了字符串，您还可以使用 translate 或 replace：

In [43]: s = 'abc'

In [44]: s.replace('ab', 'ba')
Out[44]: 'bac'

In [45]: tbl = string.maketrans('a', 'd')

In [46]: s.translate(tbl)
Out[46]: 'dbc'

文档：Python 字符串。

Answer 4

我对这面有些相关的文字墙感到抱歉——我只是处于教学心情。

如果你想优化这样的操作，我建议使用numpy。优点是整个翻译操作是通过单个 numpy 操作完成的，并且这些操作是用 C 编写的，因此它的速度与使用 python 获得的速度一样快。

在下面的示例中，我只是使用 XOR 每个字节与 0b11111111查找表——第一个元素是0b0000000的翻译，第二个元素是0b00000001的翻译，第三个元素是0b00000001的翻译0b00000010，等等。通过更改查找表，您可以进行任何类型的在文件内不发生更改的转换。

import numpy as np
import sys

data = np.fromfile(sys.argv[1], dtype="uint8")
lookup_table = np.array(
    [i ^ 0xFF for i in range(256)], dtype="uint8")
lookup_table[data].tofile(sys.argv[2])

为了强调这一切的简单性，我没有进行任何参数检查。调用如下脚本：

python name_of_script.py input_file.txt output_file.txt

要直接回答您的问题，如果您想交换 0b10010001 和 0b00100101，请替换 lookup_table = ... 行与此：

lookup_table = np.array(range(256), dtype="uint8")
lookup_table[0b10010001] = 0b00100101
lookup_table[0b00100101] = 0b10010001

当然，没有使用 频率分析。但正如您所知，使用一次性密码本进行的加密是牢不可破的，只要因为垫子是安全的。此修改后的脚本使用一次性密码本进行加密或解密（您必须自己创建它，存储到文件中，并以某种方式（存在问题）安全地传输到消息的预期收件人）：

data = np.fromfile(sys.argv[1], dtype="uint8")
pad = np.fromfile(sys.argv[2], dtype="uint8")
(data ^ pad[:len(data)]).tofile(sys.argv[3])

示例用法（linux） ：

$ dd if=/dev/urandom of=pad.bin bs=512 count=5
$ python pytrans.py pytrans.py pad.bin encrypted.bin

收件人然后做：

$ python pytrans.py encrypted.bin pad.bin decrypted.py

中提琴！ python 中的三行（加上两行导入）快速且牢不可破的加密。