PHP XOR 加密演算法實作與安全性分析

XOR 加密原理

異或 (XOR, ^) 運算特性：A ^ B = C，則 C ^ B = A。同一組金鑰可同時用於加密與解密，屬於對稱式流式密碼。

原文代碼問題分析

<?php
// 原文代碼有多處語法錯誤與邏輯缺陷
function myEncrypt($string, $key) {
    for($i=0; $i < strlen($string); $i++) {          // 原寫 STRLEN($STRING)、p $i++、<>
        for($j=0; $j < strlen($key); $j++) {         // 重複對每個字元做完整金鑰 XOR，非標準做法
            $string[$i] = $string[$i] ^ $key[$j];
        }
    }
    return $string;
}
?>

問題：

1. 語法錯誤：STRLEN、p $i++、<> 非合法 PHP
2. 演算法邏輯錯誤：內層迴圈對單一字元重複 XOR 整組金鑰，等價於 $string[$i] ^= (xor of all key bytes)，金鑰長度>1 時非可逆
3. 直接修改字串位元組，多位元組字符（UTF-8 中文）會損壞
4. 無隨機性、無完整性驗證、金鑰重用極不安全

正確的 XOR 流式加密實作

<?php
function xor_encrypt(string $data, string $key): string {
    $keyLen = strlen($key);
    $result = '';
    for ($i = 0; $i < strlen($data); $i++) {
        $result .= $data[$i] ^ $key[$i % $keyLen];
    }
    return $result;
}

// 加密與解密使用相同函數
$plaintext = "Hello World";
$key = "secret_key_123";

$ciphertext = xor_encrypt($plaintext, $key);
$decrypted = xor_encrypt($ciphertext, $key);

echo "原文: $plaintext\n";
echo "密文: " . bin2hex($ciphertext) . "\n";  // 顯示十六進制避免亂碼
echo "解密: $decrypted\n";

安全性嚴重缺陷（不可用於生產環境）

現代 PHP 加密最佳實踐

1. Sodium (PHP 7.2+ 內建) - 推薦

<?php
// 對稱加密：XChaCha20-Poly1305 (AEAD，同時提供機密性+完整性+認證)
$key = sodium_crypto_aead_xchacha20poly1305_ietf_keygen();  // 32 bytes
$nonce = random_bytes(SODIUM_CRYPTO_AEAD_XCHACHA20POLY1305_IETF_NPUBBYTES); // 24 bytes

$plaintext = "敏感資料";
$associatedData = "user_id=123";  // 不加密但驗證完整性

$ciphertext = sodium_crypto_aead_xchacha20poly1305_ietf_encrypt(
    $plaintext, $associatedData, $nonce, $key
);

// 解密驗證
$decrypted = sodium_crypto_aead_xchacha20poly1305_ietf_decrypt(
    $ciphertext, $associatedData, $nonce, $key
);
if ($decrypted === false) {
    throw new Exception("解密失敗：資料已被竄改或金鑰錯誤");
}
echo $decrypted; // 敏感資料

2. OpenSSL (AES-256-GCM)

<?php
$key = random_bytes(32);  // 256-bit
$iv = random_bytes(12);   // GCM 建議 96-bit nonce

$plaintext = "敏感資料";
$aad = "context_data";

$ciphertext = openssl_encrypt($plaintext, 'aes-256-gcm', $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv, $tag, $aad, 16);
// 儲存：$iv . $tag . $ciphertext

// 解密
$decrypted = openssl_decrypt($ciphertext, 'aes-256-gcm', $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv, $tag, $aad);
if ($decrypted === false) throw new Exception("解密驗證失敗");

3. 密碼雜湊（單向，用於密碼儲存）

<?php
$hash = password_hash($password, PASSWORD_DEFAULT);  // 目前 bcrypt，未來自動升級
if (password_verify($input, $hash)) { /* 登入成功 */ }
if (password_needs_rehash($hash, PASSWORD_DEFAULT)) {
    $newHash = password_hash($password, PASSWORD_DEFAULT);
    // 更新資料庫
}

結論

XOR 加密僅適合教學示範位元運算原理，絕不可用於任何真實敏感資料保護。現代 PHP 專案請直接使用 Sodium (libsodium) 或 OpenSSL AEAD 模式，獲得經過密碼學專家審驗的安全保障。