详解PHP数据压缩、加解密(pack, unpack)

程序员文章站 2022-03-16 08:23:48

...

网络通信、文件存储中经常需要交换数据，为了减少网络通信流量、文件存储大小以及加密通信规则，经常需要对数据进行双向加解密以保证数据的安全。
PHP中实现此功能主要需要使用的函数主要是pack及unpack函数

pack
压缩资料到位字符串之中。
语法: string pack(string format, mixed [args]...);
返回值: 字符串
本函数用来将资料压缩打包到位的字符串之中。
a - NUL- 字符串填满[padded string] 将字符串空白以 NULL 字符填满
A - SPACE- 字符串填满[padded string]
h – 十六进制字符串，低“四位元”[low nibble first] (低位在前)
H - 十六进制字符串，高“四位元”[high nibble first](高位在前)
c – 带有符号的字符
C – 不带有符号的字符
s – 带有符号的短模式[short]（通常是16位，按机器字节顺序）
S – 不带有符号的短模式[short]（通常是16位，按机器字节排序）
n -不带有符号的短模式[short]（通常是16位，按大endian字节排序）
v -不带有符号的短模式[short]（通常是16位，按小endian字节排序）
i – 带有符号的整数（由大小和字节顺序决定）
I – 不带有符号的整数（由大小和字节顺序决定）
l– 带有符号的长模式[long]（通常是32位，按机器字节顺序）
L – 不带有符号的长模式[long]（通常是32位，按机器字节顺序）
N – 不带有符号的长模式[long]（通常是32位，按大edian字节顺序）
V– 不带有符号的长模式[long]（通常是32位，按小edian字节顺序）
f –浮点（由大小和字节顺序决定）
d – 双精度（由大小和字节顺序决定）
x – 空字节[NUL byte]
X- 后面一个字节[Back up one byte](倒回一位)

unpack
解压缩位字符串资料。
语法: string pack(string format, mixed [args]...);
返回值: 数组
本函数用来将位的字符串的资料解压缩。本函数和 Perl 的同名函数功能用法完全相同。

案例一、pack实现缩减文件数据存储大小

<?php 
//存储整数1234567890 
file_put_contents("test.txt", 1234567890);

此时test.txt的文件大小是10byte。注意此时文件大小是10字节，实际占用空间大小是1KB。
上面存储的整数实际是以字符串形式存储于文件test.txt中。
但如果以整数的二进制字符串存jy储，将会缩减至4byte。

<?php 
print_r(unpack("i", file_get_contents("test.txt")));

案例二、数据加密
以字符串形式存储一段有意义数据，7-110-abcdefg-117。
字符"-"分割后，第一位表示字符串长度，第二位表示存储位置，第三位表示实际存储的字符串，第四位表示结尾位置。

<?php 
file_put_contents("test.txt", "7-110-abcdefg-117");

上述方法缺点：
一、数据存储大小
二、数据以明文方式存储，如果是任何敏感信息，都可能造成不安全访问。
三、文件存储大小，以不规则方式递增。
加密：

<?php 
file_put_contents("test.txt", pack("i2a7i1", 7, 110, "abcdefg", 117));

存储一段数据，加密格式为：整数2位长度字符串10位长度整数1位长度。
优点：
一、数据大小最优化
二、在不知道"i2a7i1"这样的压缩格式时，即使拿到文件，也无法正确读出二进制文件转化为明文。
三、数据增加时，文件存储大小是等量递增。每次都是以19byte递增。

案例三、key-value型文件存储
存储生成的文件为两个：索引文件，数据文件
文件中数据存储的格式如下图：

详解PHP数据压缩、加解密(pack, unpack)
代码实现：

<?php 
error_reporting(E_ALL); 
 
class fileCacheException extends Exception{ 
 
} 
 
//Key-Value型文件存储 
class fileCache{ 
   private $_file_header_size = 14; 
   private $_file_index_name; 
   private $_file_data_name; 
   private $_file_index;//索引文件句柄 
   private $_file_data;//数据文件句柄 
   private $_node_struct;//索引结点结构体 
   private $_inx_node_size = 36;//索引结点大小 
 
   public function __construct($file_index="filecache_index.dat", $file_data="filecache_data.dat"){ 
     $this->_node_struct = array( 
        'next'=>array(1, 'V'), 
        'prev'=>array(1, 'V'), 
       'data_offset'=>array(1,'V'),//数据存储起始位置 
       'data_size'=>array(1,'V'),//数据长度 
       'ref_count'=>array(1,'V'),//引用此处，模仿PHP的引用计数销毁模式 
       'key'=>array(16,'H*'),//存储KEY 
     ); 
 
     $this->_file_index_name = $file_index; 
     $this->_file_data_name = $file_data; 
 
     if(!file_exists($this->_file_index_name)){ 
        $this->_create_index(); 
     }else{ 
        $this->_file_index = fopen($this->_file_index_name, "rb+"); 
     } 
 
     if(!file_exists($this->_file_data_name)){ 
        $this->_create_data(); 
     }else{ 
        $this->_file_data = fopen($this->_file_data_name, "rb+");//二进制存储需要使用b 
     } 
   } 
 
   //创建索引文件 
   private function _create_index(){ 
     $this->_file_index = fopen($this->_file_index_name, "wb+");//二进制存储需要使用b 
     if(!$this->_file_index)  
        throw new fileCacheException("Could't open index file:".$this->_file_index_name); 
 
     $this->_index_puts(0, '<'.'?php exit()?'.'>');//定位文件流至起始位置0, 放置php标记防止下载 
     $this->_index_puts($this->_file_header_size, pack("V1", 0)); 
   } 
 
 
   //创建存储文件 
   private function _create_data(){ 
     $this->_file_data = fopen($this->_file_data_name, "wb+");//二进制存储需要使用b 
     if(!$this->_file_index)  
        throw new fileCacheException("Could't open index file:".$this->_file_data_name); 
 
     $this->_data_puts(0, '<'.'?php exit()?'.'>');//定位文件流至起始位置0, 放置php标记防止下载 
   } 
 
   private function _index_puts($offset, $data, $length=false){ 
     fseek($this->_file_index, $offset); 
 
     if($length) 
     fputs($this->_file_index, $data, $length); 
     else 
     fputs($this->_file_index, $data); 
   } 
 
   private function _data_puts($offset, $data, $length=false){ 
     fseek($this->_file_data, $offset); 
     if($length) 
     fputs($this->_file_data, $data, $length); 
     else 
     fputs($this->_file_data, $data); 
   } 
 
   /** 
   * 文件锁 
   * @param $is_block 是否独占、阻塞锁 
   */ 
   private function _lock($file_res, $is_block=true){ 
     flock($file_res, $is_block ? LOCK_EX : LOCK_EX|LOCK_NB); 
   } 
 
   private function _unlock($file_res){ 
     flock($file_res, LOCK_UN); 
   } 
 
   public function add($key, $value){ 
     $key = md5($key); 
     $value = serialize($value); 
     $this->_lock($this->_file_index, true); 
     $this->_lock($this->_file_data, true); 
 
     fseek($this->_file_index, $this->_file_header_size); 
 
     list(, $index_count) = unpack('V1', fread($this->_file_index, 4)); 
 
     $data_size = filesize($this->_file_data_name); 
 
     fseek($this->_file_data, $data_size); 
 
     $value_size = strlen($value); 
 
     $this->_data_puts(filesize($this->_file_data_name), $value); 
 
     $node_data =  
     pack("V1V1V1V1V1H32", ($index_count==0) ? 0 : $index_count*$this->_inx_node_size, 0, filesize($this->_file_data_name), strlen($value), 0, $key); 
 
     $index_count++; 
 
     $this->_index_puts($this->_file_header_size, $index_count, 4); 
 
     $this->_index_puts($this->get_new_node_pos($index_count), $node_data); 
 
     $this->_unlock($this->_file_data); 
     $this->_unlock($this->_file_index); 
   } 
 
   public function get_new_node_pos($index_count){ 
     return $this->_file_header_size + 4 + $this->_inx_node_size * ($index_count-1); 
   } 
 
   public function get_node($key){ 
     $key = md5($key); 
     fseek($this->_file_index, $this->_file_header_size); 
     $index_count = fread($this->_file_index, 4); 
 
     if($index_count>0) { 
        for ($i=0; $i < $index_count ; $i++) {  
          fseek($this->_file_index, $this->_file_header_size + 4 + $this->_inx_node_size * $i); 
          $data = fread($this->_file_index, $this->_inx_node_size); 
          $node = unpack("V1next/V1prev/V1data_offset/V1data_size/V1ref_count/H32key", $data); 
 
          if($key == $node['key']){ 
             return $node; 
          } 
        } 
     }else{ 
        return null; 
     } 
   } 
 
   public function get_data($offset, $length){ 
     fseek($this->_file_data, $offset); 
     return unserialize(fread($this->_file_data, $length)); 
   } 
} 
 
//使用方法 
$cache = new fileCache(); 
$cache->add('abcdefg' , 'testabc'); 
$data = $cache->get_node('abcdefg'); 
print_r($data); 
echo $cache->get_data($data['data_offset'], $data['data_size']);

案例四、socket通信加密
通信双方都定义好加密格式:
例如：

$LOGIN = array( 
   'COMMAND'=>array('a30', 'LOGIN'), 
   'DATA'=>array('a30', 'HELLO') 
); 
 
$LOGOUT = array( 
   'COMMAND'=>array('a30', 'LOGOUT'), 
   'DATA'=>array('a30', 'GOOD BYE') 
); 
 
$LOGIN_SUCCESS = array( 
   'COMMAND'=>array('a30', 'LOGIN_SUCCESS'), 
   'DATA'=>array('V1', 1) 
); 
 
$LOGOUT_SUCCESS = array( 
   'COMMAND'=>array('a30', 'LOGIN_SUCCESS'), 
   'DATA'=>array('V1', time()) 
);

服务器端与客户端根据解析COMMAND格式，找到对应的DATA解码方式，得到正确的数据

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