Python3中加密与解密详解-木庄网络博客

本文摘自php中文网，作者巴扎黑，侵删。

Python 3 的标准库中没多少用来解决加密的，不过却有用于处理哈希的库。在这里我们会对其进行一个简单的介绍，但重点会放在两个第三方的软件包：PyCrypto 和 cryptography 上。我们将学习如何使用这两个库，来加密和解密字符串。

哈希

如果需要用到安全哈希算法或是消息摘要算法，那么你可以使用标准库中的 hashlib 模块。这个模块包含了符合 FIPS（美国联邦信息处理标准）的安全哈希算法，包括 SHA1，SHA224，SHA256，SHA384，SHA512 以及 RSA 的 MD5 算法。Python 也支持 adler32 以及 crc32 哈希函数，不过它们在 zlib 模块中。

哈希的一个最常见的用法是，存储密码的哈希值而非密码本身。当然了，使用的哈希函数需要稳健一点，否则容易被破解。另一个常见的用法是，计算一个文件的哈希值，然后将这个文件和它的哈希值分别发送。接收到文件的人可以计算文件的哈希值，检验是否与接受到的哈希值相符。如果两者相符，就说明文件在传送的过程中未经篡改。

让我们试着创建一个 md5 哈希：

>>> import hashlib
>>> md5 = hashlib.md5()
>>> md5.update('Python rocks!')
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#5>", line 1, in <module>
    md5.update('Python rocks!')
TypeError: Unicode-objects must be encoded before hashing
>>> md5.update(b'Python rocks!')
>>> md5.digest()
b'\x14\x82\xec\x1b#d\xf6N}\x16*+[\x16\xf4w'

让我们花点时间一行一行来讲解。首先，我们导入 hashlib ，然后创建一个 md5 哈希对象的实例。接着，我们向这个实例中添加一个字符串后，却得到了报错信息。原来，计算 md5 哈希时，需要使用字节形式的字符串而非普通字符串。正确添加字符串后，我们调用它的 digest 函数来得到哈希值。如果你想要十六进制的哈希值，也可以用以下方法：

1 2	`>>> md5.hexdigest()` `'1482ec1b2364f64e7d162a2b5b16f477'`

实际上，有一种精简的方法来创建哈希，下面我们看一下用这种方法创建一个 sha1 哈希：

>>> sha = hashlib.sha1(b'Hello Python').hexdigest()
>>> sha
'422fbfbc67fe17c86642c5eaaa48f8b670cbed1b'

可以看到，我们可以同时创建一个哈希实例并且调用其 digest 函数。然后，我们打印出这个哈希值看一下。这里我使用 sha1 哈希函数作为例子，但它不是特别安全，读者可以随意尝试其他的哈希函数。

密钥导出

Python 的标准库对密钥导出支持较弱。实际上，hashlib 函数库提供的唯一方法就是 pbkdf2_hmac 函数。它是 PKCS#5 的基于口令的第二个密钥导出函数，并使用 HMAC 作为伪随机函数。因为它支持“加盐salt”和迭代操作，你可以使用类似的方法来哈希你的密码。例如，如果你打算使用 SHA-256 加密方法，你将需要至少 16 个字节的“盐”，以及最少 100000 次的迭代操作。

简单来说，“盐”就是随机的数据，被用来加入到哈希的过程中，以加大破解的难度。这基本可以保护你的密码免受字典和彩虹表rainbow table的攻击。

让我们看一个简单的例子：

>>> import binascii
>>> dk = hashlib.pbkdf2_hmac(hash_name='sha256',
        password=b'bad_password34', 
        salt=b'bad_salt', 
        iterations=100000)
>>> binascii.hexlify(dk)
b'6e97bad21f6200f9087036a71e7ca9fa01a59e1d697f7e0284cd7f9b897d7c02'

这里，我们用 SHA256 对一个密码进行哈希，使用了一个糟糕的盐，但经过了 100000 次迭代操作。当然，SHA 实际上并不被推荐用来创建密码的密钥。你应该使用类似 scrypt 的算法来替代。另一个不错的选择是使用一个叫 bcrypt 的第三方库，它是被专门设计出来哈希密码的。

PyCryptodome

PyCrypto 可能是 Python 中密码学方面最有名的第三方软件包。可惜的是，它的开发工作于 2012 年就已停止。其他人还在继续发布最新版本的 PyCrypto，如果你不介意使用第三方的二进制包，仍可以取得 Python 3.5 的相应版本。比如，我在 Github (https://github.com/sfbahr/PyCrypto-Wheels) 上找到了对应 Python 3.5 的 PyCrypto 二进制包。

幸运的是，有一个该项目的分支 PyCrytodome 取代了 PyCrypto 。为了在 Linux 上安装它，你可以使用以下 pip 命令：

1	`pip` `install` `pycryptodome`

在 Windows 系统上安装则稍有不同：

1	`pip` `install` `pycryptodomex`

如果你遇到了问题，可能是因为你没有安装正确的依赖包（LCTT 译注：如 python-devel），或者你的 Windows 系统需要一个编译器。

还值得注意的是，PyCryptodome 在 PyCrypto 最后版本的基础上有很多改进。非常值得去访问它们的主页，看看有什么新的特性。

加密字符串

访问了他们的主页之后，我们可以看一些例子。在第一个例子中，我们将使用 DES 算法来加密一个字符串：

>>> from Crypto.Cipher import DES
>>> key = 'abcdefgh'
>>> def pad(text):
        while len(text) % 8 != 0:
            text += ' '
        return text
>>> des = DES.new(key, DES.MODE_ECB)
>>> text = 'Python rocks!'
>>> padded_text = pad(text)
>>> encrypted_text = des.encrypt(text)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#35>", line 1, in <module>
    encrypted_text = des.encrypt(text)
  File "C:\Programs\Python\Python35-32\lib\site-packages\Crypto\Cipher\blockalgo.py", line 244, in encrypt
    return self._cipher.encrypt(plaintext)
ValueError: Input strings must be a multiple of 8 in length
>>> encrypted_text = des.encrypt(padded_text)
>>> encrypted_text
b'>\xfc\x1f\x16x\x87\xb2\x93\x0e\xfcH\x02\xd59VQ'

这段代码稍有些复杂，让我们一点点来看。首先需要注意的是，DES 加密使用的密钥长度为 8 个字节，这也是我们将密钥变量设置为 8 个字符的原因。而我们需要加密的字符串的长度必须是 8 的倍数，所以我们创建了一个名为 pad 的函数，来给一个字符串末尾填充空格，直到它的长度是 8 的倍数。然后，我们创建了一个 DES 的实例，以及我们需要加密的文本。我们还创建了一个经过填充处理的文本。我们尝试着对未经填充处理的文本进行加密，啊欧，报了一个 ValueError 错误！我们需要对经过填充处理的文本进行加密，然后得到加密的字符串。（LCTT 译注：encrypt 函数的参数应为 byte 类型字符串，代码为：encrypted_text = des.encrypt(padded_text.encode('utf-8'))）

知道了如何加密，还要知道如何解密：

1 2	`>>> des.decrypt(encrypted_text)` `b'Python rocks! '`

幸运的是，解密非常容易，我们只需要调用 des 对象的 decrypt 方法就可以得到我们原来的 byte 类型字符串了。下一个任务是学习如何用 RSA 算法加密和解密一个文件。首先，我们需要创建一些 RSA 密钥。

创建 RSA 密钥

如果你希望使用 RSA 算法加密数据，那么你需要拥有访问 RAS 公钥和私钥的权限，否则你需要生成一组自己的密钥对。在这个例子中，我们将生成自己的密钥对。创建 RSA 密钥非常容易，所以我们将在 Python 解释器中完成。

>>> from Crypto.PublicKey import RSA
>>> code = 'nooneknows'
>>> key = RSA.generate(2048)
>>> encrypted_key = key.exportKey(passphrase=code, pkcs=8, 
        protection="scryptAndAES128-CBC")
>>> with open('/path_to_private_key/my_private_rsa_key.bin', 'wb') as f:
        f.write(encrypted_key)
>>> with open('/path_to_public_key/my_rsa_public.pem', 'wb') as f:
        f.write(key.publickey().exportKey())

首先我们从 Crypto.PublicKey 包中导入 RSA，然后创建一个傻傻的密码。接着我们生成 2048 位的 RSA 密钥。现在我们到了关键的部分。为了生成私钥，我们需要调用 RSA 密钥实例的 exportKey 方法，然后传入密码，使用的 PKCS 标准，以及加密方案这三个参数。之后，我们把私钥写入磁盘的文件中。

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