加密算法(python实现)

加密算法

一，对称加密

1.0，简介

对称加密是指 数据加密 与 解密 使用相同的密钥。，数据的加密

• 主要功能：通常用于保证数据的机密性。

• 常用的加密算法：

  • DES： Data Encryption Standard，秘钥长度为56位，2003年左右被破解--秘钥可以暴力破解。
  • 3DES： DES的改进版本。
  • AES： Advanced Encryption Standard，支持的秘钥长度包括 128bits，192bits，258bits，384bits，512bits。

  ※ ：密钥越长，加密和解密的时间越长

1.1，DES

特点：密钥很短，很容易被破解

简介：

DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准。

DES是一个分组加密算法，典型的DES以64位为分组对数据加密，加密和解密用的是同一个算法。

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据**

密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个密钥都有奇数个1），对64位二进制数据块进行加密，分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组。每次加密对64位的输入数据进行16轮编码，经过一系列替换和移位后转换成完全不同的64位输出数据。

import binascii
from Cryptodome.Cipher import DES


key = b'12345678'	# 密钥（只能是8位）
iv = b'12345678'	# 初始化向量

# 创建了一个DES加密对象
cipher1 = DES.new(key, DES.MODE_CFB, iv)

# 需要加密的数据
data = '大家好，我是啊啊啊'.encode()

# 加密过程
msg = cipher1.encrypt(data)

# 创建了一个解密对象（加密解密不能使用同一把密钥）
cipher2 = DES.new(key, DES.MODE_CFB, iv)

# 解密过程
print(cipher2.decrypt(msg).decode())
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1.2，3DES

特点：比DES更加安全，更强，通过增加密钥长度（计算机运行能力增强）

简介：

3DES（或称为Triple DES）是三重数据加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）块密码的通称。它相当于是对每个数据块应用三次DES加密算法。

由于计算机运算能力的增强，原版DES密码的密钥长度变得容易被暴力破解。3DES即是设计用来提供一种相对简单的方法，即通过增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，C代表密文，这样：

3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))

3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))

# 与DES不同的就是他的密钥
key = b'123456781234567812345678'	# 密钥（DES只能是8位，3DES就是24位）
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1.3，AES

特点：抵抗暴力破解强度高，密钥长度长，当前互联网使用范围广

简介：

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

AES在软件及硬件上都能快速地加解密，相对来说较易于实作，且只需要很少的存储器。作为一个新的加密标准，目前正被部署应用到更广大的范围。

特点与思想

1. 抵抗所有已知的攻击。

2. 在多个平台上速度快，编码紧凑。

3. 设计简单。

   

AES为分组密码，分组密码也就是把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同。

一般常用的是128位

from Cryptodome.Cipher import AES
from Cryptodome import Random
from binascii import b2a_hex

# 要加密的明文
data = '测试数据'

# 密钥 key 长度必须是 16(AES-128)、24（AES-192）、或32（AES-256）Bytes 长度.
# 目前AES-128
key = b'this is a 16 key'

# 生成长度等于AES快大小的不可重复的密钥向量
iv = Random.new().read(AES.block_size)

# 加密函数，使用 key 和 iv 创建，使用 MODE_CFB 模式
myencrypt = AES.new(key, AES.MODE_CFB, iv)

# 加密的明文长度必须为16的倍数，如果长度不为16的倍数，则需要补足为16的倍数
# 将iv（密钥向量）加到加密的密文开头，一起传输
encrypttext = iv + myencrypt.encrypt(data.encode())

# 解密函数，要用 key 和 iv(密文前16位) 生成新的AES对象
mydecrypt = AES.new(key, AES.MODE_CFB, encrypttext[:16])

# 使用新生成的 AES 对象，讲加密的密文解密
decrypttext = mydecrypt.decrypt(encrypttext[16:])

print('密钥key为：', key)
print('iv为：', b2a_hex(encrypttext)[:16])
print('加密后的数据为：', b2a_hex(encrypttext)[16:])
print('加密后的数据为：', decrypttext.decode())
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1.4，PyCrytodemo

PyCrypto 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

幸运的是，有一个该项目的分支 PyCrytodome 取代了 PyCrypto 。

PyCrypto文档： pycryptodome.readthedocs.io/en/latest/s…

1. 安装与导入

   • Linux 下

     # 安装
     pip install pycryptodome
     
     # 导入
     import Crypto 
     复制代码

   • Windows 下

     安装之前需要先安装Microsoft Visual c++ 2015。

     # 安装有稍稍的不同（pycryptodomex是代表两个版本都下载共存）
     pip install pycryptodomex
     
     # 导入
     import Cryptodome
     复制代码

二，非对称加密

指的是加密和解密使用不同的密钥。公钥服务器提供，私钥保存在服务器，密码的加密

2.0，简介

指的是加密和解密使用不同的秘钥。

一把作为公开的公钥，另一把作为私钥。这对密钥中的公钥进行加密，私钥用于解密。反之亦然（被私钥加密的数据也可以被公钥解密) 。

在实际使用中私钥一般保存在发布者手中，是私有的不对外公开的，只将公钥对外公布，就能实现只有私钥的持有者才能将数据解密的方法。 这种加密方式安全系数很高，因为它不用将解密的密钥进行传递，从而没有密钥在传递过程中被截获的风险，而破解密文几乎又是不可能的。

但是算法的效率低，所以常用于很重要数据的加密，常和对称配合使用，使用非对称加密的密钥去加密对称加密的密钥。

事实上，公钥加密算法很少用于数据加密，它通常只是用来做身份认证，因为它的密钥太长，加密速度太慢--公钥加密算法的速度甚至比对称加密算法的速度慢上3个数量级（1000倍）。

主要作用：

通常用于保证身份验证。

常用的公钥加密算法有：

• RSA： 可以实现数字签名 和 数据加密
• DSA： 只能实现数字签名，不能实现数据加密

特点：

1. 加密与解密使用的不同的密钥。
2. 实际上它所使用的密钥是一对儿，一个叫公钥，一个叫私钥。这对密钥不是独立的，公钥是从私钥中提炼出来，因此私钥是很长的，968位、1024位、2048位、4096位的都有。
3. 通常公钥是公开的，所有人都可以得到；私钥是不能公开的，只有自己才有。
4. 用公钥机密的内容只能用与之对应的私钥才能解密，反之亦然。

2.1，RSA

RSA公钥加密算法是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。 RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

首先安装 RAS 模块

pip install rsa
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而且，因为RSA加密算法的特性，RSA的公钥私钥都是10进制的，但公钥的值常常保存为16进制的格式，所以需要将其用int()方法转换为10进制格式。

用网页中的公钥把数据加密

# -.- encoding = utf-8 -.-
import rsa
import binascii
# rsa 加密，公钥都是由服务器提供的

# 使用网页中获得的n和e值，将明文加密
def rsa_encrypt(rsa_n, rsa_e, message):
    # 用 n 和 e 生成公钥
    key = rsa.PublicKey(rsa_n, rsa_e)
    # 用公钥加密明文
    message = rsa.encrypt(message.encode(), key)
    # 讲密文转换成可读性高的十六进制
    message = binascii.b2a_hex(message)
    # 将加密结果转化回字符串并返回
    return message.decode()


# RSA的公钥有两个值 n 和 e，我们在网站中获得的值一般就是这两个
pubkey_n = '8d7e6949d411ce14d7d233d7160f5b2cc753930caba4d5ad24f923a505253b9c39b09a059732250e56c594d735077cfcb0c3508e9f544f101bdf7e97fe1b0d97f273468264b8b24caaa2a90cd9708a417c51cf8ba35444d37c514a0490441a773ccb121034f29748763c6c4f76eb0303559c57071fd89234d140c8bb965f9725'
pubkey_e = '10001'
# 需要将十六进制转换成十进制
rsa_n = int(pubkey_n, 16)
rsa_e = int(pubkey_e, 16)
# 要加密的明文
message = '测试数据'

if __name__ == '__main__':
    print('公钥n的值的长度：', len(pubkey_n))
    print('加密后的数据：', rsa_encrypt(rsa_n, rsa_e, message))
复制代码

三，hash

主要用来验证数据的完整性

3.0，简介

单向加密是指只能对明文数据进行加密，而不能解密数据。

举个例子：每个人都有不同的指纹，看到这个人，可以得出他的指纹等信息，并且唯一对应，但你只看一个指纹，是不可能看到或读到这个人的长相或身份等信息。

常用的算法实现：

• MD5： 128bits
• SHA： SHA1(160bits), SHA224, SHA256, SHA384

特点：

1. 不可逆：无法根据数据指纹/特征码还原原来的数据。
2. 容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
3. 抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
4. 定长输出：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。

3.2，MD5，SHA

由于MD5模块在python3中被移除，在python3中使用hashlib模块进行md5操作

# -。- encoding = utf-8 -.-
import hashlib

data = '测试数据'

text = hashlib.md5()

text.update(data.encode())

print('MD5加密前的数据：', data)
print('MD5加密后的数据：', text.hexdigest())
print('MD5加密后的长度：', len(text.hexdigest()))
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MD5加密前的数据： 测试数据
MD5加密后的数据： 145314895749100ae8306079519b3393
MD5加密后的长度： 32
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MD5长度

md5的长度，默认为128bit，也就是128个0和1的二进制串。这样表达是很不友好的。所以将二进制转成了16进制，每4个bit表示一个16进制，所以128/4 = 32 换成16进制表示后，为32位了。