Python工具箱系列(十八)-有解無憂

非對稱加解密應用廣泛，它的存在是致力于解決密鑰通過公共信道傳輸這一經典難題，對稱加密有一個天然的缺點，就是加密方和解密方都要持有同樣的密鑰，而這個密鑰在傳遞程序中有可能會被截獲，從而使加解密失效，難不成還要為密鑰的傳輸再做一次加密？這樣不就陷入了死回圈？或許有人在想，密鑰即使被盜取，不還有加密演算法保證資訊安全嗎？但任何演算法最終都會被破譯，所以不能依賴演算法的復雜度來保證安全，

可能的解決方案如下：

事先共享密
鑰密鑰分配中心
Diffie-Hellman密鑰交換
非對稱加密

非對稱加密就是一種廣泛應用的加解密技術，非對稱加密需要4個密鑰，通信雙方各自準備一對公鑰和私鑰，其中公鑰是公開的，由資訊接受方提供給資訊發送方，公鑰用來對資訊加密，私鑰由資訊接受方保留，用來解密，既然公鑰是公開的，就不存在保密問題，也就是說非對稱加密完全不存在密鑰配送問題，

下面是一個簡單的場景：

小明確定了自己的私鑰mPrivateKey，公鑰 mPublicKey，自己保留私鑰，將公鑰mPublicKey發給了小紅，
小紅確定了自己的私鑰hPrivateKey，公鑰 hPublicKey，自己保留私鑰，將公鑰hPublicKey發給了小明，
小明發送資訊“周六早10點智慧谷見”，并且用小紅的公鑰hPublicKey進行加密，
小紅收到資訊后用自己的私鑰hPrivateKey進行解密，然后回復 “收到，不要遲到” 并用小明的公鑰mPublicKey加密，
小明收到資訊后用自己的私鑰mPrivateKey進行解密，

由于非對稱密鑰的特點，沒有私鑰就無法解密配對的公鑰加密的資訊，所以小明不擔心自己公鑰的任意發布、復制，同一公鑰無法對此公鑰加密的資訊解密，所以，問題就變成了，只要保存好私鑰就可以保證資料傳輸的安全，而私鑰不需要在公共資訊網路上傳遞，安全性是有基本保障的，

RSA是1977年由羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的，RSA就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的，RSA是現在使用最為廣泛的非對稱加密演算法，其原理本文不再贅述，畢竟本系列的文章重在實用，而一旦某一天發現了快速做質因數分解的演算法，那么RSA就不再安全，

需要注意的是：

非對稱加密的處理速度只有對稱加密的幾百分之一，不適合對很長的訊息做加密，
1024bit的RSA不應該再被新的應用使用，至少要2048bit的RSA，
RSA解決了密碼配送問題，但是效率更低，所以有些時候，根據需求可能會配合使用對稱和非對稱加密，形成混合密碼系統，各取所長，

下面使用RSA進行資料加解密，先安裝必要的模塊：

pip install pycryptodome

生成密鑰對的代碼如下：

from Crypto import Random
from Crypto.PublicKey import RSA
 
 
random_generator = Random.new().read
rsa = RSA.generate(2048, random_generator)
# 生成私鑰
private_key = rsa.exportKey()
print(private_key.decode('utf-8'))
# 生成公鑰
public_key = rsa.publickey().exportKey()
print(public_key.decode('utf-8'))

with open('demo_private_key.pem', 'wb')as f:
    f.write(private_key)
    
with open('demo_public_key.pem', 'wb')as f:
    f.write(public_key)

也可以直接使用命令生成密鑰對：

openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024
openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem

將公鑰檔案通過電郵、QQ、微信等各種通信方式發送給對方，此時就具備了相互加密通信的可能性，

以下代碼演示了發送的程序：

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as PKCS1_signature
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as PKCS1_cipher

def get_key(key_file):
    with open(key_file) as f:
        data = f.read()
        key = RSA.importKey(data)

    return key

def encrypt_data(msg,key):
    cipher = PKCS1_cipher.new(key)
    encrypt_text = base64.b64encode(cipher.encrypt(bytes(msg.encode("utf8"))))
    return encrypt_text.decode('utf-8')

public_key = get_key('demo_public_key.pem')
encryptedmsg = encrypt_data("hello,tiangong",public_key)
print(encryptedmsg)
with open("encryptmsg.txt", "w", encoding='utf-8') as output_file:
    output_file.write(encryptedmsg)

以上代碼將明文“hello,tiangong”通過公鑰變換成為密文，并且保存在檔案encryptmsg.txt，

內容如下所示：

jFabADeOZOx44R73gUvD9KwKy7nmhzf4fMeP2YBo0ff2DCv/B/2jYD2s6n0p8El2Nt/bnLdGAPKhC/HCv6AzNDG2bjSDLjn9Uy+aWe5h568Z4cPzzmlkIDbOwjCv1VMXaonV28vLW1mznbVLDSOT0Qd13D3KcaoZLRZRzvhyUAe52Yuizi3wfrhBrnfEXdtZzIA5FSRauxT77l/d81RmMbbQk+uN+E8aC3XwJOHfEGhvimU9gcv2NVyh4AI1Gqjfq61KbS/I4Iwo2knHnHHssGLeO6jxk/5JkNw7I8PO+qc27KdF3Ye4uQ+Woy0RoJ6LyFi41wJjs9mk8YJu9DHevg==

我們假設發送方通過各種方式（socket、電郵、微信等）將密文內容發送給了接收者，接收者使用自己的私鑰進行解密，

其代碼如下：

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as PKCS1_signature
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as PKCS1_cipher

def get_key(key_file):
    with open(key_file) as f:
        data = f.read()
        key = RSA.importKey(data)

    return key

def decrypt_data(encrypt_msg,key):
    cipher = PKCS1_cipher.new(key)
    back_text = cipher.decrypt(base64.b64decode(encrypt_msg), 0)
    return back_text.decode('utf-8')

with open("encryptmsg.txt", "r", encoding='utf-8') as output_file:
    encryptedmsg = output_file.read()
    
private_key = get_key('demo_private_key.pem')
plainmsg = decrypt_data(encryptedmsg,private_key)
print(plainmsg)

運行后即可解出密文，以上就是一個單向加解密的完整程序，

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標籤：Python

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