技巧 | Python实现几种常用加密算法

生活中我们经常会遇到一些加密算法,今天我们就聊聊这些加密算法的Python实现。部分常用的加密方法基本都有对应的Python库,基本不再需要我们用代码实现具体算法。

MD5加密

全称:MD5消息摘要算法(英语:MD5 Message-Digest Algorithm),一种被广泛使用的密码散列函数,可以产生出一个128位(16字节)的散列值(hash value),用于确保信息传输完整一致。md5加密算法是不可逆的,所以解密一般都是通过暴力穷举方法,通过网站的接口实现解密。
Python代码:
import hashlibm = hashlib.md5()m.update(str.encode("utf8"))print(m.hexdigest())

SHA1加密

全称:安全哈希算法(Secure Hash Algorithm)主要适用于数字签名标准(Digital Signature Standard DSS)里面定义的数字签名算法(Digital Signature Algorithm DSA),SHA1比MD5的安全性更强。对于长度小于2^ 64位的消息,SHA1会产生一个160位的消息摘要。
Python代码:
import hashlibsha1 = hashlib.sha1()data = '2333333'sha1.update(data.encode('utf-8'))sha1_data = sha1.hexdigest()print(sha1_data)

HMAC加密

全称:散列消息鉴别码(Hash Message Authentication Code), HMAC加密算法是一种安全的基于加密hash函数和共享密钥的消息认证协议。实现原理是用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识,用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块,即 MAC,并将其加入到消息中,然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。
Python代码:
import hmacimport hashlib# 第一个参数是密钥key,第二个参数是待加密的字符串,第三个参数是hash函数mac = hmac.new('key','hello',hashlib.md5)mac.digest()  # 字符串的ascii格式mac.hexdigest()  # 加密后字符串的十六进制格式

DES加密

全称:数据加密标准(Data Encryption Standard),属于对称加密算法。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。它的密钥长度是56位(因为每个第8 位都用作奇偶校验),密钥可以是任意的56位的数,而且可以任意时候改变。
Python代码:
import binasciifrom pyDes import des, CBC, PAD_PKCS5# 需要安装 pip install pyDesdef des_encrypt(secret_key, s):    iv = secret_key    k = des(secret_key, CBC, iv, pad=None, padmode=PAD_PKCS5)    en = k.encrypt(s, padmode=PAD_PKCS5)    return binascii.b2a_hex(en)def des_decrypt(secret_key, s):    iv = secret_key    k = des(secret_key, CBC, iv, pad=None, padmode=PAD_PKCS5)    de = k.decrypt(binascii.a2b_hex(s), padmode=PAD_PKCS5)    return desecret_str = des_encrypt('12345678', 'I love YOU~')print(secret_str)clear_str = des_decrypt('12345678', secret_str)print(clear_str)

AES加密

全称:高级加密标准(英语:Advanced Encryption Standard),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。
Python代码:
import base64from Crypto.Cipher import AES'''AES对称加密算法'''# 需要补位,str不是16的倍数那就补足为16的倍数def add_to_16(value):    while len(value) % 16 != 0:        value += '\0'    return str.encode(value)  # 返回bytes# 加密方法def encrypt(key, text):    aes = AES.new(add_to_16(key), AES.MODE_ECB)  # 初始化加密器    encrypt_aes = aes.encrypt(add_to_16(text))  # 先进行aes加密    encrypted_text = str(base64.encodebytes(encrypt_aes), encoding='utf-8')  # 执行加密并转码返回bytes    return encrypted_text# 解密方法def decrypt(key, text):    aes = AES.new(add_to_16(key), AES.MODE_ECB)  # 初始化加密器    base64_decrypted = base64.decodebytes(text.encode(encoding='utf-8'))  # 优先逆向解密base64成bytes    decrypted_text = str(aes.decrypt(base64_decrypted), encoding='utf-8').replace('\0', '')  # 执行解密密并转码返回str    return decrypted_text

RSA加密

全称:Rivest-Shamir-Adleman,RSA加密算法是一种非对称加密算法。在公开密钥加密和电子商业中RSA被广泛使用。它被普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。RSA是第一个能同时用于加密和数字签名的算法,它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击。
Python代码:
# -*- coding: UTF-8 -*-# reference codes: https://www.jianshu.com/p/7a4645691c68import base64import rsafrom rsa import common# 使用 rsa库进行RSA签名和加解密class RsaUtil(object):    PUBLIC_KEY_PATH = 'xxxxpublic_key.pem'  # 公钥    PRIVATE_KEY_PATH = 'xxxxxprivate_key.pem'  # 私钥    # 初始化key    def __init__(self,                 company_pub_file=PUBLIC_KEY_PATH,                 company_pri_file=PRIVATE_KEY_PATH):        if company_pub_file:            self.company_public_key = rsa.PublicKey.load_pkcs1_openssl_pem(open(company_pub_file).read())        if company_pri_file:            self.company_private_key = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(open(company_pri_file).read())    def get_max_length(self, rsa_key, encrypt=True):        """加密内容过长时 需要分段加密 换算每一段的长度.            :param rsa_key: 钥匙.            :param encrypt: 是否是加密.        """        blocksize = common.byte_size(rsa_key.n)        reserve_size = 11  # 预留位为11        if not encrypt:  # 解密时不需要考虑预留位            reserve_size = 0        maxlength = blocksize - reserve_size        return maxlength    # 加密 支付方公钥    def encrypt_by_public_key(self, message):        """使用公钥加密.            :param message: 需要加密的内容.            加密之后需要对接过进行base64转码        """        encrypt_result = b''        max_length = self.get_max_length(self.company_public_key)        while message:            input = message[:max_length]            message = message[max_length:]            out = rsa.encrypt(input, self.company_public_key)            encrypt_result += out        encrypt_result = base64.b64encode(encrypt_result)        return encrypt_result    def decrypt_by_private_key(self, message):        """使用私钥解密.            :param message: 需要加密的内容.            解密之后的内容直接是字符串,不需要在进行转义        """        decrypt_result = b""        max_length = self.get_max_length(self.company_private_key, False)        decrypt_message = base64.b64decode(message)        while decrypt_message:            input = decrypt_message[:max_length]            decrypt_message = decrypt_message[max_length:]            out = rsa.decrypt(input, self.company_private_key)            decrypt_result += out        return decrypt_result    # 签名 商户私钥 base64转码    def sign_by_private_key(self, data):        """私钥签名.            :param data: 需要签名的内容.            使用SHA-1 方法进行签名(也可以使用MD5)            签名之后,需要转义后输出        """        signature = rsa.sign(str(data), priv_key=self.company_private_key, hash='SHA-1')        return base64.b64encode(signature)    def verify_by_public_key(self, message, signature):        """公钥验签.            :param message: 验签的内容.            :param signature: 对验签内容签名的值(签名之后,会进行b64encode转码,所以验签前也需转码).        """        signature = base64.b64decode(signature)        return rsa.verify(message, signature, self.company_public_key)

ECC加密

全称:椭圆曲线加密(Elliptic Curve Cryptography),ECC加密算法是一种公钥加密技术,以椭圆曲线理论为基础。利用有限域上椭圆曲线的点构成的Abel群离散对数难解性,实现加密、解密和数字签名。将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应,就可以建立基于椭圆曲线的对应密码体制。
Python代码:
# -*- coding:utf-8 *-# author: DYBOY# reference codes: https://blog.dyboy.cn/websecurity/121.html# description: ECC椭圆曲线加密算法实现"""    考虑K=kG ,其中K、G为椭圆曲线Ep(a,b)上的点,n为G的阶(nG=O∞ ),k为小于n的整数。    则给定k和G,根据加法法则,计算K很容易但反过来,给定K和G,求k就非常困难。    因为实际使用中的ECC原则上把p取得相当大,n也相当大,要把n个解点逐一算出来列成上表是不可能的。    这就是椭圆曲线加密算法的数学依据    点G称为基点(base point)    k(k<n)为私有密钥(privte key)    K为公开密钥(public key)"""def get_inverse(mu, p):    """    获取y的负元    """    for i in range(1, p):        if (i*mu)%p == 1:            return i    return -1def get_gcd(zi, mu):    """    获取最大公约数    """    if mu:        return get_gcd(mu, zi%mu)    else:        return zidef get_np(x1, y1, x2, y2, a, p):    """    获取n*p,每次+p,直到求解阶数np=-p    """    flag = 1  # 定义符号位(+/-)    # 如果 p=q  k=(3x2+a)/2y1mod p    if x1 == x2 and y1 == y2:        zi = 3 * (x1 ** 2) + a  # 计算分子      【求导】        mu = 2 * y1    # 计算分母    # 若P≠Q,则k=(y2-y1)/(x2-x1) mod p    else:        zi = y2 - y1        mu = x2 - x1        if zi* mu < 0:            flag = 0        # 符号0为-(负数)            zi = abs(zi)            mu = abs(mu)    # 将分子和分母化为最简    gcd_value = get_gcd(zi, mu)     # 最大公約數    zi = zi // gcd_value            # 整除    mu = mu // gcd_value    # 求分母的逆元  逆元: ?a ∈G ,ョb∈G 使得 ab = ba = e    # P(x,y)的负元是 (x,-y mod p)= (x,p-y) ,有P+(-P)= O∞    inverse_value = get_inverse(mu, p)    k = (zi * inverse_value)    if flag == 0:                   # 斜率负数 flag==0        k = -k    k = k % p    # 计算x3,y3 P+Q    """        x3≡k2-x1-x2(mod p)        y3≡k(x1-x3)-y1(mod p)    """    x3 = (k ** 2 - x1 - x2) % p    y3 = (k * (x1 - x3) - y1) % p    return x3,y3def get_rank(x0, y0, a, b, p):    """    获取椭圆曲线的阶    """    x1 = x0             #-p的x坐标    y1 = (-1*y0)%p      #-p的y坐标    tempX = x0    tempY = y0    n = 1    while True:        n += 1        # 求p+q的和,得到n*p,直到求出阶        p_x,p_y = get_np(tempX, tempY, x0, y0, a, p)        # 如果 == -p,那么阶数+1,返回        if p_x == x1 and p_y == y1:            return n+1        tempX = p_x        tempY = p_ydef get_param(x0, a, b, p):    """    计算p与-p    """    y0 = -1    for i in range(p):        # 满足取模约束条件,椭圆曲线Ep(a,b),p为质数,x,y∈[0,p-1]        if i**2%p == (x0**3 + a*x0 + b)%p:            y0 = i            break    # 如果y0没有,返回false    if y0 == -1:        return False    # 计算-y(负数取模)    x1 = x0    y1 = (-1*y0) % p    return x0,y0,x1,y1def get_graph(a, b, p):    """    输出椭圆曲线散点图    """    x_y = []    # 初始化二维数组    for i in range(p):        x_y.append(['-' for i in range(p)])    for i in range(p):        val =get_param(i, a, b, p)  # 椭圆曲线上的点        if(val != False):            x0,y0,x1,y1 = val            x_y[x0][y0] = 1            x_y[x1][y1] = 1    print("椭圆曲线的散列图为:")    for i in range(p):              # i= 0-> p-1        temp = p-1-i        # 倒序        # 格式化输出1/2位数,y坐标轴        if temp >= 10:            print(temp, end=" ")        else:            print(temp, end="  ")        # 输出具体坐标的值,一行        for j in range(p):            print(x_y[j][temp], end="  ")        print("")   #换行    # 输出 x 坐标轴    print("  ", end="")    for i in range(p):        if i >=10:            print(i, end=" ")        else:            print(i, end="  ")    print('\n')def get_ng(G_x, G_y, key, a, p):    """    计算nG    """    temp_x = G_x    temp_y = G_y    while key != 1:        temp_x,temp_y = get_np(temp_x,temp_y, G_x, G_y, a, p)        key -= 1    return temp_x,temp_ydef ecc_main():    while True:        a = int(input("请输入椭圆曲线参数a(a>0)的值:"))        b = int(input("请输入椭圆曲线参数b(b>0)的值:"))        p = int(input("请输入椭圆曲线参数p(p为素数)的值:"))   #用作模运算        # 条件满足判断        if (4*(a**3)+27*(b**2))%p == 0:            print("您输入的参数有误,请重新输入!!!\n")        else:            break    # 输出椭圆曲线散点图    get_graph(a, b, p)    # 选点作为G点    print("user1:在如上坐标系中选一个值为G的坐标")    G_x = int(input("user1:请输入选取的x坐标值:"))    G_y = int(input("user1:请输入选取的y坐标值:"))    # 获取椭圆曲线的阶    n = get_rank(G_x, G_y, a, b, p)    # user1生成私钥,小key    key = int(input("user1:请输入私钥小key(<{}):".format(n)))    # user1生成公钥,大KEY    KEY_x,kEY_y = get_ng(G_x, G_y, key, a, p)    # user2阶段    # user2拿到user1的公钥KEY,Ep(a,b)阶n,加密需要加密的明文数据    # 加密准备    k = int(input("user2:请输入一个整数k(<{})用于求kG和kQ:".format(n)))    k_G_x,k_G_y = get_ng(G_x, G_y, k, a, p)                         # kG    k_Q_x,k_Q_y = get_ng(KEY_x, kEY_y, k, a, p)                     # kQ    # 加密    plain_text = input("user2:请输入需要加密的字符串:")    plain_text = plain_text.strip()    #plain_text = int(input("user1:请输入需要加密的密文:"))    c = []    print("密文为:",end="")    for char in plain_text:        intchar = ord(char)        cipher_text = intchar*k_Q_x        c.append([k_G_x, k_G_y, cipher_text])        print("({},{}),{}".format(k_G_x, k_G_y, cipher_text),end="-")    # user1阶段    # 拿到user2加密的数据进行解密    # 知道 k_G_x,k_G_y,key情况下,求解k_Q_x,k_Q_y是容易的,然后plain_text = cipher_text/k_Q_x    print("\nuser1解密得到明文:",end="")    for charArr in c:        decrypto_text_x,decrypto_text_y = get_ng(charArr[0], charArr[1], key, a, p)        print(chr(charArr[2]//decrypto_text_x),end="")if __name__ == "__main__":    print("*************ECC椭圆曲线加密*************")    ecc_main()

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