python中的RSA加密與解密實例解析

更新時間：2019年11月18日 11:44:34 作者：lanston

這篇文章主要介紹了python中的RSA加密與解密實例解析,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友可以參考下

這篇文章主要介紹了python RSA加密與解密實現(xiàn)詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友可以參考下

什么是RSA：

RSA公開密鑰密碼體制。所謂的公開密鑰密碼體制就是使用不同的加密密鑰與解密密鑰，是一種“由已知加密密鑰推導(dǎo)出解密密鑰在計算上是不可行的”密碼體制。

在公開密鑰密碼體制中，加密密鑰（即公開密鑰）PK是公開信息，而解密密鑰（即秘密密鑰）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公開的。雖然解密密鑰SK是由公開密鑰PK決定的，但卻不能根據(jù)PK計算出SK。

正是基于這種理論，1978年出現(xiàn)了著名的RSA算法，它通常是先生成一對RSA 密鑰，其中之一是保密密鑰，由用戶保存；另一個為公開密鑰，可對外公開，甚至可在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中注冊。為提高保密強(qiáng)度，RSA密鑰至少為500位長，一般推薦使用1024位。這就使加密的計算量很大。為減少計算量，在傳送信息時，常采用傳統(tǒng)加密方法與公開密鑰加密方法相結(jié)合的方式，即信息采用改進(jìn)的DES或IDEA密鑰加密，然后使用RSA密鑰加密對話密鑰和信息摘要。對方收到信息后，用不同的密鑰解密并可核對信息摘要。

RSA算法是第一個能同時用于加密和數(shù)字簽名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現(xiàn)今的三十多年里，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，截止2017年被普遍認(rèn)為是最優(yōu)秀的公鑰方案之一。

SET(Secure Electronic Transaction)協(xié)議中要求CA采用2048bits長的密鑰，其他實體使用1024比特的密鑰。RSA密鑰長度隨著保密級別提高，增加很快。下表列出了對同一安全級別所對應(yīng)的密鑰長度。

python實現(xiàn)對RSA的加密和解密

Python密碼庫--Pycrypto

Python良好的生態(tài)，對于加密解密技術(shù)都有成熟的第三方庫。大名鼎鼎的M2Crypto和Pycrypto，前者非常容易使用，可是安裝卻非常頭疼，不同的系統(tǒng)依賴軟件的版本還有影響。后者則比較方面，直接使用pip安裝即可。

密碼技術(shù)

為了進(jìn)行加密以及通信，人們發(fā)明了很多公開的算法。對稱與非對稱算法等。常見的加密方式有RSA, AES等算法。對于選擇加密算法，一個常識就是使用公開的算法。一方面是這些算法經(jīng)過實踐檢驗，另一方面對于破譯難度和破譯條件破譯時間都有預(yù)估。對于任何加密算法，都是能破解的，不同在于時間上的投入。

Python密碼庫--Pycrypto

安裝

pip install pycrypto

RSA 密碼算法與簽名

RSA是一種公鑰密碼算法，RSA的密文是對代碼明文的數(shù)字的 E 次方求mod N 的結(jié)果。也就是將明文和自己做E次乘法，然后再將其結(jié)果除以 N 求余數(shù)，余數(shù)就是密文。RSA是一個簡潔的加密算法。E 和 N 的組合就是公鑰（public key）。

對于RSA的解密，即密文的數(shù)字的 D 次方求mod N 即可，即密文和自己做 D 次乘法，再對結(jié)果除以 N 求余數(shù)即可得到明文。D 和 N 的組合就是私鑰（private key）。

算法的加密和解密還是很簡單的，可是公鑰和私鑰的生成算法卻不是隨意的。本文在于使用，對生成秘鑰對的算法就暫時忽略。使用 Pycrypto生成秘鑰對很簡單，我們分別為 Server和Client各生成一對屬于自己的秘鑰對。

from Crypto import Random
from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as Signature_pkcs1_v1_5
from Crypto.PublicKey import RSA
 
# 偽隨機(jī)數(shù)生成器
random_generator = Random.new().read
# rsa算法生成實例
rsa = RSA.generate(1024, random_generator)
 
# Server的秘鑰對的生成
private_pem = rsa.exportKey()
with open("server-private.pem", "w") as f:
 f.write(private_pem)
 
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open("server-public.pem", "w") as f:
 f.write(public_pem)
 
# Client的秘鑰對的生成
private_pem = rsa.exportKey()
with open("client-private.pem", "w") as f:
 f.write(private_pem)
 
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open("client-public.pem", "w") as f:
 f.write(public_pem)

所生成的私鑰和公鑰大概是這樣的：

加密與解密

通常通信的時候，發(fā)送者使用接受者的公鑰加密，接受者使用接受者私鑰解密。

簡而言之，Server給Client通信，需要加密內(nèi)容，那么Client會生成一個秘鑰對，Client的公鑰client-public.pem和私鑰client-private.pem 。Client把公鑰公開給發(fā)送者，任何人都可以用來加密，然后Server使用client-public.pem進(jìn)行加密，然后把內(nèi)容發(fā)給Client，Client再使用私鑰client-private.pem進(jìn)行解密。

1.加密（encrypt）

# Server使用Client的公鑰對內(nèi)容進(jìn)行rsa 加密
 
message = "hello client, this is a message"
with open("client-public.pem") as f:
  key = f.read()
  rsakey = RSA.importKey(key)
  cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
  cipher_text = base64.b64encode(cipher.encrypt(message.encode('utf-8')))
  print(cipher_text.decode('utf-8'))
 
#加密結(jié)果：
HYQPGB+axWCbPp7PPGNTJEAhVPW0TX5ftvUN2v40ChBLB1pS+PVM3YGT5vfcsvmPZhW8NKVSBp8FwjLUnMn6yXP1O36NaunUzyHwI+cpjlkTwZs3DfCY/32EzeuKuJABin1FHBYUMTOKtHy+eEDOuaJTnZTC7ZBkdha+J88HXSc=

cipher_text 即 Master加密后將要發(fā)送給Client的密文。

2.解密（decrypt）

# Client使用自己的私鑰對內(nèi)容進(jìn)行rsa 解密
 
with open("client-private.pem") as f:
  key = f.read()
  rsakey = RSA.importKey(key)
  cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
  text = cipher.decrypt(base64.b64decode(encrypt_text), random_generator)
  print(text.decode('utf-8'))
 
#解密結(jié)果：
hello client, this is a message

這樣Client就能看到Server所發(fā)的內(nèi)容了，當(dāng)然，如果Client想要給Server發(fā)消息，就需要Server先把其的公鑰給Client，后者再使用公鑰加密，然后發(fā)送給Server，最后Server使用自己的私鑰解密。

簽名與驗簽

當(dāng)然，對于竊聽者，有時候也可以對偽造Server給Client發(fā)送內(nèi)容。為此出現(xiàn)了數(shù)字簽名。也就是Server給Client發(fā)送消息的時候，先對消息進(jìn)行簽名，表明自己的身份，并且這個簽名無法偽造。具體過程即Server使用自己的私鑰對內(nèi)容簽名，然后Client使用Server的公鑰進(jìn)行驗簽。

簽名

# Server使用自己的私鑰對內(nèi)容進(jìn)行簽名
 with open("server-private.pem") as f:
  key = f.read()
  rsakey = RSA.importKey(key)
  signer = Signature_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
  digest = SHA.new()
  digest.update(message)
  sign = signer.sign(digest)
  signature = base64.b64encode(sign)
  print signature
 
#簽名結(jié)果：
jVUcAYfgF5Pwlpgrct3IlCX7KezWqNI5tD5OIFTrfCOQgfyCrOkN+/gRLsMiSDOHhFPj2LnfY4Cr5u4eG2IiH8+uSF5z4gUX48AqCQlqiOTLk2EGvyp+w+iYo2Bso1MUi424Ebkx7SnuJwLiPqNzIBLfEZLA3ov69aDArh6hQiw=

驗簽

#Client使用Server的公鑰對內(nèi)容進(jìn)行驗簽
 
with open("server-public.pem") as f:
  key = f.read()
  rsakey = RSA.importKey(key)
  verifier = Signature_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
  digest = SHA.new()
  # Assumes the data is base64 encoded to begin with
  digest.update(message)
  is_verify = signer.verify(digest, base64.b64decode(signature))
  print is_verify
#驗簽結(jié)果：
True

總結(jié)

Pycrypto提供了比較完善的加密算法。RSA廣泛用于加密與解密，還有數(shù)字簽名通信領(lǐng)域。使用Publick/Private秘鑰算法中，加密主要用對方的公鑰，解密用自己的私鑰。簽名用自己的私鑰，驗簽用對方的公鑰。