python實現RSA加密和簽名以及分段加解密的方案

1、前言

很多朋友在工作中，會遇到一些接口使用RSA加密和簽名來處理的請求參數，那么遇到這個問題的時候，第一時間當然是找開發要加解密的方法，但是開發給加解密代碼，大多數情況都是java,c++，js等語言實現的，加解密的代碼雖然有了，但是咱們身為一個測試，使用python做的自動化，並不是什么語言都會，這個時候就會比較尷尬了，看着這一團加解密的代碼，自己卻不知從何下手，再去找開發給寫個python版本的，開發估計不一定搭理你，就算搭理你，開發也未必會python，那么今天咱們就來講講如何通過python來實現RSA加解密和簽名

2、RSA算法簡介：

RSA加密算法是一種非對稱加密算法，加密的秘鑰是由公鑰和私鑰兩部分組成秘鑰對，公鑰用來加密消息，私鑰用來對消息進行解密，公鑰是公開的，私鑰則是用戶自己保留的，由於公鑰是公開的，那么任何人只要獲取到公鑰，都可以使用公鑰來加密發送偽造內容，出於安全性考慮，在發送消息之前我們可以使用RSA來簽名，簽名使用私鑰來進行簽名，使用公鑰來進行驗簽，通過簽名我們可以確保用戶身份的唯一性，從而提高安全性。

1、加密和簽名的區別

• 加密：比方現在有兩個人A和B，A要給B傳遞機密的信息，為了避免信息泄露，B事先通過RSA加密算法生成了一對秘鑰，並且將公鑰事先給到A，私鑰則自己保留，A給B傳遞消息的時候，先使用B給的公鑰對消息進行加密，然后再將消息傳遞給B，B拿到加密后的消息，可以通過私鑰對消息進行解密，消息在傳遞過程中就算被他人獲取了也沒關系，沒有私鑰就沒辦法對消息進行解密。但是這個時候還有一個問題，公鑰一般都是公開的，會同時給到多個人，那么如果這個時候還有一個人C，獲取到了這個公鑰，他通過公鑰對消息進行加密，想冒充A來給B發信息，那么B接受到信息之后，能夠通過私鑰來對消息進行解密，但是無法確認這個信息到底是不是A發的（有可能是別拿的公鑰加密發的），為了區分發送者的身份，那么這個時候我們就要用到簽名。

• 簽名：雖然我們通過加密能夠確保發送的消息不被泄密，但是卻無法區分發送者的身份，A用戶為了區分自己的身份，同樣也生成了一對秘鑰，事先將公鑰給到B，發送消息的時候，先用B給的公鑰對消息進行加密，然后用A自己的私鑰生成簽名，最后將加密的消息和簽名一起發過去給B，B接收到A發送的數據之后，首先使用A用戶的公鑰對簽名信息進行驗簽，確認身份信息，如果確認是A用戶，然后再使用自己的私鑰對加密消息進行解密。

• A的一組消息通過加密和簽名處理之后，再發送出去給B，就算被人截獲了，也沒有關系，沒有B的私鑰無法對消息進行解密，就算獲取A的公鑰，想要發送偽造信息，沒有A私鑰也無法進行簽名。同樣B給A回復消息的時候，可以通過B的公鑰進行加密，然后使用自己的私鑰生成簽名，A接收到數據化使用同樣的方式進行解密驗證身份。 這樣一來就能夠做到萬無一失。如下圖：

3、python實現RSA加解密和簽名加解簽

接下來我們就來使用python來實現RSA加密與簽名，使用的第三方庫是Crypto具體實現的代碼如下：

1、生成秘鑰對

在這邊為了方面演示，手動生成一個密鑰對（項目中的秘鑰對由開發來生成，會直接給到我們）

生成秘鑰對的時候，可以指定生成秘鑰的長度，一般推薦使用1024bit, 1024bit的rsa公鑰，加密數據時，最多只能加密117byte的數據），數據量超過這個數，則需要對數據進行分段加密，但是目前1024bit長度的秘鑰已經被證明了不夠安全，盡量使用2048bit長度的秘鑰。2048bit長度的秘鑰，最多245byte長度的數據

計算公式如下：

秘鑰長度最大加密量（單位：）

下面生成一對1024bit的秘鑰

from Crypto import Random
from Crypto.PublicKey import RSA
​
# 偽隨機數生成器
random_gen = Random.new().read
​
# 生成秘鑰對實例對象：1024是秘鑰的長度
rsa = RSA.generate(1024, random_gen)
​
# 獲取公鑰，保存到文件
private_pem = rsa.exportKey()
with open('private.pem', 'wb') as f:
    f.write(private_pem)
​
# 獲取私鑰保存到文件
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open('public.pem', 'wb') as f:
    f.write(public_pem)

 

公鑰格式：

私鑰的格式：

2、加密與解密

1、公鑰加密

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5
​
​
msg = "待加密明文內容"
​
# 讀取文件中的公鑰
key = open('public.pem').read()
publickey = RSA.importKey(key)
# 進行加密
pk = PKCS1_v1_5.new(publickey)
encrypt_text = pk.encrypt(msg.encode())
# 加密通過base64進行編碼
result = base64.b64encode(encrypt_text)
print(result)

 

2、私鑰解密

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5
# 密文
msg='bAlnUNEJeDLnWikQs1ejwqPTo4qZ7RWxgFwoO4Bfg3C7EY+1HN5UvJYJ2h6047K6vNjG+TiIxc0udTR7a12MivSA+DwoGjwFIb25u3zc+M8KTCaCT5GdSumDOto2tsKYaVDKCPZpdwYdzYwlVijr6cPcchQTlD1yfKk2khhNchU='
​
# base64解碼
msg = base64.b64decode(msg)
# 獲取私鑰
privatekey = open('private.pem').read()
rsakey = RSA.importKey(privatekey)
# 進行解密
cipher = PKCS1_v1_5.new(rsakey)
text = cipher.decrypt(msg, 'DecryptError')
# 解密出來的是字節碼格式，decodee轉換為字符串
print(text.decode())

 

3、分段加密和解密

上面生成秘鑰的時候提到過在我們加密的時候，如果數據長度超過了當前秘鑰的所能處理最大長度，則需要進行分段加密，

分段加密：通俗易懂的講就是把原來一長串的數據，分割成多段，每段的大小控制在秘鑰的最大加密數量之內，加密完了之后再把數據進行拼接。

分段解密：經過分段加密的數據，在進行解密的時候我們也要將它進行分成多段，然后解密之后再進行拼接就能得到原來的數據內容。

分段加密和解密的代碼如下：

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5
​
​
​
def cipher(msg):
    """
    公鑰加密
    :param msg: 要加密內容
    :return:  加密之后的密文
    """
    # 獲取公鑰
    key = open('public.pem').read()
    publickey = RSA.importKey(key)
    # 分段加密
    pk = PKCS1_v1_5.new(publickey)
    encrypt_text = []
    for i in range(0,len(msg),100):
        cont = msg[i:i+100]
        encrypt_text.append(pk.encrypt(cont.encode()))
    # 加密完進行拼接
    cipher_text = b''.join(encrypt_text)
    # base64進行編碼
    result = base64.b64encode(cipher_text)
    return result.decode()
​
​
def decrypt(msg):
    """
    私鑰進行解密
    :param msg: 密文：字符串類型
    :return:  解密之后的內容
    """
    # base64解碼
    msg = base64.b64decode(msg)
    # 獲取私鑰
    privatekey = open('private.pem').read()
    rsakey = RSA.importKey(privatekey)
    cipher =  PKCS1_v1_5.new(rsakey)
    # 進行解密
    text = []
    for i in range(0,len(msg),128):
        cont = msg[i:i+128]
        text.append(cipher.decrypt(cont,1))
    text = b''.join(text)
    return text.decode()

3、簽名和驗簽

1、私鑰簽名

from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as Sig_pk
from Crypto.PublicKey import RSA
import base64
​
# 待簽名內容
name = "musen"
# 獲取私鑰
key = open('private.pem', 'r').read()
rsakey = RSA.importKey(key)
# 根據sha算法處理簽名內容  (此處的hash算法不一定是sha,看開發)
data = SHA.new(name.encode())
# 私鑰進行簽名
sig_pk = Sig_pk.new(rsakey)
sign = sig_pk.sign(data)
# 將簽名后的內容，轉換為base64編碼
result = base64.b64encode(sign)
# 簽名結果轉換成字符串
data = result.decode()
print(data)

 

2、公鑰驗簽

from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as Sig_pk
from Crypto.PublicKey import RSA
import base64
​
​
# 簽名之前的內容
name = "musen"
​
# 簽名數據
data="X3Gg+wd7UDh4X8ra+PGCyZFUrG+6jDeQt6ajMA0EjwoDwxlddLzYoS4dtjQ2q5WCcRhxcp8fjEyoPXBmJE9rMKDjEIeE/VO0sskbJiO65fU8hgcqdWdgbVqRryhOw+Kih+I6RIeNRYnOB8GkGD8Qca+n9JlOELcxLRdLo3vx6dw="
# base64解碼
data = base64.b64decode(data)
# 獲取公鑰
key = open('public.pem').read()
rsakey = RSA.importKey(key)
# 將簽名之前的內容進行hash處理
sha_name = SHA.new(name.encode())
# 驗證簽名
signer = Sig_pk.new(rsakey)
result = signer.verify(sha_name, data)
# 驗證通過返回True   不通過返回False
print(result)