python中的RSA加密與解密

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PK計算出SK。

正是基於這種理論，1978年出現了著名的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，甚至可在網絡服務器中注冊。為提高保密強度，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，常采用傳統加密方法與公開密鑰加密方法相結合的方式，即信息采用改進的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，用不同的密鑰解密並可核對信息摘要。

RSA算法是第一個能同時用於加密和數字簽名的算法，也易於理解和操作。RSA是被研究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現今的三十多年里，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，截止2017年被普遍認為是最優秀的公鑰方案之一。
SET(Secure Electronic Transaction)協議中要求CA采用2048bits長的密鑰，其他實體使用1024比特的密鑰。RSA密鑰長度隨着保密級別提高，增加很快。下表列出了對同一安全級別所對應的密鑰長度。

python實現對RSA的加密和解密

Python密碼庫--Pycrypto
Python良好的生態，對於加密解密技術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
為了進行加密以及通信，人們發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。對於選擇加密算法，一個常識就是使用公開的算法。一方面是這些算法經過實踐檢驗，另一方面對於破譯難度和破譯條件破譯時間都有預估。對於任何加密算法，都是能破解的，不同在於時間上的投入。

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字的 E 次方求mod N 的結果。也就是將明文和自己做E次乘法，然后再將其結果除以 N 求余數，余數就是密文。RSA是一個簡潔的加密算法。E 和 N 的組合就是公鑰（public key）。

對於RSA的解密，即密文的數字的 D 次方求mod N 即可，即密文和自己做 D 次乘法，再對結果除以 N 求余數即可得到明文。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。本文在於使用，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各生成一對屬於自己的秘鑰對。

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
 
# 偽隨機數生成器
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把公鑰公開給發送者，任何人都可以用來加密，然后Server使用client-public.pem進行加密，然后把內容發給Client，Client再使用私鑰client-private.pem進行解密。

1.加密（encrypt）

# Server使用Client的公鑰對內容進行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'))
 
#加密結果： 
HYQPGB+axWCbPp7PPGNTJEAhVPW0TX5ftvUN2v40ChBLB1pS+PVM3YGT5vfcsvmPZhW8NKVSBp8FwjLUnMn6yXP1O36NaunUzyHwI+cpjlkTwZs3DfCY/32EzeuKuJABin1FHBYUMTOKtHy+eEDOuaJTnZTC7ZBkdha+J88HXSc=

cipher_text 即 Master加密后將要發送給Client的密文。

2.解密（decrypt）

# Client使用自己的私鑰對內容進行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'))

#解密結果：
hello client, this is a message

這樣Client就能看到Server所發的內容了，當然，如果Client想要給Server發消息，就需要Server先把其的公鑰給Client，后者再使用公鑰加密，然后發送給Server，最后Server使用自己的私鑰解密。

簽名與驗簽
當然，對於竊聽者，有時候也可以對偽造Server給Client發送內容。為此出現了數字簽名。也就是Server給Client發送消息的時候，先對消息進行簽名，表明自己的身份，並且這個簽名無法偽造。具體過程即Server使用自己的私鑰對內容簽名，然后Client使用Server的公鑰進行驗簽。

簽名

# Server使用自己的私鑰對內容進行簽名

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

#簽名結果：
jVUcAYfgF5Pwlpgrct3IlCX7KezWqNI5tD5OIFTrfCOQgfyCrOkN+/gRLsMiSDOHhFPj2LnfY4Cr5u4eG2IiH8+uSF5z4gUX48AqCQlqiOTLk2EGvyp+w+iYo2Bso1MUi424Ebkx7SnuJwLiPqNzIBLfEZLA3ov69aDArh6hQiw=

驗簽

#Client使用Server的公鑰對內容進行驗簽

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

#驗簽結果：
True

總結
Pycrypto提供了比較完善的加密算法。RSA廣泛用於加密與解密，還有數字簽名通信領域。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。

加密解密：公鑰加密，私鑰解密
簽名驗簽：私鑰簽名，公鑰驗簽

無論是加密解密還是簽名驗簽都使用同一對秘鑰對。

python中的RSA加密與解密

什么是RSA：

python實現對RSA的加密和解密

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