[Python3] RSA的加解密和簽名/驗簽實現 -- 使用pycrytodome

 Crypto 包介紹：

pycrypto，pycrytodome 和 crypto 是一個東西，crypto 在 python 上面的名字是 pycrypto 它是一個第三方庫，但是已經停止更新，所以不建議安裝這個庫；

windows 下 python3.6 版本以上安裝比較麻煩（本人是 Python3.7，嘗試安裝未成功，如果需要嘗試安裝的，可以參考點擊這里），在安裝無果的情況下，可以安裝 pycryptodome，它是pycrypto 的延伸版本，用法和 pycrypto 是一模一樣的；

pip install pycryptodome

安裝完成后，在 Python 各種引用包存放路徑下，把文件夾 crypto 改為 Crypto 即可。

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。

 

from Crypto.PublicKey import RSA
import Crypto.Signature.PKCS1_v1_5 as sign_PKCS1_v1_5  # 用於簽名/驗簽
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5  # 用於加密
from Crypto import Random
from Crypto import Hash

# 手動生成一個密鑰對(項目中的密鑰對一般由開發來生成)，生成密鑰對的時候，可以指定生成的長度，一般推薦使用1024bit，
# 1024bit的rsa公鑰，最多只能加密117byte的數據，數據流超過這個數則需要對數據分段加密，
# 目前1024bit長度的密鑰已經被證明了不夠安全，盡量使用2048bit長度的密鑰，2048bit長度密鑰最多能加密245byte長度的數據
計算長度公式：密鑰長度/8 - 11 = 最大加密量 (單位 bytes)
下面生成一對2048bit的密鑰：
x = RSA.generate(2048)
# y = RSA.generate(2048, Random.new().read)   #也可以使用偽隨機數來輔助生成

s_key = x.export_key() #私鑰
g_key = x.publickey().export_key() #公鑰
# print("私鑰：", s_key)
# print("公鑰：", g_key)
 
# 寫入文件
# with open("c.pem", "wb") as x:
#     x.write(s_key)
# with open("d.pem", "wb") as x:
#     x.write(g_key)
 
#從文件導入密鑰 -- 通過私鑰生成公鑰  (公鑰不會變 -- 用於只知道私鑰的情況)--2
# with open('c.pem','rb')as x:
#     s_key = RSA.importKey(x.read())
# # new_g_key = s_key.publickey().export_key()
# # print(new_g_key)
#
# cert = s_key.export_key("DER")  #生成證書 -- 它和私鑰是唯一對應的
# print(cert)
 
#實現RSA 非對稱加解密
my_private_key = s_key  # 私鑰
my_public_key = g_key  # 公鑰

① 使用公鑰 - 私鑰對信息進行"加密" + "解密"

'''
作用：對信息進行公鑰加密，私鑰解密。
應用場景：
    A想要加密傳輸一份數據給B，擔心使用對稱加密算法易被他人破解（密鑰只有一份，一旦泄露，則數據泄露），故使用非對稱加密。
    信息接收方可以生成自己的秘鑰對，即公私鑰各一個，然后將公鑰發給他人，私鑰自己保留。
    
    A使用公鑰加密數據，然后將加密后的密文發送給B，B再使用自己的私鑰進行解密，這樣即使A的公鑰和密文均被第三方得到，
    第三方也要知曉私鑰和加密算法才能解密密文，大大降低數據泄露風險。
'''
 
def encrypt_with_rsa(plain_text):
 
    #先公鑰加密
    cipher_pub_obj = PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_public_key))
    _secret_byte_obj = cipher_pub_obj.encrypt(plain_text.encode())
 
    return _secret_byte_obj
 
def decrypt_with_rsa(_secret_byte_obj):
 
    #后私鑰解密
    cipher_pri_obj = PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_private_key))
    _byte_obj = cipher_pri_obj.decrypt(_secret_byte_obj, Random.new().read)
    plain_text = _byte_obj.decode()
 
    return plain_text
 
def executer_without_signature():
 
    #加解密驗證
    text = "I love CA!"
    assert text == decrypt_with_rsa(encrypt_with_rsa(text))
    print("rsa test success！")

② 使用私鑰 - 公鑰對信息進行"簽名" + "驗簽"

'''
作用：對解密后的文件的完整性、真實性進行驗證（繁瑣但更加保險的做法，很少用到）
應用場景：
    A有一私密文件欲加密后發送給B，又擔心因各種原因導致B收到並解密后的文件並非完整、真實的原文件（可能被篡改或丟失一部分），
    所以A在發送前對原文件進行簽名，將[簽名和密文]一同發送給B讓B收到后用做一下文件的[解密 + 驗簽],
    均通過后-方可證明收到的原文件的真實性、完整性。
    
'''
def to_sign_with_private_key(plain_text):
 
    #私鑰簽名
    signer_pri_obj = sign_PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_private_key))
    rand_hash = Hash.SHA256.new()
    rand_hash.update(plain_text.encode())
    signature = signer_pri_obj.sign(rand_hash)
 
    return signature
 
def to_verify_with_public_key(signature, plain_text):
 
    #公鑰驗簽
    verifier = sign_PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_public_key))
    _rand_hash = Hash.SHA256.new()
    _rand_hash.update(plain_text.encode())
    verify = verifier.verify(_rand_hash, signature)
 
    return verify #true / false
 
def executer_with_signature():
 
    #簽名/驗簽
    text = "I love CA!"
    assert to_verify_with_public_key(to_sign_with_private_key(text), text)
    print("rsa Signature verified!")
 
if __name__ == '__main__' :
 
    executer_without_signature() # 只加密不簽名
 
    executer_with_signature()  #只簽名不加密
 
    #二者結合食用更佳
'''
如果是加密的同時又要簽名，這個時候稍微有點復雜。
1、發送者和接收者需要各持有一對公私鑰，也就是4個鑰匙。
2、接收者的公私鑰用於機密信息的加解密
3、發送者的公私鑰用於機密信息的簽名/驗簽
4、接收者和發送者都要提前將各自的[公鑰]告知對方。
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