Python pycryptodome类库使用学习总结

AES数据加解密

以下代码天生一个新的AES-128密钥，并将一段数据加密到一个文件中。我们使用 CTR 模式（这是一种 经典利用模式, 简单但不再保举）。
仅使用CTR，接收者无法检测到密文（即加密数据）在传输过程中是否被修改。为了应对这种风险，例中还附加了一个MAC身份验证标签（采用SHA256模式的HMAC），该标签由第二个密钥制成。

1. # -*- coding:utf-8 -*-
4. from Crypto.Cipher import AES
5. from Crypto.Hash import HMAC, SHA256
6. from Crypto.Random import get_random_bytes
8. data = 'secret data to transmit'.encode()
10. aes_key = get_random_bytes(16) # 返回一个包含适合加密使用的随机字节的字节对象
11. print('aes_key: ', aes_key) # aes_key:  b'\xf6Ke|/M\x93tv\n\xec\x1ej\xb4k\xab'
13. cipher = AES.new(aes_key, AES.MODE_CTR) # 创建一个 AES cipher
14. ciphertext = cipher.encrypt(data) # 加密数据，返回字节对象
16. hmac_key = get_random_bytes(16)
17. print('hmac_key: ', hmac_key) # hmac_key:  b'hU\xe6O\x8a\xc5\xa4g\xf3"\xc1K,f\x96\xdb'
19. hmac = HMAC.new(hmac_key, digestmod=SHA256)
20. tag = hmac.update(cipher.nonce + ciphertext).digest()
22. with open("encrypted.bin", "wb") as f:
23.     f.write(tag)
24.     f.write(cipher.nonce)
25.     f.write(ciphertext)
27. # 与接收者安全共享 aes_key和hmc_key
28. # encrypted.bin 可通过非安全信道传输

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最后，接收者可以安全地加载回数据（假如他们知道这两个密钥(aes_key和hmc_key的话）)。请注意，当检测到篡改时，代码会抛出ValueError异常。

1. import sys
2. from Crypto.Cipher import AES
3. from Crypto.Hash import HMAC, SHA256
5. aes_key = b'\xf6Ke|/M\x93tv\n\xec\x1ej\xb4k\xab'
6. hmac_key = b'hU\xe6O\x8a\xc5\xa4g\xf3"\xc1K,f\x96\xdb'
8. with open("encrypted.bin", "rb") as f:
9.     tag = f.read(32)
10.     nonce = f.read(8)
11.     ciphertext = f.read()
13. try:
14.     hmac = HMAC.new(hmac_key, digestmod=SHA256)
15.     tag = hmac.update(nonce + ciphertext).verify(tag)
16. except ValueError:
17.     print("The message was modified!")
18.     sys.exit(1)
20. cipher = AES.new(aes_key, AES.MODE_CTR, nonce=nonce)
21. message = cipher.decrypt(ciphertext) # 解密数据，返回字节对象
22. print("Message:", message.decode())  # 输出：Message: secret data to transmit

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一步完成数据加密和验证

上一节中的代码包含三个微妙但重要的设计决策：cipher的nonce经过验证，验证在加密后实行，且加密和验证使用两个不相关的密钥。安全地组合加密原语并不容易，因此已经创建了更现代的加密cipher模式，OCB mode (查阅其它 经过身份验证的加密模式 如 EAX, GCM, CCM, SIV)。

1. # -*- coding:utf-8 -*-
3. from Crypto.Cipher import AES
4. from Crypto.Random import get_random_bytes
6. data = 'secret data to transmit'.encode()
8. aes_key = get_random_bytes(16)
9. print('aes_key: ', aes_key) # aes_key:  b'p.\xb7iD\x8a\xb6\xdc\x1e\x80E\xf4k:\xb4q'
11. cipher = AES.new(aes_key, AES.MODE_OCB)
12. ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(data)
13. assert len(cipher.nonce) == 15
15. with open("encrypted.bin", "wb") as f:
16.     f.write(tag)
17.     f.write(cipher.nonce)
18.     f.write(ciphertext)
20. # 与接收者安全共享 aes_key
21. # encrypted.bin 可通过非安全信道传输

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数据解密

1. # -*- coding:utf-8 -*-
4. from Crypto.Cipher import AES
6. aes_key = b'p.\xb7iD\x8a\xb6\xdc\x1e\x80E\xf4k:\xb4q'
8. with open("encrypted.bin", "rb") as f:
9.     tag = f.read(16)
10.     nonce = f.read(15)
11.     ciphertext = f.read()
13. cipher = AES.new(aes_key, AES.MODE_OCB, nonce=nonce)
14. try:
15.     message = cipher.decrypt_and_verify(ciphertext, tag)
16. except ValueError:
17.     print("The message was modified!")
18.     exit(1)
20. print("Message:", message.decode())

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RSA数据加解密

天生RSA秘钥

以下代码天生一个新的RSA密钥对（secret），并将其保存到一个受密码保护的文件中。使用 脚本 密钥推导函数，以制止字典攻击。最后，代码以ASCII/PEM格式打印RSA公钥：

1. from Crypto.PublicKey import RSA
3. secret_code = "Unguessable"
4. key = RSA.generate(2048)
5. encrypted_key = key.export_key(passphrase=secret_code, pkcs=8,
6.                               protection="scryptAndAES128-CBC",
7.                               prot_params={'iteration_count':131072})
9. with open("rsa_key.bin", "wb") as f:
10.     f.write(encrypted_key)
12. print(key.publickey().export_key())

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以下代码读取私钥RSA，然后再次打印公钥

1. from Crypto.PublicKey import RSA
3. secret_code = "Unguessable"
4. encoded_key = open("rsa_key.bin", "rb").read()
5. key = RSA.import_key(encoded_key, passphrase=secret_code)
7. print(key.publickey().export_key())

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天生公钥和私钥

以下代码天生存储在receiver.pem中的公钥和存储在private.pem中的私钥。这些文件将在下面的示例中使用。每次天生不同的公钥和私钥对。

1. from Crypto.PublicKey import RSA
3. key = RSA.generate(2048)
4. private_key = key.export_key()
5. with open("private.pem", "wb") as f:
6.     f.write(private_key)
8. public_key = key.publickey().export_key()
9. with open("receiver.pem", "wb") as f:
10.     f.write(public_key)

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使用RSA加解密数据

以下代码为我们拥有RSA公钥的接收者加密了一段数据。RSA公钥存储在一个名为receiver.pem的文件中。
为了能够加密任意数量的数据，使用混合加密方案。为AES会话密钥的非对称加密，使用RSA及PKCS1OAEP 。然后，会话密钥可用于加密所有实际数据。
与第一个示例一样，使用EAX模式来检测未经授权的修改

1. from Crypto.PublicKey import RSA
2. from Crypto.Random import get_random_bytes
3. from Crypto.Cipher import AES, PKCS1_OAEP
5. data = "I met aliens in UFO. Here is the map.".encode("utf-8")
7. recipient_key = RSA.import_key(open("receiver.pem").read())
8. session_key = get_random_bytes(16)
10. # 使用公钥加密会话key
11. cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(recipient_key)
12. enc_session_key = cipher_rsa.encrypt(session_key)
14. # 使用AES会话key加密数据
15. cipher_aes = AES.new(session_key, AES.MODE_EAX)
16. ciphertext, tag = cipher_aes.encrypt_and_digest(data)
18. with open("encrypted_data.bin", "wb") as f:
19.     f.write(enc_session_key)
20.     f.write(cipher_aes.nonce)
21.     f.write(tag)
22.     f.write(ciphertext)

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接收方拥有RSA私钥。将首先使用它解密会话密钥，然后解密文件的其余部门：:

1. from Crypto.PublicKey import RSA
2. from Crypto.Cipher import AES, PKCS1_OAEP
4. private_key = RSA.import_key(open("private.pem").read())
6. with open("encrypted_data.bin", "rb") as f:
7.     enc_session_key = f.read(private_key.size_in_bytes())
8.     nonce = f.read(16)
9.     tag = f.read(16)
10.     ciphertext = f.read()
12. # 使用私钥解密会话key
13. cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(private_key)
14. session_key = cipher_rsa.decrypt(enc_session_key)
16. # 使用AES会话key解密数据
17. cipher_aes = AES.new(session_key, AES.MODE_EAX, nonce)
18. data = cipher_aes.decrypt_and_verify(ciphertext, tag)
19. print(data.decode("utf-8"))

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参考连接

https://www.pycryptodome.org/src/examples

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