常見幾種加密算法的Python實現

生活中我們經常會遇到一些加密算法，今天我們就聊聊這些加密算法的Python實現。部分常用的加密方法基本都有對應的Python庫，基本不再需要我們用代碼實現具體算法。

MD5加密

全稱：MD5消息摘要算法（英語：MD5 Message-Digest Algorithm），一種被廣泛使用的密碼散列函數，可以產生出一個128位（16字節）的散列值（hash value），用于確保信息傳輸完整一致。md5加密算法是不可逆的，所以解密一般都是通過暴力窮舉方法，通過網站的接口實現解密。

Python代碼：

import?hashlib

m?=?hashlib.md5()

m.update(str.encode("utf8"))

print(m.hexdigest())

SHA1加密

全稱：安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要適用于數字簽名標準（Digital Signature Standard DSS）里面定義的數字簽名算法（Digital Signature Algorithm DSA），SHA1比MD5的安全性更強。對于長度小于2^ 64位的消息，SHA1會產生一個160位的消息摘要。

Python代碼：

import hashlib

sha1?=?hashlib.sha1()

data?=?'2333333'

sha1.update(data.encode('utf-8'))

sha1_data?=?sha1.hexdigest()

print(sha1_data)

HMAC加密

全稱：散列消息鑒別碼（Hash Message Authentication Code），?HMAC加密算法是一種安全的基于加密hash函數和共享密鑰的消息認證協議。實現原理是用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值作為認證標識，用這個標識鑒別消息的完整性。使用一個密鑰生成一個固定大小的小數據塊，即 MAC，并將其加入到消息中，然后傳輸。接收方利用與發送方共享的密鑰進行鑒別認證等。

Python代碼：

import?hmac

import?hashlib

#?第一個參數是密鑰key，第二個參數是待加密的字符串，第三個參數是hash函數

mac?=?hmac.new('key','hello',hashlib.md5)

mac.digest()??#?字符串的ascii格式

mac.hexdigest()??#?加密后字符串的十六進制格式

DES加密

全稱：數據加密標準（Data Encryption Standard），屬于對稱加密算法。DES是一個分組加密算法，典型的DES以64位為分組對數據加密，加密和解密用的是同一個算法。它的密鑰長度是56位（因為每個第8 位都用作奇偶校驗），密鑰可以是任意的56位的數，而且可以任意時候改變。

Python代碼：

import?binascii

from?pyDes?import?des,?CBC,?PAD_PKCS5

#?需要安裝?pip?install?pyDes

def?des_encrypt(secret_key,?s):

iv?=?secret_key

k?=?des(secret_key,?CBC,?iv,?pad=None,?padmode=PAD_PKCS5)

en?=?k.encrypt(s,?padmode=PAD_PKCS5)

return?binascii.b2a_hex(en)

def?des_decrypt(secret_key,?s):

iv?=?secret_key

k?=?des(secret_key,?CBC,?iv,?pad=None,?padmode=PAD_PKCS5)

de?=?k.decrypt(binascii.a2b_hex(s),?padmode=PAD_PKCS5)

return?de

secret_str?=?des_encrypt('12345678',?'I?love?YOU~')

print(secret_str)

clear_str?=?des_decrypt('12345678',?secret_str)

print(clear_str)

AES加密

全稱：高級加密標準（英語：Advanced Encryption Standard），在密碼學中又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府采用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界所使用。

Python代碼：

import?base64

from?Crypto.Cipher?import?AES

'''

AES對稱加密算法

'''

#?需要補位，str不是16的倍數那就補足為16的倍數

def?add_to_16(value):

while?len(value)?%?16?!=?0:

value?+=?'

value?+=?'\0'

return?str.encode(value)??#?返回bytes

#?加密方法

def?encrypt(key,?text):

aes?=?AES.new(add_to_16(key),?AES.MODE_ECB)??#?初始化加密器

encrypt_aes?=?aes.encrypt(add_to_16(text))??#?先進行aes加密

encrypted_text?=?str(base64.encodebytes(encrypt_aes),?encoding='utf-8')??#?執行加密并轉碼返回bytes

return?encrypted_text

#?解密方法

def?decrypt(key,?text):

aes?=?AES.new(add_to_16(key),?AES.MODE_ECB)??#?初始化加密器

base64_decrypted?=?base64.decodebytes(text.encode(encoding='utf-8'))??#?優先逆向解密base64成bytes

decrypted_text?=?str(aes.decrypt(base64_decrypted),?encoding='utf-8').replace('

decrypted_text?=?str(aes.decrypt(base64_decrypted),?encoding='utf-8').replace('\0',?'')??#?執行解密密并轉碼返回str

return?decrypted_text

RSA加密

全稱：Rivest-Shamir-Adleman，RSA加密算法是一種非對稱加密算法。在公開密鑰加密和電子商業中RSA被廣泛使用。它被普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一。RSA是第一個能同時用于加密和數字簽名的算法，它能夠抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊。

Python代碼：

#?-*-?coding:?UTF-8?-*-

#?reference?codes:?https://www.jianshu.com/p/7a4645691c68

import?base64

import?rsa

from?rsa?import?common

#?使用?rsa庫進行RSA簽名和加解密

class?RsaUtil(object):

PUBLIC_KEY_PATH?=?'xxxxpublic_key.pem'??#?公鑰

PRIVATE_KEY_PATH?=?'xxxxxprivate_key.pem'??#?私鑰

#?初始化key

def?__init__(self,

company_pub_file=PUBLIC_KEY_PATH,

company_pri_file=PRIVATE_KEY_PATH):

if?company_pub_file:

self.company_public_key?=?rsa.PublicKey.load_pkcs1_openssl_pem(open(company_pub_file).read())

if?company_pri_file:

self.company_private_key?=?rsa.PrivateKey.load_pkcs1(open(company_pri_file).read())

def?get_max_length(self,?rsa_key,?encrypt=True):

"""加密內容過長時?需要分段加密?換算每一段的長度.

:param?rsa_key:?鑰匙.

:param?encrypt:?是否是加密.

"""

blocksize?=?common.byte_size(rsa_key.n)

reserve_size?=?11??#?預留位為11

if?not?encrypt:??#?解密時不需要考慮預留位

reserve_size?=?0

maxlength?=?blocksize?-?reserve_size

return?maxlength

#?加密?支付方公鑰

def?encrypt_by_public_key(self,?message):

"""使用公鑰加密.

:param?message:?需要加密的內容.

加密之后需要對接過進行base64轉碼

"""

encrypt_result?=?b''

max_length?=?self.get_max_length(self.company_public_key)

while?message:

input?=?message[:max_length]

message?=?message[max_length:]

out?=?rsa.encrypt(input,?self.company_public_key)

encrypt_result?+=?out

encrypt_result?=?base64.b64encode(encrypt_result)

return?encrypt_result

def?decrypt_by_private_key(self,?message):

"""使用私鑰解密.

:param?message:?需要加密的內容.

解密之后的內容直接是字符串，不需要在進行轉義

"""

decrypt_result?=?b""

max_length?=?self.get_max_length(self.company_private_key,?False)

decrypt_message?=?base64.b64decode(message)

while?decrypt_message:

input?=?decrypt_message[:max_length]

decrypt_message?=?decrypt_message[max_length:]

out?=?rsa.decrypt(input,?self.company_private_key)

decrypt_result?+=?out

return?decrypt_result

#?簽名?商戶私鑰?base64轉碼

def?sign_by_private_key(self,?data):

"""私鑰簽名.

:param?data:?需要簽名的內容.

使用SHA-1?方法進行簽名（也可以使用MD5）

簽名之后，需要轉義后輸出

"""

signature?=?rsa.sign(str(data),?priv_key=self.company_private_key,?hash='SHA-1')

return?base64.b64encode(signature)

def?verify_by_public_key(self,?message,?signature):

"""公鑰驗簽.

:param?message:?驗簽的內容.

:param?signature:?對驗簽內容簽名的值（簽名之后，會進行b64encode轉碼，所以驗簽前也需轉碼）.

"""

signature?=?base64.b64decode(signature)

return?rsa.verify(message,?signature,?self.company_public_key)

ECC加密

全稱：橢圓曲線加密（Elliptic Curve Cryptography），ECC加密算法是一種公鑰加密技術，以橢圓曲線理論為基礎。利用有限域上橢圓曲線的點構成的Abel群離散對數難解性，實現加密、解密和數字簽名。將橢圓曲線中的加法運算與離散對數中的模乘運算相對應，就可以建立基于橢圓曲線的對應密碼體制。

Python代碼：

#?-*-?coding:utf-8?*-

#?author:?DYBOY

#?reference?codes:?https://blog.dyboy.cn/websecurity/121.html

#?description:?ECC橢圓曲線加密算法實現

"""

考慮K=kG ，其中K、G為橢圓曲線Ep(a,b)上的點，n為G的階（nG=O∞?），k為小于n的整數。

則給定k和G，根據加法法則，計算K很容易但反過來，給定K和G，求k就非常困難。

因為實際使用中的ECC原則上把p取得相當大，n也相當大，要把n個解點逐一算出來列成上表是不可能的。

這就是橢圓曲線加密算法的數學依據

點G稱為基點（base?point）

k（k

K為公開密鑰（public?key)

"""

def?get_inverse(mu,?p):

"""

獲取y的負元

"""

for?i?in?range(1,?p):

if?(i*mu)%p?==?1:

return?i

return?-1

def?get_gcd(zi,?mu):

"""

獲取最大公約數

"""

if?mu:

return?get_gcd(mu,?zi%mu)

else:

return?zi

def?get_np(x1,?y1,?x2,?y2,?a,?p):

"""

獲取n*p，每次+p，直到求解階數np=-p

"""

flag?=?1??#?定義符號位（+/-）

#?如果?p=q??k=(3x2+a)/2y1mod?p

if?x1?==?x2?and?y1?==?y2:

zi?=?3?*?(x1?**?2)?+?a??#?計算分子??????【求導】

mu?=?2?*?y1????#?計算分母

#?若P≠Q，則k=(y2-y1)/(x2-x1)?mod?p

else:

zi?=?y2?-?y1

mu?=?x2?-?x1

if?zi*?mu?

flag?=?0????????#?符號0為-（負數）

zi?=?abs(zi)

mu?=?abs(mu)

#?將分子和分母化為最簡

gcd_value?=?get_gcd(zi,?mu)?????#?最大公約數

zi?=?zi?//?gcd_value????????????#?整除

mu?=?mu?//?gcd_value

#?求分母的逆元??逆元：??a ∈G ，ョb∈G 使得 ab = ba = e

#?P(x,y)的負元是?(x,-y?mod?p)=?(x,p-y)?，有P+(-P)=?O∞

inverse_value?=?get_inverse(mu,?p)

k?=?(zi?*?inverse_value)

if?flag?==?0:???????????????????#?斜率負數?flag==0

k?=?-k

k?=?k?%?p

#?計算x3,y3?P+Q

"""

x3≡k2-x1-x2(mod?p)

y3≡k(x1-x3)-y1(mod?p)

"""

x3?=?(k?**?2?-?x1?-?x2)?%?p

y3?=?(k?*?(x1?-?x3)?-?y1)?%?p

return?x3,y3

def?get_rank(x0,?y0,?a,?b,?p):

"""

獲取橢圓曲線的階

"""

x1?=?x0?????????????#-p的x坐標

y1?=?(-1*y0)%p??????#-p的y坐標

tempX?=?x0

tempY?=?y0

n?=?1

while?True:

n?+=?1

#?求p+q的和，得到n*p，直到求出階

p_x,p_y?=?get_np(tempX,?tempY,?x0,?y0,?a,?p)

#?如果?==?-p,那么階數+1，返回

if?p_x?==?x1?and?p_y?==?y1:

return?n+1

tempX?=?p_x

tempY?=?p_y

def?get_param(x0,?a,?b,?p):

"""

計算p與-p

"""

y0?=?-1

for?i?in?range(p):

#?滿足取模約束條件，橢圓曲線Ep(a,b)，p為質數，x,y∈[0,p-1]

if?i**2%p?==?(x0**3?+?a*x0?+?b)%p:

y0?=?i

break

#?如果y0沒有，返回false

if?y0?==?-1:

return?False

#?計算-y（負數取模）

x1?=?x0

y1?=?(-1*y0)?%?p

return?x0,y0,x1,y1

def?get_graph(a,?b,?p):

"""

輸出橢圓曲線散點圖

"""

x_y?=?[]

#?初始化二維數組

for?i?in?range(p):

x_y.append(['-'?for?i?in?range(p)])

for?i?in?range(p):

val?=get_param(i,?a,?b,?p)??#?橢圓曲線上的點

if(val?!=?False):

x0,y0,x1,y1?=?val

x_y[x0][y0]?=?1

x_y[x1][y1]?=?1

print("橢圓曲線的散列圖為：")

for?i?in?range(p):??????????????#?i=?0->?p-1

temp?=?p-1-i????????#?倒序

#?格式化輸出1/2位數，y坐標軸

if?temp?>=?10:

print(temp,?end="?")

else:

print(temp,?end="??")

#?輸出具體坐標的值，一行

for?j?in?range(p):

print(x_y[j][temp],?end="??")

print("")???#換行

#?輸出?x?坐標軸

print("??",?end="")

for?i?in?range(p):

if?i?>=10:

print(i,?end="?")

else:

print(i,?end="??")

print('\n')

def?get_ng(G_x,?G_y,?key,?a,?p):

"""

計算nG

"""

temp_x?=?G_x

temp_y?=?G_y

while?key?!=?1:

temp_x,temp_y?=?get_np(temp_x,temp_y,?G_x,?G_y,?a,?p)

key?-=?1

return?temp_x,temp_y

def?ecc_main():

while?True:

a?=?int(input("請輸入橢圓曲線參數a(a>0)的值："))

b?=?int(input("請輸入橢圓曲線參數b(b>0)的值："))

p?=?int(input("請輸入橢圓曲線參數p(p為素數)的值："))???#用作模運算

#?條件滿足判斷

if?(4*(a**3)+27*(b**2))%p?==?0:

print("您輸入的參數有誤，請重新輸入！！！\n")

else:

break

#?輸出橢圓曲線散點圖

get_graph(a,?b,?p)

#?選點作為G點

print("user1：在如上坐標系中選一個值為G的坐標")

G_x?=?int(input("user1：請輸入選取的x坐標值："))

G_y?=?int(input("user1：請輸入選取的y坐標值："))

#?獲取橢圓曲線的階

n?=?get_rank(G_x,?G_y,?a,?b,?p)

#?user1生成私鑰，小key

key?=?int(input("user1：請輸入私鑰小key（<{}）：".format(n)))

#?user1生成公鑰，大KEY

KEY_x,kEY_y?=?get_ng(G_x,?G_y,?key,?a,?p)

#?user2階段

#?user2拿到user1的公鑰KEY，Ep(a,b)階n，加密需要加密的明文數據

#?加密準備

k?=?int(input("user2：請輸入一個整數k（<{}）用于求kG和kQ：".format(n)))

k_G_x,k_G_y?=?get_ng(G_x,?G_y,?k,?a,?p)?????????????????????????#?kG

k_Q_x,k_Q_y?=?get_ng(KEY_x,?kEY_y,?k,?a,?p)?????????????????????#?kQ

#?加密

plain_text?=?input("user2：請輸入需要加密的字符串:")

plain_text?=?plain_text.strip()

#plain_text = int(input("user1：請輸入需要加密的密文："))

c?=?[]

print("密文為：",end="")

for?char?in?plain_text:

intchar?=?ord(char)

cipher_text?=?intchar*k_Q_x

c.append([k_G_x,?k_G_y,?cipher_text])

print("({},{}),{}".format(k_G_x,?k_G_y,?cipher_text),end="-")

#?user1階段

#?拿到user2加密的數據進行解密

#?知道?k_G_x,k_G_y，key情況下，求解k_Q_x,k_Q_y是容易的，然后plain_text?=?cipher_text/k_Q_x

print("\nuser1解密得到明文：",end="")

for?charArr?in?c:

decrypto_text_x,decrypto_text_y?=?get_ng(charArr[0],?charArr[1],?key,?a,?p)

print(chr(charArr[2]//decrypto_text_x),end="")

if?__name__?==?"__main__":

print("*************ECC橢圓曲線加密*************")

ecc_main()

本文主要介紹了MD5，SHA-1，HMAC，DES/AES，RSA和ECC這幾種加密算法和python代碼示例。以上，便是今天的內容，希望大家喜歡，歡迎「轉發」或者點擊「在看」支持，感謝大家咯~

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