Python使用Pycrypto库进行RSA加密的方法详解

Contents

1. 1. 密码与通信
2. 2. 密码技术
3. 3. Python密码库–Pycrypto
4. 4. RSA 密码算法与签名
5. 5. 加密与解密
   1. 5.1. 加密（encrypt）
   2. 5.2. 解密（decrypt）
6. 6. 签名与验签
   1. 6.1. 签名
   2. 6.2. 验签
7. 7. 总结

RSA加密算法是一种强大的公钥加密算法,安全性很高,这里我们来看一下Python使用Pycrypto库进行RSA加密的方法详解,需要的朋友可以参考下

密码与通信

密码技术是一门历史悠久的技术。信息传播离不开加密与解密。密码技术的用途主要源于两个方面，加密/解密和签名/验签
在信息传播中，通常有发送者，接受者和窃听者三个角色。假设发送者Master想要写信给接受者Ghost，可是又不想信的内容被别人看到，因此Master需要先对信加密，而Ghost收到信之后又能解密。这样别的人即使窃听盗取了密文也无法解密。其次，如果窃听者并不像破译内容，而是伪造Master发消息给Ghost，那么Master发消息前就得先对机密内容进行签名。

密码技术

为了进行加密以及通信，人们发明了很多公开的算法。对称与非对称算法等。常见的加密方式有RSA, AES等算法。对于选择加密算法，一个常识就是使用公开的算法。一方面是这些算法经过实践检验，另一方面对于破译难度和破译条件破译时间都有预估。对于任何加密算法，都是能破解的，不同在于时间上的投入。

Python密码库–Pycrypto

Python良好的生态，对于加密解密技术都有成熟的第三方库。大名鼎鼎的M2Crypto和Pycrypto，前者非常容易使用，可是安装却非常头疼，不同的系统依赖软件的版本还有影响。后者则比较方面，直接使用pip安装即可。

//python2中安装
pip install pycrypto

//python3中安装
pip3 install pycrypto

RSA 密码算法与签名

RSA是一种公钥密码算法，RSA的密文是对代码明文的数字的 E 次方求mod N 的结果。也就是将明文和自己做E次乘法，然后再将其结果除以 N 求余数，余数就是密文。RSA是一个简洁的加密算法。E 和 N 的组合就是公钥（public key）。
对于RSA的解密，即密文的数字的 D 次方求mod N 即可，即密文和自己做 D 次乘法，再对结果除以 N 求余数即可得到明文。D 和 N 的组合就是私钥（private key）。
算法的加密和解密还是很简单的，可是公钥和私钥的生成算法却不是随意的。本文在于使用，对生成秘钥对的算法就暂时忽略。使用 Pycrypto生成秘钥对很简单，我们分别为 Master和Ghost各生成一对属于自己的秘钥对。

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
 
# 伪随机数生成器
random_generator = Random.new().read
# rsa算法生成实例
rsa = RSA.generate(1024, random_generator)
 
# master的秘钥对的生成
private_pem = rsa.exportKey()
 
with open('master-private.pem', 'w') as f:
  f.write(private_pem)
 
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open('master-public.pem', 'w') as f:
  f.write(public_pem)
 
# ghost的秘钥对的生成
private_pem = rsa.exportKey()
with open('master-private.pem', 'w') as f:
  f.write(private_pem)
 
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open('master-public.pem', 'w') as f:
  f.write(public_pem)

所生成的私钥和公钥大概是这样的：

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----
 
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDR4Wq9l44lw/thTPyFmSi2hII9
2EPh90yGXQNL5e7zJPD16j6Qtr+tIPNSQaVrnmNwrtqyEC2x4Meyp3tdCWPYUF11
r2GgDgxKfUByetNG4XqJeUKkkJ6D6C706mTf/2zsm8KFoNYCYPX1GhvpiTOikHcN
lHLCnOD7jbMAovJg/QIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

加密与解密

通常通信的时候，发送者使用接受者的公钥加密，接受者使用接受者私钥解密。
简而言之，Master给Ghost通信，需要加密内容，那么Ghost会生成一个秘钥对，Ghost的公钥ghost-public.pem和私钥ghost-private.pem 。Ghost 把公钥公开给发送者，任何人都可以用来加密，然后Master使用ghost-public.pem进行加密，然后把内容发给Ghost，Ghost再使用ghost-private.pem进行解密。

加密（encrypt）

# Master使用Ghost的公钥对内容进行rsa 加密

In [12]: message = 'hello ghost, this is a plian text'
In [13]: with open('ghost-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))
  ....:   print cipher_text
  ....:
 
 
HYQPGB+axWCbPp7PPGNTJEAhVPW0TX5ftvUN2v40ChBLB1pS+PVM3YGT5vfcsvmPZhW8NKVSBp8FwjLUnMn6yXP1O36NaunUzyHwI+cpjlkTwZs3DfCY/32EzeuKuJABin1FHBYUMTOKtHy+eEDOuaJTnZTC7ZBkdha+J88HXSc=

cipher_text 即 Master加密后将要发送给Ghost的密文。

解密（decrypt）

# Ghost使用自己的私钥对内容进行rsa 解密 
 
In [14]: with open('ghost-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)
  ....:
In [15]: print text
hello ghost, this is a plian text
In [16]: assert text == message, 'decrypt falied'

这样Ghost就能看到Master所发的内容了，当然，如果Ghost想要给Master发消息，就需要Master先把其的公钥给Ghost，后者再使用公钥加密，然后发送给Master，最后Master使用自己的私钥解密。

签名与验签

当然，对于窃听者，有时候也可以对伪造Master给Ghost发送内容。为此出现了数字签名。也就是Master给Ghost发送消息的时候，先对消息进行签名，表明自己的身份，并且这个签名无法伪造。具体过程即Master使用自己的私钥对内容签名，然后Ghost使用Master的公钥进行验签。

签名

# Master 使用自己的公钥对内容进行签名
In [17]: with open('master-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)
In [18]: print signature
jVUcAYfgF5Pwlpgrct3IlCX7KezWqNI5tD5OIFTrfCOQgfyCrOkN+/gRLsMiSDOHhFPj2LnfY4Cr5u4eG2IiH8+uSF5z4gUX48AqCQlqiOTLk2EGvyp+w+iYo2Bso1MUi424Ebkx7SnuJwLiPqNzIBLfEZLA3ov69aDArh6hQiw=

验签

In [22]: with open('master-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
  ....:
True

总结

Pycrypto提供了比较完善的加密算法。RSA广泛用于加密与解密，还有数字签名通信领域。使用Publick/Private秘钥算法中，加密主要用对方的公钥，解密用自己的私钥。签名用自己的私钥，验签用对方的公钥。

1. 加密解密：公钥加密，私钥解密
2. 签名验签：私钥签名，公钥验签

无论是加密机密还是签名验签都使用同一对秘钥对。