常见几种加密算法的Python实现

生活中我们经常会遇到一些加密算法，今天我们就聊聊这些加密算法的Python实现。部分常用的加密方法基本都有对应的Python库，基本不再需要我们用代码实现具体算法。

MD5加密

全称：MD5消息摘要算法（英语：MD5 Message-Digest Algorithm），一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash value），用于确保信息传输完整一致。md5加密算法是不可逆的，所以解密一般都是通过暴力穷举方法，通过网站的接口实现解密。

Python代码：

       import hashlib
       m = hashlib.md5()
       m.update(str.encode("utf8"))
       print(m.hexdigest())
   
  

SHA1加密

全称：安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适用于数字签名标准（Digital Signature Standard DSS）里面定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA），SHA1比MD5的安全性更强。对于长度小于2^ 64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。

Python代码：

       import hashlib
       sha1 = hashlib.sha1()
       data = '2333333'
       sha1.update(data.encode('utf-8'))
       sha1_data = sha1.hexdigest()
       print(sha1_data)
   
  

HMAC加密

全称：散列消息鉴别码（Hash Message Authentication Code）， HMAC加密算法是一种安全的基于加密hash函数和共享密钥的消息认证协议。实现原理是用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，即 MAC，并将其加入到消息中，然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。

Python代码：

       import hmac
       import hashlib
       # 第一个参数是密钥key，第二个参数是待加密的字符串，第三个参数是hash函数
       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进制格式
   
  

DES加密

全称：数据加密标准（Data Encryption Standard），属于对称加密算法。DES是一个分组加密算法，典型的DES以64位为分组对数据加密，加密和解密用的是同一个算法。它的密钥长度是56位（因为每个第8 位都用作奇偶校验），密钥可以是任意的56位的数，而且可以任意时候改变。

Python代码：

       import binascii
       from pyDes import des, CBC, PAD_PKCS5
       # 需要安装 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

全称：高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。

Python代码：

       import base64
       from Crypto.Cipher import AES
       '''
       AES对称加密算法
       '''
       # 需要补位，str不是16的倍数那就补足为16的倍数
       def add_to_16(value):
           while len(value) % 16 != 0:
               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))  # 先进行aes加密
           encrypted_text = str(base64.encodebytes(encrypt_aes), encoding='utf-8')  # 执行加密并转码返回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'))  # 优先逆向解密base64成bytes
           decrypted_text = str(aes.decrypt(base64_decrypted), encoding='utf-8').replace('\0', '')  # 执行解密密并转码返回str
           return decrypted_text
   
  

RSA加密

全称：Rivest-Shamir-Adleman，RSA加密算法是一种非对称加密算法。在公开密钥加密和电子商业中RSA被广泛使用。它被普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。RSA是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击。

Python代码：

       # -*- coding: UTF-8 -*-
       # reference codes: https://www.jianshu.com/p/7a4645691c68
       import base64
       import rsa
       from rsa import common
       # 使用 rsa库进行RSA签名和加解密
       class RsaUtil(object):
           PUBLIC_KEY_PATH = 'xxxxpublic_key.pem'  # 公钥
           PRIVATE_KEY_PATH = 'xxxxxprivate_key.pem'  # 私钥
           # 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):
               """加密内容过长时 需要分段加密 换算每一段的长度.
                   :param rsa_key: 钥匙.
                   :param encrypt: 是否是加密.
               """
               blocksize = common.byte_size(rsa_key.n)
               reserve_size = 11  # 预留位为11
               if not encrypt:  # 解密时不需要考虑预留位
                   reserve_size = 0
               maxlength = blocksize - reserve_size
               return maxlength
           # 加密 支付方公钥
           def encrypt_by_public_key(self, message):
               """使用公钥加密.
                   :param message: 需要加密的内容.
                   加密之后需要对接过进行base64转码
               """
               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):
               """使用私钥解密.
                   :param message: 需要加密的内容.
                   解密之后的内容直接是字符串，不需要在进行转义
               """
               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
           # 签名 商户私钥 base64转码
           def sign_by_private_key(self, data):
               """私钥签名.
                   :param data: 需要签名的内容.
                   使用SHA-1 方法进行签名（也可以使用MD5）
                   签名之后，需要转义后输出
               """
               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):
               """公钥验签.
                   :param message: 验签的内容.
                   :param signature: 对验签内容签名的值（签名之后，会进行b64encode转码，所以验签前也需转码）.
               """
               signature = base64.b64decode(signature)
               return rsa.verify(message, signature, self.company_public_key)
   
  

ECC加密

全称：椭圆曲线加密（Elliptic Curve Cryptography），ECC加密算法是一种公钥加密技术，以椭圆曲线理论为基础。利用有限域上椭圆曲线的点构成的Abel群离散对数难解性，实现加密、解密和数字签名。将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应，就可以建立基于椭圆曲线的对应密码体制。

Python代码：

       # -*- coding:utf-8 *-
       # author: DYBOY
       # reference codes: https://blog.dyboy.cn/websecurity/121.html
       # description: ECC椭圆曲线加密算法实现
       """
           考虑K=kG ，其中K、G为椭圆曲线Ep(a,b)上的点，n为G的阶（nG=O∞ ），k为小于n的整数。
           则给定k和G，根据加法法则，计算K很容易但反过来，给定K和G，求k就非常困难。
           因为实际使用中的ECC原则上把p取得相当大，n也相当大，要把n个解点逐一算出来列成上表是不可能的。
           这就是椭圆曲线加密算法的数学依据
           点G称为基点（base point）
           k（k<n）为私有密钥（privte key）
           K为公开密钥（public key)
       """
       def get_inverse(mu, p):
           """
           获取y的负元
           """
           for i in range(1, p):
               if (i*mu)%p == 1:
                   return i
           return -1
       def get_gcd(zi, mu):
           """
           获取最大公约数
           """
           if mu:
               return get_gcd(mu, zi%mu)
           else:
               return zi
       def get_np(x1, y1, x2, y2, a, p):
           """
           获取n*p，每次+p，直到求解阶数np=-p
           """
           flag = 1  # 定义符号位（+/-）
           # 如果 p=q  k=(3x2+a)/2y1mod p
           if x1 == x2 and y1 == y2:
               zi = 3 * (x1 ** 2) + a  # 计算分子      【求导】
               mu = 2 * y1    # 计算分母
           # 若P≠Q，则k=(y2-y1)/(x2-x1) mod p
           else:
               zi = y2 - y1
               mu = x2 - x1
               if zi* mu < 0:
                   flag = 0        # 符号0为-（负数）
                   zi = abs(zi)
                   mu = abs(mu)
           # 将分子和分母化为最简
           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)的负元是 (x,-y mod p)= (x,p-y) ，有P+(-P)= O∞
           inverse_value = get_inverse(mu, p)
           k = (zi * inverse_value)
           if flag == 0:                   # 斜率负数 flag==0
               k = -k
           k = k % p
           # 计算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):
           """
           获取椭圆曲线的阶
           """
           x1 = x0             #-p的x坐标
           y1 = (-1*y0)%p      #-p的y坐标
           tempX = x0
           tempY = y0
           n = 1
           while True:
               n += 1
               # 求p+q的和，得到n*p，直到求出阶
               p_x,p_y = get_np(tempX, tempY, x0, y0, a, p)
               # 如果 == -p,那么阶数+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):
           """
           计算p与-p
           """
           y0 = -1
           for i in range(p):
               # 满足取模约束条件，椭圆曲线Ep(a,b)，p为质数，x,y∈[0,p-1]
               if i**2%p == (x0**3 + a*x0 + b)%p:
                   y0 = i
                   break
           # 如果y0没有，返回false
           if y0 == -1:
               return False
           # 计算-y（负数取模）
           x1 = x0
           y1 = (-1*y0) % p
           return x0,y0,x1,y1
       def get_graph(a, b, p):
           """
           输出椭圆曲线散点图
           """
           x_y = []
           # 初始化二维数组
           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)  # 椭圆曲线上的点
               if(val != False):
                   x0,y0,x1,y1 = val
                   x_y[x0][y0] = 1
                   x_y[x1][y1] = 1
           print("椭圆曲线的散列图为：")
           for i in range(p):              # i= 0-> p-1
               temp = p-1-i        # 倒序
               # 格式化输出1/2位数，y坐标轴
               if temp >= 10:
                   print(temp, end=" ")
               else:
                   print(temp, end="  ")
               # 输出具体坐标的值，一行
               for j in range(p):
                   print(x_y[j][temp], end="  ")
               print("")   #换行
           # 输出 x 坐标轴
           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):
           """
           计算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("请输入椭圆曲线参数a(a>0)的值："))
               b = int(input("请输入椭圆曲线参数b(b>0)的值："))
               p = int(input("请输入椭圆曲线参数p(p为素数)的值："))   #用作模运算
               # 条件满足判断
               if (4*(a**3)+27*(b**2))%p == 0:
                   print("您输入的参数有误，请重新输入！！！\n")
               else:
                   break
           # 输出椭圆曲线散点图
           get_graph(a, b, p)
           # 选点作为G点
           print("user1：在如上坐标系中选一个值为G的坐标")
           G_x = int(input("user1：请输入选取的x坐标值："))
           G_y = int(input("user1：请输入选取的y坐标值："))
           # 获取椭圆曲线的阶
           n = get_rank(G_x, G_y, a, b, p)
           # user1生成私钥，小key
           key = int(input("user1：请输入私钥小key（<{}）：".format(n)))
           # user1生成公钥，大KEY
           KEY_x,kEY_y = get_ng(G_x, G_y, key, a, p)
           # user2阶段
           # user2拿到user1的公钥KEY，Ep(a,b)阶n，加密需要加密的明文数据
           # 加密准备
           k = int(input("user2：请输入一个整数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：请输入需要加密的字符串:")
           plain_text = plain_text.strip()
           #plain_text = int(input("user1：请输入需要加密的密文："))
           c = []
           print("密文为：",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阶段
           # 拿到user2加密的数据进行解密
           # 知道 k_G_x,k_G_y，key情况下，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椭圆曲线加密*************")
           ecc_main()
   
  

本文主要介绍了MD5，SHA-1，HMAC，DES/AES，RSA和ECC这几种加密算法和python代码示例。以上，便是今天的内容，希望大家喜欢，欢迎「转发」或者点击「在看」支持，感谢大家咯~

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