我要评论1-安装
pip install cryptography
2-cryptography学习
查看cryptography的目录结构
cryptography/ hazmat/ # 主要目录，对称加解密的库文件都在此目录下 backends/ # 此目录暂不做研究，此目录跟openssl关联较大 bindings/ # 此目录暂不做研究，此目录跟openssl有关 primitives/ # 本文主要学习此目录下的内容，包含对数据的填充，对称加解密，以及非对称加解密，公钥和私钥的签名验签 asymmetric/ 非对称密码相关内容，有需要可对文件内容详细了解【常用rsa.py】 ciphers/ 对称加密算法内容，本文主要讲述的内容 -- aead.py：aesd算法内容，含chacha20poly1305、aesccm、aesgcm、aesocb3。 -- algorithms.py：对称算法的主要内容，含aes、camellia、tripledes、chacha20、sm4等等 -- base.py：实际使用中基本用不到 -- modes.py：加密模式 kdf/ # 加密密钥派生和密钥存储相关，有需要自行了解 serialization/ 序列化相关，有需要自行了解 twofactor/ 该模块包含与双因素认证相关的算法。目前，它包含了一种基于基于哈希的消息身份验证码（hmac）来生成和验证一次性密码值的算法。有需要自行了解 -- cmac.py：cmac相关 -- constant_time.py -- hashes.py：加密哈希函数接 -- hmac.py：hmac算法 -- keywrap.py：没有用过 -- padding.py：填充 -- poly1305.py：poly1305算法 -- ....其他文件 x509/ # x509证书相关内容 -- fernet.py：对称算法的实现，使用cryptography最基础的使用，
2.1-fernet的使用
cryptography最基本的使用
fernet方法的简单介绍
classmethod generate_key()：类方法，用于生成base64-encoded 32-byte key. encrypt(data)：实例方法，加密数据 encrypt_at_time(data, current_time)：使用显式传递的当前时间加密传递的数据 decrypt(token, ttl=none)：实例方法，解密数据 decrypt_at_time(token, ttl, current_time)：使用显式传递的当前时间来解密令牌 extract_timestamp(token)：返回该令牌的时间戳。然后，调用者可以决定令牌是否即将到期，例如，发出一个新的令牌 multifernet(fernets)：multifernet类，这个类为fernet实现了密钥流转。它接受一个fernet实例列表，并实现相同的api
fernet的使用示例
示例来源于库文档介绍中的内容
cryptography documentation release 43.0.0.dev1
>>> from cryptography.fernet import fernet >>> key = fernet.generate_key() >>> f = fernet(key) >>> token = f.encrypt(b"my deep dark secret") >>> token b'...' # 每一次的结果都是不同的 >>> f.decrypt(token) b'my deep dark secret'
2.2-padding填充
padding.py提供pkcs7和ansix923填充方式pkcs7：填充到指定长度，填充内容为填充的长度ansix923：填充最后一个字节为长度，其余的为0
这里以pkcs7为例：
import binascii
from cryptography.hazmat.primitives import padding
class mypadding:
def __init__(self, block_size: int):
self.block_size = block_size
def padding(self, padding_data):
b_padding_data = padding_data.encode('utf8')
padder = padding.pkcs7(block_size=self.block_size).padder()
result = padder.update(b_padding_data) + padder.finalize()
return result
def unpadding(self, unpadding_data):
unpadder = padding.pkcs7(block_size=self.block_size).unpadder()
result = unpadder.update(unpadding_data) + unpadder.finalize()
return result
if __name__ == '__main__':
my_padding = mypadding(128)
data = "123456789"
p = my_padding.padding(data)
print(p)
print(type(p))
print(binascii.b2a_hex(p))
d = my_padding.unpadding(p)
print(d)
'''
b'123456789\x07\x07\x07\x07\x07\x07\x07'
<class 'bytes'>
b'31323334353637383907070707070707'
b'123456789'
'''
ansix923：
>>> padder = padding.ansix923(128).padder() >>> padded_data = padder.update(b"11111111111111112222222222") >>> padded_data += padder.finalize() >>> padded_data b'11111111111111112222222222\x00\x00\x00\x00\x00\x06' >>> unpadder = padding.ansix923(128).unpadder() >>> data = unpadder.update(padded_data) >>> data += unpadder.finalize() >>> data b'11111111111111112222222222'
2.3-hash
这里简单的展示cryptography库hash的使用。
- 实例hash对象hashes.hash(hashes.‘hash_name’()) -> 把‘hash_name’替换为哈希算法名即可，比如sha1，sha256等等，如果不清楚支持哪些，可以查看hashes.py文件，里面有列举
- 如果hash内容很多，可以分多次update，没有内容了，最后finalize即可
- hash：sha1，sha512_224，sha512_256，sha224，sha256，sha384，sha512，sha3_224，sha3_256，sha3_384，sha3_512，shake128，shake256，md5，blake2b，blake2s，sm3
>>> from cryptography.hazmat.primitives import hashes >>> digest = hashes.hash(hashes.sha256()) >>> digest.update(b"abc") >>> digest.update(b"123") >>> digest.finalize() b'l\xa1=r\xcap\xc8\x83\xe0\xf0\xbb\x10\x1ebz\x89\xe8bm\xe5\x1d\xb2\xd29%\x93\xafj\ x84\x11\x80\x90'
如果不想使用cryptography的hash，可以使用python自带的hashlib库完成
import hashlib
__hash__ = [ 'md5','sha1','sha224','sha256','sha384','sha512','blake2b','blake2s','ripemd160','whirlpool','sha3_224','sha3_256','sha3_384','sha3_512','sm3',]
class myhash:
def __init__(self, hash_name: str):
self.hash_name = hash_name.lower()
def hash(self, hash_data: str):
if self.hash_name not in __hash__:
raise "unsupported hash, confirm the input hash name"
hash_object = hashlib.new(self.hash_name)
hash_object.update(hash_data.encode('utf-8'))
return hash_object.hexdigest()
if __name__ == '__main__':
data = 'abc123'
my_hash = myhash('sha256')
print(my_hash.hash(data))
2.4-ciphers（对称算法aes为例）
aes等算法和cbc模式结合。使用aes加密内容，然后解密内容的一个简单例子：
>>> import os >>> from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import cipher, algorithms, modes >>> key = os.urandom(32) >>> iv = os.urandom(16) >>> cipher = cipher(algorithms.aes(key), modes.cbc(iv)) >>> encryptor = cipher.encryptor() >>> ct = encryptor.update(b"a secret message") + encryptor.finalize() >>> decryptor = cipher.decryptor() >>> decryptor.update(ct) + decryptor.finalize() b'a secret message'
封装使用：
如需要使用其他算法，只需要根据下方封装的，简单修改即可，大部分只需要修改加解密中使用的算法名称即可
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
需要iv的加密模式：cbc、ofb、cfb、cfb8
加密算法：["aes","camellia","tripledes","blowfish","cast5","arc4","idea","seed","chacha20","sm4"]
"""
import binascii
import os
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import cipher, algorithms, modes
import my_padding
modes_name = ["cbc", "ecb", "ofb", "cfb"]
def gen_key(key_len):
return os.urandom(key_len)
def _model_object(alg_modes, alg_iv):
if alg_modes.upper() not in modes_name:
raise "unsupported modes, confirm the input hash name"
modes_dict = {
"cbc": modes.cbc(alg_iv),
"ecb": modes.ecb(),
"ofb": modes.ofb(alg_iv),
"cfb": modes.cfb(alg_iv)
}
return modes_dict.get(alg_modes.upper())
def hex2string(hex_string):
bytes_string = binascii.a2b_hex(hex_string)
return bytes_string.decode('utf8')
class myaes:
name = 'aes'
block_size = 128
key_sizes = frozenset([128, 192, 256, 512])
def __init__(self,
alg_key: bytes = none,
alg_modes: str = 'cbc',
alg_iv: bytes = b'1234567812345678'):
# 默认key_size,为32
if alg_key is none:
self.__alg_key = gen_key(32)
else:
self.__alg_key = alg_key
self.__alg_iv = alg_iv
self.__alg_modes = _model_object(alg_modes, alg_iv)
def get_key(self):
return binascii.b2a_hex(self.__alg_key)
def set_key(self, alg_key: bytes):
# 对alg_key进行判断
if not isinstance(alg_key, bytes):
raise typeerror("type error: {0} is not an instance of bytes".format(type(alg_key)))
self.__alg_key = alg_key
def get_iv(self):
return binascii.b2a_hex(self.__alg_iv)
def set_iv(self, iv: bytes):
if not isinstance(iv, bytes):
raise typeerror("type error: {0} is not an instance of bytes".format(type(iv)))
self.__alg_iv = iv
def encrypt(self, plain_data: str):
"""
输入字符串，完成加密操作
:param plain_data: 明文字符串
:return: 16进制密文字符串
"""
# 完成数据填充，转为bytes后的填充数据
data_padding = my_padding.mypadding(myaes.block_size).padding(plain_data)
# aes对象
my_alg = cipher(algorithms.aes(self.__alg_key), self.__alg_modes)
encryptor = my_alg.encryptor()
# 加密操作完成
result = encryptor.update(data_padding) + encryptor.finalize()
# 转为大写的16进制字符串输出
return binascii.b2a_hex(result).upper().decode()
def decrypt(self, cipher_data: str):
"""
输入16进制密文数据，返回原文
:param cipher_data: 16进制密文数据字符串
:return:
"""
cipher_data_bytes = binascii.a2b_hex(cipher_data)
my_alg = cipher(algorithms.aes(self.__alg_key), self.__alg_modes)
decrypt = my_alg.decryptor()
# 解密操作完成
result = decrypt.update(cipher_data_bytes) + decrypt.finalize()
data_unpadding = my_padding.mypadding(myaes.block_size).unpadding(result)
# 转为大写的16进制字符串输出
return binascii.b2a_hex(data_unpadding).upper().decode()
if __name__ == '__main__':
aes = myaes()
data = 'hello world'
cipher = aes.encrypt(data)
plain = aes.decrypt(cipher)
print('cipher:', cipher)
print('plain:', hex2string(plain))
print('key:', aes.get_key())
print('iv:', aes.get_iv())
print('alg_name:', aes.name)
'''
cipher: 6eae64a7b78a5c0985a1cada8faab7d0
plain: hello world
key: b'4f56291a9aaa86fbd341ac5ca0bb10fa5d583d281b55f853172e83197effa0c2'
iv: b'31323334353637383132333435363738'
alg_name: aes
'''
2.5-asymmetric(非对称算法rsa为例)
asymmetric对应的位置在//cryptography/hazmat/primitives/asymmetric路径下，cryptography库支持多种非对称算法，包括：ed25519、rsa、dh、dsa、ed448等。这个以最常见的rsa算法为例。
按照官方文档中的介绍，主要内容为：
generation：生成一个rsa私钥key loading：加载pem格式的密钥key serialization：密钥序列化，可以获取一个base64格式的密钥signing：用私钥对消息进行签名，公钥可以对结果进行验签verification：对应公钥对消息的验签encryption：使用公钥对数据进行加密，这样只有拥有私钥的才可已经进行解密decryption：私钥解密公钥加密的信息padding：rsa签名需要一个特定的散列函数，并且需要使用填充，加密的时候也会涉及到对消息的填充numbers：包含rsa密钥的组成，可以获取到对应公钥和私钥的组成，一般不建议使用。handling partial rsa private keys：用不到，一般都是专业的密码使用者才有可能用到key interfaces：密钥对应的主要接口
查看asymmetric目录下的rsa.py文件，根据源码中的内容，学习上述的主要内容
函数：generate_private_key
def generate_private_key(
public_exponent: int,
key_size: int,
backend: typing.any = none,
)-> rsaprivatekey:
pass
'''
public_exponent：指数，这个根据密码学的知识，这个默认都是传65537
key_size
parameters
• public_exponent (int) – 指数，这个根据密码学的知识，这个默认都是传65537
• key_size (int) – 指的是私钥长度（位），如1024bit，2048bit，4096bit
• backend - 默认即可
returns
返回 rsaprivatekey 类 ，这个类也是在`rsa.py`文件中定义好的
'''
类：rsaprivatekey（私钥类）
class rsaprivatekey(metaclass=abc.abcmeta):
@abc.abstractmethod
def decrypt(self, ciphertext: bytes, padding: asymmetricpadding) -> bytes:
"""
解密提供的密文。可以看到传参除了密文外，还需要填充算法，对应的填充算法可以查看`asymmetric`下的padding.py
"""
@property
@abc.abstractmethod
def key_size(self) -> int:
"""
密钥的长度，也就说通过generate_private_key函数传入的key_size
"""
@abc.abstractmethod
def public_key(self) -> rsapublickey:
"""
与此私钥关联的rsapublickey(也是一个类，公钥类)。
"""
@abc.abstractmethod
def sign(
self,
data: bytes,
padding: asymmetricpadding,
algorithm: typing.union[asym_utils.prehashed, hashes.hashalgorithm],
) -> bytes:
"""
对消息进行签名.涉及填充算法，以及hash算法
"""
@abc.abstractmethod
def private_numbers(self) -> rsaprivatenumbers:
"""
返回rsaprivatenumbers类，一般很少用到，不做具体研究
"""
@abc.abstractmethod
def private_bytes(
self,
encoding: _serialization.encoding,
format: _serialization.privateformat,
encryption_algorithm: _serialization.keyserializationencryption,
) -> bytes:
"""
返回私钥的序列化
"""
类：rsapublickey（公钥类）
class rsapublickey(metaclass=abc.abcmeta):
@abc.abstractmethod
def encrypt(self, plaintext: bytes, padding: asymmetricpadding) -> bytes:
"""
加密给定的明文
"""
@property
@abc.abstractmethod
def key_size(self) -> int:
"""
公共模的比特长度。
"""
@abc.abstractmethod
def public_numbers(self) -> rsapublicnumbers:
"""
返回 rsapublicnumbers 类
"""
@abc.abstractmethod
def public_bytes(
self,
encoding: _serialization.encoding,
format: _serialization.publicformat,
) -> bytes:
"""
返回公钥的序列化
"""
@abc.abstractmethod
def verify(
self,
signature: bytes,
data: bytes,
padding: asymmetricpadding,
algorithm: typing.union[asym_utils.prehashed, hashes.hashalgorithm],
) -> none:
"""
对消息进行验签
"""
@abc.abstractmethod
def recover_data_from_signature(
self,
signature: bytes,
padding: asymmetricpadding,
algorithm: typing.optional[hashes.hashalgorithm],
) -> bytes:
"""
从签名中恢复原始数据。
"""
@abc.abstractmethod
def __eq__(self, other: object) -> bool:
"""
checks equality.
"""
rsa.py的其他内容
- class rsaprivatenumbers：rsaprivatenumbers类，前面内容中提到的，获取私钥的组成的内容，比如p，q，d等等。如果是外部知道这些私钥组成值，也可以用类方法private_key，返回rsaprivatekey类
- class rsapublicnumbers：rsapublicnumbers类，前面内容中提到的，获取公钥的组成的内容。比如e，n，如果是外部知道这些公钥组成值，也可以用类方法public_key，返回rsapublickey类
- 等等（其他是配套对函数，有兴趣自行了解）
非对称算法下的padding.py的使用
对应文件的位置：跟rsa.py文件位于同一级目录下，这个padding文件是专门用于非对称算法中的填充，只提供了3种填充方式：
pkcs1v15：一个简单的填充方案，可用于签名和加密。不建议pkcs1v15用于新应用，官方建议说是加密首选oaep，签名首选psspss：rsa签名推荐的填充算法。不能与rsa加密一起使用oaep：rsa加密的填充算法。它不能与rsa签名一起使用
# 示例 类pkcs1v15：无需任何参数，是最简单的填充方式，每次的结果都是一样 类oaep：需要3个参数 参数： • mgf – 掩码生成函数对象. 只支持 mgf1. • algorithm – 哈希算法的一个实例 • label (bytes) – 要设置的应用标签（没了解），默认none即可. 类pss：需要2个参数 参数： • mgf – 掩码生成函数对象. 只支持 mgf1. • salt_length (int) – 盐的长度。建议将其设置为pss.digest_length或pss.max_length.
示例
结合上述的内容，rsa主要内容可以分为以下四部分
- 生成密钥对->对应私钥类->私钥类中有对应获取公钥类的方法
- 公钥和私钥对应的方法：常见的就是加密，解密，签名，验签
- 公钥和私钥的序列化
- 公钥和私钥组成部分的获取，或根据对应的值生成对应的公钥类私钥类
其他：serialization目录用于序列化私钥和公钥的内容，将公钥和私钥保存或加载，这里不做具体介绍，只给出示例，有需要可以去了解serialization下的内容
- 密钥生成，加密，解密，签名，验签，查看密钥对信息，序列化
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa
from cryptography.hazmat.primitives import hashes
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding
from cryptography.hazmat.primitives import serialization
import binascii
# 以下示例均来自官方文档的的内容，加以整合
# 生成密钥对，generate_private_key返回的是rsaprivatekey类
private_key = rsa.generate_private_key(public_exponent=65537, key_size=2048)
# 获取对应的公钥类rsapublickey
public_key = private_key.public_key()
# 使用私钥完成一些操作，解密，签名
# 使用公钥完成一些操作，加密，验签
# 签名，填充方式可以改为pkcs1v15，padding.pkcs1v15，返回签名结果
sign_message = b"a message i want to sign"
signature = private_key.sign(
sign_message,
padding.pss(
mgf=padding.mgf1(hashes.sha256()),
salt_length=padding.pss.max_length),
hashes.sha256())
print("signature :",binascii.b2a_hex(signature))
# 验证签名：有公钥、消息、签名值和所使用的签名算法，这个是没有返回值,验签失败会引发异常：invalidsignature
try:
public_key.verify(
signature,
sign_message,
padding.pss(
mgf=padding.mgf1(hashes.sha256()),
salt_length=padding.pss.max_length),
hashes.sha256())
print("verify：true")
except exception:
print("verify：false")
# 加密操作
encrypted_message = b"encrypted data"
ciphertext = public_key.encrypt(
encrypted_message,
padding.oaep(
mgf=padding.mgf1(algorithm=hashes.sha256()),
algorithm=hashes.sha256(),
label=none))
print("encrypted_message:",encrypted_message)
print("ciphertext:",binascii.b2a_hex(ciphertext))
# 解密操作
plaintext = private_key.decrypt(
ciphertext,
padding.oaep(
mgf=padding.mgf1(algorithm=hashes.sha256()),
algorithm=hashes.sha256(),
label=none))
print("plaintext:",plaintext)
print("\n\nrsaprivatenumbers和rsapublicnumbers：")
print("\n--rsaprivatenumbers")
private_numbers = private_key.private_numbers()
print("private_key_p:",private_numbers.p)
print("private_key_q:",private_numbers.q)
print("private_key_d:",private_numbers.d)
print("\n--rsapublicnumbers")
public_numbers = public_key.public_numbers()
print("public_numbers_e:",public_numbers.e)
print("public_numbers_n:",public_numbers.n)
print("\n\n序列化：")
print("private_key(加密):")
pem1 = private_key.private_bytes(
encoding=serialization.encoding.pem,
format=serialization.privateformat.pkcs8,
encryption_algorithm=serialization.bestavailableencryption(b'mypassword'))
# 将mypassword改为具体的密码
print(pem1.splitlines())
print("\nprivate_key(不加密):")
pem2 = private_key.private_bytes(
encoding=serialization.encoding.pem,
format=serialization.privateformat.traditionalopenssl,
encryption_algorithm=serialization.noencryption())
print(pem2.splitlines())
print("\npublic_key:")
pem3 = public_key.public_bytes(
encoding=serialization.encoding.pem,
format=serialization.publicformat.subjectpublickeyinfo)
print(pem3.splitlines())
'''
serialization:涉及的功能还有load公钥和私钥，可加载pem，der等格式的数据，以及证书相关的数据，有需要可以去了解
'''
结果：
message: b'41206d65737361676520492077616e7420746f207369676e' verify：true encrypted_message: b'encrypted data' ciphertext: b'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' plaintext: b'encrypted data' rsaprivatenumbers和rsapublicnumbers： --rsaprivatenumbers private_key_p: 147707585390291063655757186262664106581403583389769944190047479079802050557725461099143359285822400756601173686331008082783603762936206021035899801451983264373148026750004290322897832812789405156566036002605846423080016655535724545169357406940078465489591648499524311055428140666709043701951435405479083981507 private_key_q: 129818834990747146076466076783245566173460449186750491874222727814890697974924830062686005653997995728519629633284989915391162771546276906687785728345643383550878857450814037005853925931576826949107171864400879318575256878287526216494946410211681273209849751153418151910847326891086641035970617228184947974907 private_key_d: 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