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資訊專欄INFORMATION COLUMN

Python的RSA加密和PBE加密

Tony_Zby / 559人閱讀

摘要：最近在寫接口的時(shí)候，遇到了需要使用加密和加密的情況，對(duì)方公司提供的都是的，我需要用來(lái)實(shí)現(xiàn)。于是，小明通過事先老板給他的公鑰來(lái)加密情報(bào)。使用對(duì)方公司的公鑰對(duì)所有的參數(shù)進(jìn)行加密，加密之后進(jìn)行編碼。

最近在寫接口的時(shí)候，遇到了需要使用RSA加密和PBE加密的情況，對(duì)方公司提供的DEMO都是JAVA的，我需要用python來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在網(wǎng)上搜了一下，python的RSA加密這塊寫的還是比較多的，但是PBE較少。所以我就講講我在RSA加密上面遇到的坑，大家權(quán)當(dāng)一樂。PBE加密里面的鹽、密鑰。

RSA

什么是RSA加密呢？

其實(shí)RSA是一種非對(duì)稱加密，那什么是非對(duì)稱加密呢？非對(duì)稱加密又叫做公開密鑰加密，就是說(shuō)我有一對(duì)密鑰，分為公鑰和私鑰。私鑰我悄悄的留著，不給別人看。然后把公鑰給別人（無(wú)論是誰(shuí)）。當(dāng)別人用公鑰加密了數(shù)據(jù)之后，這串加密后的數(shù)據(jù)只有我（擁有私鑰的人）用私鑰才能解開，其余誰(shuí)都不能解開。這就是非對(duì)稱加密。

這只是單向的，只是我解開數(shù)據(jù) —— 我獲取信息。

那么我怎么向別人傳遞信息呢？別人怎么保證我傳遞的信息就是我發(fā)出的呢？這時(shí)候就需要私鑰來(lái)加密了，又叫做數(shù)字簽名。我把數(shù)據(jù)簽名之后數(shù)據(jù)和未簽名的數(shù)據(jù)一齊發(fā)給別人，別人通過公鑰來(lái)解密加密的數(shù)據(jù)，然后把解密后的數(shù)據(jù)和未簽名的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，相同的話就代表數(shù)據(jù)來(lái)源正確。

可能說(shuō)的有點(diǎn)亂，我上次看到一個(gè)非常清晰明了的例子，我憑著記憶大致講出來(lái)：

老板派員工小明去外地考察商機(jī)。


小明任務(wù)做的很棒，很快就發(fā)現(xiàn)了商機(jī)。這時(shí)候他要想老板匯報(bào)，但是網(wǎng)絡(luò)是不安全的，很有可能一給老板發(fā)情報(bào)郵件，郵件就被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手得到了。這次考察也就失敗了。


于是，小明通過事先老板給他的公鑰來(lái)加密情報(bào)。


這樣，老板能夠通過私鑰來(lái)解密得到情報(bào)，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手只能對(duì)一堆亂碼發(fā)呆。


這次情報(bào)讓老板很滿意，老板決定讓小明繼續(xù)深入考察。


但是這個(gè)繼續(xù)深入考察的命令在網(wǎng)絡(luò)中傳輸是不安全的，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手雖然得不到情報(bào)，但是可以通過黑客來(lái)篡改命令啊，假如讓小明回公司，那么這就不劃算了，也浪費(fèi)了時(shí)間。


這時(shí)候，老板就用私鑰對(duì)自己下達(dá)的命令進(jìn)行簽名，把簽名后的數(shù)據(jù)和明文的命令一齊發(fā)出去，小明收到郵件之后，對(duì)簽名后的數(shù)據(jù)和命令用公鑰進(jìn)行驗(yàn)證，如果一致，就代表沒有被篡改，可以放心大膽的事實(shí)老板的命令。

……………………………………………………分割線………………………………………………

那么我寫的接口呢，是這樣的。

我司要通過接口獲取對(duì)方公司的數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)就要傳遞參數(shù)過去，對(duì)方根據(jù)參數(shù)然后返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

對(duì)方公司生成私鑰和公鑰，我司生成私鑰和公鑰，雙方交換公鑰。

1、使用對(duì)方公司的公鑰對(duì)所有的參數(shù)進(jìn)行加密，加密之后進(jìn)行base64編碼。

2、使用我司私鑰對(duì)加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，簽名之后進(jìn)行base64編碼。

3、然后把加密后的數(shù)據(jù)和簽名后的數(shù)據(jù)一齊發(fā)送給對(duì)方。

坑1：RSA最長(zhǎng)只支持117為的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，所以需要進(jìn)行分段加密，而且需要先拼接再進(jìn)行base64編碼，排錯(cuò)之前一直寫的是先base64編碼再拼接。

坑2：分段加密之后要進(jìn)行相應(yīng)的簽名，是需要進(jìn)行MD5轉(zhuǎn)碼的。

talk is more， show your code。

Java：

加密：

private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;
public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"

/** *//**
     * 

     * 公鑰加密
     * 

     *
     * @param data 源數(shù)據(jù)
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String publicKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64.decode(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        // 對(duì)數(shù)據(jù)加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = data.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對(duì)數(shù)據(jù)分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return encryptedData;
    }

通過這段代碼，我們注意到：

1、分段加密，最后直接將加密好的密文合并（out.write(cache, 0, cache.length);）

2、直接return數(shù)據(jù)（在另一端程序里面進(jìn)行base64）

簽名：

public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";    
/** *//**
     * 

     * 用私鑰對(duì)信息生成數(shù)字簽名
     * 

     *
     * @param data 已加密數(shù)據(jù)
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64.decode(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PrivateKey privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initSign(privateK);
        signature.update(data);
        return Base64.encode(signature.sign());
    }

通過這段代碼，我們知道了直接對(duì)封裝好的密文進(jìn)行簽名，不需要進(jìn)行分段簽名的原因是加密后的密文長(zhǎng)度小于117位。我們注意到，他的加密方法是：SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA"，所以我們的python簽名也是需要進(jìn)行MD5的。

那么我們的python代碼：

import base64
from Crypto.Hash import MD5
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


def get_encrypt_data(params):
    """分段加密"""
    params = json.dumps(params)
    params = params.encode("utf-8")
    length = len(params)
    default_length = 117
    if length < default_length:
        return encrypt_data(params)
    offset = 0
    params_lst = []
    while length - offset > 0:
        if length - offset > default_length:
            params_lst.append(encrypt_data(params[offset:offset+default_length]))                               
        else:           
            params_lst.append(encrypt_data(params[offset:]))
        offset += default_length
    res = "".join(params_lst)
    return res, base64.b64encode(res)


def encrypt_data(params):
    """使用公鑰對(duì)數(shù)據(jù)加密"""
    key = public_key
    rsakey = RSA.importKey(base64.b64decode(key))
    cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    text = cipher.encrypt(params)
    return text


def sign_data(params):
    """對(duì)數(shù)據(jù)簽名"""
    key = private_key
    rsakey = RSA.importKey(base64.b64decode(key))
    signer = Signature_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    digest = MD5.new(params)
    sign = signer.sign(digest)
    return base64.b64encode(sign)

對(duì)參數(shù)進(jìn)行json化，然后進(jìn)行utf-8編碼，每117位長(zhǎng)度遍進(jìn)行一次加密，最后把加密密文連接起來(lái)，進(jìn)行base64編碼。
注意我們用了digest = MD5.new(params)，表明我們的簽名算法也是MD5。

PBE

PBE算法再Java里面是通過MD5和DES算法構(gòu)建的，是一種對(duì)稱加密。也就是說(shuō)加密解密使用一套密鑰來(lái)進(jìn)行的。

我們來(lái)看代碼：

Java：

import java.security.spec.AlgorithmParameterSpec;
import java.security.spec.KeySpec;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class DesEncrypter {
    Cipher ecipher;
    Cipher dcipher;
    byte[] salt = { (byte) 0xA9, (byte) 0x9B, (byte) 0xC8, (byte) 0x32,
            (byte) 0x56, (byte) 0x35, (byte) 0xE3, (byte) 0x03 };

    /**
     * 構(gòu)造方法
     * 
     * @param passPhrase
     *            apikey作為密鑰傳入
     * @throws Exception
     */
    public DesEncrypter(String passPhrase) throws Exception {
        int iterationCount = 2;
        KeySpec keySpec = new PBEKeySpec(passPhrase.toCharArray(), salt,
                iterationCount);
        SecretKey key = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithMD5AndDES")
                .generateSecret(keySpec);
        ecipher = Cipher.getInstance(key.getAlgorithm());
        dcipher = Cipher.getInstance(key.getAlgorithm());
        AlgorithmParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt,
                iterationCount);
        ecipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, paramSpec);
        dcipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, paramSpec);
    }

    /**
     * 加密
     * 
     * @param str
     *            要加密的字符串
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public String encrypt(String str) throws Exception {
        str = new String(str.getBytes(), "UTF-8");
        return Base64.encodeBase64String(ecipher.doFinal(str.getBytes()));
}

我們注意到。有一個(gè)鹽：對(duì)應(yīng)的python鹽為："xA9x9BxC8x32x56x35xE3x03"
對(duì)應(yīng)的python2.7代碼：

from Crypto.Hash import MD5
from Crypto.Cipher import DES


def get_encrypt_param(params):
    """對(duì)參數(shù)進(jìn)行加密封裝"""    
    _salt = "xA9x9BxC8x32x56x35xE3x03"
    _iterations = 2
    data = []
    
    # 依次對(duì)字典中的value進(jìn)行utf-8編碼
    for i in params:
        data.append("{}={}".format(i, params[i].encode("utf-8")))
    str_param = "&".join(data)
    padding = 8 - len(str_param) % 8
    str_param += chr(padding) * padding

    hasher = MD5.new()
    hasher.update(apikey)
    hasher.update(_salt)
    result = hasher.digest()

    # 進(jìn)行hash的次數(shù)， 由java中的iterationCount決定
    for i in range(1, _iterations):
        hasher = MD5.new()
        hasher.update(result)
        result = hasher.digest()

    encoder = DES.new(result[:8], DES.MODE_CBC, result[8:16])
    encrypted = encoder.encrypt(str_param)
    return encrypted.encode("base64")

我們將傳入的參數(shù)進(jìn)行utf-8編碼，然后進(jìn)行hash，最后進(jìn)行加密。

注意：java代碼中的iterationCount是多少，我們就要進(jìn)行循環(huán)hash多少次。

在python3的代碼中，str是不能直接進(jìn)行hash的，所以要抓換成utf-8進(jìn)行加密，而且最后的encrypted沒有encode方法，只能手動(dòng)進(jìn)行Base64編碼。

python3 代碼如下：

import base64
from Crypto.Hash import MD5
from Crypto.Cipher import DES


def get_encrypt_param(params):
"""對(duì)參數(shù)進(jìn)行加密封裝"""

    # 定義_salt的時(shí)候，直接定義成bytes
    _salt = b"xA9x9BxC8x32x56x35xE3x03"
    _iterations = 2
    data = []
for i in params:
        data.append("{}={}".format(i, params[i]))
    str_param = "&".join(data)
    padding = 8 - len(str_param) % 8
    str_param += chr(padding) * padding

    hasher = MD5.new()

    # 對(duì)apikey進(jìn)行utf-8編碼
    hasher.update(apikey.encode())
    hasher.update(_salt)
    result = hasher.digest()
for i in range(1, _iterations):
        hasher = MD5.new()
        hasher.update(result)
        result = hasher.digest()
    encoder = DES.new(result[:8], DES.MODE_CBC, result[8:16])
    encrypted = encoder.encrypt(str_param)
    # 進(jìn)行base64編碼
    return base64.b64encode(encrypted)

但是有一個(gè)bug，當(dāng)參數(shù)中有中文的時(shí)候，他會(huì) 報(bào)錯(cuò)：

ValueError: Input strings must be a multiple of 8 in length

經(jīng)過檢查代碼發(fā)現(xiàn)是沒有對(duì)參數(shù)進(jìn)行utf-8編碼。

但是經(jīng)過我們編碼之后：

for i in params:
    data.append("{}={}".format(i, params[i].encode("utf-8")))

由于python3的機(jī)制，編碼之后中文便成了bytes，對(duì)方解碼之后無(wú)法識(shí)別，于是我們只有另辟蹊徑。

經(jīng)過一番研究，決定使用另一個(gè)庫(kù)，pyDes

代碼如下：

import pyDes


def get_encrypt_param(params):
    """對(duì)參數(shù)進(jìn)行加密封裝"""
    _salt = b"xA9x9BxC8x32x56x35xE3x03"
    _iterations = 2
    data = []
    for i in params:
        data.append("{}={}".format(i, params[i]))
    str_param = "&".join(data)

    hasher = MD5.new()
    hasher.update(apikey.encode())
    hasher.update(_salt)
    result = hasher.digest()
    for i in range(1, _iterations):
        hasher = MD5.new()
        hasher.update(result)
        result = hasher.digest()

    despy = pyDes.des(result[:8], pyDes.CBC, padmode=pyDes.PAD_PKCS5, IV=result[8:16])
    encrypt_data = despy.encrypt(str_param.encode())
    return base64.b64encode(encrypt_data）

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