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。

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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比较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，