一、简介
数据加密是一种保护数据安全的技术，通过将数据（明文）转换为不易被未经授权的人理解的形式（密文），以防止数据泄露、篡改或滥用。加密后的数据（密文）可以通过解密过程恢复成原始数据（明文）。数据加密的核心是密码学，它是研究密码系统或通信安全的一门学科，包括密码编码学和密码分析学。
二、常见的加密方式
1. 对称加密
2. 非对称加密
定义：加密和解密使用一对密钥，分别为公钥和私钥。公钥可以公开，私钥必须保密。
特点：公钥可以公开，私钥只有持有者知道，即使公钥被泄露，数据也不会失去保密性。但加密和解密速度较慢，适合加密少量数据和数字签名等场景。
常见算法：RSA（目前应用最广泛的非对称加密算法，安全性高，但速度较慢）、ECC（椭圆曲线加密算法，密钥长度较短，安全性高，加密解密速度快，适用于移动设备等资源有限的场景）、DSA（基于离散对数问题，适用于数字签名等场景）。
3. 单向加密（不可逆加密）
定义：通过散列算法将明文生成散列值，散列值是长度固定的数据，与明文长度无关，且无法从散列值还原出原文。
特点：常用于数字签名、消息认证、密码存储等场景，不需要密钥。
常见算法：MD5（尽管已被破解，不再安全）、SHA-1（比 MD5 更安全，但速度较慢）、SHA-2（包括 SHA-224、SHA-256 等多个变种，安全性更高）、HMAC（带密钥的散列消息认证码，结合了散列算法和密钥的优势）。
三、python 中的应用
通过采用合适的加密技术和加强密钥管理，可以有效地保护数据的机密性、完整性和可用性，防止数据泄露、非法访问和篡改等安全事件的发生。本文主要介绍 python 中的常见加密算法的实现，以及某云的案例进行分析。
1、encode()编码
encode()：将字符串 str 转为二进制数据，即进行编码。
str_="xiaoyu安全"byte=str_.encode('utf-8')print('原字符：',str_)print('字符转换成二进制：',byte)
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原字符： xiaoyu安全字符转换成二进制 b'xiaoyu\xe5\xae\x89\xe5\x85\xa8'
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2、decode()解码
str_="xiaoyu安全"byte=str_.encode('utf-8')print('原字符：',str_)print('字符转换成二进制：',byte)print('二进制转化为原字符：',byte.decode('utf-8'))
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原字符： xiaoyu安全字符转换成二进制： b'xiaoyu\xe5\xae\x89\xe5\x85\xa8'二进制转化为原字符： xiaoyu安全
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3、base64
Base64 编码是密码学的基础，它使用 64 个字符来表示任意二进制数据。
编码过程如下：首先将所有字符转换为 ASCII 码，然后将这些 ASCII 码转换为 8 位二进制数。接着，将每 3 个二进制数归为一组（不足 3 个的在后面补 0），形成 24 位，再拆分成 4 组，每组 6 位。之后，在每组的 6 位二进制数前补两个 0，凑成 8 位。最后，将这些补 0 后的二进制数转换为十进制数，并从 Base64 编码表中获取对应的 Base64 编码。整个过程确保所有数据都能被编码，并且编码后的文本只使用 65 个字符（AZ, az, 0~9, +, /, =）表示。
python 中的 base64 模块的使用
import base64
str_="xiaoyu安全"
# 加密实现def enbase64(str_): return base64.b64encode(str_.encode('utf-8')).decode("utf-8")
# 解密实现def debase64(str_): # 注意：这里不需要再次将str_转换为utf-8，因为它已经是一个utf-8编码的字符串了 # 我们只需要将base64编码的部分解码回原始的bytes，然后再解码为utf-8字符串 return base64.b64decode(str_).decode('utf-8')
if __name__ == '__main__': str_='xiaoyu安全' en=enbase64(str_) print('base64加密后的结果：',en) print('base64解密后：',debase64(en))
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base64加密后的结果： eGlhb3l15a6J5YWobase64解密后： xiaoyu安全
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4、md5(单向加密)
MD5 加密，即信息-摘要算法 5（message-digest algorithm 5），能够将字符串、文件或压缩包等转换为固定长度为 128bit 的串。其主要用途包括：
加密注册用户的密码，保障用户信息安全；
网站用户上传图片或文件后，利用 MD5 值的唯一性作为文件名，便于管理和检索；
在 key-value 数据库中，使用 MD5 值作为 key，提高数据存取效率；
比较两个文件是否相同，如下载资源时，网站提供的 MD5 值可用于检测文件完整性，确保文件未被篡改。
MD5 模块在 python3 中被移除，在 python3 中使用 hashlib 模块进行 md5 加密操作。
import hashlib
def md5(str_): str_=str_.encode('utf-8')# 将字符串进行字符编码 result = hashlib.md5(str_)# 将进行字符编码的str_再进行md5加密 # result.hexdigest()默认返回小写的加密结果：0d0a96fa021ccd3fac05df1a584e3185 # result.hexdigest().upper()：返回大写的加密结果：0d0a96fa021ccd3fac05df1a584e3185 return result.hexdigest().upper()
if __name__ == '__main__': str_ = 'hellow_world' print(md5(str_)) # 0d0a96fa021ccd3fac05df1a584e3185
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使用 flask 和 md5 实现登录接口
1、mysql
-- 创建表create table t_user(id int auto_increment primary key,username varchar(50),password varchar(200));
-- 尝试添加数据，测试insert into t_user values(default,'admin','123kkkk')
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2、python 后端代码
from flask import Flaskimport hashlibimport pymysqlflask_app = Flask(__name__)
def cur_sql(sql,username,password): # 创建连接 conn = pymysql.connect(database='demo', user='root', passwd='123456', port=3306, host='localhost') # 获取游标，执行sql语句 cur = conn.cursor() # 将sql语句预编译，防止sql注入 cur.execute(sql, (username, password)) data=cur.fetchall() # 关闭连接，释放内存 cur.close() conn.close() return data
@flask_app.route('/add/<username>/<password>/')def user_add(username,password): try: # 将密码使用md5进行加密 password=hashlib.md5(password.encode()).hexdigest() # 要执行的sql语句 sql='insert into t_user values (default,%s,%s)' if not cur_sql(sql, username, password): return '用户添加失败' return '用户添加成功' except pymysql.MySQLError as e: return f'用户添加失败：{str(e)}'
@flask_app.route('/login/<username>/<password>/')def user_login(username,password): try: password=hashlib.md5(password.encode()).hexdigest() sql='select * from t_user where username=%s and password=%s' # 添加数据 print(cur_sql(sql, username, password)) if not cur_sql(sql, username, password): return '登录失败' return '登录成功' except pymysql.MySQLError as e: return f'登录失败：{str(e)}'
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使用命令：flask --app main run 运行后端服务
测试结果如下：
添加一个 admin 用户，密码为 admin123
使用错误密码 123456 登录
使用正确密码
尝试 sql 注入，注入失败
这种单向加密只保证了数据库不显示明文，保证数据库数据的安全（md5 不可逆），但是还是能够使用社工和密码字典进行密码爆破，建议使用的密码 10 位数字以上
5、sha1 加密
SHA1，全称 Secure Hash Algorithm（安全哈希算法），相较于 MD5，其加密后的数据长度更长。对于长度小于 2^64 的任意输入，SHA1 都能产生一个长度为 160bit 的散列值，这比 MD5 多出了 32 位。因此，SHA1 在安全性上相较于 MD5 有所提升，但其运算速度则相对较慢。
from flask import Flaskimport hashlibimport pymysqlflask_app = Flask(__name__)
@flask_app.route('/add/<username>/<password>/')def user_add(username,password): try: # 将密码使用sha1进行加密 password=hashlib.sha1(password.encode()).hexdigest() # 要执行的sql语句 sql='insert into t_user values (default,%s,%s)' cur_sql(sql,username,password) return '用户添加成功' except pymysql.MySQLError as e: return f'用户添加失败：{str(e)}'
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添加成功的数据库
6、secrets 加密
secrets 模块是 Python 3.6 引入的一个新内置模块，它专门用于生成密码强随机数，非常适合管理密码、账户验证信息、安全令牌以及相关的秘密信息。总的来说，secrets 模块主要可以实现两大功能：
生成安全的随机数；
生成一个固定长度的随机字符串，这种字符串可以用作令牌或安全 URL。
import secretsimport string
# 将所有的英文字母的大小写和数字进行组合parm = string.ascii_letters + string.digits # abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789password = ''.join(secrets.choice(parm) for i in range(10)) # 进行加密print(password) # NdgdCDt13O
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生成包含安全令牌的 URL
import secrets# 这里拿我自己的博客举例url='https://xiaoyus.cc/update='+secrets.token_urlsafe()print(url)# https://xiaoyus.cc/update=1Peuz6HGhkhKSSQnmQtndCJ9GcEsRGFyyG-DFJdvazs
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这里就做个公益宣传吧，帮帮这些孩子们
7、DES
DES（Data Encryption Standard，数据加密标准）属于对称加密。对称加密，顾名思义，是指加密和解密的运算都是使用同样的密钥。DES 算法是一种使用密钥加密的块算法，它将明文分成固定长度的块（通常为 64 位），并使用一个密钥（通常为 56 位有效密钥长度，因为最高位用作奇偶校验）对这些块进行加密。
安装：pip install pyDes导入：from pyDes import des, CBC, PAD_PKCS5
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from pyDes import des,CBC,PAD_PKCS5import binascii # binascii 库在 Python 中主要用于二进制和 ASCII 码之间的转换。
key='xiaoyu13'# key必须为8个字节
def des_encrypt(s): ''' 将数据进行简单加密 :param s:原始字符串 :return: 加密后的字符串，16进制 ''' secret_key=key # 密码 iv=secret_key # 偏移量 # secret_key：加密密匙，CBC：加密模式，iv：偏移量，padmode：填充 des_obj=des(secret_key,CBC,iv,pad=None,padmode=PAD_PKCS5) # 返回为字节 secret_bytes=des_obj.encrypt(s,padmode=PAD_PKCS5)# b"\x14\xe1\xa2'\x83\x1e\xf3!\x8d\x9aks\xa5M\xe3\x81" return binascii.b2a_hex(secret_bytes)
def des_decrypt(s): """ DES 解密 :param s: 加密后的字符串，16进制 :return: 解密后的字符串 """ secret_key = key iv = secret_key des_obj = des(secret_key, CBC, iv, pad=None, padmode=PAD_PKCS5) result=des_obj.decrypt(binascii.a2b_hex(s),padmode=PAD_PKCS5) return result
if __name__ == '__main__': print('加密后的结果：',des_encrypt('XIAOYU'))# 加密后的结果： b'ab498fe821d50739' print('解密后的结果：',des_decrypt(des_encrypt('XIAOYU'))) # 解密后的结果： b'XIAOYU'
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Tips：这个错误表示密匙 key 的字符长度必须为 8 个字节
8、AES
AES 加密，全称为高级加密标准（Advanced Encryption Standard），是一种广泛使用的对称加密算法。
AES 算法由美国国家标准与技术研究院（NIST）于 2001 年发布，作为 DES（数据加密标准）算法的替代方案。AES 算法以其高强度、高速度和易于实现等优点，迅速成为对称密钥加密中最流行的算法之一。它被广泛用于保护各种敏感数据，如金融交易、在线通信、数据库加密等场景。
他的特点
对称加密：AES 是一种对称加密算法，意味着加密和解密过程使用相同的密钥。这种特性使得 AES 加密速度相对较快，尤其适用于大量数据的加密。
密钥长度：AES 支持三种长度的密钥：128 位、192 位和 256 位。密钥长度越长，加密强度越高，但加密和解密过程也会相应变慢。
分组加密：AES 采用分组加密的方式，每个明文块被独立加密成密文块。AES 的标准分组长度为 128 位（即 16 字节）。
复杂操作：AES 加密算法涉及四种基本操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。这些操作共同构成了 AES 加密的高强度特性。
案例
from Cryptodome.Cipher import AESfrom Cryptodome import Random
data = 'XiaoYu安全'#密钥必须为16（AES-128),24,32key = b'this is a 16 key'
#生成长度等于AES块大小的不可重复的密钥向量iv =Random.new().read(AES.block_size)print(iv)
#使用key和Iv初始化AES对象mycipher = AES.new(key,AES.MODE_CFB,iv)print(mycipher)cip = mycipher.encrypt(data.encode())
#将iv加到加密的密钥开头ciptext =iv + cipprint(ciptext)
#解密需要 key和iv 生成AES对象,取前16位是ivmydecrypt = AES.new(key,AES.MODE_CFB,ciptext[:16])
#取后16位是密钥decrytext = mydecrypt.decrypt(ciptext[16:])print(decrytext.decode())
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b'\x87\x10\xe2w\xb3oD\xd9\xbe\xe5\x02\xd4\xdcjk\xe7'<Cryptodome.Cipher._mode_cfb.CfbMode object at 0x0000000000FF7A90>b'\x87\x10\xe2w\xb3oD\xd9\xbe\xe5\x02\xd4\xdcjk\xe7\xdd\xf4\xe8\xba\xa0\xa3\xe4n\x0e\xb5Z\x90'XiaoYu安全
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9、RSA 加密
RSA 是一种公钥密码算法，全称为 RSA 加密算法，它属于非对称加密算法的一种。
基本概念
定义：RSA 加密算法是由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）在 1977 年共同提出的。该算法的名称来源于这三位发明者姓氏的首字母组合。
特点：RSA 算法使用一对密钥进行加密和解密操作，其中一个密钥是公钥（public key），用于加密数据；另一个是私钥（private key），用于解密数据。公钥可以公开，而私钥必须保密。
from Crypto.PublicKey import RSAfrom Crypto.Cipher import PKCS1_OAEPimport binascii
# 生成密钥对key = RSA.generate(2048)private_key = key.export_key()public_key = key.publickey().export_key()
# 要加密的消息message = '你好, RSA!'message = message.encode()
# 创建加密器并使用公钥加密encryptor = PKCS1_OAEP.new(RSA.import_key(public_key))encrypted = encryptor.encrypt(message)print("加密后:", binascii.hexlify(encrypted))
# 创建解密器并使用私钥解密decryptor = PKCS1_OAEP.new(RSA.import_key(private_key))decrypted = decryptor.decrypt(encrypted)print("解密后:", decrypted.decode())
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加密后: b'2103801e707e5011c9555bb8ad23eb317fabeead30fdf0c84a4c2abfdedb02b2c4a40a1d04aeaa344e30ede1580ae3d1154110215a5aa9c56a7e3315028ce35b4144b1691125573b978867d21b7d7068f3f0d683535b3c958119a95cdd320cc7daf82d2690c7f2d14765b6c9d2036d188a8d50121c7e8b8c64eb2660a5262836ea2b65e42010f601e57f605264ebe1130ab64a6d9a50e766f6d6a40b705980c7c046e8f0a8236bf5dea18fecb1b2a9eac6613d9f666d74c0de0b50683955ca097001a7ac5e27513d2341706e3fb71d5befc57ee71d2b41880ae23c44c2a57559c38371001b1a6e1874c0793cee990c41701aa9256650de79250236e89d61b484'解密后: 你好, RSA!
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总结
在网络安全和密码学领域，数据加密是保护数据机密性、完整性和可用性的关键技术。Python 作为一种功能强大的编程语言，提供了多种实现数据加密和解密的方法。本文介绍了常见的加密方式，包括对称加密、非对称加密和单向加密，并详细展示了在 Python 中如何使用这些加密技术。
一、加密方式
对称加密
使用同一个密钥进行加密和解密，速度快，适合加密大量数据。
常见算法包括 DES（已认为不安全）、3DES、AES（广泛使用的对称加密算法）。
非对称加密
使用一对密钥（公钥和私钥）进行加密和解密，公钥可公开，私钥保密。
常见算法包括 RSA（应用广泛）、ECC（适用于资源有限的场景）、DSA（适用于数字签名）。
单向加密（不可逆加密）
通过散列算法将明文生成固定长度的散列值，无法从散列值还原原文。
常见算法包括 MD5（已不安全）、SHA-1（较安全但速度较慢）、SHA-2（安全性更高）、HMAC（带密钥的散列消息认证码）。
二、Python 中的应用
Base64 编码
将二进制数据转换为 ASCII 字符串，常用于文本数据的编码和解码。
MD5 和 SHA-1 加密
用于生成数据的散列值，常用于密码存储、文件完整性验证等场景。
在 Python 中，通过hashlib模块实现。
Secrets 模块
用于生成安全的随机数和随机字符串，适合生成密码、令牌等敏感信息。
DES 加密
对称加密算法，使用固定长度的密钥加密数据块。
在 Python 中，可通过第三方库pyDes实现。
AES 加密
对称加密算法，支持多种密钥长度（128 位、192 位、256 位），广泛应用于敏感数据的加密。
在 Python 中，通过Cryptodome库实现。
RSA 加密
非对称加密算法，使用公钥加密数据，私钥解密数据。
在 Python 中，通过pycryptodome库中的Crypto.PublicKey.RSA和Crypto.Cipher.PKCS1_OAEP模块实现。
三、实际应用案例
用户注册和登录系统
使用 MD5 或 SHA-1 对用户密码进行单向加密存储，防止数据库泄露导致明文密码泄露。
通过 Flask 框架实现用户注册和登录接口，验证用户名和密码。
文件完整性验证
使用 MD5 或 SHA-2 生成文件的散列值，与网站提供的散列值进行比较，确保文件未被篡改。
安全令牌生成
使用secrets模块生成随机字符串，作为令牌或安全 URL 的一部分，提高系统的安全性。
通过本文的介绍，我们了解了不同加密方式的特点及其在 Python 中的实现方法。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的加密方式，并加强密钥管理，以确保数据的安全性。
作者：小羽网安
链接：https://juejin.cn/post/7386476988881256488
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