加密解密

2024-03-30 18:07:45

引子：

涉及爬虫，可能很多人大都听过加密解密，那么，加密解密这究竟是个啥玩意呢？
下面通过一个例子来实现一个最简单的加密解密：

第一步：比如你想和小明说一句hello world，但是你不希望其他人看得懂，就需要对你发出的信息进行加密。这里就通过使每一个字母都往后移三位，比如：a就加密为d。

for c in 'hello world':             
    print(chr(ord(c) + 3),end="")         

# 输出为：khoor#zruog

'''
方法讲解：
ord() 函数是 chr() 函数（对于8位的ASCII字符串）或 unichr() 函数（对于Unicode对象）的配对函数，它以一个字符（长度为1的字符串）作为参数，返回对应的 ASCII 数值，或者 Unicode 数值。

此处先通过ord()函数得到对应字符的ASCII数值，然后进行加3操作，实现对应字母后移三位，最后再通过chr()函数得到此ASCII数值对应的字符！
'''

第二步：小明收到了信息，但是也看不懂，就需要对接收到的信息进行解密。相对应的解密方法就是使每一个字母都往前移三位，比如：d就解密为a。

for c in 'khoor#zruog':
    print(chr(ord(c) - 3),end="")

# 输出为：hello world

一.概念和作用

①概念：

加密解密:其实就是一个信息干扰的过程,保证固定的人才可以看到你的信息。

把重要的数据变为乱码（加密）传送，
到达目的地后再用相同或不同的手段还原（解密）。
加密解密

②作用：

网络信息传输安全涉及到很多个方面，其中主要有三个要解决的问题：

  • 保密性(Confidentiality)：信息在传输时不被泄露
  • 完整性（Integrity）：信息在传输时不被篡改
  • 有效性（Availability）：信息的使用者是合法的

③常用加密方式：

加密解密

二.字符编码

①进制：详细解释看本篇！

一个字节是计算机内存的最小单位，由8个二进制位组成,2个16进制组成

F=0000 1111 =15
FF=1111 1111 =255

加密解密

②进制间转换方法：

第一个：十进制与二进制

>>> bin(255)  			#十进制转二进制
'0b11111111'

>>> int("0b11111111",2)  #二进制转十进制
255

第二个：十进制与十六进制

>>> hex(255) 		 #十进制转十六进制
'0xff'

>>> int("0xff",16)  #十六进制转十进制
255

第三个：unicode

字符和unicode编号是一一对应的关系，世界上的每个字符都对应着一个unicode编号，根据编号可以进行多种编码。utf-8，utf-16，utf-32…，gbk编码等

>>> ord("中")
20013
>>> chr(20013)
'中'
>>> "中".encode("utf-8")  #汉字中utf-8编码
b'\xe4\xb8\xad'
>>> "中".encode("gbk")   #汉字中  gbk编码
b'\xd6\xd0'


'''
方法讲解：
ord() 函数是 chr() 函数（对于8位的ASCII字符串）或 unichr() 函数（对于Unicode对象）的配对函数，它以一个字符（长度为1的字符串）作为参数，返回对应的 ASCII 数值，或者 Unicode 数值。
'''

三.Base64编码原理

①概念：

Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。

②作用：

  1. 在参数传输的过程中经常遇到的一种情况：使用全英文的没问题，但一旦涉及到中文就会出现乱码情况。
  2. 网络上传输的字符并不全是可打印的字符，比如二进制文件、图片等。Base64的出现就是为了解决此问题，它是基于64个可打印的字符来表示二进制的数据的一种方法。
    实例:
    • 电子邮件刚问世的时候，只能传输英文，但后来随着用户的增加，中文、日文等文字的用户也有需求，但这些字符并不能被服务器或网关有效处理，因此Base64就登场了。随之，Base64在URL、Cookie、网页传输少量二进制文件中也有相应的使用。
    • 对证书来说，特别是根证书，一般都是作Base64编码的，因为它要在网上被许多人下载。
    • 电子邮件的附件一般也作Base64编码的，因为一个附件数据往往是有不可见字符的。

③Base64编码表：

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④文本到base64格式的转换：

加密解密

#ASCII码
>>> ord("M")
77
>>> ord("a")
97
>>> ord("n")
110
#ASCII转二进制
>>> bin(77)
'0b1001101'
>>> bin(97)
'0b1100001'
>>> bin(110)
'0b1101110'
#六个二进制位一组
>>> int("010011",2)
19              19---对应base64表T
>>> int("010110",2)
22              22---对应base64表W
>>> int("000101",2)
5               5---对应base64表F
>>> int("101110",2)
46              46---对应base64表u

⑤BASE64编码补码：（注意点：计算机保存数据是二进制，按字节保存，也就是说保存的二进制位数必须是8的倍数！这也就是为什么此处BASE64编码补码要加’='的原因！）

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>>> base64.b64encode(b"A")
b'QQ=='
>>> base64.b64encode(b"BC")
b'QkM='
  • 大多数编码都是由字符串转化成二进制的过程，而Base64的编码则是从二进制转换为字符串。与常规恰恰相反；
  • Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制领域，不能算得上加密，只是无法直接看到明文。也可以通过打乱Base64编码来进行加密。

四.单向加密（主要用于数据的完整性验证！）

①概念：

单向加密是指只能对明文数据进行加密，而不能解密数据。
例:每个人都有不同的指纹，看到这个人，可以得出他的指纹等信息，并且唯一对应，但你只看一个指纹，是不可能看到或读到这个人的长相或身份等信息。

②常见方法：

MD5 (message-digest algorithm) SHA (Secure Hash Algorithm)

  1. md5的长度默认为128bit，也就是128个0和1的二进制串。
  2. SHA 的长度默认为256bit，也就是256个0和1的二进制串。
  3. 使用二进制串很不友好。所以将二进制转成了16进制，每4个bit表示一个16进制，所以128/4 = 32 换成16进制表示后，为32位了。同理256/4=64,64位.
  4. update 的意思是更新hash值,若同一个MD5对象两次调用update,第二次会保留第一次调用调用的信息,所以算一个字符串的hash值,应该重新生成md5对象

第一个：MD5

from  hashlib import md5
md5_obj=md5()						#创建md5算法加密对象
md5_obj.update("加密数据".encode())#参数:内容是要加密数据  二进制格式
print(md5_obj.hexdigest())				 # 使用.hexdigest()将二进制数据转为16进制数据，便于观察！
#结果
'648bfc23726d2e76af569f6fea26c1f8'

md5_obj.update("加密数据".encode())
print(md5_obj.hexdigest())		##同一个md5对象两次调用update 第二次保留第一次调用的信息
'47c58fbd984d00c4c0c24396be4ed52f'

第二个：SSHA

from  hashlib import sha256
sha256_obj=sha256()#创建sha算法加密对象
sha256_obj.update("加密数据".encode())#参数:内容是要加密数据  二进制格式
sha256_obj.hexdigest()
#结果
'fc016213ebd4e12fd50ebeee2a074d09aef8b4dffa247401227976cfdec1ebf9'

sha256_obj.update("加密数据".encode())#参数:内容是要加密数据  二进制格式
sha256_obj.hexdigest()
##同一个sha对象两次调用update 第二次保留第一次调用的信息
'5cbb02bfa5153ef91d29c8edcd213ffde626a9e6c0ac6d25e1d9ad6ddbca0078'

五.对称加密

①概念与简介：

概念: 对称加密是指数据加密与解密使用相同密钥。

②简介:

常用的对称加密 DES 3DES AES

第一个：DES： Data Encryption Standard，秘钥长度为56位，8位校验位;

2003年左右被破解–秘钥可以暴力破解。 穷举法

第二个：3DES：DES的改进版本。

第三个：AES： Advanced Encryption Standard，支持的秘钥长度包括 128bits，192bits，258bits，384bits，512bits。

③特点：

  • 加密与解密使用的密钥相同。
  • 但是由于算法一般都是公开的，因此机密性几乎完全依赖于密钥。
  • 通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。

说明: 秘钥长度越长,数据加密与解密的时间就越久

③重点讲解：DES

①概念：

数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）是一种对称加密算法，很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的DEA是嵌入硬件中的。

②DES加密原理：

加密解密

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③python实现DES加密：

1.安装密码库

windows:   pip  install   pycryptodomex

linux:  pip  install   pycryptodome

2.简单使用

from Cryptodome.Cipher import DES

key = b'12345678'               # 秘钥

des = DES.new(key, DES.MODE_ECB)
anywd = '加密'
bwd = anywd.encode()
en_text = anywd+(8-len(bwd)%8)*" "      # 补码，如果明文不够64位就用空格补！
# 比如此处: len(bwd)为2，一个汉字长度是16位，len(bwd)%8=6,8-len(bwd)%8=2,所以补两个空格（32位），相加即为64位！

en_data = des.encrypt(en_text.encode())
print(en_data)

de_data = des.decrypt(en_data)
print(de_data)
print(de_data.decode())


'''
输出为：
b'T\xe6\n\xc24\xe1\x8bJ'
b'\xe5\x8a\xa0\xe5\xaf\x86  '
加密  
'''

④重点讲解：3DES

①概念：

3DES（或称为Triple DES）是三重数据加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）块密码的通称。它相当于是对每个数据块应用三次DES加密算法。

由于计算机运算能力的增强，原版DES密码的密钥长度变得容易被暴力破解。3DES即是设计用来提供一种相对简单的方法，即通过增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。

②加密原理：

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，

C代表密文，这样：

  • 3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))
  • 3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3©))

加密解密

⑤重点讲解：AES

①概念：

密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦*采用的一种区块加密标准。

②加密过程：

AES为分组密码，分组密码也就是把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。
在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。
密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，C = E(K,P)是加密函数，在这个加密函数中会执行10个加密轮函数。

加密解密

加密解密
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③简单使用：


from Cryptodome.Cipher import AES

key = b'123456789abcdefgh'
iv = b'qwertyui12345678'
# 构建对象
aes = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
# 1.key秘钥  2.mode AES.MODE_CBC加密方式  3.iv初始化向量，16个字节

六.非对称加密

①概念与简介：

指的是加密和解密使用不同的秘钥。

一把作为公开的公钥，另一把作为私钥。这对密钥中的公钥进行加密，私钥用于解密。反之亦然（被私钥加密的数据也可以被公钥解密)。

在实际使用中私钥一般保存在发布者手中，是私有的不对外公开的，只将公钥对外公布，就能实现只有私钥的持有者才能将数据解密的方法。 这种加密方式安全系数很高，因为它不用将解密的密钥进行传递，从而没有密钥在传递过程中被截获的风险，而破解密文几乎又是不可能的。

但是算法的效率低，所以常用于很重要数据的加密，常和对称配合使用，使用非对称加密的密钥去加密对称加密的密钥。

事实上，公钥加密算法很少用于数据加密，它通常只是用来做身份认证，因为它的密钥太长，加密速度太慢–公钥加密算法的速度甚至比对称加密算法的速度慢上3个数量级（1000倍）。

②非对称加密原理：

  1. 小蓝与小红想要进行沟通,不能被小黑或其他人看到;(需求)
  2. 于是小红自己做了个信箱,信箱上有锁,钥匙只有小红自己有;(公钥加密)
  3. 于是小蓝每次与小红沟通的时候,都会把信放在邮箱中,信箱大家都可以看到,都可以知道小红的信箱位置;(公开公钥)
  4. 小红想要看信的内容的时候,需要拿着自己保管的私钥,打开锁,读取信箱里的信.(私钥解密)
  • 过程2带锁的信箱,就是公钥加密的过程.
  • 过程4是私钥解密的过程
  • 公钥(锁) 私钥(钥匙)是生成的一对,且私钥不对外,不传递,增加了安全性.
  • 同样的小红想要给小蓝发送信息时,小蓝需要告诉小红带锁信箱(公开公钥),并通过钥匙打开信箱

加密解密加密解密

上图描述来自一个视频

	https://www.bilibili.com/video/av65017912/
	https://blog.csdn.net/jijianshuai/article/details/80582187

③RSA加密算法：

1.概念

三位数学家Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法，可以实现非对称加密

2.RSA加密原理

加密解密

1）选择一对不同的、足够大的素数p，q。
2）计算n=pq。
3）计算f(n)=(p-1)(q-1)，同时对p, q严加保密，不让任何人知道。
4）找一个与f(n)互质的数e作为公钥指数，且1<e<f(n)。一般是65535！
5）计算私钥指数d，使得d满足(d*e) mod f(n) = 1
6）公钥KU=(e,n)，私钥KR=(d,n)。
7）加密时，先将明文变换成0至n-1的一个整数M。若明文较长，可先分割成适当的组，         然后再进行交换。		设密文为C，则加密过程为：C=M^e mod n。
8）解密过程为：M=C^d mod n。

3.RSA加密算法的安全性

当p和q是一个大素数的时候，从它们的积pq去分解因子p和q，这是一个公认的数学难题。

4.RSA加密算法的缺点

虽然RSA加密算法作为目前最优秀的公钥方案之一，在发表三十多年的时间里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受。但是，也不是说RSA没有任何缺点。由于没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度的等价性。所以，RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何。在实践上，RSA也有一些缺点：
产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密；
分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 1024 bits 以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢

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