python RSA加密、解密、签名
python中用于RSA加解密的库有好久个，本文主要讲解rsa、M2Crypto、Crypto这三个库对于RSA加密、解密、签名、验签的知识点。
知识基础
加密是为了保证传输内容隐私，签名是为了保证消息真实性。
服务器存私钥，客户端存公钥。（服务器和客户端关系可以考虑为 1:N）
客户端往服务器传输内容，更多考虑是隐私性，所以公钥签名、私钥解密。
服务器往客户端传输内容，更多考虑真实性，所以私钥签名，公钥验签。
消息的摘要生的算法常用的是MD5或者SHA1，消息内容不一样，生成的摘要信息一定不一样。
真实性的考虑一方面是内容由私钥拥有者发出，另一方面内容在传输过程中没有改变过，所以签名的对象是传输信息生成的消息摘要（摘要内容短，签名也会快些）。
每次加密的长度需要小于密钥长度-特殊位（128位公钥，最长可加密128-11=117位明文）。
每次解密的长度需要小于密钥的长度（128位私钥解密，解密密文长度需要小于等于128位）。
如果加解密内容过长，就需要分段加密、解密。
PEM格式的密钥为base64位文本格式。
环境配置
环境：MAC
python版本：2.7.15（因为公司用的版本都是这个，建议用python3的）
IED：PyCharm
密钥：PEM文件
rsa
示例代码
# -*- coding: UTF-8 -*-
# ! /usr/bin/env python
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 = '/Users/anonyper/Desktop/key/company_rsa_public_key.pem' # 公钥
PRIVATE_KEY_PATH = '/Users/anonyper/Desktop/key/company_rsa_private_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) message = 'hell world'
print("明文内容：>>> ")
print(message)
rsaUtil = RsaUtil()
encrypy_result = rsaUtil.encrypt_by_public_key(message)
print("加密结果：>>> ")
print(encrypy_result)
decrypt_result = rsaUtil.decrypt_by_private_key(encrypy_result)
print("解密结果：>>> ")
print(decrypt_result)
sign = rsaUtil.sign_by_private_key(message)
print("签名结果：>>> ")
print(sign)
print("验签结果：>>> ")
print(rsaUtil.verify_by_public_key(message, sign)) #执行结果
明文内容：>>>
hell world
加密结果：>>>
sWx9r30CCLXip0iemCb2r1gsZIedgLp1Vmk9uCDaQttcQNftwQyI98shN2Hpn7snE27ziJnH6qYmaf68TWBerhJVGEzr16wLYInVft0Bj0+kcCmLL7tMJRZWydqHi/YzgIfsFEvqLOUFv6E9bCAXhJkikacBAG4FWTMBrXUQHjE=
解密结果：>>>
hell world
签名结果：>>>
GS3MPpb4zMLIL7mqcxZEevOoH1Fse9fjHefWIUpDaMplhoPUNK85TreYmOwvF8QJNxgLcJoKKfRm51gemsQd1/e1FBPo/4VS3kvneJyLUtQAPdOOl+R4h//0gFec+ELI+KS8A74Dkm2bFKztZ4BxIcWD63pHRiGAnS8+cQeq2QM=
验签结果：>>>
True
知识点
- rsa计算密钥长度的方式是 common.byte_size(rsa_key.n)
- rsa加密：rsa.encrypt(message, pub_key)
- rsa解密：rsa.decrypt(crypto, priv_key)
- rsa签名：rsa.sign(message, priv_key, hash)
- rsa验签：rsa.verify(message, signature, pub_key)
- rsa默认没有私钥加密，公钥解密的方法（加解密传入错误的key会报错，如果想实现私钥加密，公钥解密可以自行模拟底层代码实现）
- 签名只能用私钥（用到私钥的n值，公钥没有n值，n、d、e具体什么意思请百度RSA算法原理）
- rsa加载公钥和私钥的方法不同
- rsa私钥签名时，需要传入的是不是具体的摘要信息（字符串），而是签名信息的hash对象（对象）
- 不同版本的rsa验签成功之后返回结果不一样，有的是True，有的是返回生成摘要算法名：如sha1
Crypto
示例代码
# -*- coding: UTF-8 -*-
# ! /usr/bin/env python
import base64
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as PKCS1_v1_5_cipper
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Hash import SHA import Crypto # 使用 rsa库进行RSA签名和加解密 class RsaUtil(object):
PUBLIC_KEY_PATH = '/Users/anonyper/Desktop/key/company_rsa_public_key.pem' # 公钥
PRIVATE_KEY_PATH = '/Users/anonyper/Desktop/key/company_rsa_private_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.importKey(open(company_pub_file).read())
if company_pri_file:
self.company_private_key = RSA.importKey(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 = Crypto.Util.number.size(rsa_key.n) / 8
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, encrypt_message):
"""使用公钥加密.
:param encrypt_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)
cipher = PKCS1_v1_5_cipper.new(self.company_public_key)
while encrypt_message:
input_data = encrypt_message[:max_length]
encrypt_message = encrypt_message[max_length:]
out_data = cipher.encrypt(input_data)
encrypt_result += out_data
encrypt_result = base64.b64encode(encrypt_result)
return encrypt_result # 加密 支付方私钥
def encrypt_by_private_key(self, encrypt_message):
"""使用私钥加密.
:param encrypt_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_private_key)
cipher = PKCS1_v1_5_cipper.new(self.company_public_key)
while encrypt_message:
input_data = encrypt_message[:max_length]
encrypt_message = encrypt_message[max_length:]
out_data = cipher.encrypt(input_data)
encrypt_result += out_data
encrypt_result = base64.b64encode(encrypt_result)
return encrypt_result def decrypt_by_public_key(self, decrypt_message):
"""使用公钥解密.
:param decrypt_message: 需要解密的内容.
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_public_key, False)
decrypt_message = base64.b64decode(decrypt_message)
cipher = PKCS1_v1_5_cipper.new(self.company_public_key)
while decrypt_message:
input_data = decrypt_message[:max_length]
decrypt_message = decrypt_message[max_length:]
out_data = cipher.decrypt(input_data, '')
decrypt_result += out_data
return decrypt_result def decrypt_by_private_key(self, decrypt_message):
"""使用私钥解密.
:param decrypt_message: 需要解密的内容.
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(decrypt_message)
cipher = PKCS1_v1_5_cipper.new(self.company_private_key)
while decrypt_message:
input_data = decrypt_message[:max_length]
decrypt_message = decrypt_message[max_length:]
out_data = cipher.decrypt(input_data, '')
decrypt_result += out_data
return decrypt_result # 签名 商户私钥 base64转码
def sign_by_private_key(self, message):
"""私钥签名.
:param message: 需要签名的内容.
签名之后，需要转义后输出
"""
cipher = PKCS1_v1_5.new(self.company_private_key) # 用公钥签名，会报错 raise TypeError("No private key") 如下
# if not self.has_private():
# raise TypeError("No private key")
hs = SHA.new(message)
signature = cipher.sign(hs)
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)
cipher = PKCS1_v1_5.new(self.company_public_key)
hs = SHA.new(message) # digest = hashlib.sha1(message).digest() # 内容摘要的生成方法有很多种，只要签名和解签用的是一样的就可以 return cipher.verify(hs, signature) message = 'hell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell world'
print("明文内容：>>> ")
print(message)
rsaUtil = RsaUtil()
encrypy_result = rsaUtil.encrypt_by_public_key(message)
print("加密结果：>>> ")
print(encrypy_result)
decrypt_result = rsaUtil.decrypt_by_private_key(encrypy_result)
print("解密结果：>>> ")
print(decrypt_result)
sign = rsaUtil.sign_by_private_key(message)
print("签名结果：>>> ")
print(sign)
print("验签结果：>>> ")
print(rsaUtil.verify_by_public_key(message, sign)) #执行结果：
明文内容：>>>
hell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell world
加密结果：>>>
PC8/knkmszKby2pHtlKJa/Uv7EADImNhrFwZQK3YHpwPwDpt5A4bFTxsDu2o8U0yc+X50+M3Bi53C0sOHjiOCStG/Bp1nfowHQBgUFCETp4G3fpLAl7eWynqqu6gInjHQeNMbBz1wvRhSiXoMB2lJm8b9fLuzDuQQRFZPqD356kgTKnBM+lju4HE4zMjAT8jMam5Z4EnmaRfX7kYDGzga+PgbkkGon354i3CRhuRWtpvQeXnmjZq8MpfDC6//L7I/vvw4/LMJhiQJkXUbGEgSok8yg6jZzGx+bllc+qn7DH5nkNZKkOnqaeJHbEktgdhua/QXJcRR/5Lm0Y8ovs54A==
解密结果：>>>
hell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell world
签名结果：>>>
VinHhT+iJfDvIgseJ0ZsmJcLk+yDdx0323B6vMKMUHDlUF2HDWqQhEEoqmSstjsSfR/T+4829t5DhtaJ5w1O7K7ZyP/+yu/lupc8apmfYSIziozi3vPy20p/CYNaXAy0LLGOwrtVNn3jTaq7Gb0yI4/Zhin2jNmTk09g8Qx9rGI=
验签结果：>>>
True
知识点
- Crypto计算密钥长度的方法是 Crypto.Util.number.size(rsa_key.n) / 8（一个字节8位）
- Crypto导入密钥的方法是同一个 RSA.importKey(self, externKey, passphrase=None)，externKey为密钥内容
- Crypto加密方法：Crypto.Cipher.PKCS1_v1_5.new(key).encrypt(self, message)
- Crypto解密方法：Crypto.Cipher.PKCS1_v1_5.new(key).decrypt(self, message)
- Crypto签名方法：Crypto.Signature.PKCS1_v1_5.new(key).sign(self, mhash)
- Crypto验签方法：Crypto.Signature.PKCS1_v1_5_cipper.new(key).verifyverify(self, mhash, S)
- Crypto公钥、私钥都可以互相加解密
- Crypto只能私钥签名，公钥验签，签名传入公钥会报错（底层有key.has_private()判断）
- Crypto私钥签名时，需要传入的是消息的摘要内容，所以摘要可以由不同的实现方式只要验签时摘要算法一致即可。
- Crypto验签之后成功返回结果True（不知道会不会与其他的）
M2Crypto
示例代码
# -*- coding: UTF-8 -*-
# ! /usr/bin/env python
import base64
import M2Crypto
from M2Crypto import EVP # 使用 M2Crypto库进行RSA签名和加解密
class RsaUtil(object):
PUBLIC_KEY_PATH = '/Users/anonyper/Desktop/key/company_rsa_public_key.pem' # 公钥
PRIVATE_KEY_PATH = '/Users/anonyper/Desktop/key/company_rsa_private_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 = M2Crypto.RSA.load_pub_key(company_pub_file)
if company_pri_file:
self.company_private_key = M2Crypto.RSA.load_key(company_pri_file) 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 = rsa_key.__len__() / 8
reserve_size = 11 #
if not encrypt:
reserve_size = 0
maxlength = blocksize - reserve_size
return maxlength # 加密 支付方公钥
def encrypt_by_public_key(self, encrypt_message):
"""使用公钥加密.
:param encrypt_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)
print(max_length)
while encrypt_message:
input_data = encrypt_message[:max_length]
encrypt_message = encrypt_message[max_length:]
out_data = self.company_public_key.public_encrypt(input_data, M2Crypto.RSA.pkcs1_padding)
encrypt_result += out_data
encrypt_result = base64.b64encode(encrypt_result)
return encrypt_result # 加密 支付方私钥
def encrypt_by_private_key(self, encrypt_message):
"""使用私钥加密.
:param encrypt_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_private_key)
while encrypt_message:
input_data = encrypt_message[:max_length]
encrypt_message = encrypt_message[max_length:]
out_data = self.company_private_key.private_encrypt(input_data, M2Crypto.RSA.pkcs1_padding)
encrypt_result += out_data
encrypt_result = base64.b64encode(encrypt_result)
return encrypt_result def decrypt_by_public_key(self, decrypt_message):
"""使用公钥解密.
:param decrypt_message: 需要解密的内容.
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(decrypt_message)
while decrypt_message:
input_data = decrypt_message[:max_length]
decrypt_message = decrypt_message[max_length:]
out_data = self.company_public_key.public_encrypt(input_data, M2Crypto.RSA.pkcs1_padding)
decrypt_result += out_data
return decrypt_result def decrypt_by_private_key(self, decrypt_message):
"""使用私钥解密.
:param decrypt_message: 需要解密的内容.
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(decrypt_message)
while decrypt_message:
input_data = decrypt_message[:max_length]
decrypt_message = decrypt_message[max_length:]
out_data = self.company_private_key.private_decrypt(input_data, M2Crypto.RSA.pkcs1_padding)
decrypt_result += out_data
return decrypt_result # 签名 商户私钥 base64转码
def sign_by_private_key(self, message):
"""私钥签名.
:param message: 需要签名的内容.
签名之后，需要转义后输出
"""
hs = EVP.MessageDigest('sha1')
hs.update(message)
digest = hs.final()
# digest = hashlib.sha1(message).digest() # 内容摘要的生成方法有很多种，只要签名和解签用的是一样的就可以
signature = self.company_private_key.sign(digest)
# self.company_public_key.sign(digest) # 用公钥签名IDE会崩
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）.
"""
hs = EVP.MessageDigest('sha1')
hs.update(message)
digest = hs.final()
# digest = hashlib.sha1(message).digest() # 内容摘要的生成方法有很多种，只要签名和解签用的是一样的就可以
signature = base64.b64decode(signature)
return self.company_public_key.verify(digest, signature) message = 'hell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell world'
print("明文内容：>>> ")
print(message)
rsaUtil = RsaUtil()
encrypy_result = rsaUtil.encrypt_by_public_key(message)
print("加密结果：>>> ")
print(encrypy_result)
decrypt_result = rsaUtil.decrypt_by_private_key(encrypy_result)
print("解密结果：>>> ")
print(decrypt_result)
sign = rsaUtil.sign_by_private_key(message)
print("签名结果：>>> ")
print(sign)
print("验签结果：>>> ")
print(rsaUtil.verify_by_public_key(message, sign)) #执行结果
明文内容：>>>
hell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell world
加密结果：>>>
fu4RgyOaokEcLmA5k0otMirZoiFBDBkEgycgehEajtPU+xP7Wf5rN05kwbsDNI7/kUR5wOvS0XE8jD1nYmKv4uBWfR5Z28BHdK20uue/8zTnPgdsAmRdzA6Lb2EIk/g38o2EtRZ4jILNOdikpW0kYpYRdaJgoHTWTOlE/RL9zcVKzYELFPpWui2jZ8EVMe+6ZiPkRKCKL571f/OTb1qOdg4GTiowZCNMIknTxXawvZl9Funz7TNz0WsNDejL+r3tM8erwhE0ygIMtemOiVy8yBVsHpHPzfdlNRoXXgtgupFEgVgEOODUp9y4LzX6UDf0+i8uI7/SpyQoa9jSpcsIjA==
解密结果：>>>
hell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell worldhell world
签名结果：>>>
VinHhT+iJfDvIgseJ0ZsmJcLk+yDdx0323B6vMKMUHDlUF2HDWqQhEEoqmSstjsSfR/T+4829t5DhtaJ5w1O7K7ZyP/+yu/lupc8apmfYSIziozi3vPy20p/CYNaXAy0LLGOwrtVNn3jTaq7Gb0yI4/Zhin2jNmTk09g8Qx9rGI=
验签结果：>>>
1
知识点
- M2Crypto计算密钥长度的方法是 rsa_key.len() / 8（一个字节8位）
- M2Crypto导入密钥的方法是不同 M2Crypto.RSA.load_pub_key(file)，M2Crypto.RSA.load_key(file)//还有其他的，不列举了，使用load_key(file)传入公钥地址会报错。
- M2Crypto加密解密代码：(RSA class下)
def public_encrypt(self, data, padding):
# type: (bytes, int) -> bytes
assert self.check_key(), 'key is not initialised'
return m2.rsa_public_encrypt(self.rsa, data, padding) def public_decrypt(self, data, padding):
# type: (bytes, int) -> bytes
assert self.check_key(), 'key is not initialised'
return m2.rsa_public_decrypt(self.rsa, data, padding) def private_encrypt(self, data, padding):
# type: (bytes, int) -> bytes
assert self.check_key(), 'key is not initialised'
return m2.rsa_private_encrypt(self.rsa, data, padding) def private_decrypt(self, data, padding):
# type: (bytes, int) -> bytes
assert self.check_key(), 'key is not initialised'
return m2.rsa_private_decrypt(self.rsa, data, padding)
- 公钥和私钥具体实现RSA的代码：
class RSA_pub(RSA):
"""
Object interface to an RSA public key.
"""
#公钥调用下面方法直接报错
def private_encrypt(self, *argv):
# type: (*Any) -> None
raise RSAError('RSA_pub object has no private key')
#公钥调用下面方法直接报错
def private_decrypt(self, *argv):
# type: (*Any) -> None
raise RSAError('RSA_pub object has no private key')
- M2Crypto签名和验签 sign(self, digest, algo='sha1'):/verify(self, data, signature, algo='sha1'):
- M2Crypto公钥、私钥都可以互相加解密
- M2Crypto只能私钥签名，公钥验签，签名传入公钥会报错（公钥可以调用签名方法，但是IDE崩溃了）
- M2Crypto私钥签名时，需要传入的是消息的摘要内容，所以摘要可以由不同的实现方式只要验签时摘要算法一致即可。
- M2Crypto验签之后成功返回结果1（不知道会不会与其他的）
其他注意事项
- base64位encode和decode时，可以传入编码集，UTF-8会将+转化为u,将/转化为t
- 在和服务器交互时，‘+’、‘=’、‘/’ 等特殊字符可能会被转义，造成客户端和服务器内容细微的不一致而导致验签失败，尤其是两边使用的语言不通，所以要协商好转义方案。