Python加解密库——pycrypto（pycryptodome）

• 简介
• 安装
• • 方法一：Visual Studio
  • 方法二：pycryptodome（推荐）
• 初试
• 公钥
• 加解密
• • 对称加密
  • 非对称加密
• 数字签名
• 哈希函数
• 安全通信
• 加密IO
• 封装
• 遇到的坑
• 参考文献

pycrypto 实现了哈希函数（如 SHA256）和加密算法（如 AES、DES、RSA）。

注意！pycrypto 已很久未维护，有安全漏洞。

建议使用 pycryptodome 替代 pycrypto，它是后者的一个分支，一直在维护。

以下方法均可，推荐方法二。

Windows 需要安装 Visual Studio 2015 或以上版本，本人是 Visual Studio 2017，安装方法大同小异。

cd C:Program Files (x86)Microsoft Visual Studio2017ProfessionalVCAuxiliaryBuild
vcvars64.bat
set CL=-FI"C:Program Files (x86)Microsoft Visual Studio2017ProfessionalVCToolsMSVC14.16.27023includestdint.h"
pip install pycrypto

也可以用 pycryptodome 替代 pycrypto，它是后者的一个分支，一直在维护。

pip uninstall pycrypto
pip install pycryptodome

SHA256 计算散列值（哈希值）

from Crypto.Hash import SHA256

hash = SHA256.new()
hash.update('message'.encode())
print(hash.digest())
# b'xabSnx13xe4Yx14x98+yxf9xb7xe3xfbxa9x94xcfxd1xf3xfb"xf7x1cxeax1axfbxf0+Fx0cmx1d'

公钥系统下，发送方和接收方使用不同密钥——公钥或私钥。

from Crypto.PublicKey import RSA

key_pair = RSA.generate(4096)  # 生成密钥对
open('public.pem', 'wb').write(key_pair.public_key().export_key('PEM'))  # 导出公钥
open('private.pem', 'wb').write(key_pair.export_key('PEM'))  # 导出私钥

三种加密方式：

1. 对称加密：参与方使用相同密钥进行加解密，速度快，适合处理大量数据。如 AES。
2. 非对称加密：发送方使用公钥加密，接收方使用私钥解密，速度慢。如 RSA。
3. 混合加密：将上述加密进行组合，优点兼具，非对称加密用于保护有效时间短的对称密钥，对称加密用于加密实际数据。

两种对称加密方式：

1. 流加密：一次加密一个字节数据。如 ChaCha20、XChaCha20 和 Salsa20
2. 分组密码：对固定数量的数据进行加密。如 AES，一次加密 16 个字节。

Salsa20 加密

from Crypto.Cipher import Salsa20

# 加密方
plaintext = b'Hello World!'  # 明文
key = b'0123456789012345'  # 密钥
cipher = Salsa20.new(key=key)
msg = cipher.nonce + cipher.encrypt(plaintext)  # 消息=随机数+密文

# 解密方
key = b'0123456789012345'  # 密钥
msg_nonce = msg[:8]
ciphertext = msg[8:]
cipher = Salsa20.new(key=key, nonce=msg_nonce)
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
print(plaintext)
# b'Hello World!'

AES 加密

from Crypto.Cipher import AES

# 加密方
plaintext = b'Hello World!'  # 明文
key = b'0123456789012345'  # 密钥
cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX)
nonce = cipher.nonce
ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(plaintext)

# 解密方
key = b'0123456789012345'  # 密钥
cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX, nonce=nonce)
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
try:
    cipher.verify(tag)  # 验证真实性
    print(plaintext)
except ValueError:
    print('密钥不正确或消息被破坏')

RSA 加密

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP

# 生成公私密钥
key_pair = RSA.generate(1024)
open('public.pem', 'wb').write(key_pair.public_key().export_key('PEM'))
open('private.pem', 'wb').write(key_pair.export_key('PEM'))

# 加密方
plaintext = b'Hello World!'
public_key = RSA.importKey(open('public.pem').read())
cipher = PKCS1_OAEP.new(public_key)
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)

# 解密方
private_key = RSA.importKey(open('private.pem').read())
cipher = PKCS1_OAEP.new(private_key)
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
print(plaintext)

实际场景下，密钥长度应使用 3072 或 4096 位

用于保证完整性和不可抵赖性。

PKCS#1 RSA 签名

from Crypto.Hash import SHA256
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Signature import pkcs1_15

# 生成公私密钥
key_pair = RSA.generate(1024)
open('public.pem', 'wb').write(key_pair.public_key().export_key('PEM'))
open('private.pem', 'wb').write(key_pair.export_key('PEM'))

# 发送方
plaintext = b'Hello World!'
private_key = RSA.importKey(open('private.pem').read())
signer = pkcs1_15.new(private_key)
hash = SHA256.new(plaintext)
signature = signer.sign(hash)

# 接收方
plaintexts = [b'Hello World!', b'abc']
public_key = RSA.importKey(open('public.pem').read())
signer = pkcs1_15.new(public_key)
for plaintext in plaintexts:
    hash = SHA256.new(plaintext)
    try:
        signer.verify(hash, signature)
        print('合法')
    except:
        print('非法')

推荐阅读：什么是数字签名？

用于信息摘要。

将任意二进制字符串作为输入，并产生类似随机的固定长度的输出，即摘要或哈希值。

SHA256 计算散列值（哈希值）

from Crypto.Hash import SHA256

hash = SHA256.new()
hash.update('message'.encode())
print(hash.digest())
# b'xabSnx13xe4Yx14x98+yxf9xb7xe3xfbxa9x94xcfxd1xf3xfb"xf7x1cxeax1axfbxf0+Fx0cmx1d'

PBKDF2 进行口令保护

from Crypto.Hash import SHA512
from Crypto.Protocol.KDF import PBKDF2
from Crypto.Random import get_random_bytes

password = '123456'  # 口令
salt = get_random_bytes(16)  # 加盐
keys = PBKDF2(password, salt, 64, count=1000000, hmac_hash_module=SHA512)
key1 = keys[:32]
key2 = keys[32:]

推荐阅读：PBKDF2函数，比「Hash加盐」更好的口令保护方案

1. pycrypto GitHub
2. PyCryptodome GitHub
3. PyCryptodome Documentation
4. python 3.6.5 在windows下安装PyCrypto
5. windows下python3.9安装pycrypto成功总结
6. Installing pycrypto on windows (popular solution not working)
7. How do I install PyCrypto on Windows?
8. RSA Encrypt / Decrypt
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10. PBKDF2函数，比「Hash加盐」更好的口令保护方案