Python实现常见的几种加密算法(MD5，SHA-1，HMAC，DES/AES，RSA和ECC)

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。

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?? 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。

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