python中的RSA加密与解密

密码技术
为了进行加密以及通信，人们发明了很多公开的算法。对称与非对称算法等。常见的加密方式有RSA, AES等算法。对于选择加密算法，一个常识就是使用公开的算法。一方面是这些算法经过实践检验，另一方面对于破译难度和破译条件破译时间都有预估。对于任何加密算法，都是能破解的，不同在于时间上的投入。

Python密码库--Pycrypto
Python良好的生态，对于加密解密技术都有成熟的第三方库。大名鼎鼎的M2Crypto和Pycrypto，前者非常容易使用，可是安装却非常头疼，不同的系统依赖软件的版本还有影响。后者则比较方面，直接使用pip安装即可。

安装

pip install pycrypto

RSA 密码算法与签名
RSA是一种公钥密码算法，RSA的密文是对代码明文的数字的 E 次方求mod N 的结果。也就是将明文和自己做E次乘法，然后再将其结果除以 N 求余数，余数就是密文。RSA是一个简洁的加密算法。E 和 N 的组合就是公钥（public key）。

对于RSA的解密，即密文的数字的 D 次方求mod N 即可，即密文和自己做 D 次乘法，再对结果除以 N 求余数即可得到明文。D 和 N 的组合就是私钥（private key）。

算法的加密和解密还是很简单的，可是公钥和私钥的生成算法却不是随意的。本文在于使用，对生成秘钥对的算法就暂时忽略。使用 Pycrypto生成秘钥对很简单，我们分别为 Server和Client各生成一对属于自己的秘钥对。

from Crypto import Random
from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as Signature_pkcs1_v1_5
from Crypto.PublicKey import RSA
 
# 伪随机数生成器
random_generator = Random.new().read
# rsa算法生成实例
rsa = RSA.generate(1024, random_generator)
 
# Server的秘钥对的生成
private_pem = rsa.exportKey()
with open("server-private.pem", "w") as f:
  f.write(private_pem)
 
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open("server-public.pem", "w") as f:
  f.write(public_pem)
 
# Client的秘钥对的生成
private_pem = rsa.exportKey()
with open("client-private.pem", "w") as f:
  f.write(private_pem)
 
public_pem = rsa.publickey().exportKey()
with open("client-public.pem", "w") as f:
  f.write(public_pem)

所生成的私钥和公钥大概是这样的：

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQC26X6A0WCWiVxdxq3jtm42yDdG
bf+99v2zyi0UMVGZfowlnkcWeMvpz8NBm2UVlrjZpnFr8wFkdHyjFFkq/ilclH3A
N4+Xw8Ap7CGJ2jVMyS5h9RRBUyf3F4D5Og8789Ywh9HXYyvD/6J62EtbbkhGPxg3
aa8n2kfKZ9N6Q7DqrwIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

加密与解密
通常通信的时候，发送者使用接受者的公钥加密，接受者使用接受者私钥解密。

简而言之，Server给Client通信，需要加密内容，那么Client会生成一个秘钥对，Client的公钥client-public.pem和私钥client-private.pem 。Client把公钥公开给发送者，任何人都可以用来加密，然后Server使用client-public.pem进行加密，然后把内容发给Client，Client再使用私钥client-private.pem进行解密。

1.加密（encrypt）

# Server使用Client的公钥对内容进行rsa 加密
 
message = "hello client, this is a message"
with open("client-public.pem") as f:
    key = f.read()
    rsakey = RSA.importKey(key)
    cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    cipher_text = base64.b64encode(cipher.encrypt(message))
    print cipher_text
 
#加密结果： 
HYQPGB+axWCbPp7PPGNTJEAhVPW0TX5ftvUN2v40ChBLB1pS+PVM3YGT5vfcsvmPZhW8NKVSBp8FwjLUnMn6yXP1O36NaunUzyHwI+cpjlkTwZs3DfCY/32EzeuKuJABin1FHBYUMTOKtHy+eEDOuaJTnZTC7ZBkdha+J88HXSc=

cipher_text 即 Master加密后将要发送给Client的密文。

2.解密（decrypt）

# Client使用自己的私钥对内容进行rsa 解密 
 
with open("client-private.pem") as f:
    key = f.read()
    rsakey = RSA.importKey(key)
    cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    text = cipher.decrypt(base64.b64decode(encrypt_text), random_generator)
    print text

#解密结果：
hello client, this is a message

 这样Client就能看到Server所发的内容了，当然，如果Client想要给Server发消息，就需要Server先把其的公钥给Client，后者再使用公钥加密，然后发送给Server，最后Server使用自己的私钥解密。

签名与验签
当然，对于窃听者，有时候也可以对伪造Server给Client发送内容。为此出现了数字签名。也就是Server给Client发送消息的时候，先对消息进行签名，表明自己的身份，并且这个签名无法伪造。具体过程即Server使用自己的私钥对内容签名，然后Client使用Server的公钥进行验签。

签名

# Server使用自己的私钥对内容进行签名

with open("server-private.pem") as f:
    key = f.read()
    rsakey = RSA.importKey(key)
    signer = Signature_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    digest = SHA.new()
    digest.update(message)
    sign = signer.sign(digest)
    signature = base64.b64encode(sign)
    print signature

#签名结果：
jVUcAYfgF5Pwlpgrct3IlCX7KezWqNI5tD5OIFTrfCOQgfyCrOkN+/gRLsMiSDOHhFPj2LnfY4Cr5u4eG2IiH8+uSF5z4gUX48AqCQlqiOTLk2EGvyp+w+iYo2Bso1MUi424Ebkx7SnuJwLiPqNzIBLfEZLA3ov69aDArh6hQiw=

验签

#Client使用Server的公钥对内容进行验签

with open("server-public.pem") as f:
    key = f.read()
    rsakey = RSA.importKey(key)
    verifier = Signature_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    digest = SHA.new()
    # Assumes the data is base64 encoded to begin with
    digest.update(message)
    is_verify = signer.verify(digest, base64.b64decode(signature))
    print is_verify

#验签结果：
True

总结
Pycrypto提供了比较完善的加密算法。RSA广泛用于加密与解密，还有数字签名通信领域。使用Publick/Private秘钥算法中，加密主要用对方的公钥，解密用自己的私钥。签名用自己的私钥，验签用对方的公钥。

• 加密解密：公钥加密，私钥解密
• 签名验签：私钥签名，公钥验签

无论是加密解密还是签名验签都使用同一对秘钥对。