密碼與通信
密碼技術(shù)是一門歷史悠久的技術(shù)。信息傳播離不開加密與解密。密碼技術(shù)的用途主要源于兩個方面，加密/解密和簽名/驗簽
在信息傳播中，通常有發(fā)送者，接受者和竊聽者三個角色。假設(shè)發(fā)送者M(jìn)aster想要寫信給接受者Ghost，可是又不想信的內(nèi)容被別人看到，因此Master需要先對信加密，而Ghost收到信之后又能解密。這樣別的人即使竊聽盜取了密文也無法解密。其次，如果竊聽者并不像破譯內(nèi)容，而是偽造Master發(fā)消息給Ghost，那么Master發(fā)消息前就得先對機密內(nèi)容進(jìn)行簽名。
密碼技術(shù)
為了進(jìn)行加密以及通信，人們發(fā)明了很多公開的算法。對稱與非對稱算法等。常見的加密方式有RSA, AES等算法。對于選擇加密算法，一個常識就是使用公開的算法。一方面是這些算法經(jīng)過實踐檢驗，另一方面對于破譯難度和破譯條件破譯時間都有預(yù)估。對于任何加密算法，都是能破解的，不同在于時間上的投入。
Python密碼庫--Pycrypto
Python良好的生態(tài)，對于加密解密技術(shù)都有成熟的第三方庫。大名鼎鼎的M2Crypto和Pycrypto，前者非常容易使用，可是安裝卻非常頭疼，不同的系統(tǒng)依賴軟件的版本還有影響。后者則比較方面，直接使用pip安裝即可。
安裝
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pip install pycrypto |
RSA 密碼算法與簽名
RSA是一種公鑰密碼算法，RSA的密文是對代碼明文的數(shù)字的 E 次方求mod N 的結(jié)果。也就是將明文和自己做E次乘法，然后再將其結(jié)果除以 N 求余數(shù)，余數(shù)就是密文。RSA是一個簡潔的加密算法。E 和 N 的組合就是公鑰（public key）。
對于RSA的解密，即密文的數(shù)字的 D 次方求mod N 即可，即密文和自己做 D 次乘法，再對結(jié)果除以 N 求余數(shù)即可得到明文。D 和 N 的組合就是私鑰（private key）。
算法的加密和解密還是很簡單的，可是公鑰和私鑰的生成算法卻不是隨意的。本文在于使用，對生成秘鑰對的算法就暫時忽略。使用 Pycrypto生成秘鑰對很簡單，我們分別為 Master和Ghost各生成一對屬于自己的秘鑰對。
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from Crypto import Randomfrom Crypto.Hash import SHAfrom Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as Signature_pkcs1_v1_5from Crypto.PublicKey import RSA# 偽隨機數(shù)生成器random_generator = Random.new().read# rsa算法生成實例rsa = RSA.generate(1024, random_generator)# master的秘鑰對的生成private_pem = rsa.exportKey()with open('master-private.pem', 'w') as f: f.write(private_pem)public_pem = rsa.publickey().exportKey()with open('master-public.pem', 'w') as f: f.write(public_pem)# ghost的秘鑰對的生成private_pem = rsa.exportKey()with open('master-private.pem', 'w') as f: f.write(private_pem)public_pem = rsa.publickey().exportKey()with open('master-public.pem', 'w') as f: f.write(public_pem) |
所生成的私鑰和公鑰大概是這樣的：
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-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----MIICXQIBAAKBgQDR4Wq9l44lw/thTPyFmSi2hII92EPh90yGXQNL5e7zJPD16j6Qtr+tIPNSQaVrnmNwrtqyEC2x4Meyp3tdCWPYUF11r2GgDgxKfUByetNG4XqJeUKkkJ6D6C706mTf/2zsm8KFoNYCYPX1GhvpiTOikHcNlHLCnOD7jbMAovJg/QIDAQABAoGBAIz8V6+0NxC3bg4WoSs9j1PL/5F7zV3lucoogSZi9vjuP89x40Vi/a9XCxyebHi2lSYEz3P92jQ7QuqIBx6gSCi3p2HLjD5LyQeSSMbPe8KSlf52dBUaPthbBceAIJSBDrE8MKGpulTQKAJ7K3zQUOP2ZZgcKxq2jcQgS6iTENIBAkEA5r7emvwuL0ObMaav4o1Ovb5c6OL7bSm1tuLPSKl05WuNYfE6LkqiwOOn5lPvsqhwyI1dJeywVeQzE+PvcTUR7QJBAOjZ8PxnP5T14fuhbfko4d24Ev+iiTBdq3pMXWvobEFL1ljV6aYE2JAiMjO/Fzd1WgZhWPa3P+diyTs9mART6VECQQC0LeEXdsn9oDYEbFu1dZBB++8C75NTJ5m8iJlB7QjZyMUq8Ln0wdUa9+n4ohxvDraa9EADSDJdr4bvBjLH3J/1AkBr9QfO7kvDU5DXqoujVnoJ4xsj3IbAnt0vEZLKwfLW/0M84si2SU7i3IfsB+/KraT0ilPF50ZAkEN+LNt7PjBRAkAHBBPME7IbFqxi5Cc/6R12DOMiJbOLDTS12b1J1cwGp8WMIERsvwWdJw+4NdqjbJcjzeGrXhDBi//JU902TAwy-----END RSA PRIVATE KEY----------BEGIN PUBLIC KEY-----MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDR4Wq9l44lw/thTPyFmSi2hII92EPh90yGXQNL5e7zJPD16j6Qtr+tIPNSQaVrnmNwrtqyEC2x4Meyp3tdCWPYUF11r2GgDgxKfUByetNG4XqJeUKkkJ6D6C706mTf/2zsm8KFoNYCYPX1GhvpiTOikHcNlHLCnOD7jbMAovJg/QIDAQAB-----END PUBLIC KEY----- |
加密與解密
通常通信的時候，發(fā)送者使用接受者的公鑰加密，接受者使用接受者私鑰解密。
簡而言之，Master給Ghost通信，需要加密內(nèi)容，那么Ghost會生成一個秘鑰對，Ghost的公鑰ghost-public.pem和私鑰ghost-private.pem 。Ghost 把公鑰公開給發(fā)送者，任何人都可以用來加密，然后Master使用ghost-public.pem進(jìn)行加密，然后把內(nèi)容發(fā)給Ghost，Ghost再使用ghost-private.pem進(jìn)行解密。
1.加密（encrypt）
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# Master使用Ghost的公鑰對內(nèi)容進(jìn)行rsa 加密In [12]: message = 'hello ghost, this is a plian text'In [13]: with open('ghost-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 ....:HYQPGB+axWCbPp7PPGNTJEAhVPW0TX5ftvUN2v40ChBLB1pS+PVM3YGT5vfcsvmPZhW8NKVSBp8FwjLUnMn6yXP1O36NaunUzyHwI+cpjlkTwZs3DfCY/32EzeuKuJABin1FHBYUMTOKtHy+eEDOuaJTnZTC7ZBkdha+J88HXSc= |
cipher_text 即 Master加密后將要發(fā)送給Ghost的密文。
2.解密（decrypt）
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# Ghost使用自己的私鑰對內(nèi)容進(jìn)行rsa 解密 In [14]: with open('ghost-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) ....:In [15]: print texthello ghost, this is a plian textIn [16]: assert text == message, 'decrypt falied' |
這樣Ghost就能看到Master所發(fā)的內(nèi)容了，當(dāng)然，如果Ghost想要給Master發(fā)消息，就需要Master先把其的公鑰給Ghost，后者再使用公鑰加密，然后發(fā)送給Master，最后Master使用自己的私鑰解密。
簽名與驗簽
當(dāng)然，對于竊聽者，有時候也可以對偽造Master給Ghost發(fā)送內(nèi)容。為此出現(xiàn)了數(shù)字簽名。也就是Master給Ghost發(fā)送消息的時候，先對消息進(jìn)行簽名，表明自己的身份，并且這個簽名無法偽造。具體過程即Master使用自己的私鑰對內(nèi)容簽名，然后Ghost使用Master的公鑰進(jìn)行驗簽。
簽名
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# Master 使用自己的公鑰對內(nèi)容進(jìn)行簽名In [17]: with open('master-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)In [18]: print signaturejVUcAYfgF5Pwlpgrct3IlCX7KezWqNI5tD5OIFTrfCOQgfyCrOkN+/gRLsMiSDOHhFPj2LnfY4Cr5u4eG2IiH8+uSF5z4gUX48AqCQlqiOTLk2EGvyp+w+iYo2Bso1MUi424Ebkx7SnuJwLiPqNzIBLfEZLA3ov69aDArh6hQiw= |
驗簽
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In [22]: with open('master-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 ....:True |
總結(jié)
Pycrypto提供了比較完善的加密算法。RSA廣泛用于加密與解密，還有數(shù)字簽名通信領(lǐng)域。使用Publick/Private秘鑰算法中，加密主要用對方的公鑰，解密用自己的私鑰。簽名用自己的私鑰，驗簽用對方的公鑰。
- 加密解密：公鑰加密，私鑰解密
- 簽名驗簽：私鑰簽名，公鑰驗簽
無論是加密機密還是簽名驗簽都使用同一對秘鑰對。
