Python工具箱系列(十二)

在计算机世界里只有二进制。唯有人类才会对数据进行类型与价值判断。例如，认为某些文件是文本文件、是WORD/EXCEL文件或者是图片。对于加密算法来说也是一样的，加解密算法处理的只是字节流，根本不关心所谓的文件类型。对于文件来说，存在以下基本操作：

◆ open

◆ close

◆ read

◆ write

◆ delete

在Unix世界中，更是将文件这一概念发挥到极致，认为万物都是文件，都可以用基本类似的方式来打开，也就是所谓的原语。python也不例外，提供了内置的文件操作函数。下面的代码就演示了如何将word文档进行加密。假设我们用WORD文档写了一段文字，内容如下图所示。

这当然是一首曹操的名诗，我们使用AES算法来加解密。AES是一种十分成熟、安全、国际通用的对称密码的加密解密算法，供AES加密解密的重要参数就是密钥。这个密钥只是一个随机字符串，通常是128位或256位字长。AES加密解密所用的密钥与其它密码算法没有任何区别。废话不说，直接上代码。

import os
import struct
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad

defaultsize = 64*1024

def encrypt_file(key, in_filename, out_filename=None, chunksize=defaultsize):
    """
    对文件进行加密

    Args:
        key (str): 16字节密钥
        in_filename (str): 待加密文件
        out_filename (str, optional): 加密后输出的文件
        chunksize (int, optional): 块大小，缺省64k
    """
    if not out_filename:
        out_filename = in_filename + '.enc'
    iv = os.urandom(16)
    encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    filesize = os.path.getsize(in_filename)
    with open(in_filename, 'rb') as infile:
        with open(out_filename, 'wb') as outfile:
            outfile.write(struct.pack('<Q', filesize))
            outfile.write(iv)
            pos = 0
            while pos < filesize:
                chunk = infile.read(chunksize)
                pos += len(chunk)
                if pos == filesize:
                    chunk = pad(chunk, AES.block_size)
                outfile.write(encryptor.encrypt(chunk))


def decrypt_file(key, in_filename, out_filename=None, chunksize=defaultsize):
    """
    解密文件

    Args:
        key (str): 16字节密钥
        in_filename (str): 待解密文件
        out_filename (str, optional): 解密后输出的文件
        chunksize (int, optional): 块大小，缺省64K
    """
    if not out_filename:
        out_filename = in_filename + '.dec'
    with open(in_filename, 'rb') as infile:
        filesize = struct.unpack('<Q', infile.read(8))[0]
        iv = infile.read(16)
        encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
        with open(out_filename, 'wb') as outfile:
            encrypted_filesize = os.path.getsize(in_filename)
            pos = 8 + 16  # the filesize and IV.
            while pos < encrypted_filesize:
                chunk = infile.read(chunksize)
                pos += len(chunk)
                chunk = encryptor.decrypt(chunk)
                if pos == encrypted_filesize:
                    chunk = unpad(chunk, AES.block_size)
                outfile.write(chunk)

   
# 密钥，随便写，使用时只使用前16字节
key = 'stayhungrystayfoolish'

def test_enc():
    sourcefilename=r'../resources/神龟虽寿.docx'
    encrypt_file(key[:16].encode('utf-8'), sourcefilename)

def test_dec():
    sourcefilename=r'../resources/神龟虽寿.docx.enc'
    targetfilename=r'../resources/decrypt.docx'
    decrypt_file(key[:16].encode('utf-8'), sourcefilename,out_filename=targetfilename)
    
if __name__ == '__main__':
    test_enc()
    test_dec()

我们这里使用128位密钥进行加解密，加密后的文件微软的WORD也打不开，内部结构已经完全改变，而解密后文件与原文档没有区别。从代码可以看出，本文提供的对文件的加解密与文件类型没有关系，完全可以用此算法对音乐、视频等进行加解密，如果再配合使用QT等开发工具，可以进一步升级为易于使用的GUI界面的文件加解密器。补充一点，上述的加解密算法库需要安装对应的包，使用以下命令即可。

pip install PyCryptodome