23、Python之加密&解密以及加签&验签

一、rsa基本原理

     关于加密与加签其目的就是为了保证数据传输的安全性，加签的作用就像签名，告诉别人这个就是我发的数据，别人无法模仿，加密的作用是传输的报文是一串密文，他人无法看懂什么意思，下图描述了使用rsa进行加签，加密，验签，解密的过程。

 

       AB双方生成2对秘钥，A用自己的私钥进行签名（表示是自己发的数据），然后用B的公钥进行加密（这个数据是密文，第三方压根看不懂），B在接收到A发过来的数据时，先用B的私钥进行解密（嘿嘿，只有我能解密），随后用A的公钥进行验签（嗯，就是A发过来的数据），最终使用A传过来的明文进行后续业务处理（上图中B端数据描述不太准确，忽略，懒的画图）。后续通信亦是如此！

二、python中rsa操作

     python中使用rsa模块，首先我们要先生成2对秘钥值，在python中使用下面代码生成秘钥值（记得生成2对）。

import rsa

import base64
# 生成密钥
(pubkey, privkey) = rsa.newkeys(1024)
# 保存密钥
with open('public.pem', 'w+') as f:
    f.write(pubkey.save_pkcs1().decode())

with open('private.pem', 'w+') as f:
    f.write(privkey.save_pkcs1().decode())

生成的2对秘钥如下：

import rsa,json
import base64
def encrypt_data(message):
    data = {}
    data['message'] = message
    print("明文:%s" % data)
    #用A的私钥加签
    str_data = json.dumps(data)
    with open('a_private.pem', 'r') as f:
        privkey = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(f.read().encode())
        signature = rsa.sign(str_data.encode('utf-8'), privkey, 'SHA-1')
        sign = base64.b64encode(signature)
        data['sign'] = sign.decode()
    str_data = json.dumps(data)

    #用B的公钥加密
    finally_data = {}
    PAGE_SIZE = 110  # 每页大小 因为加密最大长度为117 需要进行切片加密
    data_lengh = len(str_data) - 1
    pages = data_lengh // PAGE_SIZE if (data_lengh % PAGE_SIZE) == 0 else data_lengh // PAGE_SIZE + 1
    with open('b_public.pem', 'r') as f:
        pubkey = rsa.PublicKey.load_pkcs1(f.read().encode())
    for page in range(pages):
        if page < pages - 1:
            value = str_data[PAGE_SIZE * page:PAGE_SIZE * (page + 1)]
        else:
            value = str_data[PAGE_SIZE * page:]
        encrypt_data = rsa.encrypt(value.encode('utf-8'),pubkey)
        finally_data[page] = base64.b64encode(encrypt_data).decode()

    print("加签后的密文:" , finally_data)
    return finally_data

def decry_data(encrypt_message):
    #B的私钥解密
    with open('b_private.pem', 'r') as f:
        privkey = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(f.read().encode())
    final_data = ''
    for index in encrypt_message:
        temp_data = base64.b64decode(encrypt_message[index])
        data = rsa.decrypt(temp_data,privkey).decode()
        final_data = final_data + data
    print("解密后的明文:%s" % final_data)
    #A的公钥验签
    with open('a_public.pem', 'r') as f:
        pubkey = rsa.PublicKey.load_pkcs1(f.read().encode())
    message  = {}
    final_data = json.loads(final_data)
    message['message'] = final_data['message']
    sign = base64.b64decode(final_data['sign'])
    message_str = json.dumps(message)
    result = rsa.verify(message_str.encode("utf-8"), sign, pubkey)
    print("明文:%s,验签结果:%s" % (message_str,result))
data = encrypt_data("hi,I am A")
decry_data(data)

上面的代码即实现了上图的通信，下面描述一下整个过程：

 A端要发送的数据是：data=['message'] = 'hi,I am A'。于是A开始进行安全性操作，

        第一步：用a自己的私钥进行加签，获得签名值sign，之后又用base64做了一个编码，然后将签到值存放在data中。

        第二步，进行加密，由于rsa只能支持117位的数据的加密，因此需要对进行加密的数据进行切割再加密，对切割的每段进行加密之后再使用base64进行编码最终将加密后的数据发送出去。

B端接收数据：

        第一步，对每段加密的报文进行base64解码，然后再进行rsa解密。

        第二步，拿到解密后的报文，其中包含A传输过来的明文和签名值，对签名值进行base64进行解码，然后对A发送过来的数据进行验签，一切顺利后，即认为报文的是正确的且安全性的。

注解：在这个过程中存在很多编码的问题，应当小心。