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python非對(duì)稱加密算法RSA實(shí)現(xiàn)原理與應(yīng)用詳解

 更新時(shí)間:2024年09月14日 11:09:30   作者:景天科技苑  
RSA加密算法是一種非對(duì)稱加密算法,RSA算法的安全性基于大數(shù)分解的困難性,即已知兩個(gè)大素?cái)?shù)p和q的乘積n,求解p和q非常困難,RSA算法廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)加密和數(shù)字簽名等領(lǐng)域,本文將詳細(xì)介紹如何在Python中使用RSA算法進(jìn)行加密和解密,需要的朋友可以參考下

引言

RSA加密算法是一種非對(duì)稱加密算法,由羅納德·李維斯特(Ron Rivest)、阿迪·沙米爾(Adi Shamir)和倫納德·阿德曼(Leonard Adleman)在1977年提出。RSA算法的安全性基于大數(shù)分解的困難性,即已知兩個(gè)大素?cái)?shù)p和q的乘積n,求解p和q非常困難。RSA算法廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)加密和數(shù)字簽名等領(lǐng)域。

本文將詳細(xì)介紹如何在Python中使用RSA算法進(jìn)行加密和解密,包括密鑰對(duì)的生成、加密過程、解密過程以及簽名和驗(yàn)證簽名的過程。同時(shí),將結(jié)合具體案例進(jìn)行說明。

一、安裝所需庫(kù)

在Python中使用RSA算法,首先需要安裝pycryptodome庫(kù)。這個(gè)庫(kù)提供了完整的RSA加密和解密功能??梢允褂胮ip命令進(jìn)行安裝:

pip install pycryptodome

二、生成RSA密鑰對(duì)

RSA加密的第一步是生成一對(duì)密鑰:公鑰和私鑰。公鑰用于加密數(shù)據(jù),私鑰用于解密數(shù)據(jù)。公鑰可以公開,而私鑰需要保密。

示例代碼

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Random import get_random_bytes

# 生成RSA密鑰對(duì)
key = RSA.generate(2048)  # 生成2048位的密鑰

# 導(dǎo)出密鑰
private_key = key.export_key()
with open("private.pem", "wb") as f:
    f.write(private_key)

public_key = key.publickey().export_key()
with open("public.pem", "wb") as f:
    f.write(public_key)

print("私鑰已保存到private.pem")
print("公鑰已保存到public.pem")

上述代碼生成了一對(duì)2048位的RSA密鑰對(duì),并將私鑰和公鑰分別保存到private.pempublic.pem文件中。

三、使用公鑰加密數(shù)據(jù)

有了公鑰后,就可以使用公鑰對(duì)明文數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。加密后的數(shù)據(jù)只有對(duì)應(yīng)的私鑰才能解密。

示例代碼

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
import base64

# 加載公鑰
with open("public.pem", "rb") as f:
    public_key = RSA.import_key(f.read())

# 明文數(shù)據(jù)
message = "Hello, RSA Encryption!".encode('utf-8')

# 使用公鑰加密
cipher = PKCS1_OAEP.new(public_key)
encrypted_message = cipher.encrypt(message)

# 將加密后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為base64編碼,便于存儲(chǔ)和傳輸
encrypted_message_b64 = base64.b64encode(encrypted_message).decode('utf-8')
print("加密后的數(shù)據(jù)(Base64編碼):", encrypted_message_b64)

注意,這里使用了PKCS1_OAEP填充模式進(jìn)行加密,它提供了比PKCS1_v1_5更好的安全性。

四、使用私鑰解密數(shù)據(jù)

在收到加密的數(shù)據(jù)后,可以使用對(duì)應(yīng)的私鑰進(jìn)行解密,還原出原始的明文數(shù)據(jù)。

示例代碼

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
import base64

# 加載私鑰
with open("private.pem", "rb") as f:
    private_key = RSA.import_key(f.read())

# 加密數(shù)據(jù)(這里用之前生成的加密數(shù)據(jù))
encrypted_message_b64 = "你的加密數(shù)據(jù)(Base64編碼)"
encrypted_message = base64.b64decode(encrypted_message_b64)

# 使用私鑰解密
cipher = PKCS1_OAEP.new(private_key)
decrypted_message = cipher.decrypt(encrypted_message)

print("解密后的數(shù)據(jù):", decrypted_message.decode('utf-8'))

encrypted_message_b64替換為實(shí)際接收到的加密數(shù)據(jù)的Base64編碼字符串。

五、RSA簽名與驗(yàn)證

除了加密和解密外,RSA還可以用于數(shù)字簽名,以確保數(shù)據(jù)的完整性和來源的可靠性。簽名過程使用私鑰,驗(yàn)證過程使用公鑰。

簽名過程

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Signature import pkcs1_15
from Crypto.Hash import SHA256

# 加載私鑰
with open("private.pem", "rb") as f:
    private_key = RSA.import_key(f.read())

# 待簽名的數(shù)據(jù)
message = "這是一份需要簽名的文件內(nèi)容".encode('utf-8')

# 使用SHA256哈希函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希
h = SHA256.new(message)

# 使用私鑰進(jìn)行簽名
signer = pkcs1_15.new(private_key)
signature = signer.sign(h)

# 將簽名轉(zhuǎn)換為base64編碼
signature_b64 = base64.b64encode(signature).decode('utf-8')
print("簽名(Base64編碼):", signature_b64)

驗(yàn)證過程

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Signature import pkcs1_15
from Crypto.Hash import SHA256
import base64

# 加載公鑰
with open("public.pem", "rb") as f:
    public_key = RSA.import_key(f.read())

# 待驗(yàn)證的數(shù)據(jù)和簽名
message = "這是一份需要簽名的文件內(nèi)容".encode('utf-8')
signature_b64 = "你的簽名(Base64編碼)"
signature = base64.b64decode(signature_b64)

# 使用SHA256哈希函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希
h = SHA256.new(message)

# 使用公鑰驗(yàn)證簽名
verifier = pkcs1_15.new(public_key)
if verifier.verify(h, signature):
    print("簽名驗(yàn)證成功,數(shù)據(jù)未被篡改。")
else:
    print("簽名驗(yàn)證失敗,數(shù)據(jù)可能被篡改。")

signature_b64替換為實(shí)際接收到的簽名的Base64編碼字符串。

六、實(shí)際應(yīng)用案例

案例背景

假設(shè)Alice是一家公司的業(yè)務(wù)員,她在外地考察商機(jī)并發(fā)現(xiàn)了重要的商業(yè)信息。她需要將這個(gè)信息通過電子郵件發(fā)送給公司經(jīng)理Bob。然而,電子郵件傳輸過程中存在安全風(fēng)險(xiǎn),如數(shù)據(jù)被抓包、郵箱密碼泄露等。為了確保信息的安全傳輸,Alice決定使用RSA加密算法對(duì)郵件內(nèi)容進(jìn)行加密,并使用私鑰對(duì)郵件進(jìn)行簽名,以確保郵件的完整性和來源的可靠性。

加密與簽名過程

  1. Alice生成RSA密鑰對(duì):Alice使用Python的pycryptodome庫(kù)生成一對(duì)RSA密鑰對(duì),并將公鑰發(fā)送給Bob。

  2. Alice加密郵件內(nèi)容:Alice將發(fā)現(xiàn)的商業(yè)信息作為明文,使用Bob的公鑰進(jìn)行加密,得到密文。

  3. Alice簽名郵件內(nèi)容:Alice使用自己的私鑰對(duì)郵件內(nèi)容進(jìn)行簽名,得到簽名信息。

  4. Alice發(fā)送郵件:Alice將加密后的郵件內(nèi)容和簽名信息一起通過電子郵件發(fā)送給Bob。

解密與驗(yàn)證過程

  1. Bob接收郵件:Bob收到Alice發(fā)送的加密郵件和簽名信息。

  2. Bob解密郵件內(nèi)容:Bob使用自己的私鑰對(duì)加密的郵件內(nèi)容進(jìn)行解密,還原出原始的商業(yè)信息。

  3. Bob驗(yàn)證簽名:Bob使用Alice的公鑰對(duì)簽名信息進(jìn)行驗(yàn)證,確保郵件在傳輸過程中未被篡改,并且確實(shí)是Alice發(fā)送的。

示例代碼

這里只給出Alice加密和簽名的部分代碼,Bob的解密和驗(yàn)證過程與前面介紹的過程類似。

Alice端代碼

# 假設(shè)Alice已經(jīng)獲得了Bob的公鑰,并保存在bob_public.pem文件中

# 加密郵件內(nèi)容
encrypted_email_content = rsa_encrypt("重要商業(yè)信息".encode('utf-8'), bob_public_key)

# 簽名郵件內(nèi)容
signature = rsa_sign("重要商業(yè)信息".encode('utf-8'), alice_private_key, 'SHA-256')

# Alice將encrypted_email_content和signature通過電子郵件發(fā)送給Bob

注意:rsa_encryptrsa_sign函數(shù)是自定義的,用于封裝加密和簽名的過程,具體實(shí)現(xiàn)可以參考前面的示例代碼。

七、總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了在Python中使用RSA算法進(jìn)行加密、解密、簽名和驗(yàn)證簽名的過程。通過結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例,展示了RSA算法在數(shù)據(jù)安全傳輸中的重要作用。希望大家通過本文能夠掌握RSA算法的基本原理和Python實(shí)現(xiàn)方法,并在實(shí)際工作中加以應(yīng)用。

以上就是python非對(duì)稱加密算法RSA實(shí)現(xiàn)原理與應(yīng)用的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于python非對(duì)稱加密算法RSA的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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