Python密码学概述双倍强度加密教程

下面是Python密码学概述双倍强度加密教程的完整攻略，包括了基本概念、双倍强度加密的实现方法以及两个示例。

基本概念

密码学是一门研究如何保证信息安全的学科，主要涉及到加密算法、解密算法和密钥管理，其中密钥是加密解密的关键。

双倍强度加密是一种保护数据安全的强大技术，它将一个密钥与另一个密钥结合起来，产生更高的安全性。

双倍强度加密的实现方法

Python密码学库PyCryptodome可用于执行各种密码操作，包括双倍强度加密。

下面是Python双倍强度加密的简单教程：

• 写入您的Python代码

from Crypto.Cipher import AES

def encrypt(key, plaintext):
    iv = b'0000000000000000'
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    plen = 16 - divmod(len(plaintext), 16)[1]
    padding = [plen]*plen
    padding = pack('b'*plen, *padding)
    ciphertext = cipher.encrypt(plaintext + padding)
    return ciphertext

def decrypt(key, ciphertext):
    iv = b'0000000000000000'
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
    return plaintext[:-plaintext[-1]]

以上代码使用了Python的内置模块AES，这是一种常用的加密模块。该模块采用AES算法来创建加密/解密密码。

• 生成随机密钥

import os
key = os.urandom(32)

在上面的代码中，我们使用了Python的内置os模块来生成一个32字节的随机密钥。

• 加密与解密

plaintext = 'Hello World! This is a test message.'
ciphertext = encrypt(key, plaintext)
decrypted = decrypt(key, ciphertext)

运行上面的代码，将生成密文并将其解密为原始文本。解密输出应该与原始明文字符串相同。

示例1：双倍强度加密的文件传输

示例1演示了如何使用Python的双倍强度加密技术从一个文件传输到另一个文件。

from Crypto.Cipher import AES
import os

def encrypt_file(key, in_file, out_file=None, chunk_size=64*1024):
    """ 文件加密 """
    if not out_file:
        out_file = in_file + '.enc'
    iv = os.urandom(16)
    encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    file_size = os.path.getsize(in_file)

    with open(in_file, 'rb') as infile:
        with open(out_file, 'wb') as outfile:
            outfile.write(file_size.to_bytes(8, byteorder='big'))
            outfile.write(iv)

            while True:
                chunk = infile.read(chunk_size)
                if len(chunk) == 0:
                    break
                elif len(chunk) % 16 != 0:
                    chunk += b' ' * (16 - len(chunk) % 16)

                outfile.write(encryptor.encrypt(chunk))

def decrypt_file(key, in_file, out_file=None, chunk_size=24*1024):
    """ 文件解密 """
    if not out_file:
        out_file = os.path.splitext(in_file)[0]
    iv = b''
    with open(in_file, 'rb') as infile:
        file_size = int.from_bytes(infile.read(8), byteorder='big')
        iv = infile.read(16)
        decryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

        with open(out_file, 'wb') as outfile:
            while True:
                chunk = infile.read(chunk_size)
                if len(chunk) == 0:
                    break
                outfile.write(decryptor.decrypt(chunk))

            outfile.truncate(file_size)

# 生成新密钥
key = os.urandom(32)

# 加密文件
file_path = "sample.txt"
encrypt_file(key, file_path)

# 解密文件
encrypted_file_path = "sample.txt.enc"
decrypt_file(key, encrypted_file_path)

• 以上代码中的加密和解密函数将使用指定的AES密钥来加密或解密一个文件，并使用CBC模式 (密文块链接模式) 将初始化向量追加到输出文件开头。使用“块大小”设置，允许对大文件进行操作。文件的完整性得到了保证，因为文件大小被隐含在输出文件的头部。
• 获取文件大小可确保在解密时截断不必要的填充。

示例2：双倍强度加密的网络通信

示例2演示了如何在Python的网络通信中使用双倍强度加密技术。

下面是使用Python套接字库进行TCP服务器，客户机模拟以及双倍强度加密的Python代码：

import socket
import sys
from Crypto.Cipher import AES

def pad(s):
    return s + b"\0" * (AES.block_size - len(s) % AES.block_size)

def encrypt(key, plaintext):
    plaintext = pad(plaintext)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, 'This is an IV456')
    ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)
    return ciphertext

def decrypt(key, ciphertext):
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, 'This is an IV456')
    plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
    return plaintext.rstrip(b"\0")

def server():
    # 创建TCP/IP socket
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 绑定端口号
    server_address = ('localhost', 9999)
    print('starting up on {} port {}'.format(*server_address))
    sock.bind(server_address)

    # 监听连接
    sock.listen(1)

    while True:
        print('waiting for a connection')
        connection, client_address = sock.accept()
        try:
            print('client connected:', client_address)
            while True:
                data = connection.recv(2048)
                if data:
                    # 对接收到的数据进行解密
                    decrypted_data = decrypt(key, data)
                    print('received:', decrypted_data.decode())
                    # 对要发送的数据进行加密
                    message = 'ACK ' + decrypted_data.decode()
                    encrypted_message = encrypt(key, message.encode())
                    connection.sendall(encrypted_message)

                else:
                    print('no data from', client_address)
                    break

        finally:
            # 关闭连接
            connection.close()

def client():
    # 创建TCP/IP socket
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 连接到服务器
    server_address = ('localhost', 9999)
    print('connecting to {} port {}'.format(*server_address))
    sock.connect(server_address)

    try:
        # 发送数据
        message = 'Hello World! This is a test message.'
        encrypted_message = encrypt(key, message.encode())
        print('sending:', message)
        sock.sendall(encrypted_message)

        # 接收数据
        data = sock.recv(2048)
        # 对接收到的数据进行解密
        decrypted_data = decrypt(key, data)
        print('received:', decrypted_data.decode())

    finally:
        # 关闭连接
        print('closing socket')
        sock.close()

# 生成新密钥
key = os.urandom(32)

# 启动服务器
server_process = multiprocessing.Process(target=server)
server_process.start()

# 启动客户端
client_process = multiprocessing.Process(target=client)
client_process.start()

# 等待进程结束 
server_process.join()
client_process.join()

• 该代码定义了两个函数：一个用于加密，一个用于解密。
• 套接字用于在两个进程间进行通信。服务器在地址localhost:9999上侦听连接。客户端打开套接字以连接到服务器，并发送消息。
• 在接收到消息后，服务器将对其进行解密，并返回加密的确认消息。