Python學習之加密模組使用詳解

2022-03-28 13:00:51

hashlib 模組

hashlib 模組的介紹

hashlib 模組中擁有很多的加密演演算法，我們並不需要關心加密演演算法的實現方法。只需要呼叫我們需要的加密函數，就可以幫助我們對資料進行加密。

它的加密演演算法有很多，不僅如此，hashlib 中很多加密演演算法加密難度很大，所以加密後的資料很難被破解（這裡的很難被破解是相對而言的，比如MD5、sha1、mysql、ntlm就可以在 cmd5 通過窮舉的方式進行明密文的對應查詢。），這就是 hashlib 強大的地方。既然無法破解也就無法解密，所以hashlib 中的加密方法都是不可逆的。

hashlib 模組中的常用加密方法

接下來就讓我們看一下 hashlib 中常用的加密演演算法：

函數名	引數	介紹	舉例	返回值
md5	byte	md5演演算法加密	hashlib.md5(b’hello’)	hash物件
sha1	byte	sha1演演算法加密	hashlib.sha1(b’hello’)	hash物件
sha256	byte	sha256演演算法加密	hashlib.sha256(b’hello’)	hash物件
sha512	byte	sha512演演算法加密	hashlib.512(b’hello’)	hash物件

以上的加密函數都有一個 byte 型別的引數，通過呼叫對應的函數會返回一個 hash物件。所謂 hashlib 就是一種加密方式。

sha1、sha256、sha512 的區別就是數值越高，被破解的概率就越低。

hashlib 模組生成加密字串範例：

import hashlib

hashobj = hashlib.md5(b'Hello_World')	# 將 'Hello_World'以 byte 形式傳入，通過 md5 加密 賦值給 hashobj 物件
result = hashobj.hexdigest()			# hashobj 通過 hexdigest() 函數的16進位制生成加密字串賦值給 result
print(result)

# >>> 執行結果如下：
# >>> 486b98e454e54f44e811b9c62857f8f7

hashlib模組情景練習

大家可能有一個疑問， hashlib 模組加密後的無法解密獲取原始資料，那我們加密後的資訊有什麼用呢？實際上場景有很多，我們今天就來舉例一個場景。

比如我們的使用者需要某一個服務的幫助，使用者每次請求服務都需要一個憑證。這個憑證資訊是通過加密的方式生成的字串，並且該加密方式是雙方達成一致，標準相同的。當用戶請求該服務的時候，帶上這個加密的字串，服務會通過響應的加密規範也生成一個字串。如果使用者帶過來的憑證的字串與服務計算出來的憑證的字串完全一致，則證明使用者請求的這個服務是一個合法的請求，反之則不合法。

那麼定義這樣一個認證簽名字串就需要兩個資料和一個模組，模組就是 hashlib ，資料1就是使用者與服務之間達成共識的一個基礎簽名，我們定義它為 bash_sign ；資料2我們可以使用使用者請求服務生成憑證的時間戳，我們定義它為 user_timestamp 。

程式碼範例如下：

# coding:utf-8


import hashlib
import time

bash_sign = 'signature'  # 定義一個基礎簽名變數

def user_request_client():          # TODO 使用者簽名
    user_time = int(time.time())    # 獲取使用者請求服務生成憑證的時間戳 ；python 的時間戳是浮點型別，這裡轉成整型。
    _token = '%s%s' % (bash_sign, user_time)             # 定義一個加密之前的token，將 bash_sign 與 user_time 傳入
    hashobj = hashlib.sha1(_token.encode('utf-8'))       # 由於引數是 byte 型別，所以我們需要將 _token 進行編碼
    user_token = hashobj.hexdigest()        # 將 bash_sign 與 user_time 通過 sha1 加密的字串 賦值給 user_token
    return user_token, user_time


def service_check_token(token, user_timestamp):          # TODO 伺服器校驗簽名
    _token = '%s%s' % (bash_sign, user_timestamp)        # 伺服器接收使用者請求傳入的 token 與 時間戳
    service_token = hashlib.sha1(_token.encode('utf-8')).hexdigest()     # 伺服器的 token ，加密方式與使用者請求加密方式一致
    if token == service_token:      # 校驗加密串的合法性，若校驗不通過，拒絕使用者的服務請求
        # print(token, '---', user_timestamp)
        return True
    else:
        return False


if __name__ == '__main__':
    need_help_token, timestamp = user_request_client()
    # time.sleep(1)                 # 取消註釋後，時間錯不一致則會 簽名校驗不通過
    # result = service_check_token(need_help_token, time.time())
    
    result = service_check_token(need_help_token, timestamp)
    if result == True:
        print('使用者請求服務簽名校驗通過，伺服器提供對應服務')
    else:
        print('使用者請求服務簽名校驗未通過，伺服器拒絕提供對應服務')
        
# >>> 執行結果如下：
# >>> 使用者請求服務簽名校驗通過，伺服器提供對應服務

所以這一種驗證需要兩個方面，第一個就是我們生成傳入的 token 以及時間戳，第二個就是 token 是否是按照我們定義好的標準生成的；

這兩個不管是那一個出錯了，伺服器校驗簽名都是不通過。這也是 hashlib 模組常用的場景之一，大家也可以嘗試拓展一下思維，還有哪些場景適用於這種不可逆的演演算法。

base64 模組

base64 模組的介紹

base64 加密模組也是一種通用型的加密演演算法，與之前我們講的 json 模組一樣，在很多程式語言中都有 base64模組且功能基本相同。所以在任何程式語言中，都可以將base64加密的字串進行解密。

既然都可以進行解密，那麼帶來的問題就是沒有安全可言了。其實不然，我們自然有辦法去解決。稍後我們通過一個小練習來解決這個問題。

base64 模組模組中的常用方法

函數名	引數	介紹	舉例	返回值
encodestring	byte	進行base64加密	base64.encodestring(b’string’)	byte
decodestring	byte	進行base64解密	base64.decodestring(b’c3RyaW5nn’)	byte
encodebytes	byte	進行base64加密	base64.encodebytes(b’string’)	byte
decodebytes	byte	進行base64解密	base64.decodebytes(b’c3RyaW5nn’)	byte

注意：encodestring()函數與 decodestring() 函數雖然從名字上來看是對字串進行加密解密，但是在用法上需要對字串進行 byte 型別的轉換，然後再執行對應的加密解密操作。

encodebytes()函數與 decodebytes() 函數功能、引數、返回值與字串加解密一致，實際上在 python3.x 中，官方更推薦使用著一組函數進行加密和解密。

base64 模組的情景練習

接下來我們看一下 base64 模組的加解密演示那裡：

注意：由於無論如何我們都需要通過 byte 型別進行資料的加密與解密，所以我們可以對加密、解密進行一個封裝。

# coding:utf-8


import base64


def encode(data):       # 編碼函數
    if isinstance(data, str):           # 判斷傳入的 data 的資料型別
        data = data.encode('utf-8')
    elif isinstance(data, bytes):
        data = data
    else:
        raise TypeError('傳輸的 'data' 引數需為 bytes 或 str 型別')

    # print(base64.encodebytes(data))
    # print(base64.encodebytes(data).decode('utf-8'))
    return base64.encodebytes(data).decode('utf-8')     # 加密後的 data 格式為byte型別，需要進行解碼為字串，參考上兩行程式碼


def decone(data):
    if not isinstance(data, bytes):
        raise TypeError('傳輸的 'data' 引數需為 bytes 型別')

    return base64.decodebytes(data).decode('utf-8')


if __name__ == '__main__':
    result = encode('signature')
    print('base64 編碼後的結果為:', result)

    new_result = decone(result.encode('utf-8'))
    print('base64 解碼後的結果為:', new_result)
    
# >>> 執行結果如下：
# >>> base64 編碼後的結果為: c2lnbmF0dXJl
# >>> base64 解碼後的結果為: signature

但是就像上文我們提及的一樣，既然所有人都知道 base64 的加密方式與解密方式，那我們該如何是好呢？其實也很簡單，那就是對我們的 base64 加密的密文進行字串替換的二次輸出。(所謂的二次輸出，其實就是二次轉換的過程。)

比如我們定義三個字串專門用作加密後的某個字元的替換，程式碼範例如下：

# coding:utf-8


import base64


replace_one = '$'
replace_two = '%'
replace_three = '='


def encode(data):       # 編碼函數
    if isinstance(data, str):           # 判斷傳入的 data 的資料型別
        data = data.encode('utf-8')
    elif isinstance(data, bytes):
        data = data
    else:
        raise TypeError('傳輸的 'data' 引數需為 bytes 或 str 型別')

    # print(base64.encodebytes(data))
    # print(base64.encodebytes(data).decode('utf-8'))
    _data = base64.encodebytes(data).decode('utf-8')     # 加密後的 data 格式為byte型別，需要進行解碼為字串，參考上兩行程式碼
    _data = _data.replace('c', replace_one).replace('2', replace_two).replace('l', replace_three)   # 替換 'c'、'2'、'l'
    return _data

def decone(data):
    if not isinstance(data, bytes):
        raise TypeError('傳輸的 'data' 引數需為 bytes 型別')

    return base64.decodebytes(data).decode('utf-8')


if __name__ == '__main__':
    result = encode('signature')
    print('base64 編碼後的結果為:', result)

    new_result = decone(result.encode('utf-8'))
    print('base64 解碼後的結果為:', new_result)

執行結果如下：

既然加密進行了二次轉換，那麼解密的時候同樣需要進行二次轉換才行，所以我們需要重構一下 decone() 函數。

def decone(data):
    if not isinstance(data, bytes):
        raise TypeError('傳輸的 'data' 引數需為 bytes 型別')

    replace_one_decone = replace_one.encode('utf-8')        # 需要將二次轉換的變數已 byte 的形式進行解碼
    replace_two_decone = replace_two.encode('utf-8')
    replace_three_decone = replace_three.encode('utf-8')

    data = data.replace(replace_one_decone, b'c').replace(replace_two_decone, b'2').replace(replace_three_decone, b'l')

    return base64.decodebytes(data).decode('utf-8')

執行結果如下：