10.python3标准库--加密

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加密可以保护消息安全，以便验证其正确性并保护消息不被截获。
python的加密支持包括hashlib和hmac，hashlib使用标准算法生成消息内容签名，hmac则用于验证消息在传输过程中未被修改
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（一）hashlib：密码散列

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hashlib模块定义了一个api来访问不同的密码散列算法。
要使用一个特定的散列算法，可以用适当的构造器函数或者new方法来创建一个散列对象。
不论是用哪个具体的算法，这些对象都使用相同的api
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1.散列算法

import hashlib
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由于hashlib有OpenSSL提供底层支持，所以OpenSSL库提供的所有算法都可以用，
比如：md5,sha1,sha224,sha256,sha384,sha512

有些算法在所有平台上都可以用，有些则依赖于底层库。这两类算法分别由algorithms_guaranteed和algorithms_available提供
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print(", ".join(sorted(hashlib.algorithms_guaranteed)))
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blake2b, blake2s, md5, sha1, sha224, sha256, sha384, sha3_224, sha3_256, sha3_384, sha3_512, sha512, shake_128, shake_256
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print(", ".join(sorted(hashlib.algorithms_available)))
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0, SHA1, SHA224, SHA256, SHA384, SHA512, blake2b, blake2b512, blake2s, blake2s256, md4, md5, md5-sha1, mdc2, ripemd160, sha1, sha224, sha256, sha384, sha3_224, sha3_256, sha3_384, sha3_512, sha512, shake_128, shake_256, whirlpool
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2.md5示例

import hashlib

# 创建一个md5散列对象
m = hashlib.md5()
# 传入二进制数据
data = "从前有座山".encode("utf-8")
m.update(data)
# 获取加密后的值，digest是二进制，hexdigest则是十六进制
print(m.digest())  # b'pI;\x82^~\xf7;z:\x89\xf5\xdc\xfbd\x04'
print(m.hexdigest())  # b'pI;\x82^~\xf7;z:\x89\xf5\xdc\xfbd\x04'

　　

3.sha1示例

import hashlib

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虽然加密方式不一样，但是api都是一样的
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# 创建一个sha1散列对象
m = hashlib.sha1()
# 传入二进制数据
data = "从前有座山".encode("utf-8")
m.update(data)
# 获取加密后的值，digest是二进制，hexdigest则是十六进制
print(m.digest())  # b'A\xe6\x19\x8d\xca\xa9vV\xaf)\xf9\x9a\x91\xaf \x8d\x18PS\xcf'
print(m.hexdigest())  # 41e6198dcaa97656af29f99a91af208d185053cf

　　

4.按名创建散列

import hashlib

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虽然哈希是很难破解的，但是现在可能会通过撞库。
就是先准备大量的数据，然后生成哈希值。然后通过哈希值再反过来推测出原来的值，就是碰运气。
但是也可能真的中了，因此我们可以进行一个加盐操作。
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m = hashlib.md5(b"xxx")
# 就是按照我指定的参数进行加密，这样就基本不可能破解了
m.update("从前有座山".encode("utf-8"))
print(m.hexdigest())  # a11346465f75d703a166b3c2d30d599a

　　

5.增量更新

import hashlib

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update可以反复调用的，不一定非要将整个文件进行一次性加密
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data = "abcde"
m = hashlib.md5()
m.update(data.encode("utf-8"))
print(m.hexdigest())  # ab56b4d92b40713acc5af89985d4b786

m2 = hashlib.md5()
m2.update("从".encode("utf-8"))
m2.update("前".encode("utf-8"))
m2.update("有".encode("utf-8"))
m2.update("座".encode("utf-8"))
m2.update("山".encode("utf-8"))
print(m.hexdigest())  # ab56b4d92b40713acc5af89985d4b786

　　

（二）hmac：密码消息签名与验证

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hmac算法可以用于验证信息的完整性，这些信息可能在应用之间传递，或者存储在一个可能有安全威胁的地方。
基本思想是生成实际数据的一个密码散列，并提供一个共享的秘密秘钥。
然后使用得到的散列检查所传输或存储的消息，以确定一个信任级别，而不传输秘密秘钥
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1.消息签名

import hmac

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new函数会创建一个新对象来计算消息签名
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digest_maker = hmac.new("秘密秘钥".encode("utf-8"))

# 默认使用md5
digest_maker.update(b"aaaaaa")
print(digest_maker.hexdigest())  # b031cd2f7e9d4db62339130734b48152

　　

2.候选摘要类型

import hmac

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尽管hmac的默认密码算法是md5，但这并不是最安全的方法。md5散列值有一些缺点，如冲突。
一般认为sha1算法更健壮，更建议使用
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digest_maker = hmac.new("秘密秘钥".encode("utf-8"), b"", "sha1")

# 默认使用md5
digest_maker.update(b"aaaaaa")
print(digest_maker.hexdigest())  # ed4138f1e4b9dccb616d04750d45c85d6c5bc95c

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new函数有三个参数，第一个参数是秘钥，这个秘钥会在通信双方之间共享，使两段都可以使用相同的值。
第二个参数是一个初始的消息，如果传输的消息很小，那么就可以把消息内容作为第二个参数传进去，而不需要使用update。
第三个参数则是使用的摘要模块(即使用什么算法)。默认使用hashlib.md5，但是我们传入了"sha1"，那么会使用hashlib.sha1算法
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（三）secrets

import secrets

# secrets貌似是python3.6里新增的模块，先来看看api
# secrets.choice(iterable),从可迭代对象里随机选择一个元素并返回
# secrets.randbelow(n),从[0,n)中随机选择一个数并返回
# secrets.randbits(k),返回带有k个随机位的整数
# secrets.token_bytes(nbytes=None),返回一个包含n个bytes的随机字符串
# secrets.token_hex(nbytes=None),返回一个包含n个bytes的16进制随机文本字符串，每个字节转换成两个16进制数字，一般用来生成随即密码
# secrets.token_urlsafe(nbytes=None),返回一个包含n个bytes的随即url字符串，可以用来生成一个临时的随机令牌
# secrets.compare_digest(a, b),比较两个字符串是否相等

print(secrets.choice("古明地盆"))  # 古
print(secrets.choice(["satori", "mashiro", "nagisa"]))  # nagisa
# 和random.choice()是类似的

print(secrets.randbelow(8))  # 6
# 和random.randint()类似，但是secrets.randbelow()只能默认从零开始，且不包含右端点

print(secrets.randbits(7))  # 96

print(secrets.token_bytes())  # b'\x87\x98\x1c\x80TO\xcf\x82\xc9\xf1\xd6\xf6f\xd7\xd7\xae\xea.\xfd0y\xd6\xaf\xfbe\xb4v\x8b@\xc8t\xe6'
print(secrets.token_bytes(nbytes=20))  # b'\xa5:(\xf2\xcb\xb2\xd8\xbce\xacn\x8c\x95\x05:\x07e#\xa7M'

print(secrets.token_hex())  # 0904e492deaab1270f11671d687f3bb2c7ead5283bfe55a3b51e560101c38828
print(secrets.token_hex(20))  # 851801ed1367bc946b1f28812a83a7e84d91908e

print(secrets.token_urlsafe())  # sGGhrL8VLECMYalQ5DHMDm0yugoVsr2M-SvN4z2Qk8k
print(secrets.token_urlsafe(nbytes=20))  # PIvP0VoRxvfignT1MH_p2vNog9U

　　

（四）base64

import base64

s = bytes("古明地盆", encoding="utf-8")

en_data1 = base64.b64encode(s)
print(en_data1)  # b'5Y+k5piO5Zyw55uG'
de_data1 = base64.b64decode(en_data1)
print(str(de_data1, encoding="utf-8"))  # 古明地盆

# 可以看出来，是为了考虑url安全的一种加密方式
# 与普通的b64encode不同的是，会将一些字符进行一个替换
en_data2 = base64.urlsafe_b64encode(s)
print(en_data2)  # b'5Y-k5piO5Zyw55uG'
de_data2 = base64.urlsafe_b64decode(en_data2)
print(str(de_data2, encoding="utf-8"))  # 古明地盆