[Python3] RSA的加解密和签名/验签实现 -- 使用pycrytodome

Crypto 包介绍：

pycrypto，pycrytodome 和 crypto 是一个东西，crypto 在 python 上面的名字是 pycrypto 它是一个第三方库，但是已经停止更新，所以不建议安装这个库；

windows 下 python3.6 版本以上安装比较麻烦（本人是 Python3.7，尝试安装未成功，如果需要尝试安装的，可以参考点击这里），在安装无果的情况下，可以安装 pycryptodome，它是pycrypto 的延伸版本，用法和 pycrypto 是一模一样的；

pip install pycryptodome

安装完成后，在 Python 各种引用包存放路径下，把文件夹 crypto 改为 Crypto 即可。

RSA算法简介：

RSA加密算法是一种非对称加密算法，

加密的秘钥是由公钥和私钥两部分组成秘钥对，

公钥用来加密消息，私钥用来对消息进行解密，

公钥是公开的，私钥则是用户自己保留的，

由于公钥是公开的，那么任何人只要获取到公钥，都可以使用公钥来加密发送伪造内容，出于安全性考虑，在发送消息之前我们可以使用RSA来签名。

签名使用私钥来进行签名，使用公钥来进行验签，通过签名我们可以确保用户身份的唯一性，从而提高安全性。

from Crypto.PublicKey import RSA
import Crypto.Signature.PKCS1_v1_5 as sign_PKCS1_v1_5  # 用于签名/验签
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5  # 用于加密
from Crypto import Random
from Crypto import Hash

# 手动生成一个密钥对(项目中的密钥对一般由开发来生成)，生成密钥对的时候，可以指定生成的长度，一般推荐使用1024bit，
# 1024bit的rsa公钥，最多只能加密117byte的数据，数据流超过这个数则需要对数据分段加密，
# 目前1024bit长度的密钥已经被证明了不够安全，尽量使用2048bit长度的密钥，2048bit长度密钥最多能加密245byte长度的数据
计算长度公式：密钥长度/8 - 11 = 最大加密量 (单位 bytes)
下面生成一对2048bit的密钥：
x = RSA.generate(2048)
# y = RSA.generate(2048, Random.new().read)   #也可以使用伪随机数来辅助生成

s_key = x.export_key() #私钥
g_key = x.publickey().export_key() #公钥
# print("私钥：", s_key)
# print("公钥：", g_key)

# 写入文件
# with open("c.pem", "wb") as x:
#     x.write(s_key)
# with open("d.pem", "wb") as x:
#     x.write(g_key)

#从文件导入密钥 -- 通过私钥生成公钥  (公钥不会变 -- 用于只知道私钥的情况)--2
# with open('c.pem','rb')as x:
#     s_key = RSA.importKey(x.read())
# # new_g_key = s_key.publickey().export_key()
# # print(new_g_key)
#
# cert = s_key.export_key("DER")  #生成证书 -- 它和私钥是唯一对应的
# print(cert)

#实现RSA 非对称加解密
my_private_key = s_key  # 私钥
my_public_key = g_key  # 公钥

① 使用公钥 - 私钥对信息进行"加密" + "解密"

'''
作用：对信息进行公钥加密，私钥解密。
应用场景：
    A想要加密传输一份数据给B，担心使用对称加密算法易被他人破解（密钥只有一份，一旦泄露，则数据泄露），故使用非对称加密。
    信息接收方可以生成自己的秘钥对，即公私钥各一个，然后将公钥发给他人，私钥自己保留。

    A使用公钥加密数据，然后将加密后的密文发送给B，B再使用自己的私钥进行解密，这样即使A的公钥和密文均被第三方得到，
    第三方也要知晓私钥和加密算法才能解密密文，大大降低数据泄露风险。
'''

def encrypt_with_rsa(plain_text):

    #先公钥加密
    cipher_pub_obj = PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_public_key))
    _secret_byte_obj = cipher_pub_obj.encrypt(plain_text.encode())

    return _secret_byte_obj

def decrypt_with_rsa(_secret_byte_obj):

    #后私钥解密
    cipher_pri_obj = PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_private_key))
    _byte_obj = cipher_pri_obj.decrypt(_secret_byte_obj, Random.new().read)
    plain_text = _byte_obj.decode()

    return plain_text

def executer_without_signature():

    #加解密验证
    text = "I love CA!"
    assert text == decrypt_with_rsa(encrypt_with_rsa(text))
    print("rsa test success！")

② 使用私钥 - 公钥对信息进行"签名" + "验签"

'''
作用：对解密后的文件的完整性、真实性进行验证（繁琐但更加保险的做法，很少用到）
应用场景：
    A有一私密文件欲加密后发送给B，又担心因各种原因导致B收到并解密后的文件并非完整、真实的原文件（可能被篡改或丢失一部分），
    所以A在发送前对原文件进行签名，将[签名和密文]一同发送给B让B收到后用做一下文件的[解密 + 验签],
    均通过后-方可证明收到的原文件的真实性、完整性。

'''
def to_sign_with_private_key(plain_text):

    #私钥签名
    signer_pri_obj = sign_PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_private_key))
    rand_hash = Hash.SHA256.new()
    rand_hash.update(plain_text.encode())
    signature = signer_pri_obj.sign(rand_hash)

    return signature

def to_verify_with_public_key(signature, plain_text):

    #公钥验签
    verifier = sign_PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(my_public_key))
    _rand_hash = Hash.SHA256.new()
    _rand_hash.update(plain_text.encode())
    verify = verifier.verify(_rand_hash, signature)

    return verify #true / false

def executer_with_signature():

    #签名/验签
    text = "I love CA!"
    assert to_verify_with_public_key(to_sign_with_private_key(text), text)
    print("rsa Signature verified!")

if __name__ == '__main__' :

    executer_without_signature() # 只加密不签名

    executer_with_signature()  #只签名不加密

    #二者结合食用更佳
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如果是加密的同时又要签名，这个时候稍微有点复杂。
1、发送者和接收者需要各持有一对公私钥，也就是4个钥匙。
2、接收者的公私钥用于机密信息的加解密
3、发送者的公私钥用于机密信息的签名/验签
4、接收者和发送者都要提前将各自的[公钥]告知对方。
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