【python模块----AES加密】_aes.new

AES:

高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法(微信小程序加密传输就是用这个加密算法的)。对称加密算法也就是加密和解密用相同的密钥，具体的加密流程如下图：

1. 明文
   有意义的字符或比特集，或通过某种公开的编码标准就能获得的消息。
2. 密钥
   密钥是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。
3. 密文
   对明文通过密钥加密而产生的不可直接理解的字符或比特集。在对称加密算法中通过相同密钥进行解密便可获得对应明文。
4. AES加密函数
   设AES加密函数为E，则 C = E(K, P)。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。
5. AES解密函数
   设AES解密函数为D，则 P = D(K, C)。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。

对称加密：

特性：加密和解密采用相同密钥
优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高
缺点：密钥的管理
（密文的传输无论是速率还是安全性不是问题，但攻击者一旦获得密钥便可由对称加密算法的优点：算法公开、计算量小解密获得明文，导致每次传输必须使用其他人无法获取的唯一密钥，这会使得发收信双方所拥有的密钥数量呈几何级数增长，密钥的数量和密钥的传输是密钥的管理的两大痛点）

非对称加密：加密和解密使用的是两个不同的密钥的算法叫作非对称加密算法。
非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey:简称公钥）和私有密钥（privatekey:简称私钥）。公钥和密钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密；如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。
对称加密算法示意图如下：

from Crypto.Cipher import AES
import base64
# ECB模式加密
password = b'1234567812345678' #秘钥，b就是表示为bytes类型
text = b'abcdefghijklmnhi' #需要加密的内容，bytes类型
aes = AES.new(password,AES.MODE_ECB) #创建一个aes对象
# AES.MODE_ECB 表示模式是ECB模式
en_text = aes.encrypt(text) #加密明文
print("密文：",en_text) #加密明文，bytes类型
den_text = aes.decrypt(en_text) # 解密密文
print("明文：",den_text)
"""
秘钥必须为16字节或者16字节的倍数的字节型数据。
明文必须为16字节或者16字节的倍数的字节型数据，如果不够16字节需要进行补全，关于补全规则，后面会在补全模式中具体介绍。
"""
"""
CBC模式的例子，可以简单看出CBC模式与ECB模式的区别：AES.new() 解密和加密重新生成了aes对象，加密和解密不能调用同一个aes对象，
否则会报错TypeError: decrypt() cannot be called after encrypt()。
"""

# CBC模式
key = b'1234567812345678'  # 秘钥 bytes类型
# 偏移量
vi = b'1234567812345678'
# 加密的内容
text = b'abcdefghijklimnl'
# 创建一个aes对象
aes = AES.new(key,AES.MODE_CBC,vi)
# 加密
en_text = aes.encrypt(text)
print('密文:',en_text)
# CBC模式下解密需要重新创建一个aes对象
aes = AES.new(key,AES.MODE_CBC,vi)
den_text = aes.decrypt(en_text)
print("明文：",den_text)
"""
1. 在Python中进行AES加密解密时，所传入的密文、明文、秘钥、iv偏移量、都需要是bytes（字节型）数据。python 在构建aes对象时也只能接受bytes类型数据。

2.当秘钥，iv偏移量，待加密的明文，字节长度不够16字节或者16字节倍数的时候需要进行补全。

3. CBC模式需要重新生成AES对象，为了防止这类错误，我写代码无论是什么模式都重新生成AES对象。
"""
"""
python中的 AES 加密解密，只能接受字节型(bytes)数据。而我们常见的 
待加密的明文可能是中文，或者待解密的密文经过base64编码的，
这种都需要先进行编码或者解码，然后才能用AES进行加密或解密。反正无论是什么情况，
在python使用AES进行加密或者解密时，都需要先转换成bytes型数据。
"""

# ECB模式 对中文进行加密解密
"""
对于中文明文，我们可以使用encode()函数进行编码，将字符串转换成bytes类型数据，
而这里我选择gbk编码，是为了正好能满足16字节，utf8编码是一个中文字符对应3个字节。
这里为了举例所以才选择使用gbk编码。

在解密后，同样是需要decode()函数进行解码的，将字节型数据转换回中文字符（字符串类型）。
"""

key = b'1234567812345678'
# 加密数据
text = '好好学习天天向上'.encode('gbk')  # gbk编码 1个中文对应2个字节
aes = AES.new(key,AES.MODE_ECB)
en_text = aes.encrypt(text)  # 加密
print("密文：",en_text)
# 解密
den_text = aes.decrypt(en_text)
print("明文：",den_text.decode('gbk'))  # 解密后同样需要进行解码

"""
现在我们来看另外一种情况，密文是经过base64编码的(这种也是非常常见的，很多网站也是这样使用的)，
我们用 http://tool.chacuo.net/cryptaes/ 这个网站举例子：
模式：ECB

密码: 1234567812345678

字符集：gbk编码

输出: base64

我们来写一个python 进行aes解密：
"""
from Crypto.Cipher import AES
import  base64
key = b'1234567812345678'
aes = AES.new(key,AES.MODE_ECB)
# 解密
en_text = b"XWgWch2M1jqU/OEJCY7yew=="  # 乞力马扎罗的雪
en_text = base64.decodebytes(en_text)  # 进行base64 解码，返回值依然是bytes类型
den_text = aes.decrypt(en_text)
print("明文:",den_text.decode('gbk'))
# base64 编码解码 和 hexstr 编码解码
import base64
import binascii
data = "hello".encode()
data = base64.b64encode(data)
print("base64编码:",data)
data = base64.b64decode(data)
print("base64解码:",data)
data = binascii.b2a_hex(data)
print("hexstr编码:",data)
data = binascii.a2b_hex(data)
print("hexstr解码:",data)

"""
填充模式
前面我使用秘钥，还有明文，包括IV向量，都是固定16字节，也就是数据块对齐了。而填充模式就是为了解决数据块不对齐的问题，使用什么字符进行填充就对应着不同的填充模式

AES补全模式常见有以下几种：

模式	意义
ZeroPadding	用b’\x00’进行填充，这里的0可不是字符串0，而是字节型数据的b’\x00’
PKCS7Padding	当需要N个数据才能对齐时，填充字节型数据为N、并且填充N个
PKCS5Padding	与PKCS7Padding相同，在AES加密解密填充方面我没感到什么区别
no padding	当为16字节数据时候，可以不进行填充，而不够16字节数据时同ZeroPadding一样
这里有一个细节问题，我发现很多文章说的也是不对的。

ZeroPadding填充模式的意义：很多文章解释是当为16字节倍数时就不填充，
然后当不够16字节倍数时再用字节数据0填充，这个解释是不对的，
这解释应该是no padding的，而ZeroPadding是不管数据是否对其，都进行填充，
直到填充到下一次对齐为止，也就是说即使你够了16字节数据，它会继续填充16字节的0，
然后一共数据就是32字节。

这里可能会有一个疑问，为什么是16字节 ，其实这个是 数据块的大小，
网站上也有对应设置，网站上对应的叫128位，也就是16字节对齐，
当然也有192位(24字节)，256位(32字节)。

"""
"""
python 完整实现
"""
from Crypto.Cipher import AES
import base64
import binascii


# 数据类
class MData():
    def __init__(self, data=b"", characterSet='utf-8'):
        # data肯定为bytes
        self.data = data
        self.characterSet = characterSet

    def saveData(self, FileName):
        with open(FileName, 'wb') as f:
            f.write(self.data)

    def fromString(self, data):
        self.data = data.encode(self.characterSet)
        return self.data

    def fromBase64(self, data):
        self.data = base64.b64decode(data.encode(self.characterSet))
        return self.data

    def fromHexStr(self, data):
        self.data = binascii.a2b_hex(data)
        return self.data

    def toString(self):
        return self.data.decode(self.characterSet)

    def toBase64(self):
        return base64.b64encode(self.data).decode()

    def toHexStr(self):
        return binascii.b2a_hex(self.data).decode()

    def toBytes(self):
        return self.data

    def __str__(self):
        try:
            return self.toString()
        except Exception:
            return self.toBase64()


### 封装类
class AEScryptor():
    def __init__(self, key, mode, iv='', paddingMode="NoPadding", characterSet="utf-8"):
        '''
        构建一个AES对象
        key: 秘钥，字节型数据
        mode: 使用模式，只提供两种，AES.MODE_CBC, AES.MODE_ECB
        iv： iv偏移量，字节型数据
        paddingMode: 填充模式，默认为NoPadding, 可选NoPadding，ZeroPadding，PKCS5Padding，PKCS7Padding
        characterSet: 字符集编码
        '''
        self.key = key
        self.mode = mode
        self.iv = iv
        self.characterSet = characterSet
        self.paddingMode = paddingMode
        self.data = ""

    def __ZeroPadding(self, data):
        data += b'\x00'
        while len(data) % 16 != 0:
            data += b'\x00'
        return data

    def __StripZeroPadding(self, data):
        data = data[:-1]
        while len(data) % 16 != 0:
            data = data.rstrip(b'\x00')
            if data[-1] != b"\x00":
                break
        return data

    def __PKCS5_7Padding(self, data):
        needSize = 16 - len(data) % 16
        if needSize == 0:
            needSize = 16
        return data + needSize.to_bytes(1, 'little') * needSize

    def __StripPKCS5_7Padding(self, data):
        paddingSize = data[-1]
        return data.rstrip(paddingSize.to_bytes(1, 'little'))

    def __paddingData(self, data):
        if self.paddingMode == "NoPadding":
            if len(data) % 16 == 0:
                return data
            else:
                return self.__ZeroPadding(data)
        elif self.paddingMode == "ZeroPadding":
            return self.__ZeroPadding(data)
        elif self.paddingMode == "PKCS5Padding" or self.paddingMode == "PKCS7Padding":
            return self.__PKCS5_7Padding(data)
        else:
            print("不支持Padding")

    def __stripPaddingData(self, data):
        if self.paddingMode == "NoPadding":
            return self.__StripZeroPadding(data)
        elif self.paddingMode == "ZeroPadding":
            return self.__StripZeroPadding(data)

        elif self.paddingMode == "PKCS5Padding" or self.paddingMode == "PKCS7Padding":
            return self.__StripPKCS5_7Padding(data)
        else:
            print("不支持Padding")

    def setCharacterSet(self, characterSet):
        '''
        设置字符集编码
        characterSet: 字符集编码
        '''
        self.characterSet = characterSet

    def setPaddingMode(self, mode):
        '''
        设置填充模式
        mode: 可选NoPadding，ZeroPadding，PKCS5Padding，PKCS7Padding
        '''
        self.paddingMode = mode

    def decryptFromBase64(self, entext):
        '''
        从base64编码字符串编码进行AES解密
        entext: 数据类型str
        '''
        mData = MData(characterSet=self.characterSet)
        self.data = mData.fromBase64(entext)
        return self.__decrypt()

    def decryptFromHexStr(self, entext):
        '''
        从hexstr编码字符串编码进行AES解密
        entext: 数据类型str
        '''
        mData = MData(characterSet=self.characterSet)
        self.data = mData.fromHexStr(entext)
        return self.__decrypt()

    def decryptFromString(self, entext):
        '''
        从字符串进行AES解密
        entext: 数据类型str
        '''
        mData = MData(characterSet=self.characterSet)
        self.data = mData.fromString(entext)
        return self.__decrypt()

    def decryptFromBytes(self, entext):
        '''
        从二进制进行AES解密
        entext: 数据类型bytes
        '''
        self.data = entext
        return self.__decrypt()

    def encryptFromString(self, data):
        '''
        对字符串进行AES加密
        data: 待加密字符串，数据类型为str
        '''
        self.data = data.encode(self.characterSet)
        return self.__encrypt()

    def __encrypt(self):
        if self.mode == AES.MODE_CBC:
            aes = AES.new(self.key, self.mode, self.iv)
        elif self.mode == AES.MODE_ECB:
            aes = AES.new(self.key, self.mode)
        else:
            print("不支持这种模式")
            return

        data = self.__paddingData(self.data)
        enData = aes.encrypt(data)
        return MData(enData)

    def __decrypt(self):
        if self.mode == AES.MODE_CBC:
            aes = AES.new(self.key, self.mode, self.iv)
        elif self.mode == AES.MODE_ECB:
            aes = AES.new(self.key, self.mode)
        else:
            print("不支持这种模式")
            return
        data = aes.decrypt(self.data)
        mData = MData(self.__stripPaddingData(data), characterSet=self.characterSet)
        return mData


if __name__ == '__main__':
    key = b"1234567812345678"
    iv = b"0000000000000000"
    aes = AEScryptor(key, AES.MODE_CBC, iv, paddingMode="ZeroPadding", characterSet='utf-8')

    data = "乞力马扎罗的雪"
    rData = aes.encryptFromString(data)
    print("密文：", rData.toBase64())
    rData = aes.decryptFromBase64(rData.toBase64())
    print("明文：", rData)

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