功能基础篇2——常用哈希和加密算法介绍及Python相关库与实现

加解密

https://docs.python.org/3/library/crypto.html

三方库推荐，https://cryptography.io/en/latest/

Criptography，https://pypi.org/project/cryptography/

PyCryptodome，a fork of PyCrypto，https://pypi.org/project/pycryptodome/

PyCrypto，unmaintained，https://www.pycrypto.org/

PyNaCl，https://pypi.org/project/PyNaCl/

通用哈希算法

hash，哈希、散列，散列函数是密码学中的基础工具，并非加密算法。

https://docs.python.org/3/library/hashlib.html

MD5

Message Digest 5，信息摘要5，用于生成文件唯一摘要，可近似认为不同文件有唯一MD5值（信息摘要）。

MD5已被攻破（即找到了在一定复杂度内找到碰撞的算法），王小云院士有相关研究，RFC6151中禁止MD5用于HMAC。

固定压缩，从任意长度信息计算出固定128位的哈希值
容易计算，基于原信息计算出MD5值较为容易
抗碰撞，伪造一段相同MD5值的信息很难（但并非不可）
抗修改，改动信息（即使一个字节）会造成MD5值发生较大变化

文件完整性校验

软件下载通常会提供MD5等方式校验文件，https://dev.mysql.com/downloads/mysql/

在这里插入图片描述

云盘秒传

上传文件时计算文件MD5，云盘系统中有该MD5值的文件即可秒传。

# 可以用来检测有没有抄错诗（笑）
import hashlibprint(hashlib.md5("黄河远上白云间一片孤城万仞山羌笛何须怨杨柳春风不度玉门关".encode("UTF-8")).hexdigest())  # 3a3b5f524e4b6b056b373f1ed28c2ab6
print(hashlib.md5("黄河远上白云一片孤城万仞山羌笛何须怨杨柳春风不度玉门关".encode("UTF-8")).hexdigest())  # e66786b96a78b740f9de999e3384317b# 盐值，就是把一个值和原文混合一起计算
# 静态盐
md5 = hashlib.md5(bytes('盐值', encoding='utf8'))
md5.update(b"Hello World!")
print(md5.hexdigest())
# 动态盐，比如用户名密码，使用用户名一部分加某些字符作为盐，可以基本做到每个用户的盐不一样
md5 = hashlib.md5(bytes('盐值', encoding='utf8'))
md5.update(b"Hello ")  # 可以分次
md5.update(b"World!")
print(md5.hexdigest())

SHA

Secure Hash Algorithm，安全哈希算法，一系列算法，包括SHA-0、SHA-1、SHA-2（SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256）和SHA3（SHA3-224、SHA3-256、SHA3-384、SHA3-512、SHAKE128、SHAKE256）。

SHA-0、SHA-1已被攻破，王小云院士有相关研究。

import hashlibprint(hashlib.sha256("黄河远上白云间一片孤城万仞山羌笛何须怨杨柳春风不度玉门关".encode("UTF-8")).hexdigest())  # c3df60edca13163d4892f336227669790bd8faed37359dee37fafc83876b0102
print(hashlib.sha256("黄河远上白云一片孤城万仞山羌笛何须怨杨柳春风不度玉门关".encode("UTF-8")).hexdigest())  # 5c4c88e93a5931a19dcc53d13a1930d7a42390bf1d231d65e7858bac8f4b134f

MAC

https://docs.python.org/3/library/hmac.html

Message Authentication Code，信息认证码，基于密钥、原始消息、MAC算法三者计算出消息的MAC，密钥共享与发送者和接收者之间，可近似保证消息完整性和发送接收双方身份合法性。

HMAC

keyed-hash message authentication code，密钥散列消息认证码，MAC实现之一，MAC算法采用哈希函数，例如SHA家族，即基于密钥、原始消息、哈希函数计算MAC。

import hmac
import hashlibprint(hmac.new(b'a secret key',  # 密钥，消息发送双方共享'Hello World'.encode("UTF-8"),  # 原始消息hashlib.sha256).hexdigest())  # 摘要算法

对称加密算法

对称加密算法加密和解密使用相同密钥。

EDS

Data Enctyption Standard，DES，数据加密标准，有时称EDS使用的算法为EDA（Data Encryption Algorithm）。后被3DES取代。

TDEA（3DES）

Triple Data Encryption Algorithm，TDEA，三重数据加密算法，亦称3DES，对每个数据块使用三次DES。后被AES取代。

AES

Advanced Encryption Standard， AES，高级加密标准。

import os
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modeskey = os.urandom(32)  # 256 bits
iv = os.urandom(16)
cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv))
encryptor = cipher.encryptor()
ct = encryptor.update(b"a secret message") + encryptor.finalize()
print(ct)
decryptor = cipher.decryptor()
print(decryptor.update(ct) + decryptor.finalize())

非对称加密算法

非对称加密算法加密和解密使用不同密钥，分为私钥和公钥，私钥私人持有，公钥公开分发，私钥加密公钥解密和公钥加密私钥解密均有不同应用场景。

RSA

RSA由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）共同提出，RAS取自三者姓氏首字母。

ECC

Elliptic Curve Cryptography，ECC，椭圆曲线密码学，基于椭圆曲线的非对称加密算法。

信息摘要，message digest

消息摘要算法是哈希算法的一种应用场景，相比于一般哈希算法，消息摘要算法要保证逆向难度大、抗碰撞，消息摘要用于对消息计算出“数字指纹”。

摘要保证消息完整性

数字签名，digital signature

数字签名用于保证消息完整性、发送者身份认证，并不用于加密信息。

RSA算法可用于数字签名。RSA签名，对消息明文使用摘要算法计算摘要值，使用RAS算法和私钥对摘要信息加密得到签名。RSA验签，对消息明文使用摘要算法计算摘要值，使用RSA算法和公钥对签名进行解密获取摘要值，对比两个摘要值，不一致说明消息被篡改，一致可以说明消息正确且发送人所持私钥和收信人所持公钥对应。

私钥签名，公钥验签。

摘要保证消息完整性
解密出摘要发信人可以确认发信人一定持有配对私钥，基于公钥可确认发信人身份

数字证书，digital certificate

PKI，Public Key Infrastructure，公开密钥基础设施，包含证明书、认证机构、证书库三要素，用于签发数字证书，数字证书遵循X.509。

数字证书解决数字签名中公钥信任问题，数字签名保证信息一定由收信人所持公钥的对应私钥持有人发送，若公钥本身有问题，如A将B的公钥换成自己的就可以使用自己的私钥冒充B发送信息，数字证书是由可信任三方证书认证机构私钥对信息发送方公钥和发送方身份信息进行加密，发送消息是连同数字证书一同发送，可以保证公钥持有人的身份。

数字证书相当于将公钥持有人身份篡改风险转移到CA（Certificate Authority）机构，依赖于CA机构的受信任程度，若CA机构被攻破并篡改信息，证书依然不可信。

SSL证书是数字证书的一种。