【网络安全】【密码学】常见数据加（解）密算法及Python实现（一）

一、Base64编码

1、算法简介

Base64是一种常见的编（解）码方法，用于传输少量二进制数据。该编码方式较为简短，并不具有可读性，对敏感数据可以起到较好的保护作用。

2、Python实现（调库）

（1）Base64编码

import base64
s = "this is a string"
b64s = base64.b64encode(s.encode("utf-8"))
print(b64s)

（2）Base64解码

import base64
s2 = "dGhpcyBpcyBhIHN0cmluZw=="
b64s2 = str(base64.b64decode(s2), "utf-8")
print(b64s2)

（3）说明

语句b64s = base64.b64encode(s.encode("utf-8"))和b64s2 = str(base64.b64decode(s2), "utf-8")分别进行Base64 编码和解码 操作。注意先使用 utf-8格式进行编码。上述的编、解码过程可以用下图简要表示：

二、数据加密标准（DES）

1、算法简介

数据加密标准（Data Encryption Standard, DES）是美国早期（2001年以前）使用最为广泛的数据加、解密算法，属于分组加密算法。DES采用64位的分组长度和56位的密钥（有意思的是，算法需要提供64位的密钥，但仅采用前56位），输出对应64位的密文。DES算法的具体实现过程较为复杂，在此不做过多叙述。

2、Python实现（调库）

（1）密钥长度设置

密钥长度必须为8byte，不能多也不能少。下图为密钥长度设置错误时的报错：

理论上的7比特（56位）密钥：

9比特（72位）密钥：

（2）DES加密

Python代码：

from Crypto.Cipher import DES  
import binascii
key = b'abcdefgh'
des = DES.new(key, DES.MODE_ECB)
text = 'this is a string'
print(len(text))
text = text + (8 - (len(text) % 8)) * '='
print(len(text))
encrypt_text = des.encrypt(text.encode())
encryptResult = binascii.b2a_hex(encrypt_text)
print(text)
print(encryptResult)

运行结果：

（3）DES解密

Python代码：

import binascii
key = b'abcdefgh'
des = DES.new(key, DES.MODE_ECB)
encryptResult = b'730540c787dff6be88ec1b4f05a333c2cfdc71016f18c092'
encrypto_text = binascii.a2b_hex(encryptResult)
decryptResult = des.decrypt(encrypto_text)
print(decryptResult)
print(len(encryptResult))

运行结果：

（4）说明

语句text = text + (8 - (len(text) % 8)) * '='的作用是使用 “=” 将明文填充为64bit（即8byte）的整数倍。上述的加、解密过程可以用下图简要表示：

三、高级加密标准（AES）

1、算法简介

高级加密标准（Advanced Encryption Standard, AES）是一种对称分组密码（明、密文分组长度为128位即16字节）算法，于2001年被提出，取代了数据加密标准（上文中的DES）成为最广泛的数据加（解）密算法之一。AES算法的具体过程较为复杂，在此不做赘述。

2、Python实现（调库）

（1）密钥长度设置

AES的密钥长度可以为 128 或 192 或 256 （bits），即 16 或 24 或32 （bytes）. 本文中，使用简短的16 bytes 密钥。

（2）AES加密

Python代码：

from Crypto.Cipher import AES
import binascii
key = b'abcdefghabcdefgh'
print(len(key))
text = "this is a string"
print(len(text))
text = text + (16 - (len(text) % 16)) * '='
print(len(text))
aes = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
encrypto_text = aes.encrypt(text.encode())
encryptResult = binascii.b2a_hex(encrypto_text)
print(text)
print(encryptResult)
print(len(encryptResult))

运行结果：

（3）AES解密

Python代码：

from Crypto.Cipher import AES
import binascii
key = b'abcdefghabcdefgh'
encryptResult = b'56eebd2bcb700df0e89aadc2a1a2f3392c8d860b9688361b9e9ceff6272f581c'
aes = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
encrypto_text = binascii.a2b_hex(encryptResult)
decryptResult = aes.decrypt(encrypto_text)
print(decryptResult)

运行结果：

（4）说明

语句text = text + (16 - (len(text) % 16)) * '='的作用是使用 “=” 将明文填充为128bit（即16byte）的整数倍。上述的加、解密过程可以用下图简要表示：

四、讯息摘要算法（MD-5）

1、算法简介

严格意义上讲，MD系列算法属于消息摘要（哈希，Hashing）算法，只有“加密”过程而没有“解密”逆过程。MD-5算法将任意的字符串（消息）转化为固定长度（64位，8字节）的哈希段，用于检验消息（在传输过程中）的完整性（Integrity, I性）。

2、Python实现（调库）

Python代码：

from hashlib import md5


def encrypt_md5(s):
    new_md5 = md5()
    new_md5.update(s.encode(encoding='utf-8'))
    print(len(new_md5.hexdigest()))
    return new_md5.hexdigest()


if __name__ == '__main__':
    print(encrypt_md5('this is a string'))

运行结果：

图示：

五、参考文献

1、《密码编码学与网络安全——原理与实践（第七版）》（Cryptography and Network Security, Principles and Practice, Seventh Edition），【美】威廉 斯托林斯 William Stallings 著，王后珍等 译，北京，电子工业出版社，2017年12月。

2、《Python安全攻防——渗透测试实战指南》（Attack and Defense with Python, A Practical Guide to Penetration Testing），MS08067安全实验室 编著，北京，机械工业出版社，2021年10月。