Python的RSA加密和PBE加密

Posted 2020-09-17

最近在写接口的时候，遇到了需要使用RSA加密和PBE加密的情况，对方公司提供的DEMO都是JAVA的，我需要用python来实现。

在网上搜了一下，python的RSA加密这块写的还是比较多的，但是PBE较少。所以我就讲讲我在RSA加密上面遇到的坑，大家权当一乐。PBE加密里面的盐、密钥。

RSA

什么是RSA加密呢？

其实RSA是一种非对称加密，那什么是非对称加密呢？非对称加密又叫做公开密钥加密，就是说我有一对密钥，分为公钥和私钥。私钥我悄悄的留着，不给别人看。然后把公钥给别人（无论是谁）。当别人用公钥加密了数据之后，这串加密后的数据只有我（拥有私钥的人）用私钥才能解开，其余谁都不能解开。这就是非对称加密。

这只是单向的，只是我解开数据 —— 我获取信息。

那么我怎么向别人传递信息呢？别人怎么保证我传递的信息就是我发出的呢？这时候就需要私钥来加密了，又叫做数字签名。我把数据签名之后数据和未签名的数据一齐发给别人，别人通过公钥来解密加密的数据，然后把解密后的数据和未签名的数据进行对比，相同的话就代表数据来源正确。

可能说的有点乱，我上次看到一个非常清晰明了的例子，我凭着记忆大致讲出来：

老板派员工小明去外地考察商机。

小明任务做的很棒，很快就发现了商机。这时候他要想老板汇报，但是网络是不安全的，很有可能一给老板发情报邮件，邮件就被竞争对手得到了。这次考察也就失败了。

于是，小明通过事先老板给他的公钥来加密情报。

这样，老板能够通过私钥来解密得到情报，而竞争对手只能对一堆乱码发呆。

这次情报让老板很满意，老板决定让小明继续深入考察。

但是这个继续深入考察的命令在网络中传输是不安全的，竞争对手虽然得不到情报，但是可以通过黑客来篡改命令啊，假如让小明回公司，那么这就不划算了，也浪费了时间。

这时候，老板就用私钥对自己下达的命令进行签名，把签名后的数据和明文的命令一齐发出去，小明收到邮件之后，对签名后的数据和命令用公钥进行验证，如果一致，就代表没有被篡改，可以放心大胆的事实老板的命令。

……………………………………………………分割线………………………………………………

那么我写的接口呢，是这样的。

我司要通过接口获取对方公司的数据，获取数据就要传递参数过去，对方根据参数然后返回相应的数据。

对方公司生成私钥和公钥，我司生成私钥和公钥，双方交换公钥。

1、使用对方公司的公钥对所有的参数进行加密，加密之后进行base64编码。

2、使用我司私钥对加密后的数据进行签名，签名之后进行base64编码。

3、然后把加密后的数据和签名后的数据一齐发送给对方。

坑1：RSA最长只支持117为的数据进行加密，所以需要进行分段加密，而且需要先拼接再进行base64编码，排错之前一直写的是先base64编码再拼接。

坑2：分段加密之后要进行相应的签名，是需要进行MD5转码的。

talk is more， show your code。

Java：

加密：

private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;
public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"

/** *//**
     * <p>
     * 公钥加密
     * </p>
     *
     * @param data 源数据
     * @param publicKey 公钥(BASE64编码)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String publicKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64.decode(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        // 对数据加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = data.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return encryptedData;
    }

 

通过这段代码，我们注意到：

1、分段加密，最后直接将加密好的密文合并（out.write(cache, 0, cache.length);）

2、直接return数据（在另一端程序里面进行base64）

签名：

public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";    
/** *//**
     * <p>
     * 用私钥对信息生成数字签名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密数据
     * @param privateKey 私钥(BASE64编码)
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = Base64.decode(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PrivateKey privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initSign(privateK);
        signature.update(data);
        return Base64.encode(signature.sign());
    }

 

通过这段代码，我们知道了直接对封装好的密文进行签名，不需要进行分段签名的原因是加密后的密文长度小于117位。我们注意到，他的加密方法是：SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA"，所以我们的python签名也是需要进行MD5的。

那么我们的python代码：

import base64
from Crypto.Hash import MD5
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as Signature_pkcs1_v1_5
from Crypto.PublicKey import RSA


def get_encrypt_data(params):
    """分段加密"""
    params = json.dumps(params)
    params = params.encode("utf-8")
    length = len(params)
    default_length = 117
    if length < default_length:
        return encrypt_data(params)
    offset = 0
    params_lst = []
    while length - offset > 0:
        if length - offset > default_length:
            params_lst.append(encrypt_data(params[offset:offset+default_length]))                               
        else:           
            params_lst.append(encrypt_data(params[offset:]))
        offset += default_length
    res = "".join(params_lst)
    return res, base64.b64encode(res)


def encrypt_data(params):
    """使用公钥对数据加密"""
    key = public_key
    rsakey = RSA.importKey(base64.b64decode(key))
    cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    text = cipher.encrypt(params)
    return text


def sign_data(params):
    """对数据签名"""
    key = private_key
    rsakey = RSA.importKey(base64.b64decode(key))
    signer = Signature_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    digest = MD5.new(params)
    sign = signer.sign(digest)
    return base64.b64encode(sign)

 

对参数进行json化，然后进行utf-8编码，每117位长度遍进行一次加密，最后把加密密文连接起来，进行base64编码。
注意我们用了digest = MD5.new(params)，表明我们的签名算法也是MD5。

PBE

PBE算法再Java里面是通过MD5和DES算法构建的，是一种对称加密。也就是说加密解密使用一套密钥来进行的。

我们来看代码：

Java：

import java.security.spec.AlgorithmParameterSpec;
import java.security.spec.KeySpec;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class DesEncrypter {
    Cipher ecipher;
    Cipher dcipher;
    byte[] salt = { (byte) 0xA9, (byte) 0x9B, (byte) 0xC8, (byte) 0x32,
            (byte) 0x56, (byte) 0x35, (byte) 0xE3, (byte) 0x03 };

    /**
     * 构造方法
     * 
     * @param passPhrase
     *            apikey作为密钥传入
     * @throws Exception
     */
    public DesEncrypter(String passPhrase) throws Exception {
        int iterationCount = 2;
        KeySpec keySpec = new PBEKeySpec(passPhrase.toCharArray(), salt,
                iterationCount);
        SecretKey key = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithMD5AndDES")
                .generateSecret(keySpec);
        ecipher = Cipher.getInstance(key.getAlgorithm());
        dcipher = Cipher.getInstance(key.getAlgorithm());
        AlgorithmParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt,
                iterationCount);
        ecipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, paramSpec);
        dcipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, paramSpec);
    }

    /**
     * 加密
     * 
     * @param str
     *            要加密的字符串
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public String encrypt(String str) throws Exception {
        str = new String(str.getBytes(), "UTF-8");
        return Base64.encodeBase64String(ecipher.doFinal(str.getBytes()));
}

 

我们注意到。有一个盐：对应的python盐为："\xA9\x9B\xC8\x32\x56\x35\xE3\x03"

对应的python2.7代码：

from Crypto.Hash import MD5
from Crypto.Cipher import DES


def get_encrypt_param(params):
    """对参数进行加密封装"""    
    _salt = "\xA9\x9B\xC8\x32\x56\x35\xE3\x03"
    _iterations = 2
    data = []
    
    # 依次对字典中的value进行utf-8编码
    for i in params:
        data.append("{}={}".format(i, params[i].encode("utf-8")))
    str_param = "&".join(data)
    padding = 8 - len(str_param) % 8
    str_param += chr(padding) * padding

    hasher = MD5.new()
    hasher.update(apikey)
    hasher.update(_salt)
    result = hasher.digest()

    # 进行hash的次数， 由java中的iterationCount决定
    for i in range(1, _iterations):
        hasher = MD5.new()
        hasher.update(result)
        result = hasher.digest()

    encoder = DES.new(result[:8], DES.MODE_CBC, result[8:16])
    encrypted = encoder.encrypt(str_param)
    return encrypted.encode("base64")

 

我们将传入的参数进行utf-8编码，然后进行hash，最后进行加密。

注意：java代码中的iterationCount是多少，我们就要进行循环hash多少次。

在python3的代码中，str是不能直接进行hash的，所以要抓换成utf-8进行加密，而且最后的encrypted没有encode方法，只能手动进行Base64编码。

python3 代码如下：

import base64
from Crypto.Hash import MD5
from Crypto.Cipher import DES


def get_encrypt_param(params):
"""对参数进行加密封装"""

    # 定义_salt的时候，直接定义成bytes
    _salt = b"\xA9\x9B\xC8\x32\x56\x35\xE3\x03"
    _iterations = 2
    data = []
for i in params:
        data.append("{}={}".format(i, params[i]))
    str_param = "&".join(data)
    padding = 8 - len(str_param) % 8
    str_param += chr(padding) * padding

    hasher = MD5.new()

    # 对apikey进行utf-8编码
    hasher.update(apikey.encode())
    hasher.update(_salt)
    result = hasher.digest()
for i in range(1, _iterations):
        hasher = MD5.new()
        hasher.update(result)
        result = hasher.digest()
    encoder = DES.new(result[:8], DES.MODE_CBC, result[8:16])
    encrypted = encoder.encrypt(str_param)
    # 进行base64编码
    return base64.b64encode(encrypted)

 

但是有一个bug，当参数中有中文的时候，他会 报错：

ValueError: Input strings must be a multiple of 8 in length

 

经过检查代码发现是没有对参数进行utf-8编码。

但是经过我们编码之后：

for i in params:
    data.append("{}={}".format(i, params[i].encode("utf-8")))

 

由于python3的机制，编码之后中文便成了bytes，对方解码之后无法识别，于是我们只有另辟蹊径。

经过一番研究，决定使用另一个库，pyDes

代码如下：

import pyDes


def get_encrypt_param(params):
    """对参数进行加密封装"""
    _salt = b"\xA9\x9B\xC8\x32\x56\x35\xE3\x03"
    _iterations = 2
    data = []
    for i in params:
        data.append("{}={}".format(i, params[i]))
    str_param = "&".join(data)

    hasher = MD5.new()
    hasher.update(apikey.encode())
    hasher.update(_salt)
    result = hasher.digest()
    for i in range(1, _iterations):
        hasher = MD5.new()
        hasher.update(result)
        result = hasher.digest()

    despy = pyDes.des(result[:8], pyDes.CBC, padmode=pyDes.PAD_PKCS5, IV=result[8:16])
    encrypt_data = despy.encrypt(str_param.encode())
    return base64.b64encode(encrypt_data）