非对称加密 原理及实践

对称加密的加密和解密过程使用同一个密钥，在消息传递中，密钥也会被传来穿去，万一密钥被截获，那就完蛋了。

非对称加密过程中的密钥被分为私钥和公钥：

• 公钥被用在加密阶段
• 私钥被用在解密阶段

主要有两个应用场景：加密解密、签名验签。典型的非对称加密算法有RSA。

1. 加密解密

假设B要和A秘密交流：

1. A根据RSA算法生成了一个私钥、公钥对。公钥是公开的，任何人都可以知道，包括B；私钥只有A知道。
2. B将自己想要对A说的明文使用A的公钥通过RSA加密，生成密文，发送出去。
3. A接收到来自B的密文，使用自己的私钥通过RSA解密，生成明文。

此场景主要为了防止中间人截获信息，即使中间人截获到密文，就算他知道A的公钥，由于不知道A的私钥，还是无法知道密文啥意思。

Code Example :

# -*- coding: utf-8 -*-import base64from Crypto import Randomfrom Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5from Crypto.PublicKey import RSAdef generate_key_pair():    """    生成私钥公钥    :return:     """    rsa = RSA.generate(bits=1024, randfunc=Random.new().read)    private_key = rsa.exportKey()    public_key = rsa.publickey().exportKey()    return private_key, public_keydef encrypt(plain_text, public_key):    """    根据公钥对原文加密    :param plain_text:     :type plain_text: str    :param public_key:     :return:     """    pk = RSA.importKey(public_key)    cipher = PKCS1_v1_5.new(pk)    cipher_text = base64.b64encode(cipher.encrypt(plain_text.encode('utf-8')))    return cipher_textdef decrypt(cipher_text, private_key):    """    根据私钥对密文进行解密    :param cipher_text:     :type cipher_text: bytes    :param private_key:     :return:     """    pk = RSA.importKey(private_key)    cipher = PKCS1_v1_5.new(pk)    text = cipher.decrypt(base64.b64decode(cipher_text), Random.new().read)    return textif __name__ == '__main__':    text = '我是一个好男人！'    prk, puk = generate_key_pair()    cipher_text = encrypt(text, puk)    plain_text = decrypt(cipher_text, prk).decode('utf-8')    print(plain_text)

Output：

我是一个好男人！

2. 签名验签

假设B要确定A是A，而不是中间者伪造的：

1. A根据RSA算法生成了一个私钥、公钥对。公钥是公开的，任何人都可以知道，包括B；私钥只有A知道。
2. A使用自己的私钥对一段消息进行签名。
3. B使用A的公钥对同一段消息进行验签，成功则证明A是A。

签名验签是为了解决中间人伪造A与B通信的问题。

Code Example:

# -*- coding: utf-8 -*-import base64from Crypto import Randomfrom Crypto.Hash import SHAfrom Crypto.PublicKey import RSAfrom Crypto.Signature import PKCS1_v1_5def generate_key_pair():    """    生成私钥公钥    :return:     """    rsa = RSA.generate(bits=1024, randfunc=Random.new().read)    private_key = rsa.exportKey()    public_key = rsa.publickey().exportKey()    return private_key, public_keydef sign(message, private_key):    """    根据私钥加签    :param message:     :type message: str    :param private_key:     :type private_key: bytes    :return:     """    pk = RSA.importKey(private_key)    signer = PKCS1_v1_5.new(pk)    digest = SHA.new()    digest.update(message.encode('utf-8'))    sign = signer.sign(digest)    signature = base64.b64encode(sign)    return signaturedef verify(message, public_key, signature):    """    根据公钥验签    :param message:     :type message: str    :param public_key:     :type public_key: bytes    :param signature:     :type signature: bytes    :return:     """    pk = RSA.importKey(public_key)    verifier = PKCS1_v1_5.new(pk)    digest = SHA.new()    digest.update(message.encode('utf-8'))    is_verified = verifier.verify(digest, base64.b64decode(signature))    return is_verifiedif __name__ == '__main__':    message = "brown"    private_key, public_key = generate_key_pair()    signature = sign(message, private_key)    print(verify(message, public_key, signature))

Output:

True

3. RSA实现细节

见维基百科

RSA加密算法

Ref

Pycrypto与RSA密码技术笔记