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Python 的加密庫入門 | Linux 中國

加密你的資料並使其免受攻擊者的攻擊。

— Moshe Zadka

 

密碼學俱樂部的第一條規則是:永遠不要自己發明密碼系統。密碼學俱樂部的第二條規則是:永遠不要自己實現密碼系統:在現實世界中,在實現以及設計密碼系統階段都找到過許多漏洞。

Python 中的一個有用的基本加密庫就叫做 cryptography。它既是一個“安全”方面的基礎庫,也是一個“危險”層。“危險”層需要更加小心和相關的知識,並且使用它很容易出現安全漏洞。在這篇介紹性文章中,我們不會涵蓋“危險”層中的任何內容!

cryptography 庫中最有用的高級安全功能是一種 Fernet 實現。Fernet 是一種遵循最佳實踐的加密緩衝區的標準。它不適用於非常大的檔案,如千兆位元組以上的檔案,因為它要求你一次加載要加密或解密的內容到記憶體緩衝區中。

Fernet 支持對稱symmetric(即密鑰secret key)加密方式*:加密和解密使用相同的密鑰,因此必須保持安全。

生成密鑰很簡單:

  1. >>> k = fernet.Fernet.generate_key()
  2. >>> type(k)
  3. <class 'bytes'>

這些位元組可以寫入有適當權限的檔案,最好是在安全的機器上。

有了密鑰後,加密也很容易:

  1. >>> frn = fernet.Fernet(k)
  2. >>> encrypted = frn.encrypt(b"x marks the spot")
  3. >>> encrypted[:10]
  4. b'gAAAAABb1'

如果在你的機器上加密,你會看到略微不同的值。不僅因為(我希望)你生成了和我不同的密鑰,而且因為 Fernet 將要加密的值與一些隨機生成的緩衝區連接起來。這是我之前提到的“最佳實踐”之一:它將阻止對手分辨哪些加密值是相同的,這有時是攻擊的重要部分。

解密同樣簡單:

  1. >>> frn = fernet.Fernet(k)
  2. >>> frn.decrypt(encrypted)
  3. b'x marks the spot'

請註意,這僅加密和解密位元組串。為了加密和解密文本串,通常需要對它們使用 UTF-8 進行編碼和解碼。

20 世紀中期密碼學最有趣的進展之一是公鑰public key加密。它可以在發佈加密密鑰的同時而讓解密密鑰保持保密。例如,它可用於儲存服務器使用的 API 密鑰:服務器是唯一可以訪問解密密鑰的一方,但是任何人都可以儲存公共加密密鑰。

雖然 cryptography 沒有任何支持公鑰加密的安全功能,但 PyNaCl 庫有。PyNaCl 封裝並提供了一些很好的方法來使用 Daniel J. Bernstein 發明的 NaCl 加密系統。

NaCl 始終同時加密encrypt簽名sign或者同時解密decrypt驗證簽名verify signature。這是一種防止基於可伸縮性malleability-based的攻擊的方法,其中攻擊者會修改加密值。

加密是使用公鑰完成的,而簽名是使用密鑰完成的:

  1. >>> from nacl.public import PrivateKey, PublicKey, Box
  2. >>> source = PrivateKey.generate()
  3. >>> with open("target.pubkey", "rb") as fpin:
  4. ... target_public_key = PublicKey(fpin.read())
  5. >>> enc_box = Box(source, target_public_key)
  6. >>> result = enc_box.encrypt(b"x marks the spot")
  7. >>> result[:4]
  8. b'\xe2\x1c0\xa4'

解密顛倒了角色:它需要私鑰進行解密,需要公鑰驗證簽名:

  1. >>> from nacl.public import PrivateKey, PublicKey, Box
  2. >>> with open("source.pubkey", "rb") as fpin:
  3. ... source_public_key = PublicKey(fpin.read())
  4. >>> with open("target.private_key", "rb") as fpin:
  5. ... target = PrivateKey(fpin.read())
  6. >>> dec_box = Box(target, source_public_key)
  7. >>> dec_box.decrypt(result)
  8. b'x marks the spot'

最後,PocketProtector 庫構建在 PyNaCl 之上,包含完整的密鑰管理方案。

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