在Python中使用盐加密/解密数据

Question

我想知道基本上怎么用生成的盐值密钥来加密数据，然后再用Python解密它？

我浏览了很多网站和模块，它们在加密方面看起来都不错，但似乎没有一个能解密。

我最关心的是要有一个强大的盐值密钥，这个密钥可能会生成几百次，然后用这个密钥来加密数据。特别是我想加密JSON格式的数据，使用盐值密钥，把加密后的数据发送到另一端（监听客户端），然后在那边根据生成盐值密钥的算法来解密数据。

我发现mcrypt模块在这方面效果最好，但关于python-mcrypt模块的文档不多（而且这个模块目前已经过时，不再维护）。

Answer 1

你只需要用到 RNCryptor 就可以了：

import rncryptor

data = '...'
password = '...'

# rncryptor.RNCryptor's methods
cryptor = rncryptor.RNCryptor()
encrypted_data = cryptor.encrypt(data, password)
decrypted_data = cryptor.decrypt(encrypted_data, password)
assert data == decrypted_data

# rncryptor's functions
encrypted_data = rncryptor.encrypt(data, password)
decrypted_data = rncryptor.decrypt(encrypted_data, password)
assert data == decrypted_data

它提供了一种语义上安全的加密方式（每次加密都会使用随机的盐值和初始化向量），并且通过 HMAC 进行安全的完整性检查（加密后的数据如果被篡改会被发现）。

RNCryptor 还有一个特定的数据格式，这样你就不用担心这个问题了，并且在 很多编程语言中都有实现。

Answer 2

简单来说，你的问题的答案是：把密码和盐（salt）结合在一起，然后反复进行哈希处理，生成你的密钥。接着，把盐附加到密文上，这样你就可以用它来生成解密的密钥。为了确保我给出的答案是正确的，我写了一些函数来完成这些工作。下面是这些函数。

在我的回答中，我使用了pycrypto库，所以我们需要导入一些相关的库。

import Crypto.Random
from Crypto.Cipher import AES
import hashlib

为了让代码更易读，我定义了一些常量，后面会用到。

# salt size in bytes
SALT_SIZE = 16

# number of iterations in the key generation
NUMBER_OF_ITERATIONS = 20

# the size multiple required for AES
AES_MULTIPLE = 16

为了使用盐，我采用了一种基于密码的加密方案。我使用了RSA PKCS #5标准来生成基于密码的加密密钥和填充，这个标准是为了适配AES加密算法的。

生成密钥时，密码和盐会被连接在一起。这个组合会根据需要进行多次哈希处理。

def generate_key(password, salt, iterations):
    assert iterations > 0

    key = password + salt

    for i in range(iterations):
        key = hashlib.sha256(key).digest()  

    return key

为了填充文本，你需要计算出超出16的倍数的额外字节数。如果是0，就添加16个字节的填充；如果是1，就添加15个，以此类推。这样你总是会添加填充。填充的字符是与填充字节数相同值的字符（chr(padding_size)），这样在最后去除填充时就很方便了（ord(padded_text[-1])）。

def pad_text(text, multiple):
    extra_bytes = len(text) % multiple

    padding_size = multiple - extra_bytes

    padding = chr(padding_size) * padding_size

    padded_text = text + padding

    return padded_text

def unpad_text(padded_text):
    padding_size = ord(padded_text[-1])

    text = padded_text[:-padding_size]

    return text

加密时需要生成一个随机的盐，并将其与密码一起使用来生成加密密钥。文本会使用上面提到的pad_text函数进行填充，然后用一个加密对象进行加密。最后，密文和盐会被连接在一起并返回。如果你想以明文形式发送这些内容，你需要用base64进行编码。

def encrypt(plaintext, password):
    salt = Crypto.Random.get_random_bytes(SALT_SIZE)

    key = generate_key(password, salt, NUMBER_OF_ITERATIONS)

    cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)

    padded_plaintext = pad_text(plaintext, AES_MULTIPLE)

    ciphertext = cipher.encrypt(padded_plaintext)

    ciphertext_with_salt = salt + ciphertext

    return ciphertext_with_salt

解密的过程是反向进行的，先从密文中提取盐，然后用这个盐来解密剩余的密文。最后，使用unpad_text去除填充。

def decrypt(ciphertext, password):
    salt = ciphertext[0:SALT_SIZE]

    ciphertext_sans_salt = ciphertext[SALT_SIZE:]

    key = generate_key(password, salt, NUMBER_OF_ITERATIONS)

    cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)

    padded_plaintext = cipher.decrypt(ciphertext_sans_salt)

    plaintext = unpad_text(padded_plaintext)

    return plaintext

如果你还有其他问题或需要进一步的解释，请告诉我。