密碼學(xué)俱樂部的一條規(guī)則是：永遠(yuǎn)不要自己發(fā)明密碼系統(tǒng)。密碼學(xué)俱樂部的第二條規(guī)則是：永遠(yuǎn)不要自己實現(xiàn)密碼系統(tǒng)：在現(xiàn)實世界中，在實現(xiàn)以及設(shè)計密碼系統(tǒng)階段都找到過許多漏洞。

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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(chǔ)庫，也是一個“危險”層。“危險”層需要更加小心和相關(guān)的知識，并且使用它很容易出現(xiàn)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(nèi)容!

cryptography 庫中最有用的高級安全功能是一種 Fernet 實現(xiàn)。Fernet 是一種遵循實踐的加密緩沖區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。它不適用于非常大的文件，如千兆字節(jié)以上的文件，因為它要求你一次加載要加密或解密的內(nèi)容到內(nèi)存緩沖區(qū)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：

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

這些字節(jié)可以寫入有適當(dāng)權(quán)限的文件，在安全的機(jī)器上。

有了密鑰后，加密也很容易：

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

如果在你的機(jī)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(jī)生成的緩沖區(qū)連接起來。這是我之前提到的“實踐”之一：它將阻止對手分辨哪些加密值是相同的。

解密同樣簡單：

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

請注意，這僅加密和解密字節(jié)串。為了加密和解密文本串，通常需要對它們使用 UTF-8 進(jìn)行編碼和解碼。

20 世紀(jì)中期密碼學(xué)最有趣的進(jìn)展之一是 公鑰(public key)加密。它可以在發(fā)布加密密鑰的同時而讓解密密鑰保持保密。例如，它可用于保存服務(wù)器使用的 API 密鑰：服務(wù)器是可以訪問解密密鑰的一方，但是任何人都可以保存公共加密密鑰。

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

NaCl 始終同時 加密(encrypt)和 簽名(sign)或者同時 解密(decrypt)和 驗證簽名(verify signature)。這是一種防止 基于可伸縮性(malleability-based)的方法，其中不法分子會修改加密值。

加密是使用公鑰完成的，而簽名是使用密鑰完成的：

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

解密顛倒了角色：它需要私鑰進(jìn)行解密，需要公鑰驗證簽名：

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

 PocketProtector 庫構(gòu)建在 PyNaCl 之上，包含完整的密鑰管理方案。