生活中我們經常會遇到一些加密算法，今天我們就聊聊這些加密算法的Python實現。部分常用的加密方法基本都有對應的Python庫，基本不再需要我們用代碼實現具體算法。

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MD5加密

全稱：MD5消息摘要算法(英語：MD5 Message-Digest Algorithm)，一種被廣泛使用的密碼散列函數，可以產生出一個128位(16字節)的散列值(hash value)，用于確保信息傳輸完整一致。md5加密算法是不可逆的，所以解密一般都是通過暴力窮舉方法，通過網站的接口實現解密。Python代碼：

import hashlib 
m = hashlib.md5() 
m.update(str.encode("utf8")) 
print(m.hexdigest()) 

SHA1加密

全稱：安全哈希算法(Secure Hash Algorithm)主要適用于數字簽名標準(Digital Signature Standard DSS)里面定義的數字簽名算法(Digital Signature Algorithm DSA)，SHA1比MD5的安全性更強。對于長度小于2^ 64位的消息，SHA1會產生一個160位的消息摘要。Python代碼：

import hashlib 
sha1 = hashlib.sha1() 
data = '2333333' 
sha1.update(data.encode('utf-8')) 
sha1_data = sha1.hexdigest() 
print(sha1_data) 

HMAC加密

全稱：散列消息鑒別碼(Hash Message Authentication Code)， HMAC加密算法是一種安全的基于加密hash函數和共享密鑰的消息認證協議。實現原理是用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值作為認證標識，用這個標識鑒別消息的完整性。使用一個密鑰生成一個固定大小的小數據塊，即 MAC，并將其加入到消息中，然后傳輸。接收方利用與發送方共享的密鑰進行鑒別認證等。Python代碼：

import hmac 
import hashlib 
# 第一個參數是密鑰key，第二個參數是待加密的字符串，第三個參數是hash函數 
mac = hmac.new('key','hello',hashlib.md5) 
mac.digest()  # 字符串的ascii格式 
mac.hexdigest()  # 加密后字符串的十六進制格式 

DES加密

全稱：數據加密標準(Data Encryption Standard)，屬于對稱加密算法。DES是一個分組加密算法，典型的DES以64位為分組對數據加密，加密和解密用的是同一個算法。它的密鑰長度是56位(因為每個第8 位都用作奇偶校驗)，密鑰可以是任意的56位的數，而且可以任意時候改變。Python代碼：

import binascii 
from pyDes import des, CBC, PAD_PKCS5 
# 需要安裝 pip install pyDes 
 
def des_encrypt(secret_key, s): 
    iv = secret_key 
    k = des(secret_key, CBC, iv, pad=None, padmode=PAD_PKCS5) 
    en = k.encrypt(s, padmode=PAD_PKCS5) 
    return binascii.b2a_hex(en) 
 
def des_decrypt(secret_key, s): 
    iv = secret_key 
    k = des(secret_key, CBC, iv, pad=None, padmode=PAD_PKCS5) 
    de = k.decrypt(binascii.a2b_hex(s), padmode=PAD_PKCS5) 
    return de 
 
secret_str = des_encrypt('12345678', 'I love YOU~') 
print(secret_str) 
clear_str = des_decrypt('12345678', secret_str) 
print(clear_str) 

AES加密

全稱：高級加密標準(英語：Advanced Encryption Standard)，在密碼學中又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府采用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界所使用。Python代碼：

import base64 
from Crypto.Cipher import AES 
 
''' 
AES對稱加密算法 
''' 
# 需要補位，str不是16的倍數那就補足為16的倍數 
def add_to_16(value): 
    while len(value) % 16 != 0: 
        value += '\0' 
    return str.encode(value)  # 返回bytes 
# 加密方法 
def encrypt(key, text): 
    aes = AES.new(add_to_16(key), AES.MODE_ECB)  # 初始化加密器 
    encrypt_aes = aes.encrypt(add_to_16(text))  # 先進行aes加密 
    encrypted_text = str(base64.encodebytes(encrypt_aes), encoding='utf-8')  # 執行加密并轉碼返回bytes 
    return encrypted_text 
# 解密方法 
def decrypt(key, text): 
    aes = AES.new(add_to_16(key), AES.MODE_ECB)  # 初始化加密器 
    base64_decrypted = base64.decodebytes(text.encode(encoding='utf-8'))  # 優先逆向解密base64成bytes 
    decrypted_text = str(aes.decrypt(base64_decrypted), encoding='utf-8').replace('\0', '')  # 執行解密密并轉碼返回str 
    return decrypted_text 

RSA加密

全稱：Rivest-Shamir-Adleman，RSA加密算法是一種非對稱加密算法。在公開密鑰加密和電子商業中RSA被廣泛使用。它被普遍認為是目前比較優秀的公鑰方案之一。RSA是第一個能同時用于加密和數字簽名的算法，它能夠抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊。Python代碼：

# -*- coding: UTF-8 -*- 
# reference codes: https://www.jianshu.com/p/7a4645691c68 
 
import base64 
import rsa 
from rsa import common 
 
# 使用 rsa庫進行RSA簽名和加解密 
class RsaUtil(object): 
    PUBLIC_KEY_PATH = 'xxxxpublic_key.pem'  # 公鑰 
    PRIVATE_KEY_PATH = 'xxxxxprivate_key.pem'  # 私鑰 
 
    # 初始化key 
    def __init__(self, 
                 company_pub_file=PUBLIC_KEY_PATH, 
                 company_pri_file=PRIVATE_KEY_PATH): 
 
        if company_pub_file: 
            self.company_public_key = rsa.PublicKey.load_pkcs1_openssl_pem(open(company_pub_file).read()) 
        if company_pri_file: 
            self.company_private_key = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(open(company_pri_file).read()) 
 
    def get_max_length(self, rsa_key, encrypt=True): 
        """加密內容過長時 需要分段加密 換算每一段的長度. 
            :param rsa_key: 鑰匙. 
            :param encrypt: 是否是加密. 
        """ 
        blocksize = common.byte_size(rsa_key.n) 
        reserve_size = 11  # 預留位為11 
        if not encrypt:  # 解密時不需要考慮預留位 
            reserve_size = 0 
        maxlength = blocksize - reserve_size 
        return maxlength 
 
    # 加密 支付方公鑰 
    def encrypt_by_public_key(self, message): 
        """使用公鑰加密. 
            :param message: 需要加密的內容. 
            加密之后需要對接過進行base64轉碼 
        """ 
        encrypt_result = b'' 
        max_length = self.get_max_length(self.company_public_key) 
        while message: 
            input = message[:max_length] 
            message = message[max_length:] 
            out = rsa.encrypt(input, self.company_public_key) 
            encrypt_result += out 
        encrypt_result = base64.b64encode(encrypt_result) 
        return encrypt_result 
 
    def decrypt_by_private_key(self, message): 
        """使用私鑰解密. 
            :param message: 需要加密的內容. 
            解密之后的內容直接是字符串，不需要在進行轉義 
        """ 
        decrypt_result = b"" 
 
        max_length = self.get_max_length(self.company_private_key, False) 
        decrypt_message = base64.b64decode(message) 
        while decrypt_message: 
            input = decrypt_message[:max_length] 
            decrypt_message = decrypt_message[max_length:] 
            out = rsa.decrypt(input, self.company_private_key) 
            decrypt_result += out 
        return decrypt_result 
 
    # 簽名 商戶私鑰 base64轉碼 
    def sign_by_private_key(self, data): 
        """私鑰簽名. 
            :param data: 需要簽名的內容. 
            使用SHA-1 方法進行簽名（也可以使用MD5） 
            簽名之后，需要轉義后輸出 
        """ 
        signature = rsa.sign(str(data), priv_key=self.company_private_key, hash='SHA-1') 
        return base64.b64encode(signature) 
 
    def verify_by_public_key(self, message, signature): 
        """公鑰驗簽. 
            :param message: 驗簽的內容. 
            :param signature: 對驗簽內容簽名的值（簽名之后，會進行b64encode轉碼，所以驗簽前也需轉碼）. 
        """ 
        signature = base64.b64decode(signature) 
        return rsa.verify(message, signature, self.company_public_key) 

ECC加密

全稱：橢圓曲線加密(Elliptic Curve Cryptography)，ECC加密算法是一種公鑰加密技術，以橢圓曲線理論為基礎。利用有限域上橢圓曲線的點構成的Abel群離散對數難解性，實現加密、解密和數字簽名。將橢圓曲線中的加法運算與離散對數中的模乘運算相對應，就可以建立基于橢圓曲線的對應密碼體制。Python代碼：

# -*- coding:utf-8 *- 
# author: DYBOY 
# reference codes: https://blog.dyboy.cn/websecurity/121.html 
# description: ECC橢圓曲線加密算法實現 
""" 
    考慮K=kG ，其中K、G為橢圓曲線Ep(a,b)上的點，n為G的階（nG=O∞ ），k為小于n的整數。 
    則給定k和G，根據加法法則，計算K很容易但反過來，給定K和G，求k就非常困難。 
    因為實際使用中的ECC原則上把p取得相當大，n也相當大，要把n個解點逐一算出來列成上表是不可能的。 
    這就是橢圓曲線加密算法的數學依據 
    點G稱為基點（base point） 
    k（k<n）為私有密鑰（privte key） 
    K為公開密鑰（public key) 
""" 
 
def get_inverse(mu, p): 
    """ 
    獲取y的負元 
    """ 
    for i in range(1, p): 
        if (i*mu)%p == 1: 
            return i 
    return -1 
 
def get_gcd(zi, mu): 
    """ 
    獲取最大公約數 
    """ 
    if mu: 
        return get_gcd(mu, zi%mu) 
    else: 
        return zi 
 
def get_np(x1, y1, x2, y2, a, p): 
    """ 
    獲取n*p，每次+p，直到求解階數np=-p 
    """ 
    flag = 1  # 定義符號位（+/-） 
 
    # 如果 p=q  k=(3x2+a)/2y1mod p 
    if x1 == x2 and y1 == y2: 
        zi = 3 * (x1 ** 2) + a  # 計算分子      【求導】 
        mu = 2 * y1    # 計算分母 
 
    # 若P≠Q，則k=(y2-y1)/(x2-x1) mod p 
    else: 
        zi = y2 - y1 
        mu = x2 - x1 
        if zi* mu < 0: 
            flag = 0        # 符號0為-（負數） 
            zi = abs(zi) 
            mu = abs(mu) 
 
    # 將分子和分母化為最簡 
    gcd_value = get_gcd(zi, mu)     # 最大公約數 
    zi = zi // gcd_value            # 整除 
    mu = mu // gcd_value 
    # 求分母的逆元  逆元： ∀a ∈G ，ョb∈G 使得 ab = ba = e 
    # P(x,y)的負元是 (x,-y mod p)= (x,p-y) ，有P+(-P)= O∞ 
    inverse_value = get_inverse(mu, p) 
    k = (zi * inverse_value) 
 
    if flag == 0:                   # 斜率負數 flag==0 
        k = -k 
    k = k % p 
    # 計算x3,y3 P+Q 
    """ 
        x3≡k2-x1-x2(mod p) 
        y3≡k(x1-x3)-y1(mod p) 
    """ 
    x3 = (k ** 2 - x1 - x2) % p 
    y3 = (k * (x1 - x3) - y1) % p 
    return x3,y3 
 
def get_rank(x0, y0, a, b, p): 
    """ 
    獲取橢圓曲線的階 
    """ 
    x1 = x0             #-p的x坐標 
    y1 = (-1*y0)%p      #-p的y坐標 
    tempX = x0 
    tempY = y0 
    n = 1 
    while True: 
        n += 1 
        # 求p+q的和，得到n*p，直到求出階 
        p_x,p_y = get_np(tempX, tempY, x0, y0, a, p) 
        # 如果 == -p,那么階數+1，返回 
        if p_x == x1 and p_y == y1: 
            return n+1 
        tempX = p_x 
        tempY = p_y 
 
def get_param(x0, a, b, p): 
    """ 
    計算p與-p 
    """ 
    y0 = -1 
    for i in range(p): 
        # 滿足取模約束條件，橢圓曲線Ep(a,b)，p為質數，x,y∈[0,p-1] 
        if i**2%p == (x0**3 + a*x0 + b)%p: 
            y0 = i 
            break 
 
    # 如果y0沒有，返回false 
    if y0 == -1: 
        return False 
 
    # 計算-y（負數取模） 
    x1 = x0 
    y1 = (-1*y0) % p 
    return x0,y0,x1,y1 
 
def get_graph(a, b, p): 
    """ 
    輸出橢圓曲線散點圖 
    """ 
    x_y = [] 
    # 初始化二維數組 
    for i in range(p): 
        x_y.append(['-' for i in range(p)]) 
 
    for i in range(p): 
        val =get_param(i, a, b, p)  # 橢圓曲線上的點 
        if(val != False): 
            x0,y0,x1,y1 = val 
            x_y[x0][y0] = 1 
            x_y[x1][y1] = 1 
 
    print("橢圓曲線的散列圖為：") 
    for i in range(p):              # i= 0-> p-1 
        temp = p-1-i        # 倒序 
 
        # 格式化輸出1/2位數，y坐標軸 
        if temp >= 10: 
            print(temp, end=" ") 
        else: 
            print(temp, end="  ") 
 
        # 輸出具體坐標的值，一行 
        for j in range(p): 
            print(x_y[j][temp], end="  ") 
        print("")   #換行 
 
    # 輸出 x 坐標軸 
    print("  ", end="") 
    for i in range(p): 
        if i >=10: 
            print(i, end=" ") 
        else: 
            print(i, end="  ") 
    print('\n') 
 
def get_ng(G_x, G_y, key, a, p): 
    """ 
    計算nG 
    """ 
    temp_x = G_x 
    temp_y = G_y 
    while key != 1: 
        temp_x,temp_y = get_np(temp_x,temp_y, G_x, G_y, a, p) 
        key -= 1 
    return temp_x,temp_y 
 
def ecc_main(): 
    while True: 
        a = int(input("請輸入橢圓曲線參數a(a>0)的值：")) 
        b = int(input("請輸入橢圓曲線參數b(b>0)的值：")) 
        p = int(input("請輸入橢圓曲線參數p(p為素數)的值："))   #用作模運算 
 
        # 條件滿足判斷 
        if (4*(a**3)+27*(b**2))%p == 0: 
            print("您輸入的參數有誤，請重新輸入！！！\n") 
        else: 
            break 
 
    # 輸出橢圓曲線散點圖 
    get_graph(a, b, p) 
 
    # 選點作為G點 
    print("user1：在如上坐標系中選一個值為G的坐標") 
    G_x = int(input("user1：請輸入選取的x坐標值：")) 
    G_y = int(input("user1：請輸入選取的y坐標值：")) 
 
    # 獲取橢圓曲線的階 
    n = get_rank(G_x, G_y, a, b, p) 
 
    # user1生成私鑰，小key 
    key = int(input("user1：請輸入私鑰小key（<{}）：".format(n))) 
 
    # user1生成公鑰，大KEY 
    KEY_x,kEY_y = get_ng(G_x, G_y, key, a, p) 
 
    # user2階段 
    # user2拿到user1的公鑰KEY，Ep(a,b)階n，加密需要加密的明文數據 
    # 加密準備 
    k = int(input("user2：請輸入一個整數k（<{}）用于求kG和kQ：".format(n))) 
    k_G_x,k_G_y = get_ng(G_x, G_y, k, a, p)                         # kG 
    k_Q_x,k_Q_y = get_ng(KEY_x, kEY_y, k, a, p)                     # kQ 
 
    # 加密 
    plain_text = input("user2：請輸入需要加密的字符串:") 
    plain_text = plain_text.strip() 
    #plain_text = int(input("user1：請輸入需要加密的密文：")) 
    c = [] 
    print("密文為：",end="") 
    for char in plain_text: 
        intchar = ord(char) 
        cipher_text = intchar*k_Q_x 
        c.append([k_G_x, k_G_y, cipher_text]) 
        print("({},{}),{}".format(k_G_x, k_G_y, cipher_text),end="-") 
 
 
    # user1階段 
    # 拿到user2加密的數據進行解密 
    # 知道 k_G_x,k_G_y，key情況下，求解k_Q_x,k_Q_y是容易的，然后plain_text = cipher_text/k_Q_x 
    print("\nuser1解密得到明文：",end="") 
    for charArr in c: 
        decrypto_text_x,decrypto_text_y = get_ng(charArr[0], charArr[1], key, a, p) 
        print(chr(charArr[2]//decrypto_text_x),end="") 
 
if __name__ == "__main__": 
    print("*************ECC橢圓曲線加密*************") 
    ecc_main() 

本文主要介紹了MD5，SHA-1，HMAC，DES/AES，RSA和ECC這幾種加密算法和python代碼示例。以上，便是今天的內容，希望大家喜歡，