Python 实现RSA加解密文本文件

时间:2020-12-30 dwBurning 人气:0

这篇文章主要介绍了Python 实现RSA加解密文本文件的方法，帮助大家更好的理解和使用python，感兴趣的朋友可以了解下

近来在使用python写项目，特此记录一下项目中遇到的文件加解密问题。
关于python版本的加密算法，随便搜一搜还是可以检索出来很多的，不过大都是同一篇文章在不同的平台来回发布，或者就是转载，而且例举的都是最简单的情况，那么，实际项目中使用的话，肯定会比这个要稍微复杂一些，比如我的需求就是要加密一个使用mysqldump出来的数据库脚本文件，直接拿网上的例子过来调用肯定是不行的，所以不得不自己研究了一番，特此记录。

RSA算法

什么是RSA算法？

项目选型的算法是RSA非对称加密算法，关于这个算法不做过多的解释，咱们划重点：

公钥用于加密
私钥用于解密
len_in_byte(raw_data) = len_in_bit(key)/8 -11，如 1024bit 的密钥，一次能加密的内容长度为 1024/8 -11 = 117 byte

为何要减去11个byte?

因为我们使用的是PKCS1Padding占用了11个byte，那么它能加密的明文长度就必须减去这11个byte

可能会遇到什么问题？

基于以上三点，我们大概可以知道要完成文件加解密，我们可能会遇到什么问题？

一次性加密明文的长度是和密钥长度有关系的，那么我们要加密一个文件，不能一次性将文本内容读取出来，然后加密
如果文件很大，我们也不可能将文件内容一次性读取到内存当中，可能会直接导致服务器无法响应其他请求，这肯定是不合理的
文本被加密之后，回头解密，如果读取的长度有差异势必导致解密失败，那么这个数据库备份文件就废了，这个就比较危险了

Do It

安装依赖，python版本3.7.4

pip install pycryptodomex -i http://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/

导入模块：

import base64
from Cryptodome import Random
from Cryptodome.PublicKey import RSA
from Cryptodome.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5
from Cryptodome.Signature import PKCS1_v1_5 as Signature_pkcs1_v1_5

生成公钥+私钥，注意这里我们生成的公钥长度是1024bit

# 伪随机数生成器
random_generator = Random.new().read
# rsa算法生成实例
rsa = RSA.generate(1024, random_generator)
private_pem = str(rsa.exportKey(), encoding="utf-8")
with open("client-private.pem", "w") as f:
    f.write(private_pem)
  
public_pem = str(rsa.publickey().exportKey(), encoding="utf-8")
with open("client-public.pem", "w") as f:
    f.write(public_pem)'''

加密，这里对传入的明文长度做了切分，因为我们生成的密钥长度为1024bit，所以我们一次加密的明文长度不能超过117个byte

def rsa_encrypt(plaintext, pub_key):
    '''
    rsa 加密
    :param plaintext: 明文
    :param pub_key:公钥
    '''
    message = plaintext.encode("utf-8")
    length = len(message)
    default_length = 117  # 1024/8 - 11 1024为密钥长度
    rsakey = RSA.importKey(pub_key)
    cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    # 不需要切分
    if length <= default_length:
        return default_rsa_encrypt(cipher, message)
    # 需要切分
    offset = 0
    result = []
    while length - offset > 0:
        if length - offset > default_length:
            result.append(default_rsa_encrypt(
                cipher, message[offset:offset+default_length]))
        else:
            result.append(default_rsa_encrypt(cipher, message[offset:]))
        offset += default_length
    return "\n".join(result)
  
def default_rsa_encrypt(cipher, message):
    ciphertext = base64.b64encode(cipher.encrypt(message))
    # print(b"ciphertext:"+ciphertext)
    ciphertext_decode = ciphertext.decode("utf-8")
    # print("ciphertext_decode:"+ciphertext_decode)
    return ciphertext_decode

解密

def rsa_decrypt(ciphertext, priv_key):
    '''
    rsa 解密
    :param ciphertext:密文
    :param priv_key:私钥
    '''
    message = base64.b64decode(ciphertext)
    length = len(message)
    default_length = 128
    rsakey = RSA.importKey(priv_key)
    cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
    if length <= default_length:
        return default_rsa_decrypt(cipher, message)
    # 需要分段
    offset = 0
    result = []
    while length - offset > 0:
        if length - offset > default_length:
            result.append(rsa_decrypt(
                cipher, message[offset:offset+default_length]))
        else:
            result.append(rsa_decrypt(cipher, message[offset:]))
        offset += default_length
    decode_message = [x.decode("utf-8") for x in result]
    return "".join(decode_message)
  
def default_rsa_decrypt(cipher, message):
    plaintext = cipher.decrypt(message, random_generator)
    # print(b"plaintext:"+plaintext)
    plaintext_decode = plaintext.decode("utf-8")
    # print("plaintext_decode:"+plaintext_decode)
    return plaintext_decode

加解密文件，考虑开头我们提出的问题，采用了逐行读取，逐行加密，加密后密文也逐行写入

def rsa_encrypt_file(file_path, save_path, pub_key):
    '''
    rsa 加密文件
    :param file_path:需要加密文件路径
    :param save_path:加密之后存放的文件路径
    :param pub_key:公钥
    '''
    with open(file_path, "r", encoding="utf-8") as f:
        line = f.readline()  # 读取一行
        while line:
            context = rsa_encrypt(line, pub_key)  # 加密切割后的字符
            with open(save_path, "a", encoding="utf-8") as w:
                w.write(context+"\n")
        line = f.readline()
def rsa_decrypt_file(file_path,save_path,priv_key):
    '''
    rsa 解密文件
    :file_path:需要解密的文件路径
    :save_path:解密之后存放的文件路径
    :priv_key:私钥
    '''
    with open(file_path,"r",encoding="utf-8") as f:
        line = f.readline()
        while line:
            context = rsa_decrypt(line.strip("\n"),priv_key)
            with open(save_path,"a",encoding="utf-8") as w:
                w.write(context)
            line = f.readline()

测试，一开始我使用的是自己随便输入的一行很长的数字文本，亲测没有问题，但是当我直接使用我的数据库脚本文件的时候，加密可以成功，但是会遇到解密后解码失败的情况，当时百思不得其解，我以为是字符集的问题，于是我将utf-8，换成了gb2312，加解密成功了，当时心花怒放，直到我重新加解密了另一个备份文件，又遇到解码失败，当时就睡不着觉了~

直到我看到了这句话不完整的多字节序列（incomplete multibyte sequence）我瞬间明白了，因为我的脚本文件中含有中文，utf8 编码一个汉字是3个byte，gb2312编码一个汉字是2个byte，只要是多字节，那么做切割的时候，就有可能一个汉字被切割成了两部分，那么自然会导致无法解码成正确的汉字了，问题已经明了，就看怎么解决了。

因为是脚本文件，处理不好就有可能导致脚本执行失败，最终导致数据库还原失败，这就违背项目初衷了~

所以我想了一个办法，先对每一行文本做字符编码判断，超过了117，最后一个字符就不累计上去，代码如下：

def cut_string(message,length = 117):
    result = []
    temp_char = []
    for msg in message:#遍历每一个字符
        msg_encode = msg.encode("utf-8")#对每一个字符编码
        temp_encode = "".join(temp_char).encode("utf-8")#累计编码之后的字节数
        if len(temp_encode) + len(msg_encode) <= length:#如果小于约定的长度，加添加入结果集
            temp_char.append(msg)
        else:#如果已经超过了约定的长度，就添加入下一个结果集
            result.append("".join(temp_char))
            temp_char.clear()
            temp_char.append(msg)
    result.append("".join(temp_char))
    return result

加密方法需要重新调整一下：

def rsa_encrypt_file(file_path,save_path,pub_key):
    '''
    rsa 加密文件
    :param file_path:需要加密文件路径
    :param save_path:加密之后存放的文件路径
    :param pub_key:公钥
    '''
    with open(file_path,"r",encoding="utf-8") as f:
        line = f.readline() #读取一行
        while line:
            cut_lines = cut_string(line) # 切割字符 保证汉字不被切割
            for cut_line in cut_lines:
                context = rsa_encrypt(cut_line,pub_key) #加密切割后的字符
                with open(save_path,"a",encoding="utf-8") as w:
                    w.write(context+"\n")
            line = f.readline()

到此问题就已经解决了，其实有了这个cut_string方法之后，之前写的加解密方法中不需要再做切分，但是代码保留。

上面的方法，加解密的效率非常的低，因为是逐行加解密，一个300M的脚本文件，加密完成耗时40分钟，这个实在是太难受了，所以调整了策略，先压缩再加密，所以就涉及到二进制文件的读取与写入，最后的实现代码如下：

def rsa_encrypt_binfile(file_path,save_path,pub_key):
  '''
  rsa 加密二进制文件
  :param file_path:需要加密文件路径
  :param save_path:加密之后存放的文件路径
  :param pub_key:公钥
  '''
  with open(file_path, 'rb') as f:
    message = f.read()
  length = len(message)
  default_length = 117 # 1024/8 - 11 1024为密钥长度
  rsakey = RSA.importKey(pub_key)
  cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
  # 不需要切分
  result = []
  if length <= default_length:
    result.append(base64.b64encode(cipher.encrypt(message)))

  # 需要切分
  offset = 0
  while length - offset > 0:
    if length - offset > default_length:
      result.append(base64.b64encode(cipher.encrypt(message[offset:offset+default_length])))
    else:
      result.append(base64.b64encode(cipher.encrypt(message[offset:])))
    offset += default_length
  
  with open(save_path,"ab+") as w:
    for ciphertext in result:
      ciphertext += b"\n"
      w.write(ciphertext)

def rsa_decrypt_binfile(file_path,save_path,priv_key):
  '''
  rsa 解密二进制文件
  :file_path:需要解密的文件路径
  :save_path:解密之后存放的文件路径
  :priv_key:私钥
  '''
  with open(file_path,"rb") as f:
    line = f.readline()
    while line:
      message = base64.b64decode(line.strip(b"\n"))
      rsakey = RSA.importKey(priv_key)
      cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
      plaintext = cipher.decrypt(message, random_generator)
      with open(save_path, 'ab+') as w: #追加写入
        w.write(plaintext)
      line = f.readline()

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