Cryptography，一个神奇的 Python 库！

一、什么是 Cryptography？

Cryptography 是 Python 中用于加密和解密的强大库，它提供了现代加密算法和协议的实现，支持对称加密、非对称加密、数字签名以及哈希等功能。无论是构建安全的应用程序，还是学习密码学知识，cryptography 都是一个得力工具。

二、安装 Cryptography

在使用前，需要通过以下命令安装：

pip install cryptography

三、Cryptography 的核心功能

Cryptography 提供两种主要层次的 API：

1. Hazmat 层：底层 API，用于直接实现复杂的加密逻辑。
2. 加密层：高级 API，便于快速实现常见加密功能。

四、对称加密示例

对称加密使用同一个密钥加密和解密数据。Cryptography 提供了 AES（高级加密标准）等常见算法的支持。

示例：AES 加密和解密

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.primitives import padding
import os

# 1. 生成密钥和初始化向量 (IV)
key = os.urandom(32)  # 256 位密钥
iv = os.urandom(16)   # 128 位初始化向量

# 2. 创建加密器
cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv))
encryptor = cipher.encryptor()

# 3. 加密数据
data = b"Hello, Cryptography!"  # 原始数据
padder = padding.PKCS7(algorithms.AES.block_size).padder()  # 填充数据
padded_data = padder.update(data) + padder.finalize()
encrypted_data = encryptor.update(padded_data) + encryptor.finalize()

print("加密后的数据:", encrypted_data)

# 4. 解密数据
decryptor = cipher.decryptor()
decrypted_padded_data = decryptor.update(encrypted_data) + decryptor.finalize()

# 5. 移除填充
unpadder = padding.PKCS7(algorithms.AES.block_size).unpadder()
decrypted_data = unpadder.update(decrypted_padded_data) + unpadder.finalize()

print("解密后的数据:", decrypted_data.decode())

运行结果

加密后的数据: b'\xaf\x1b\x...'
解密后的数据: Hello, Cryptography!

五、非对称加密示例

非对称加密使用公钥加密、私钥解密。常用算法包括 RSA 和 ECC。

示例：生成 RSA 密钥并加密解密

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa, padding
from cryptography.hazmat.primitives import serialization, hashes

# 1. 生成 RSA 密钥对
private_key = rsa.generate_private_key(
    public_exponent=65537,
    key_size=2048
)
public_key = private_key.public_key()

# 2. 使用公钥加密数据
message = b"Hello, RSA!"
encrypted_message = public_key.encrypt(
    message,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

print("加密后的数据:", encrypted_message)

# 3. 使用私钥解密数据
decrypted_message = private_key.decrypt(
    encrypted_message,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

print("解密后的数据:", decrypted_message.decode())

运行结果

加密后的数据: b'\x89\x15...'
解密后的数据: Hello, RSA!

六、哈希算法示例

哈希算法是一种将数据映射到固定长度字符串的单向函数，常用于数据完整性校验。

示例：SHA-256 哈希

from cryptography.hazmat.primitives import hashes

# 创建哈希对象
digest = hashes.Hash(hashes.SHA256())
digest.update(b"Hello, Cryptography!")
hash_value = digest.finalize()

print("SHA-256 哈希值:", hash_value.hex())

运行结果

SHA-256 哈希值: 33297f...

七、数字签名示例

数字签名用于验证数据的真实性和完整性。

示例：RSA 数字签名

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding
from cryptography.hazmat.primitives import hashes

# 1. 签名数据
message = b"Secure Message"
signature = private_key.sign(
    message,
    padding.PSS(
        mgf=padding.MGF1(hashes.SHA256()),
        salt_length=padding.PSS.MAX_LENGTH
    ),
    hashes.SHA256()
)

print("数字签名:", signature)

# 2. 验证签名
try:
    public_key.verify(
        signature,
        message,
        padding.PSS(
            mgf=padding.MGF1(hashes.SHA256()),
            salt_length=padding.PSS.MAX_LENGTH
        ),
        hashes.SHA256()
    )
    print("签名验证成功!")
except:
    print("签名验证失败!")

八、常见问题

1. 密钥如何安全存储？

• 使用 密钥管理服务（KMS） 或安全的硬件设备（如 HSM）。
• 使用文件加密或数据库加密存储密钥。

2. 为什么选择 Cryptography 而不是其他库？

• Cryptography 提供更高的安全性和最新算法的实现。
• 它支持高级和底层 API，既适合初学者也适合专家。

九、总结

通过 Cryptography，你可以轻松实现加密、解密、哈希、数字签名等操作。它的简洁 API 和强大功能使其成为 Python 安全编程的首选工具。

建议：从基础加密 API 入手，逐步学习高级功能，最终结合实际需求设计安全的系统！