Python sha256+zlib库实现文件加密算法

数字化时代下，数据安全对各大公司及个人的重要性不言而喻。作为Python语言使用者, 如何进行数据的加密和解密呢？本文带领大家来了解一下。

sha256算法

sha256算法是目前应用非常广泛的数据加密算法, 可以简单的理解为：通过一个函数，把任意长度的数据转换为一个长度固定的数据串。

性质
不可逆性：sha256加密是一个单向密码体制，即从明文到密文的不可逆映射，只有加密过程没有解密过程。(本文会使用其他方法使数据可以解密。)

压缩性：任意长度的数据，算出的sha256值长度都是固定的。

抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的sha256值都有很大区别。

抗碰撞性：已知原数据和其sha256值，想找到一个具有相同sha256值的数据（即伪造数据）是非常困难的。

标准库知识

*已经熟悉这些模块的, 请忽略。
hashlib模块

hashlib.sha256(byte)
返回一个sha256加密对象obj, 用于后续操作。注意参数必须是bytes类型。
- obj.hexdigest()
  获取sha256加密对象的十六进制sha256值, 返回一个字符串。
- obj.digest()
  获取sha256加密对象的二进制sha256值, 返回一个bytes类型数据。

zlib模块

zlib.compress(data, [level])
压缩一个二进制数据, 返回值为压缩后的数据。
data: 待压缩的数据, bytes类型。
level: 压缩级别, 可选参数, 可以是zlib.Z_BEST_COMPRESSION, Z_DEFAULT_COMPRESSION, 或Z_NO_COMPRESSION。
zlib.decompress(data)
解压数据, 与zlib.compress相反。注意如果data数据有损坏, 那么zlib会报错。

加密与解密数据

加密部分首先计算密码的sha256值, 再将数据用zlib压缩,
然后将压缩数据与密码变换得到的sha256值进行异或运算, 得到结果。

由于密码经过了变换处理, 在不知道密码的情况下, 找到密码变换得到的sha256值是非常困难的。另外, 使用zlib压缩也是为了防止找到密码变换得到的sha256值, 避免数据被直接破解。

def encrypt(data,password,compress_level=-1):data = zlib.compress(data,compress_level) # 先使用zlib压缩sha256=hashlib.sha256(password.encode("utf-8")).hexdigest() # 获取密码的sha256head = sha256.encode() + len(data).to_bytes(8,"big") # 文件头mask = hashlib.sha256((password*2).encode("utf-8")).hexdigest() # 使用密码的变体(重复2次)的sha256作为掩码mask_num = int.from_bytes(mask.encode(),"little")encrypted=b''for i in range(0,len(data),64): # sha256结果为64字节长num = int.from_bytes(data[i:i+64],"little") # 截取data的一部分num_enc = num ^ mask_num # 将data的一部分与掩码进行异或运算encrypted += num_enc.to_bytes(64,"little")return head + encrypted[:len(data)]

解密部分首先将密码的sha256值与已加密数据头部的sha256值进行比对, 如果不匹配, 就提示错误。
再重新把加密数据和密码变换得到的sha256值进行异或运算, 还原得到压缩数据。再解压, 得到结果。

def decrypt(encrypted,password):sha256 = encrypted[:64]if hashlib.sha256(password.encode("utf-8")).hexdigest().encode()\!= sha256: # 检验密码是否正确raise TypeError("Invalid password")mask = hashlib.sha256((password*2).encode("utf-8")).hexdigest() # 掩码mask_num = int.from_bytes(mask.encode(),"little")length = int.from_bytes(encrypted[64:64+8],"big") # (压缩的)数据长度data = b''for i in range(64+8,len(encrypted),64):num_enc = int.from_bytes(encrypted[i:i+64],"little")num = num_enc ^ mask_num # 与掩码进行异或运算data += num.to_bytes(64,"little")return zlib.decompress(data[:length]) # 返回原长度的数据def test(): # 用于程序测试seq=b"Hello world!";password="123"#若不等于则引发AssertionErrorassert decrypt(encrypt(seq,password),password)==seq

主程序

主程序部分用于处理文件的加密、解密, 以及程序参数sys.argv。

FILETYPE=".encrypt"def __ask_replace(filename):if not os.path.isfile(filename):return Trueresult=input("文件 %s已存在,要替换它吗? "%filename)return result.lower().startswith('y')
def main():if len(sys.argv)==1:print("命令行: encryption.py 文件名1 [文件名2] [...]\n未提供文件。")returnfor arg in sys.argv[1:]:print("处理文件 "+arg)with open(arg,'rb') as fin:if arg.lower().endswith(FILETYPE):#解密newfile = arg[:-len(FILETYPE)]if not __ask_replace(newfile):continuepassword = input("输入密码: ")data = decrypt(fin.read(),password)else: #加密newfile = arg + FILETYPEif not __ask_replace(newfile):continuepassword = input("输入密码: ")data = encrypt(fin.read(),password)with open(newfile,"wb") as fout:fout.write(data)if __name__=="__main__":main()

还有更好的数据加密、解密方法吗? 欢迎读者在评论区留言。