如何用Python加密数据

使用Python加密数据的核心方法包括对称加密、非对称加密和哈希算法。对称加密使用一个密钥进行加密和解密，常用的库是Cryptography或PyCryptodome；非对称加密使用一对公钥和私钥，常用库是PyCryptodome或cryptography；哈希算法用于数据的完整性校验，常用库是hashlib。在实际应用中，对称加密因为其速度快，常用于大量数据的加密，而非对称加密则多用于加密密钥等少量数据。

一、对称加密

对称加密是一种使用相同密钥进行数据加密和解密的方法。其主要优点是速度快，适合处理大数据。Python中的cryptography库提供了对称加密的功能。

1、安装和使用Cryptography库

首先，我们需要安装cryptography库：

pip install cryptography

安装完成后，可以使用Fernet类进行对称加密：

from cryptography.fernet import Fernet
生成密钥
key = Fernet.generate_key()
cipher_suite = Fernet(key)
加密数据
data = b"Secret data"
cipher_text = cipher_suite.encrypt(data)
解密数据
plain_text = cipher_suite.decrypt(cipher_text)
print(plain_text)

在上面的例子中，我们生成了一个密钥，并使用该密钥对数据进行加密和解密。对称加密速度快，适合大文件的加密，但需要安全存储密钥以防泄露。

2、使用PyCryptodome库实现对称加密

PyCryptodome是另一个流行的加密库，可以用于对称加密。以下是使用AES算法进行对称加密的示例：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
生成密钥
key = get_random_bytes(16)
初始化向量
iv = get_random_bytes(16)
创建加密对象
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
加密数据
data = b"Secret data"
cipher_text = cipher.encrypt(pad(data, AES.block_size))
解密数据
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
plain_text = unpad(cipher.decrypt(cipher_text), AES.block_size)
print(plain_text)

在这个例子中，我们使用AES算法进行加密和解密，并且进行了数据的填充和去填充。AES是一种常用且安全的对称加密算法。

二、非对称加密

非对称加密使用一对公钥和私钥进行加密和解密。公钥用于加密，私钥用于解密。这种方法的主要优点是密钥管理简单。

1、使用PyCryptodome库实现非对称加密

PyCryptodome库支持RSA算法，这是非对称加密中最常用的一种。以下是使用RSA进行加密和解密的示例：

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
生成密钥对
key = RSA.generate(2048)
private_key = key.export_key()
public_key = key.publickey().export_key()
加密数据
cipher = PKCS1_OAEP.new(RSA.import_key(public_key))
cipher_text = cipher.encrypt(b"Secret data")
解密数据
cipher = PKCS1_OAEP.new(RSA.import_key(private_key))
plain_text = cipher.decrypt(cipher_text)
print(plain_text)

在这个例子中，我们生成了一对RSA密钥，并使用公钥进行加密，私钥进行解密。非对称加密适用于加密密钥等小数据块，不适合大数据量加密。

三、哈希算法

哈希算法用于数据完整性校验，通过生成固定长度的哈希值来验证数据的完整性。Python的hashlib库提供了多种哈希算法。

1、使用hashlib库实现哈希

以下是使用SHA-256算法生成数据哈希的示例：

import hashlib
data = b"Secret data"
生成哈希
hash_object = hashlib.sha256()
hash_object.update(data)
hash_value = hash_object.hexdigest()
print(hash_value)

在这个例子中，我们使用SHA-256算法生成了数据的哈希值。哈希算法可以有效地验证数据的完整性，但不能用于加密和解密。

四、结合使用对称加密和非对称加密

在实际应用中，常常结合使用对称加密和非对称加密。对称加密用于加密数据，而非对称加密用于加密对称密钥。

1、混合加密示例

from Crypto.Cipher import AES, PKCS1_OAEP
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Random import get_random_bytes
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
生成RSA密钥对
key = RSA.generate(2048)
private_key = key.export_key()
public_key = key.publickey().export_key()
生成AES密钥
aes_key = get_random_bytes(16)
加密AES密钥
cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(RSA.import_key(public_key))
encrypted_aes_key = cipher_rsa.encrypt(aes_key)
使用AES加密数据
iv = get_random_bytes(16)
cipher_aes = AES.new(aes_key, AES.MODE_CBC, iv)
data = b"Secret data"
cipher_text = cipher_aes.encrypt(pad(data, AES.block_size))
解密AES密钥
cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(RSA.import_key(private_key))
decrypted_aes_key = cipher_rsa.decrypt(encrypted_aes_key)
使用AES解密数据
cipher_aes = AES.new(decrypted_aes_key, AES.MODE_CBC, iv)
plain_text = unpad(cipher_aes.decrypt(cipher_text), AES.block_size)
print(plain_text)