如何用python文件加密实例

在Python中，文件加密可以通过多种方法实现，比如使用对称加密（如AES）、非对称加密（如RSA）和哈希函数等。以下是一些常见的工具和库：PyCryptodome、cryptography、Fernet。本文将详细介绍其中一种方法，并提供一个完整的Python文件加密实例。

使用PyCryptodome库进行AES加密和解密，生成密钥并保存，加密文件内容并保存到新文件，解密文件内容并恢复原文件。在接下来的内容中，将详细介绍如何实现这些步骤，并提供完整的代码示例。

一、安装PyCryptodome库

在开始之前，确保你已经安装了PyCryptodome库。可以使用以下命令来安装：

pip install pycryptodome

二、生成AES密钥

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，这意味着加密和解密使用相同的密钥。生成AES密钥的代码如下：

from Crypto.Random import get_random_bytes
def generate_key(key_size=32):
    key = get_random_bytes(key_size)
    with open('aes_key.bin', 'wb') as key_file:
        key_file.write(key)
    return key
key = generate_key()
print("AES密钥已生成并保存到aes_key.bin文件。")

在这段代码中，我们使用get_random_bytes函数生成一个随机的密钥，并将其保存到一个名为aes_key.bin的文件中。

三、加密文件内容

接下来，我们将读取文件内容并进行加密。以下是加密文件内容的代码：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad
import os
def encrypt_file(file_name, key):
    # 读取文件内容
    with open(file_name, 'rb') as file:
        file_data = file.read()
    # 初始化AES加密器
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)
    # 加密数据并写入新文件
    cipher_text = cipher.encrypt(pad(file_data, AES.block_size))
    with open(file_name + '.enc', 'wb') as enc_file:
        enc_file.write(cipher.iv)
        enc_file.write(cipher_text)
    print(f"{file_name} 已加密并保存到 {file_name}.enc 文件中。")
encrypt_file('example.txt', key)

在这段代码中，我们首先读取要加密的文件内容，然后使用AES加密算法进行加密，并将加密后的数据保存到一个新文件中。

四、解密文件内容

最后，我们需要解密加密后的文件内容。以下是解密文件内容的代码：

from Crypto.Util.Padding import unpad
def decrypt_file(enc_file_name, key):
    # 读取加密文件内容
    with open(enc_file_name, 'rb') as enc_file:
        iv = enc_file.read(16)
        cipher_text = enc_file.read()
    # 初始化AES解密器
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    # 解密数据并写入原文件
    plain_data = unpad(cipher.decrypt(cipher_text), AES.block_size)
    with open(enc_file_name[:-4], 'wb') as dec_file:
        dec_file.write(plain_data)
    print(f"{enc_file_name} 已解密并恢复为原文件 {enc_file_name[:-4]}。")
decrypt_file('example.txt.enc', key)

在这段代码中，我们首先读取加密文件的内容，然后使用AES解密算法进行解密，并将解密后的数据保存到原文件中。

五、完整示例

以下是一个完整的Python文件加密和解密示例代码：

from Crypto.Random import get_random_bytes
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
import os
生成AES密钥并保存
def generate_key(key_size=32):
    key = get_random_bytes(key_size)
    with open('aes_key.bin', 'wb') as key_file:
        key_file.write(key)
    return key
加密文件内容
def encrypt_file(file_name, key):
    with open(file_name, 'rb') as file:
        file_data = file.read()
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)
    cipher_text = cipher.encrypt(pad(file_data, AES.block_size))
    with open(file_name + '.enc', 'wb') as enc_file:
        enc_file.write(cipher.iv)
        enc_file.write(cipher_text)
    print(f"{file_name} 已加密并保存到 {file_name}.enc 文件中。")
解密文件内容
def decrypt_file(enc_file_name, key):
    with open(enc_file_name, 'rb') as enc_file:
        iv = enc_file.read(16)
        cipher_text = enc_file.read()
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    plain_data = unpad(cipher.decrypt(cipher_text), AES.block_size)
    with open(enc_file_name[:-4], 'wb') as dec_file:
        dec_file.write(plain_data)
    print(f"{enc_file_name} 已解密并恢复为原文件 {enc_file_name[:-4]}。")
主程序
if __name__ == "__main__":
    key = generate_key()
    print("AES密钥已生成并保存到aes_key.bin文件。")
    # 加密文件
    encrypt_file('example.txt', key)
    # 解密文件
    decrypt_file('example.txt.enc', key)

通过上述代码，你可以完成一个基本的文件加密和解密流程。请注意，加密密钥的安全性非常重要，务必妥善保管。此外，在实际应用中，建议在加密之前对文件进行备份，以防止因操作失误导致数据丢失。

六、进一步优化与安全性考量

1、密钥管理

在生产环境中，密钥管理是一个非常重要的环节。建议使用专业的密钥管理服务（如AWS KMS、Azure Key Vault）来存储和管理加密密钥，而不是将其直接保存在文件系统中。

2、文件完整性验证

在加密和解密过程中，确保文件未被篡改是非常重要的。可以使用HMAC（Hash-based Message Authentication Code）来验证文件的完整性。在加密时生成HMAC，并在解密时验证HMAC，以确保文件未被篡改。

3、性能优化

对于大文件的加密和解密，建议使用分块处理的方式，以减少内存占用。可以将文件分成多个小块，逐块进行加密和解密操作。

4、使用更高层次的库

虽然PyCryptodome是一个功能强大的加密库，但它的使用方式相对较底层。在某些情况下，使用更高层次的加密库（如cryptography库）可以简化代码，并减少潜在的安全漏洞。

以下是一个使用cryptography库进行文件加密和解密的示例代码：

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes
from cryptography.hazmat.primitives import padding
from cryptography.hazmat.backends import default_backend
import os
生成AES密钥并保存
def generate_key(key_size=32):
    key = os.urandom(key_size)
    with open('aes_key.bin', 'wb') as key_file:
        key_file.write(key)
    return key
加密文件内容
def encrypt_file(file_name, key):
    with open(file_name, 'rb') as file:
        file_data = file.read()
    iv = os.urandom(16)
    cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv), backend=default_backend())
    encryptor = cipher.encryptor()
    padder = padding.PKCS7(algorithms.AES.block_size).padder()
    padded_data = padder.update(file_data) + padder.finalize()
    cipher_text = encryptor.update(padded_data) + encryptor.finalize()
    with open(file_name + '.enc', 'wb') as enc_file:
        enc_file.write(iv)
        enc_file.write(cipher_text)
    print(f"{file_name} 已加密并保存到 {file_name}.enc 文件中。")
解密文件内容
def decrypt_file(enc_file_name, key):
    with open(enc_file_name, 'rb') as enc_file:
        iv = enc_file.read(16)
        cipher_text = enc_file.read()
    cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv), backend=default_backend())
    decryptor = cipher.decryptor()
    padded_data = decryptor.update(cipher_text) + decryptor.finalize()
    unpadder = padding.PKCS7(algorithms.AES.block_size).unpadder()
    plain_data = unpadder.update(padded_data) + unpadder.finalize()
    with open(enc_file_name[:-4], 'wb') as dec_file:
        dec_file.write(plain_data)
    print(f"{enc_file_name} 已解密并恢复为原文件 {enc_file_name[:-4]}。")
主程序
if __name__ == "__main__":
    key = generate_key()
    print("AES密钥已生成并保存到aes_key.bin文件。")
    # 加密文件
    encrypt_file('example.txt', key)
    # 解密文件
    decrypt_file('example.txt.enc', key)

通过上述优化和安全性考量，你可以进一步提高文件加密和解密的可靠性和安全性。希望这篇文章对你有所帮助，让你能够更好地理解和实现Python文件加密。