Python Crypto，RSA 公钥/私钥，带有大文件答案

【问题标题】：Python Crypto, RSA Public/Private key, with large filePython Crypto，RSA 公钥/私钥，带有大文件
【发布时间】：2015-04-10 03:45:28
【问题描述】：

我现在知道 RSA 公钥/私钥一次只能加密非常短的输入，但任何人都可以提供一种方法来加密任何类型的文件（.txt、.phf、.exe 等），只使用公钥/私钥？我不想拥有额外的 AES 密钥。

这是我的代码，在使用一对公钥和私钥进行加密和解密后，我无法取回原始内容。我不关心我的加密或解密有多安全，我只希望简单的加密解密可以处理可能需要的任何输入，无论它有多长或多长。

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto import Random


random_generator = Random.new().read
key = RSA.generate(1024, random_generator)
public_key = key.publickey()

f = open('C:\Users\Administrator\Desktop\jack.txt','r').read()

print 'original content: '+ f

enc_data = public_key.encrypt(f, 32)
print 'encrypted data: '
print enc_data

dec_data = key.decrypt(enc_data)
print 'decrypted data: '+ dec_data

这是输出：

original content: Python Cryptography Toolkit

A collection of cryptographic modules implementing various algorithms and protocols.

Subpackages:

Crypto.Cipher
Secret-key (AES, DES, ARC4) and public-key encryption (RSA PKCS#1) algorithms
Crypto.Hash
Hashing algorithms (MD5, SHA, HMAC)
Crypto.Protocol
Cryptographic protocols (Chaffing, all-or-nothing transform, key derivation functions). This package does not contain any network protocols.
Crypto.PublicKey
Public-key encryption and signature algorithms (RSA, DSA)
Crypto.Signature
Public-key signature algorithms (RSA PKCS#1)
Crypto.Util
Various useful modules and functions (long-to-string conversion, random number generation, number theoretic functions)
encrypted data: 
('\x08\xe3\x9d\x03\x1e\xe9(\xe2\xc7\xc6e\x0b5\x02\xc0\xd8G\x1f\xf5\xb8\x9cMC\x93Z\x982\xa5\x97\xec\xab4\x18\xc2\xc8\xd9\xd3\x99aX\xd96b\x19\x96\xdc\x1d|F\xe0\xa9\xa9\xea\x03\x10>0g\x83\xdb\xeb\xdb\x13\x91\xc6\xd8\xf6\x95\xedE@A\x0bc\xae\xbe\xbe\xf0\xde\xcc\xcexk\x10\xb3\x86\xd3\xdd\xd0\xca@T2\x9a\x8a6ut\xb1\xaf\x07\x1f\xa2M\r\xf0D\xa2`h\xc3\x89\x18\x0e\xd4\xca\xee\xf5\xfc\x01\xed\x95}X\x1f\x13 1',)
decrypted data: ���J�rPX �����ju�a,�xm�'�]��ٟ�?y;�)��tĹ�,�D4^�ba�8����9q
+�i��l �q]Kd�Y���u��S�B���Ϲ�^�A3
.7��j��m�
�6�dl� qU

【问题讨论】：

标签： python encryption cryptography rsa pycrypto

【解决方案1】：

RSA 速度很慢，因此它不太适合加密/解密大块数据。它通常用于加密/解密更快对称密码的密钥，例如 AES。

乍一看，你的加密数据看起来有点小，与你输入的数据相对应，但我对 Crypto 不是很熟悉（我前几天才自己安装的），所以我无法解释它是什么对您的数据进行了处理。

但是这段代码对我有用：

#!/usr/bin/env python

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto import Random

src_data = 'To be, or not to be - that is the question.'
print `src_data`

random_generator = Random.new().read
key = RSA.generate(1024, random_generator)
print 'Key generated'

pub_key = key.publickey()
print 'Public key', pub_key

enc_data = pub_key.encrypt(src_data, 32)[0]
print `enc_data`

dec_data = key.decrypt(enc_data)
print `dec_data`

典型输出

'To be, or not to be - that is the question.'
Key generated
Public key <_RSAobj @0xb7114dcc n(1024),e>
',\x17\xb1\x8a\x98\xb0-z\x8c\xb8r\x17\xa2\xfe[\x10I\x97\x93\x9d[\x93\x19&\\\x16V\xc2\xa3\x99\x80\xa5\x08\xafT\xb5iA|\x89\xeeJ\x90%\xceXv\x9f\x9f\xcb\\P"i\x00D\xd4\x16\xee\xa9\xe49\x18[\xa5\x0f\xd3\xfb\x91\xd5\x98\x1bP\xbf\xa4\xa5Dz\x8b7\x13\x9dqk+\xf7A\xd3\x12\x1c\x06\xcep\xf2\xba\xc6\xee\xf8\xa2\xb4\x04v\xfb\xb7>\xb3U\x17\xban\xf7\xc0oM+Tq\xce\xe3D\x83\xb9\xa4\x90\xe6c,\x18'
'To be, or not to be - that is the question.'

FWIW，这里是上面的稍作修改的版本，可以在 Python 2 和 Python 3 上运行，尽管两个版本的输出会有细微的差异。

在 Python 3 中，我们不能将字符串传递给加密或解密函数，我们必须传递字节。此外，Python 3 不支持在 Python 2 中获取对象的 repr 的反引号语法。

此代码调用字符串.encode() 和字节.decode() 方法来执行转换。我们可以指定一个编码编解码器，例如

src_data.encode('utf-8')

但这不是必需的，因为 UTF-8 是默认编解码器。

from __future__ import print_function

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto import Random

src_data = 'To be, or not to be - that is the question.'
print(repr(src_data))

random_generator = Random.new().read
key = RSA.generate(1024, random_generator)
pub_key = key.publickey()
print('Key generated')

print(key.exportKey().decode())
print(pub_key.exportKey().decode())

enc_data = pub_key.encrypt(src_data.encode(), 32)[0]
print('Encoded\n', repr(enc_data))

dec_data = key.decrypt(enc_data).decode()
print('Decoded\n', repr(dec_data))

典型的 Python 3 输出

'To be, or not to be - that is the question.'
Key generated
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDL/TzI4yHmlcC8qP3xWNieujmX
R7CnEaZJrDH1Hyr/tGNa0aEEjDIz+RlMntBbhOuiQMkMtCSB5X28h7HetiD4XkWT
XmlIiKZQLZ074cO5mxF+HhF7WIG30VONpX+Q4t/beqtaqbzyeIWvDdcCjUwOSQLr
UKU5PX9LFzX+FnN1UwIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
Encoded
 b'\x843\x9aJ\xe6\x91p\xd2\x9c\xd0r{37\xa2G\x13Q\xc7~\xbd5\xce\x9f\xd4\x16\xda\x11\x02.\xb7\xf1\xf3Q\x8c|\xb0R2B\x1b)e\xeaD\x8e\x11\x1b\xb0J:\xbal\xac\x86\xdcb}_\x16IX\xccd\x0c\xb5E?Im<\x04ORT\xc9\xc6K|;\xf3\xbcK\xfd\x89\x96ZF(\x0b\x82v\x19`\xc3\xa1N\x934*\x9c\xfcT\xf4i\x02g\x1fl\xec\xc1\x19z\x9f7\xa6}\xe2\xe3}\xaa|\x1e\x13z\xd9$\xea'
Decoded
 'To be, or not to be - that is the question.'

我们真的在这里不需要使用 UTF-8 编码。由于src_data 是一个纯 7 位 ASCII 字符串，并且我们已将其作为文字嵌入到脚本中，因此我们可以将其作为文字字节字符串提供：

src_data = b'To be, or not to be - that is the question.'

【讨论】：

要在 python 3 中进行这项工作，您需要将 src_data 编码为 .encode('UTF-8')
@ScottMcC 感谢您的提醒。我已经更新了我的答案以包含 Python 2 / 3 兼容代码。我想这个答案并没有真正回答 OP 的问题，但我想它对于那些想要在少量文本上使用 RSA 的人来说仍然是一个有用的演示。
@PM 2Ring 您添加的其他内容当然很有帮助，感谢您的更新。不幸的是，当您忘记在 Python 3 中正确编码字符串时，pycrypto 的错误输出并不是很有帮助：TypeError: argument 1 must be int, not str。我花了一点时间才意识到这是一个编码问题......
@ScottMcC 按名称加密，按性质加密。 ;) Python 3 明确区分了文本字符串和字节字符串，这很好，虽然我理解将 bytes（或 bytearray）对象中的项目作为整数的基本原理，但许多 Python 编码人员同意它可以发生这种错误时会有点困惑。甚至一些核心开发人员也想知道他们是否在那里做出了正确的决定。

【解决方案2】：

RSA 只能加密有限数量的输入。这取决于 RSA 的密钥大小（在您的情况下为 1024 位）和使用的填充。大于此的所有内容（不使用填充时为 128 字节，如果使用填充则更少）并且您无法再恢复它。

解决方案是使用混合加密。

生成一个 16、24 或 32 字节的随机字节串用作 AES 密钥，
使用之前生成的密钥和 AES 加密实际数据
使用 RSA 加密 AES 密钥。

AES加密：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto import Random

aeskey = Random.new().read(32)
iv = Random.new().read(AES.block_size)
cipher = AES.new(aeskey, AES.MODE_CFB, iv)
msg = iv + cipher.encrypt(b'Attack at dawn')

RSA 加密（使用像 OAEP 这样的适当填充，因为教科书 RSA 被严重破坏了）：

from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
from Crypto.PublicKey import RSA

message = aeskey
random_generator = Random.new().read
rsakey = RSA.generate(1024, random_generator)
cipher = PKCS1_OAEP.new(rsakey.publickey())
ciphertext = cipher.encrypt(message)

并且只发送msg 和ciphertext。解密是类似的，但是是反向的，因为您首先必须从 RSA 密文中恢复 AES 密钥。使用 AES 解密时不要忘记切掉 IV。

【讨论】：

有没有我可以在没有额外的 AES 密钥的情况下做到这一点？因为我真的在寻找仅使用公钥/私钥加密/解密和签名/验证文件。
我是说，如果文件太大，那么你不能用普通或填充的 RSA 加密/解密它。您需要混合加密或 RSA-KEM。签名和验证会起作用，因为 RSA 签名是文件内容哈希的加密（使用私钥），因此与大小无关。
我的教授想要的是仅使用密钥对进行加密/签名和解密/验证，因此当您向某人发送内容时，他们所需要的只是加密文件和其中一个密钥。您所说的签名是发送 3 个东西，文件，签名，公钥。他希望在签名时将签名包含在文件中，因此您只需要公钥即可进行验证。
一个仍然只需要公钥来验证，一个仍然只需要私钥来解密。这只是一个级联。您可以将加密的msg+ciphertext 视为单个密文。但是签名不包含数据，就像您的手写签名不包含您的血肉一样。