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用Python和 Cryptography库给你的文件加密解密

用Python和 Cryptography库给你的文件加把安全锁。

先介绍与加密解密有关的几个基本概念。

加密（Encryption）：加密是将明文转换为密文的过程，使得未经授权的人无法读懂。

解密（Decryption）：解密是将密文转换为明文的过程，使得原始信息可以被正确的人阅读。

密钥（Key）：密钥是加密和解密过程中的关键。它可以是单个数字、字符串或者是更复杂的密钥对象。

算法：算法是加密和解密过程中的具体步骤。

cryptography是一个强大的Python库，提供了一套丰富的加密相关的操作，用于安全地处理数据。它旨在提供简单易用的加密方法，同时也支持更高级的加密需求，使这项技术变得易于使用。cryptography库包含两个主要的高级组件：Fernet（对称加密）和hazmat（危险材料层）。

主要特点

易用性：cryptography库的设计初衷是易于使用，尽量减少安全漏洞的出现。

安全性：它提供了最新的加密算法，并且经过安全专家的审查。

灵活性：对于需要直接访问加密算法的高级用户，cryptography提供了hazmat模块。

主要组件

Fernet：提供了对称加密的实现，非常适合用于加密和解密可以安全共享密钥的场景。使用Fernet非常简单，只需要一个密钥就可以进行安全的数据加密和解密。

hazmat（Hazardous Materials）：这个模块提供了底层加密原语（如块密码、消息摘要算法等）。它是为那些需要执行特定加密操作的高级用户设计的，但使用时需要格外小心，因为不当的使用可能导致安全问题。

官方文档https://cryptography.io/en/latest/

在Windows平台上安装cryptography，可在cmd命令行中，输入如下命令：

pip install cryptography

回车，默认情况使用国外线路较慢，我们可以使用国内的镜像网站：

豆瓣：https://pypi.doubanio.com/simple/

清华：https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

电脑上安装了多个Python版本，你可以为特定版本的Python安装模块（库、包）。例如我的电脑中安装了多个Python版本，要在Python 3.10版本中安装，并使用清华的镜像，cmd命令行中，输入如下命令

py -3.10 -m pip install cryptography -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

简单示例：使用Fernet进行数据加密和解密源码：

from cryptography.fernet import Fernet# 生成密钥
key = Fernet.generate_key()
cipher_suite = Fernet(key)# 加密数据
data = b"Hello, cryptography!"
encrypted_data = cipher_suite.encrypt(data)
print(f"Encrypted: {encrypted_data}")# 解密数据
decrypted_data = cipher_suite.decrypt(encrypted_data)
print(f"Decrypted: {decrypted_data}")

运行效果：

图形用户界面的文件加密解密程序

使用tkinter添加界面的加密解密程序，当用户点击“加密文件”或“解密文件”按钮时，程序会从这个文本框中获取密钥，并使用它进行相应的加密或解密操作。加密和解密的文件将会被保存在与原文件相同的目录下，加密文件的文件名在原图片文件名前添加enc_，解密文件的文件名在原加密图片文件名前添加dec_

先给出运行效果：

源码如下：

import tkinter as tk
from tkinter import filedialog
from cryptography.fernet import Fernet
import osdef encrypt(filename, key, status_label):try:f = Fernet(key.encode())  # 将密钥从字符串转换为字节with open(filename, "rb") as file:file_data = file.read()encrypted_data = f.encrypt(file_data)dir_name, base_filename = os.path.split(filename)# 分离目录和文件名encrypted_filename = f"enc_{base_filename}"# 将加密文件保存在原始目录中encrypted_file_path = os.path.join(dir_name, encrypted_filename)with open(encrypted_file_path, "wb") as file:file.write(encrypted_data)status_label.config(text=f"提示：文件已加密：{encrypted_filename}")except Exception as e:status_label.config(text=f"提示：加密失败: {str(e)}")def decrypt(filename, key, status_label):try:f = Fernet(key.encode())  # 将密钥从字符串转换为字节with open(filename, "rb") as file:encrypted_data = file.read()decrypted_data = f.decrypt(encrypted_data)# 分离目录和文件名dir_name, base_filename = os.path.split(filename)decrypted_filename = f"dec_{base_filename}"# 将解密文件保存在原始目录中decrypted_file_path = os.path.join(dir_name, decrypted_filename)with open(decrypted_file_path, "wb") as file:file.write(decrypted_data)status_label.config(text=f"提示：文件已解密：{decrypted_filename}")except Exception as e:status_label.config(text=f"提示：解密失败: {str(e)}")# 创建GUI界面
def select_file(operation, key_entry, status_label):key = key_entry.get()  # 从文本框获取密钥if not key:status_label.config(text="提示：操作失败：未输入密钥")returnfile_path = filedialog.askopenfilename()if file_path:  # 如果file_path不是空字符串if operation == 'encrypt':encrypt(file_path, key, status_label)elif operation == 'decrypt':decrypt(file_path, key, status_label)else:status_label.config(text="提示：没有选择文件")def main():root = tk.Tk()root.title("加密解密程序")tk.Label(root, text="密钥:").pack()key_entry = tk.Entry(root, show='*', width=50)  # 密钥输入框key_entry.insert(0, 'X3Q8PvDs2EzKHK-8TjgUE8HkZ8QeuOe0S7-3VVqjTDI=') # 设置默认值  key_entry.pack()status_label = tk.Label(root, text="提示：请选择操作", height=2)status_label.pack()tk.Button(root, text="加密文件", command=lambda: select_file('encrypt', key_entry, status_label)).pack()tk.Button(root, text="解密文件", command=lambda: select_file('decrypt', key_entry, status_label)).pack()root.mainloop()if __name__ == "__main__":main()

cryptography库提供了许多高级功能，提供了多种密码学算法，包括对称加密、非对称加密、哈希函数、签名、密钥管理等等。支持多种加密标准，包括AES、DES、RSA、SSL/TLS等等，同时也提供了许多密码学工具，如密码学随机数生成器、PBKDF2函数、密码学算法器等等。关于这些详情请阅读相关文档，在此仅举以下是一个简单的例子，展示了如何生成RSA密钥对、使用公钥进行加密以及使用私钥进行解密，源码如下：

from cryptography.hazmat.backends import default_backend
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa
from cryptography.hazmat.primitives import serialization
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding
from cryptography.hazmat.primitives import hashes# 生成RSA密钥对
private_key = rsa.generate_private_key(public_exponent=65537,key_size=2048,backend=default_backend()
)
public_key = private_key.public_key()# 将私钥序列化并保存到文件
with open("private_key.pem", "wb") as f:f.write(private_key.private_bytes(encoding=serialization.Encoding.PEM,format=serialization.PrivateFormat.PKCS8,encryption_algorithm=serialization.NoEncryption()))# 将公钥序列化并保存到文件
with open("public_key.pem", "wb") as f:f.write(public_key.public_bytes(encoding=serialization.Encoding.PEM,format=serialization.PublicFormat.SubjectPublicKeyInfo))# 读取公钥进行加密
with open("public_key.pem", "rb") as f:public_key = serialization.load_pem_public_key(f.read(),backend=default_backend())message = "Hello, RSA Cryptography!".encode()
encrypted = public_key.encrypt(message,padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),algorithm=hashes.SHA256(),label=None)
)# 读取私钥进行解密
with open("private_key.pem", "rb") as f:private_key = serialization.load_pem_private_key(f.read(),password=None,backend=default_backend())original_message = private_key.decrypt(encrypted,padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),algorithm=hashes.SHA256(),label=None)
)# 显示解密后的消息
print(original_message.decode())

这个例子首先生成了一个2048位的RSA密钥对，将私钥保存到private_key.pem文件中，将公钥保存到public_key.pem文件中。接下来，代码从public_key.pem文件中读取公钥用于加密消息，从private_key.pem文件中读取私钥用于解密消息。最后，使用公钥对一段消息进行加密，然后使用私钥将消息解密。padding.OAEP是一种常用的填充方式，与SHA-256哈希算法一起使用，以确保加密过程的安全性。

OK!