基于python實(shí)現(xiàn)文件加密功能

更新時(shí)間：2020年01月06日 09:39:22 作者：編程入門到放棄

這篇文章主要介紹了基于python實(shí)現(xiàn)文件加密功能,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

生活中，有時(shí)候我們需要對(duì)一些重要的文件進(jìn)行加密，Python 提供了諸如 hashlib，base64 等便于使用的加密庫。

但對(duì)于日常學(xué)習(xí)而言，我們可以借助異或操作，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的文件加密程序，從而強(qiáng)化自身的編程能力。

基礎(chǔ)知識(shí)

在 Python 中異或操作符為：^，也可以記作 XOR。按位異或的意思是：相同值異或?yàn)?0，不同值異或?yàn)?1。具體來講，有四種可能：0 ^ 0 = 0，0 ^ 1 = 1, 1 ^ 0 = 1, 1 ^ 1 = 0。我們還可總結(jié)出規(guī)律（A 為 0 或 1）：0 和 A 異或?yàn)?A本身；1 和 A 異或?yàn)?A 反。

讓我們想看看一位二進(jìn)制數(shù)滿足的性質(zhì)：

一位二進(jìn)制數(shù)與自身的異或值為 0

b ^ b = 0

異或操作滿足交換律

a ^ b ^ c = a ^ (b ^ c) = (a ^ b) ^ c

0 與 a 的異或?yàn)?a

(a ^ b) ^ b = a ^ (b ^ b) = a ^ 0 = a

易知，對(duì)任意長二進(jìn)制數(shù)都滿足上述性質(zhì)。

原理

通過了解異或操作的性質(zhì)，加密原理就非常清晰了。

加密操作：

首先將文件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，再生成與該二進(jìn)制數(shù)等長的隨機(jī)密鑰，將二進(jìn)制數(shù)與密鑰進(jìn)行異或操作，得到加密后的二進(jìn)制數(shù)。

解密操作：

將加密后的二進(jìn)制程序與密鑰進(jìn)行異或操作，就得到原二進(jìn)制數(shù)，最后將原二進(jìn)制數(shù)恢復(fù)成文本文件。

生成隨機(jī)密鑰：
secrets 庫是 Python 3.6 引入的偽隨機(jī)數(shù)模塊，適合生成隨機(jī)密鑰。token_bytes 函數(shù)接受一個(gè) int 參數(shù)，用于指定隨機(jī)字節(jié)串的長度。int.from_bytes 把字節(jié)串轉(zhuǎn)換為 int，也就是我們需要的二進(jìn)制數(shù)。

from secrets import token_bytes

def random_key(length):
  key = token_bytes(nbytes=length)
  key_int = int.from_bytes(key, 'big')
  return key_int

加密單元:

encrypt 函數(shù)接受一個(gè) str 對(duì)象，返回元組 (int, int)。通過 encode 方法，我們將字符串編碼成字節(jié)串。int.from_bytes 函數(shù)將字節(jié)串轉(zhuǎn)換為 int 對(duì)象。最后對(duì)二進(jìn)制對(duì)象和隨機(jī)密鑰進(jìn)行異或操作，就得到了加密文本。

def encrypt(raw):
  raw_bytes = raw.encode()
  raw_int = int.from_bytes(raw_bytes, 'big')
  key_int = random_key(len(raw_bytes))
  return raw_int ^ key_int, key_int

解密單元：

decrypt 接受兩個(gè) int 對(duì)象，分別為加密文本和隨機(jī)密鑰。首先對(duì)兩者進(jìn)行異或操作，計(jì)算解密出來的 int 對(duì)象所占比特?cái)?shù)。decrypted.bit_length 函數(shù)得到的是二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，除以 8 可以得到所占比特大小。為了防止，1 ~ 7 位的二進(jìn)制數(shù)整除 8 得到 0，所以要加上 7，然后再進(jìn)行整除 8 的操作。使用 int.to_bytes 函數(shù)將解密之后的 int 的對(duì)象轉(zhuǎn)換成 bytes 對(duì)象。最后通過 decode 方法，將字節(jié)串轉(zhuǎn)換成字符串。

def decrypt(encrypted, key_int):
  decrypted = encrypted ^ key_int
  length = (decrypted.bit_length() + 7) // 8
  decrypted_bytes = int.to_bytes(decrypted, length, 'big') 
  return decrypted_bytes.decode()

利用上述函數(shù)，我們可以很輕松對(duì)文本文件進(jìn)行加密、解密操作。

>>> raw = '畫圖省識(shí)春風(fēng)面，環(huán)珮空歸夜月魂'
>>> encrypted = encrypt(raw)
>>> encrypted
(217447100157746604585...,
 9697901906831571319...)
>>> decrypt(*encrypted)
'畫圖省識(shí)春風(fēng)面，環(huán)珮空歸夜月魂'

加密文本文件

path 為待加密文件的地址，如果不指定密鑰地址，則在該目錄下新建目錄和文件。

import json
from pathlib import Path

def encrypt_file(path, key_path=None, *, encoding='utf-8'):
  path = Path(path)
  cwd = path.cwd() / path.name.split('.')[0]
  path_encrypted = cwd / path.name 
  if key_path is None:
    key_path = cwd / 'key'
  if not cwd.exists():
    cwd.mkdir()
    path_encrypted.touch()
    key_path.touch()

  with path.open('rt', encoding=encoding) as f1, \
    path_encrypted.open('wt', encoding=encoding) as f2, \
      key_path.open('wt', encoding=encoding) as f3:
    encrypted, key = encrypt(f1.read())
    json.dump(encrypted, f2)
    json.dump(key, f3)

解密文件

#Python學(xué)習(xí)群592539176
def decrypt_file(path_encrypted, key_path=None, *, encoding='utf-8'):
  path_encrypted = Path(path_encrypted)
  cwd = path_encrypted.cwd()
  path_decrypted = cwd / 'decrypted' 
  if not path_decrypted.exists():
    path_decrypted.mkdir()
    path_decrypted /= path_encrypted.name
    path_decrypted.touch()
  if key_path is None:
    key_path = cwd / 'key'
  with path_encrypted.open('rt', encoding=encoding) as f1, \
    key_path.open('rt', encoding=encoding) as f2, \
    path_decrypted.open('wt', encoding=encoding) as f3:
    decrypted = decrypt(json.load(f1), json.load(f2))
    f3.write(decrypted)

執(zhí)行完加密、解密文件操作，得到的解密文件與原文件相同，示意圖如下：