如何用Python 加密文件

更新時間：2020年09月10日 09:52:10 作者：崔慶才

這篇文章主要介紹了如何用Python 加密文件，幫助大家更好的理解和使用python，感興趣的朋友可以了解下

生活中，有時候我們需要對一些重要的文件進行加密，Python 提供了諸如 hashlib，base64 等便于使用的加密庫。

但對于日常學習而言，我們可以借助異或操作，實現(xiàn)一個簡單的文件加密程序，從而強化自身的編程能力。

基礎知識

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

讓我們想看看一位二進制數滿足的性質：

一位二進制數與自身的異或值為 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 的異或為 a

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

易知，對任意長二進制數都滿足上述性質。

原理

通過了解異或操作的性質，加密原理就非常清晰了。

加密操作：

首先將文件轉換成二進制數，再生成與該二進制數等長的隨機密鑰，將二進制數與密鑰進行異或操作，得到加密后的二進制數。

解密操作：

將加密后的二進制程序與密鑰進行異或操作，就得到原二進制數，最后將原二進制數恢復成文本文件。

生成隨機密鑰：

secrets 庫是 Python 3.6 引入的偽隨機數模塊，適合生成隨機密鑰。token_bytes 函數接受一個 int 參數，用于指定隨機字節(jié)串的長度。int.from_bytes 把字節(jié)串轉換為 int，也就是我們需要的二進制數。

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 函數接受一個 str 對象，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 函數將字節(jié)串轉換為 int 對象。最后對二進制對象和隨機密鑰進行異或操作，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 int 對象，分別為加密文本和隨機密鑰。首先對兩者進行異或操作，計算解密出來的 int 對象所占比特數。decrypted.bit_length 函數得到的是二進制數的位數，除以 8 可以得到所占比特大小。為了防止，1 ~ 7 位的二進制數整除 8 得到 0，所以要加上 7，然后再進行整除 8 的操作。使用 int.to_bytes 函數將解密之后的 int 的對象轉換成 bytes 對象。最后通過 decode 方法，將字節(jié)串轉換成字符串。

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，我們可以很輕松對文本文件進行加密、解密操作。

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

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：