Шифрование с помощью Cryptography Python

Содержание статьи

Симметричное шифрование Python
Симметричное шифрование с помощью Cryptography
Шифрование с помощью AES Cryptography Python
Симметричное шифрование с помощью Fernet Cryptography Python
Заключение

Одним из ключевых инструментов, предоставляющих возможность обеспечения безопасности, является криптография. В статье рассмотрим использование библиотеки Cryptography Python для шифрования и дешифрования данных.

Еще по теме: Обфускация Python с помощью Pyarmor

Симметричное шифрование Python

В отличие от некоторых других языков программирования, в Python отсутствуют встроенные средства для шифрования. Несколько библиотек с открытым кодом восполняют этот пробел. Самыми популярными пакетами для криптографии являются Cryptography и Pycryptodome.

В наших статьях часто используется именно Cryptography, так как в нем меньше возможностей «выстрелить себе в ногу».

Симметричное шифрование с помощью Cryptography

Cryptography — это библиотека Python для обеспечения криптографических функций. Библиотека предоставляет разнообразные инструменты и алгоритмы для выполнения шифрования, дешифрования, создания хешей сообщений и генерации ключей. Она является надежным решением для реализации различных методов шифрования, начиная от симметричного и асимметричного шифрования, и заканчивая созданием цифровых подписей и хешей.

Возможности Cryptography:

Симметричное шифрование (AES, Camellia, Blowfish и др.) — позволяет зашифровать и расшифровать данные с использованием одного ключа.
Асимметричное шифрование (RSA, ECC и др.) — использует публичный и приватный ключи для шифрования и подписи сообщений.
Генерация ключей и ключевых пар для разных алгоритмов.
Работа с сертификатами X.509.
Вычисление и проверка цифровых подписей и хешей.
Управление процессом шифрования (режимы работы, векторы инициализации).
Интеграция с системами управления ключами и хранилищами сертификатов.
Поддержка стандартов шифрования как для веб (TLS, SSL), так и для других протоколов.

По умолчанию за кулисами пакета трудится библиотека OpenSSL, имеющая открытый код. В ней реализованы сетевые протоколы, отвечающие за безопасность, и криптографические функции для широкого круга задач. В основном библиотека написана на C. Она также находится под капотом множества других библиотек для всевозможных языков программирования.

Авторы пакета разделили доступные в нем возможности на две категории:

«взрывчатые вещества», нетривиальные низкоуровневые инструменты;
«готовые рецепты», высокоуровневые и несложные в использовании.

Большинству программистов на Python для шифрования будет достаточно готовых рецептов.

Шифрование с помощью AES Cryptography Python

Библиотека Cryptography Python доступна в репозитории PyPI. Для установки выполните команду:

1	$ pip install cryptography

Основное преимущество Cryptography по сравнению с другими библиотеками криптографии, такими как Pycryptodome, заключается в том, что она обеспечивает отличную производительность при выполнении криптографических операций.

Симметричное шифрование с помощью Fernet Cryptography Python

Один из готовых рецептов реализует метод симметричного шифрования под названием fernet. Его нормативная документация описывает протокол для шифрованного взаимодействия, стойкий к постороннему вмешательству. Его воплощает класс Fernet, который находится в cryptography.fernet.

В классе Fernet есть все, что вам, как правило, потребуется для шифрования данных. Метод Fernet.generate_key создает ключ длиной 32 случайных байта, который требуется конструктору класса в качестве аргумента.

Под капотом Fernet делит переданный ключ на два 128-битных. Один используется для шифрования, а второй – для проверки подлинности.

Метод Fernet.encrypt не только шифрует открытый текст, он также высчитывает хеш от шифротекста функцией HMAC-SHA256. То есть шифротекст для хеш-функции является сообщением. Шифрованный текст и хеш возвращаются внутри объекта под названием fernet token.

Fernet представляет собой реализацию симметричного шифрования и гарантирует, что зашифрованное сообщение нельзя изменить или прочитать без ключа. Дополнительную информацию о данном классе можно найти в официальной документации.

Для генерации ключа можно использовать метод generate_key() из интерфейса Fernet. Следующий код использует функции пакета Cryptography для шифрования строки на Python.

from cryptography.fernet import Fernet

key = Fernet.generate_key()

cipher_suite = Fernet(key)

print("Ключ: " + str(cipher_suite))

message = "Secret message".encode("utf8")

cipher_text = cipher_suite.encrypt(message)

plain_text = cipher_suite.decrypt(cipher_text)

print("Cipher text: " + str(cipher_text.decode()))

print("Plain tex: " + str(plain_text.decode()))

В коде мы импортируем Fernet из cryptography.fernet. Затем генерируем ключ шифрования, который будет использоваться как для шифрования, так и для дешифрования. Класс Fernet создается с ключом шифрования, и строка шифруется путем создания экземпляра этого класса. Она расшифровывается с использованием экземпляра класса Fernet.

Можно улучшить предыдущий скрипт, добавив возможность сохранения ключа в файле, чтобы использовать его как для функций шифрования, так и для функций расшифровки. Для этой задачи нам нужно импортировать класс Fernet и начать генерировать ключ, который необходим для симметричного шифрования/расшифровки.

from cryptography.fernet import Fernet

def generate_key():

key = Fernet.generate_key()

with open("secret.key", "wb") as key_file:

key_file.write(key)

def load_key():

return open("secret.key", "rb").read()

В коде мы определяем функцию generate_key(), которая генерирует ключ и сохраняет его в файл secret.key. Вторая функция, load_key(), считывает ранее сгенерированный ключ из файла secret.key:

def encrypt_message(message):

key = load_key()

encoded_message = message.encode()

fernet = Fernet(key)

encrypted_message = fernet.encrypt(encoded_message)

return encrypted_message

В коде мы определяем функцию encrypt_message(), которая шифрует переданное в параметре сообщение, используя объект Fernet и метод encrypt() этого объекта.

Вторая функция расшифровывает зашифрованное сообщение. Для расшифровки сообщения просто вызываем метод decrypt() из объекта Fernet.

def decrypt_message(encrypted_message):

key = load_key()

fernet = Fernet(key)

decrypted_message = fernet.decrypt(encrypted_message)

return decrypted_message.decode()

Основная программа просто вызывает предыдущие функции с жестко заданным сообщением для тестирования методов шифрования и расшифровки.

if __name__ == "__main__":

generate_key()

message_encrypted = encrypt_message("зашифровать это сообщение")

print('Message encrypted:', message_encrypted)

print('Message decrypted:', decrypt_message(message_encrypted))

Можно использовать ранее сгенерированный файл secret.key для шифрования содержимого файла с именем file.txt в файл file_encrypted.txt. Используя тот же ключ, можно расшифровать содержимое этого файла.

from cryptography.fernet import Fernet

import os

def load_key():

return open("secret.key", "rb").read()

def encrypt_file(file, key):

fernet = Fernet(key)

with open(file, "rb") as myfile:

file_data = myfile.read()

data = fernet.encrypt(file_data)

print("Data encrypted:", data.decode())

with open("file_encrypted.txt", "wb") as file:

file.write(data)

def decrypt_file(file_encrypted, key):

fernet = Fernet(key)

with open(file_encrypted, "rb") as myfile:

file_data = myfile.read()

data = fernet.decrypt(file_data)

print("Data decrypted:", data.decode())

if __name__ == '__main__':

file = 'file.txt'

file_encrypted = 'file_encrypted.txt'

key = load_key()

encrypt_file(file, key)

decrypt_file(file_encrypted, key)

При выполнении предыдущего скрипта можно увидеть, как создается новый файл с зашифрованным содержимым из file.txt.

Заключение

Библиотека Cryptography Python предоставляет инструменты для реализации криптографической безопасности в ваших приложениях. Она позволяет легко выполнять шифрование, дешифрование и другие криптографические операции с минимальными усилиями.

Еще одним способом использования Fernet является передача ключа в конструктор параметра init. Этот ключ может быть получен из пароля с помощью алгоритма PBKDF2, который предоставляет функциональность для генерации пароля через функцию производства ключей.

ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ: