Алгоритмы шифрования
Эта первая практическая работа, которая посвящена базовым конструкциям языка Python. Также в этой работе описан общий подход к выполнению заданий.
Все исходники к работам можно найти в шаблоне репозитория курса. Если вы еще не настроили рабочее окружение, то перейдите в раздел «Настройка рабочего окружения».
Прежде чем приступить к выполнению работы
Перед тем как начать выполнять задания не забудьте перейти в рабочую директорию и активировать ваше виртуальное окружение:
При выполнении работ мы будем придерживаться простого подхода к ветвлению под названием GitHub flow (есть и другие подходы, например, gitflow). Приступая к новой практической работе создавайте ветку с именем этой работы:
Чтобы отобразить список локальных веток можно воспользоваться командой git branch :
Символ * указывает на какой ветке вы находитесь. Для переключения между ветками используйте команду git checkout имя_ветки .
Шифр Цезаря
Шифр Цезаря является одним из самых простых методов шифрования. Для кодирования сообщения все буквы алфавита сдвигают на три символа вперед:
Сдвиг трёх последних букв алфавита:
Используя шифр Цезаря, слово PYTHON будет закодировано следующим образом:
Вам необходимо написать тело для следующих двух функций в файле caesar.py :
Обратите внимание, что вторым аргументом функции является сдвиг ( shift ), например, при сдвиге равном нулю сообщение останется без изменений ( A -> A, B -> B, . ).
Воспользуйтесь встроенными функциями ord() и chr() . Функция ord() позволяет получить код указанного символа, а chr() работает наоборот — возвращает символ по его коду.
О кодировках можно почитать тут и тут.
В результате переменные ciphertext и plaintext должны содержать зашифрованное и расшифрованное сообщения соответственно.
Проверить работу функций можно с помощью примеров, приведенных в доктестах (текст внутри функции, который заключен в тройные кавычки и похож на работу с интерпретатором в интерактивном режиме). Запустить доктесты можно с помощью следующей команды (при условии, что файл с программой называется caesar.py ):
Доктесты обычно играют роль примеров и не используются в качестве полноценного фреймворка для автоматического тестирования. Поэтому мы будем использовать стандартную библиотеку unittest для тестирования наших приложений (наиболее популярной альтернативой является pytest). Для запуска тестов можно воспользоваться следующей командой:
или для запуска всех тестов:
Также обратите свое внимание на официальное руководство по стилю pep8 (некоторые пояснения по оформлению кода можно найти здесь).
Если вы добились успешного прохождения тестов, не забудьте сделать коммит, который зафиксирует ваши изменения, например:
Вы можете воспользоваться приложением Source Tree для наглядного отслеживания вносимых изменений.
Также не забывайте периодически отправлять ваши изменения на сервер:
В качестве дополнительного упражнения вам предлагается реализовать алгоритм взлома шифра Цезаря, основанный на использовании словаря. Функция caesar_breaker должна вернуть наиболее подходящий сдвиг для зашифрованного сообщения:
Шифр Виженера
Шифр Виженера очень похож на шифр Цезаря, за тем исключением, что каждый символ сообщения сдвигается на определяемое ключом значение. Ключ — это слово, каждый символ которого указывает на сколько позиций должен быть сдвинут соответствующий символ в шифруемом сообщении. Так, A означает сдвиг на 0 символов, B на 1 и т.д.
Если длина ключа меньше длины слова, подлежащего шифрованию, то ключ повторяется необходимое число раз, например:
Ваша задача написать тело для следующих двух функций в файле vigenere.py так, чтобы переменные ciphertext и plaintext содержали зашифрованное и расшифрованное сообщения соответственно:
Обратите внимание, что символы A и a в ключе не оказывают никакого влияния на шифруемое сообщение. Если же в качестве ключа мы будем использовать C или c , то получим шифр Цезаря.
По окончании работы над каждой функцией не забудьте запустить тесты и сделать соответствующие коммиты, как в примере с шифром Цезаря.
RSA шифрование
Одним из современных методов шифрования является алгоритм шифрования RSA, названный так по первым буквам фамилий его авторов (Rivest, Shamir и Adleman).
Мы не будем вдаваться в подробности работы этого алгоритма, но следующего объяснения должно быть достаточно для понимания принципов шифрования с открытым ключом:
Show your kid a padlock. This is a kind of lock that locks when you click it (i.e it doesn’t require a key) but requires the key to open the lock.
So, I can send these padlocks to all my friends who want to communicate with me. I will send them only the lock but will keep the key with me.
My friends can write me messages, put it in a box, lock it with my padlock (by clicking it) and send it to me, even over high risk networks. If the box is intercepted, it’s contents will not be compromised since I still have the key with me.
When the box reaches me, I can open my padlock with my key and read the contents. This way, I can send padlocks (public keys) to people outside which they can use to lock boxes (encrypt messages) without being in danger of the contents being compromised as the padlock key (the private key) is always with me and never exchanged over the network.
Работу алгоритма можно разбить на три шага:
- Генерация ключей
- Шифрование
- Расшифровка
От вас в этом задании требуется выполнить только шаг генерации ключей, остальные два шага уже представлены в шаблоне работы.
На этапе генерации создаётся два ключа: открытый (public key, с помощью которого кто угодно может зашифровать сообщение и отправить его нам) и закрытый (private key, с помощью которого мы будем расшифровать полученные сообщения). Для генерации пары ключей необходимо выбрать два простых числа p и q . Мы предоставим пользователю возможность выбирать эти числа. От вас требуется написать тело функции is_prime(n) , которая проверяет число на простоту:
Если вы закончили работу над функцией is_prime(n) , то запустите тесты и сделайте коммит:
Для фиксации изменений мы использовали команду git commit -am , которая является аналогом последовательности команд git add . и git commit -m .
После того как были выбраны два простых числа требуется найти их произведение n = p * q :
Затем вычисляется функция Эйлера по формуе:
Далее выбирается число e , отвечающее следующим критериям:
- e — простое;
- e < phi ;
- e взаимно простое с phi .
Определить, являются ли числа взаимно простыми можно с помощью алгоритма Евклида. Для этого необходимо вычислить наибольший общий делитель (НОД) и проверить равен ли он единице. На этом этапе вашей задачей является реализация данного алгоритма:
Не забудьте зафиксировать реализацию функции gcd(a, b) :
Заключительным этапом на шаге генерации ключей является вычисление d такого что d * e mod phi = 1 . Для его вычисления используется расширенный (обобщенный) алгоритм Евклида (см. стр. 23 этого учебного пособия с подробными объяснениями).
Таким образом, полученные пары (e,n) и (d,n) являются открытым и закрытым ключами соответственно.
Снова запустите тесты и зафиксируйте изменения:
После выполнения всех заданий
После выполнения всех заданий отправьте изменения на сервер:
Затем создайте пул-реквест либо с поммощью веб-формы, либо с помощью gh, как это было описано в предыдущей работе. Не забудьте проверить, что нет ошибок при выполнении шагов на вкладке Checks . Сообщите Коннору, что вы готовы к код ревью:
Если ваш пул-реквест был одобрен, то примените изменения к мастер-ветке ( Merge pull request ), удалите ветку homework01 как в репозитории так и локально:
AES Implementation in Python
You’ve probably heard of the Houseparty scandal that has taken place during the quarantine. Houseparty was an excellent time killer app during the long days of the quarantine, it gathered friends and allowed them to play mini-games while video chatting with each other on their phones, all of this provided freely by Houseparty themselves. It was all fun and games till vast numbers of Netflix and Spotify accounts started to get hacked.
Rumor has it that Houseparty suffered a data breach, where their data was stolen by a third party and used by hackers to gain access to personal accounts. Houseparty has it that they have nothing to do with the wave of hackers sneaking into people’s accounts. We will probably never now for sure what happened here but the damage has already been done. I think we can all learn something from this whole incident to prevent and reduce the impact of future data breaches:
We are not being responsible enough
We are not taking our internet privacy seriously. The average user reuses passwords and emails throughout several apps, which may have vastly varying degrees of reputation and security , with out being aware of the dangers it implies. But users can only be accounted for so much. We as developers must ensure that all data we obtain from our users is treated responsibly: data should not only be stored in a secure environment, it should also be encrypted with a a secure algorithm, such as AES.
Implementing AES in Python
Fortunately, we don’t have to implement AES from scratch, but you can give it a try if you’re feeling spicy. In order to avoid doing so, we first need to install the pycrypto library, which can be done via pip with the following command:
which should run without errors. Once pycrypto is installed, create a python file and write the following to import everything we need:
Now we are going to create a class for our AES cipher with the following constructor:
Lets take a quick walk through the constructor, it receives a key which can be of any length. Then we proceed to generate a 256 bit hash from that key. A hash is basically a unique identifier of a given length, 32 characters in this case, of any input no matter its length. This enables that you can pass the constructor your name or a phrase, and it will generate an unique 256 bit key for your cipher. We also set block_size to 128, which is the block size of AES.
Before we proceed to define the encrypt and decrypt methods for our AESCipher class, lets first create the __pad and __unpad methods. Also, beginners in Python can learn from the best Python tutorials to enhance their learning.
The __pad method receives the plain_text to be encrypted and adds a number bytes for the text to be a multiple of 128 bits. This number is stored in number_of_bytes_to_pad . Then in ascii_string we generate our padding character, and padding_str will contain that character times number_of_bytes_to_pad . So we only have to add padding_str at the end of our plain_text so that it is now a multiple of 128 bits.
Unpad
In an opposite manner, __unpad method will receive the decrypted text, also known as plain_text and will remove all the extra added characters in the __pad method. For that we first must identify the last character and store in bytes_to_remove how many bytes we need to trim of the end of plain_text in order to unpad it.
Encrypt
With these two methods out of the way, lets implement the encrypt method
The encrypt method receives the plain_text to be encrypted. First we pad that plain_text in order to be able to encrypt it. After we generate a new random iv with the size of an AES block, 128bits. We now create our AES cipher with AES.new with our key , in mode CBC and with our just generated iv . We now invoke the encrypt function of our cipher , passing it our plain_text converted to bits. The encrypted output is then placed after our iv and converted back from bits to readable characters.
Decrypt
Now that we can encrypt text, but I’m sure we would like to be able to decrypt it:
In order to decrypt, we must backtrack all the steps done in the encrypt method. First we convert our encrypted_text to bits and extract the iv , which will be the first 128 bits of our encrypted_text . Much like before, we now create a new AES cipher with our key, in mode CBC and with the extracted iv . We now invoke the decrypt method of our cipher and convert it to text from bits. We remove the padding with __unpad and that’s it!
The AESCipher class should end up looking as the following:
Final Thoughts
You can now encrypt and decrypt your data! If you want to play with AES or just check that your implementation was correct, try out this online AES Cipher. If you are intrigued about how AES works, feel free to pass by my article about it.
How do I encrypt and decrypt a string in python?
I have been looking for sometime on how to encrypt and decrypt a string. But most of it is in 2.7 and anything that is using 3.2 is not letting me print it or add it to a string.
So what I’m trying to do is the following:
jgAKLJK34t3g (a bunch of random letters)
Is there anyway of doing this, using python 3.X and when the string is encoded it’s still a string, not any other variable type.
10 Answers 10
I had troubles compiling all the most commonly mentioned cryptography libraries on my Windows 7 system and for Python 3.5.
This is the solution that finally worked for me.
Take a look at PyCrypto. It supports Python 3.2 and does exactly what you want.
From their pip website:
If you want to encrypt a message of an arbitrary size use AES.MODE_CFB instead of AES.MODE_CBC .
Python Cryptography Toolkit (pycrypto) is required
pycrypto package is outdated and has not been maintained since 2014. There is a drop-in replacement package called pycryptodome .
And the code below flawlessly works on python 3.8
You can do this easily by using the library cryptocode . Here is how you install:
Encrypting a message (example code):
Documentation can be found here
Encrypt Data
First, we need to install the cryptography library:
From the cryptography library, we need to import Fernet and start generating a key — this key is required for symmetric encryption/decryption.
To generate a key, we call the generate_key() method.
- We only need to execute the above method once to generate a key.
You need to keep this key in a safe place. If you lose the key, you won’t be able to decrypt the data that was encrypted with this key.
Once we have generated a key, we need to load the key with load_key()
Encrypt a Message
This is a three step process:
- encode the message
- initialize the Fernet class
- pass the encoded message to encrypt() method
Below is a full working example of encrypting a message :
Decrypt Data
To decrypt the message, we just call the decrypt() method from the Fernet library. Remember, we also need to load the key as well, because the key is needed to decrypt the message.
Шифровать строку Python
Шифрование можно определить как процесс преобразования обычного текста в зашифрованный текст. По сути, он используется для кодирования данных. Для процесса шифрования требуется ключ, который позже можно использовать для расшифровки исходного сообщения.
В этой статье будут обсуждаться различные методы, которые вы можете использовать для шифрования строки в Python.
Используйте Simple Crypt для шифрования строки в Python
Использование модуля Simple Crypt — это самый быстрый и простой способ добиться процесса шифрования для Python 2.7 и 3. Этот метод преобразует открытый текст в зашифрованный текст за секунды с помощью одной строчки кода.
Модуль PyCrypto предоставляет реализацию алгоритма для этой библиотеки и использует шифр AES256 . Этот метод включает проверку HMAC с помощью шифра SHA256 для уведомления об изменении или модификации зашифрованного текста.
Simple Crypt имеет две функции: encrypt и decrypt . Чтобы использовать обе эти функции, необходимо установить модули pycrypto и simplecrypt.
Следующий код использует simplecrypt для шифрования строки в Python:
Результатом этого кода будет кластер случайных букв.
Для декодирования / дешифрования зашифрованного текста мы будем использовать следующую команду:
Используйте библиотеку cryptocode для шифрования строки в Python
Термин cryptocode — это простая библиотека, которая позволяет нам безопасно и просто шифровать и расшифровывать строки в Python 3 или выше. Помните, что эту библиотеку необходимо установить вручную; это можно сделать с помощью команды pip .
Программа ниже использует библиотеку cryptocode для шифрования строки в Python:
Please enable JavaScript
Первым параметром функции будет строка, которую необходимо зашифровать. Второй параметр должен быть ключом, который будет использоваться для расшифровки.
Используйте пакет Cryptography для шифрования строки в Python
Cryptography — это пакет Python, который можно использовать для шифрования с симметричным ключом. Шифрование с симметричным ключом — это способ использования одного и того же ключа для процесса кодирования и декодирования.
Для использования этого метода шифрования необходимо установить библиотеку Cryptography ; это можно сделать с помощью команды pip .
Следующий код использует функции пакета cryptography для шифрования строки в Python:
В приведенном выше коде мы импортируем Fernet из модуля cryptography.fernet . Затем мы генерируем ключ шифрования, который будет использоваться как для кодирования, так и для целей декодирования. Экземпляр класса Fernet создается с ключом шифрования. Затем строка шифруется экземпляром Fernet. Наконец, он расшифровывается с помощью экземпляра класса Fernet.
Шифрование с симметричным ключом — это простой способ шифрования строки. Единственный недостаток в том, что он сравнительно менее безопасен. Любой, у кого есть ключ, может прочитать зашифрованный текст.
Используйте алгоритм RSA для шифрования строки в Python
Алгоритм RSA в Python реализует шифрование с асимметричным ключом. Шифрование с асимметричным ключом использует два разных ключа для процесса шифрования и дешифрования.
Эти два ключа — Закрытый ключ и Открытый ключ. Открытый ключ является открытым и используется в процессе шифрования. Любой, у кого есть открытый ключ, может зашифровать и отправить данные; закрытый ключ есть только у получателя. Кроме того, кто-то, имеющий к нему доступ, также может расшифровать данные.
Для использования этого метода сначала необходимо установить библиотеку rsa . Вы можете использовать общую команду pip для установки этой библиотеки.
Следующий код использует алгоритм RSA для шифрования строки в Python:
В приведенном выше коде импортируется модуль rsa , а открытый и закрытый ключи генерируются с помощью функции rsa.newkeys() . Затем строка шифруется с помощью открытого ключа. Затем строку можно расшифровать, используя только закрытый ключ. Открытый и закрытый ключи в этой программе — pubkey и privkey соответственно.
Шифрование с асимметричным ключом обеспечивает лучшую безопасность, чем шифрование с симметричным ключом. Как и в первом случае, конкретный закрытый ключ доступен только получателю и используется для дешифрования. В то время как в последнем существует только один ключ, что делает процесс дешифрования более простым и менее защищенным от атак третьих лиц в середине между отправителем и получателем.
Vaibhhav is an IT professional who has a strong-hold in Python programming and various projects under his belt. He has an eagerness to discover new things and is a quick learner.