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cryptography是python语言中非常著名的加解密库，在算法层面提供了高层次的抽象，使用起来非常简单、直观，pythonic，同时还保留了各种不同算法的低级别接口，保留灵活性。
我们知道加密一般分为对称加密(Symmetric Key Encryption)和非对称加密(Asymmetric Key Encryption)。，各自对应多种不同的算法，每种算法又有不同的密钥位长要求，另外还涉及到不同的分组加密模式，以及末尾补齐方式。因此需要高层次的抽象，把这些参数封装起来，让我们使用时，不用关心这么多参数，只要知道这么用足够安全就够了。
对称加密又分为分组加密和序列加密，本文只讨论对称分组加密。
主流对称分组加密算法：DES、3DES、AES
主流对称分组加密模式：ECB、CBC、CFB、OFB
主流填充标准：PKCS7、ISO 10126、ANSI X.923、Zero padding
在cryptography库中，对称加密算法的抽象是fernet模块，包括了对数据的加解密以及签名验证功能，以及密钥过期机制。
该模块采用如下定义：
- 加解密算法为AES，密钥位长128，CBC模式，填充标准PKCS7
- 签名算法为SHA256的HMAC，密钥位长128位
- 密钥可以设置过期时间
使用fernet加解密的例子如下：
>>> import os >>> from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modes >>> from cryptography.hazmat.backends import default_backend >>> backend = default_backend() >>> key = os.urandom(32) >>> iv = os.urandom(16) >>> cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv), backend=backend) >>> encryptor = cipher.encryptor() >>> ct = encryptor.update(b"a secret message") + encryptor.finalize() >>> decryptor = cipher.decryptor() >>> decryptor.update(ct) + decryptor.finalize() ‘a secret message‘
可见加密时除了指定算法和模式，以及生成随机的key之外，CBC模式还需要生成一个随机的初始向量iv；解密时也要提供iv。
cryptography库的fernet模块封装了对称加密的操作，提供了三个基本操作：
产生对称密钥： generate_key
用对称密钥加密：encrypt
用对称密钥解密：decrypt
generate_key：可见只是产生了一个32位随机数，并用base64编码
@classmethod def generate_key(cls): return base64.urlsafe_b64encode(os.urandom(32))
生成32位密钥后，前16位用来计算hmac，后16位用来加解密
self._signing_key = key[:16] self._encryption_key = key[16:] self._backend = backend
encrypt：
1. 获取current_time，并随机生成16位的CBC初始向量iv
2. 指定padding方式为PKCS7
3. 把要加密的原始data用padding方式补齐
4. 指定用AES算法CBC模式加密
5. 加密得到ciphertext
6. 把current_time、iv、ciphertext三者合并得到一个basic_parts
basic_parts = ( b"\x80" + struct.pack(">Q", current_time) + iv + ciphertext )
7. 计算basic_parts的hmac值
8. 把basic_parts + hmac 做base64计算后返回，这就是我们最终得到的加密数据，里面包含了时间戳、iv、密文、hmac
def encrypt(self, data): current_time = int(time.time()) iv = os.urandom(16) return self._encrypt_from_parts(data, current_time, iv) def _encrypt_from_parts(self, data, current_time, iv): if not isinstance(data, bytes): raise TypeError("data must be bytes.") padder = padding.PKCS7(algorithms.AES.block_size).padder() padded_data = padder.update(data) + padder.finalize() encryptor = Cipher( algorithms.AES(self._encryption_key), modes.CBC(iv), self._backend ).encryptor() ciphertext = encryptor.update(padded_data) + encryptor.finalize() basic_parts = ( b"\x80" + struct.pack(">Q", current_time) + iv + ciphertext ) h = HMAC(self._signing_key, hashes.SHA256(), backend=self._backend) h.update(basic_parts) hmac = h.finalize() return base64.urlsafe_b64encode(basic_parts + hmac)
decrypt：
完全于encrypt相反的操作
1. 得到current_time
2. base64解码token，得到包含时间戳、iv、密文、hmac的data
3. 根据时间戳和ttl，判断密钥是否已经失效
4. 计算hmac，并于之前的hmac进行验证，判断密钥有效性
5. 获取iv，和密文，并通过密钥解密，得到经过pad的明文
6. 通过PKCS7进行unpaid操作，得到去掉补齐的明文
7. 返回最终结果
def decrypt(self, token, ttl=None): if not isinstance(token, bytes): raise TypeError("token must be bytes.") current_time = int(time.time()) try: data = base64.urlsafe_b64decode(token) except (TypeError, binascii.Error): raise InvalidToken if not data or six.indexbytes(data, 0) != 0x80: raise InvalidToken try: timestamp, = struct.unpack(">Q", data[1:9]) except struct.error: raise InvalidToken if ttl is not None: if timestamp + ttl < current_time: raise InvalidToken if current_time + _MAX_CLOCK_SKEW < timestamp: raise InvalidToken h = HMAC(self._signing_key, hashes.SHA256(), backend=self._backend) h.update(data[:-32]) try: h.verify(data[-32:]) except InvalidSignature: raise InvalidToken iv = data[9:25] ciphertext = data[25:-32] decryptor = Cipher( algorithms.AES(self._encryption_key), modes.CBC(iv), self._backend ).decryptor() plaintext_padded = decryptor.update(ciphertext) try: plaintext_padded += decryptor.finalize() except ValueError: raise InvalidToken unpadder = padding.PKCS7(algorithms.AES.block_size).unpadder() unpadded = unpadder.update(plaintext_padded) try: unpadded += unpadder.finalize() except ValueError: raise InvalidToken return unpadded
