目录

 

1.    基础知识

2.    原理

    2.1加密操作

    2.2解密操作

    2.3生成随机密钥

    2.4加密单元

    2.5解密单元

3.    项目工程

    3.1加密文本文件

    3.2解密文件

    3.3完整代码

  

 

用 Python 加密文件

 

生活中，有时候我们需要对一些重要的文件进行加密，Python 提供了诸如 hashlib，base64 等便于使用的加密库。

但对于日常学习而言，我们可以借助异或操作，实现一个简单的文件加密程序，从而强化自身的编程能力。


1. 基础知识

在 Python 中异或操作符为：^，也可以记作 XOR。按位异或的意思是：相同值异或为 0，不同值异或为 1。具体来讲，有四种可能：0 ^ 0 = 0，0 ^ 1 = 1, 1 ^ 0  = 1, 1 ^ 1 = 0。我们还可总结出规律（A 为 0 或 1）：0 和 A 异或为 A本身；1 和 A 异或为 A 反。

让我们先看看一位二进制数满足的性质：

1.一位二进制数与自身的异或值为 0

b ^ b = 0

2.异或操作满足交换律

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

3.0 与 a 的异或为 a

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

易知，对任意长二进制数都满足上述性质。

2. 原理

通过了解异或操作的性质，加密原理就非常清晰了。

2.1加密操作

首先将文件转换成二进制数，再生成与该二进制数等长的随机密钥，将二进制数与密钥进行异或操作，得到加密后的二进制数。

2.2解密操作

将加密后的二进制程序与密钥进行异或操作，就得到原二进制数，最后将原二进制数恢复成文本文件。

2.3生成随机密钥

secrets 库是 Python 3.6 引入的伪随机数模块，适合生成随机密钥。token_bytes 函数接受一个 int 参数，用于指定随机字节串的长度。int.from_bytes 把字节串转换为 int，也就是我们需要的二进制数。

#生成随机密钥：

from secrets importtoken_bytes
 
defrandom_key(length):
   key = token_bytes(nbytes=length)
   key_int = int.from_bytes(key, 'big')
   return key_int

2.4加密单元

encrypt 函数接受一个 str 对象，返回元组 (int, int)。通过 encode 方法，我们将字符串编码成字节串。int.from_bytes 函数将字节串转换为 int 对象。最后对二进制对象和随机密钥进行异或操作，就得到了加密文本。

#加密单元:

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

2.5解密单元

decrypt 接受两个 int 对象，分别为加密文本和随机密钥。首先对两者进行异或操作，计算解密出来的 int 对象所占比特数。decrypted.bit_length 函数得到的是二进制数的位数，除以 8 可以得到所占比特大小。为了防止，1 ~ 7 位的二进制数整除 8 得到 0，所以要加上 7，然后再进行整除 8 的操作。使用 int.to_bytes 函数将解密之后的 int 的对象转换成 bytes 对象。最后通过 decode 方法，将字节串转换成字符串。

#解密单元：

defdecrypt(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()

    利用上述函数，我们可以很轻松对文本文件进行加密、解密操作。运行完上述函数，再运行下面的示例。
 

In [4]: string = '万丈红尘三杯酒，千秋大业一壶茶'
 
In [5]: encrypted =encrypt(string)
   ...:print(encrypted)
(1758778379032538426372674967162902315142782489824856459593768991824863446573392893456845702316466709582599988,835339900902301800613078873843365627240965269175756157085048176434827381873715461428248749116416776716475266)
 
In [6]:decrypt(*encrypted)
Out[6]: '万丈红尘三杯酒，千秋大业一壶茶'

 

 

3. 项目工程

当然，加密不是仅仅为了几个字符，下面将对一个文本文件进行加密、解密。

3.1加密文本文件

path 为待加密文件的地址，如果不指定密钥地址，则在该目录下新建目录和文件。在文件夹下有一个加密的文件以及一个key文件。

#加密文本文件

import json
from pathlib importPath
 
defencrypt_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) asf1, \
       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)


 

运行上面的函数，执行下面的操作。
 

In [8]: encrypt_file(r'C:\Users\yubg\Desktop\111.txt')
 
In [9]:


 

执行完加密文件操作，在当前运行环境下的目录里会多出一个111的文件夹，其中包含两个文件。

打开111.txt文件发现里面的内容全部变成了数字。

3.2解密文件

只需要给出加密文件的路径，含文件名即可。再将key文件放到当前环境下即可。解压文件放在当前环境下的decrypted文件夹下。

#解密文件

#只需要给出加密文件的路径，含文件名即可。再将key文件放到当前环境下即可。

#解压文件放在当前环境下的decrypted文件夹下。

defdecrypt_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)

执行完解密文件操作，得到的解密文件与原文件内容相同。

3.3完整代码

"""

加密和解密文本文件。

"""

 

#生成随机密钥：

from secrets importtoken_bytes
 
defrandom_key(length):
   key = token_bytes(nbytes=length)
   key_int = int.from_bytes(key, 'big')
   return key_int

 

#加密单元:

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

 

#解密单元：

defdecrypt(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()

 

#加密文本文件函数

import json
from pathlib importPath
 
defencrypt_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) asf1, \
       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)

 

 

#解密文件函数

#只需要给出加密文件的路径，含文件名即可。再将key文件放到当前环境下即可。

#解压文件放在当前环境下的decrypted文件夹下。

defdecrypt_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)

 

 

#测试

#加密桌面上的111.txt，加密后放在当前环境下的目录里C:\Users\yubg

encrypt_file(r'C:\Users\yubg\Desktop\111.txt')

 

 

#解密111.txt

#当前环境下的目录C:\Users\yubg里多了一个111的文件夹，将文件夹下的key文件挪出到当前的目录下执行下面的解码代码

decrypt_file(r'c:\Users\yubg\111\111.txt')

   
（Over） 

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