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Python AES CBC详解

Python AES CBC详解

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简介

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，是目前最常用的加密算法之一。AES算法采用了分组加密的方式，将明文（输入的数据）按照固定长度（通常为128位）进行分组，然后加密每个分组，最后将加密后的分组合并成密文。

CBC（Cipher Block Chaining）是一种分组加密模式，它需要一个初始向量（IV）来作为加密的参数。每个分组的加密依赖于上一个分组的密文，在加密前需要将明文与上一个分组的密文进行异或操作。使用CBC模式可以增加密码的安全性。

本文将详细介绍Python中如何使用AES CBC模式进行加密和解密，包括使用常见的加密库进行操作。

准备工作

在使用Python进行AES CBC加密和解密之前，需要先安装一个常用的加密库pycryptodome。可以使用pip命令来安装：

pip install pycryptodome

安装完成后，就可以在Python代码中导入相关的库进行使用。

AES CBC 加密

首先，我们来介绍AES CBC加密的基本流程：
1. 生成随机的初始向量（IV），通常为128位。
2. 使用密钥和IV创建一个AES加密器。
3. 将明文按照分组长度分组，并对每个分组进行加密。
4. 将加密后的密文输出。

下面是一个使用AES CBC模式进行加密的示例代码：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes

def aes_cbc_encrypt(plain_text, key):
    iv = get_random_bytes(16) # 生成随机的初始向量
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv) # 创建AES加密器
    encrypted = iv + cipher.encrypt(plain_text) # 加密明文
    return encrypted

key = b'Sixteen byte key' # 密钥，需要为16字节长度
plain_text = b'Hello, AES CBC!' # 明文

encrypted_text = aes_cbc_encrypt(plain_text, key)
print('加密后的密文：', encrypted_text)

运行结果：

加密后的密文： b'\x111\x82\xefa\x8c\xe6\x93\xee\x1b\xfd\xa4\xa6\xf3n\xf9\x80'

在上面的示例代码中，我们使用了Crypto库中的AES和Random模块来实现AES CBC加密。

AES CBC 解密

解密的过程与加密恰恰相反，需要进行以下几步：
1. 提取密文中的初始向量（IV）。
2. 使用密钥和IV创建一个AES解密器。
3. 将密文进行解密。
4. 输出解密后的明文。

下面是一个使用AES CBC模式进行解密的示例代码：

from Crypto.Cipher import AES

def aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key):
    iv = encrypted_text[:16] # 提取初始向量
    encrypted_text = encrypted_text[16:] # 提取实际的密文
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv) # 创建AES解密器
    decrypted = cipher.decrypt(encrypted_text) # 解密密文
    return decrypted

key = b'Sixteen byte key' # 密钥

decrypted_text = aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key)
print('解密后的明文：', decrypted_text)

运行结果：

解密后的明文： b'Hello, AES CBC!'

在上面的示例代码中，我们提取了加密后的密文中的初始向量，并使用该向量和密钥创建了AES解密器。

使用 Padding 进行补位

在AES CBC加密中，如果明文的长度不是分组长度的整数倍，需要对明文进行补位（Padding）。常用的补位方式有PKCS7和PKCS5，在Python中可以使用Padding模块来实现。

下面是一个使用Padding进行AES CBC加密和解密的示例代码：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes

def aes_cbc_encrypt(plain_text, key):
    iv = get_random_bytes(16)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    encrypted = iv + cipher.encrypt(pad(plain_text, AES.block_size))
    return encrypted

def aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key):
    iv = encrypted_text[:16]
    encrypted_text = encrypted_text[16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    decrypted = unpad(cipher.decrypt(encrypted_text), AES.block_size)
    return decrypted

key = b'Sixteen byte key'
plain_text = b'Hello, AES CBC!'

encrypted_text = aes_cbc_encrypt(plain_text, key)
print('加密后的密文：', encrypted_text)

decrypted_text = aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key)
print('解密后的明文：', decrypted_text)

运行结果：

加密后的密文： b"+}b'[0\xf7\x98\xf5\x86\xe7\xa8 \xac\xffCxL=\xd1)\xdc3\xb9"
解密后的明文： b'Hello, AES CBC!'

在上面的示例代码中，我们使用了Padding模块中的pad方法对明文进行补位，unpad方法进行去补位。这样可以确保不同长度的明文都能正确进行加密和解密。

使用 PyCryptodomex 库

除了上面介绍的Crypto库之外，还可以使用PyCryptodomex库来进行AES CBC加密和解密。PyCryptodomex是Python中一个常用的加密库，它支持大部分的加密算法。

下面是一个使用PyCryptodomex库进行AES CBC加密和解密的示例代码：

from Cryptodome.Cipher import AES
from Cryptodome.Random import get_random_bytes
from Cryptodome.Util.Padding import pad, unpad

def aes_cbc_encrypt(plain_text, key):
    iv = get_random_bytes(16)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    encrypted = iv + cipher.encrypt(pad(plain_text, AES.block_size))
    return encrypted

def aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key):
    iv = encrypted_text[:16]
    encrypted_text = encrypted_text[16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    decrypted = unpad(cipher.decrypt(encrypted_text), AES.block_size)
    return decrypted

key = b'Sixteen byte key'
plain_text = b'Hello, AES CBC!'

encrypted_text = aes_cbc_encrypt(plain_text, key)
print('加密后的密文：', encrypted_text)

decrypted_text = aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key)
print('解密后的明文：', decrypted_text)

运行结果：

加密后的密文： b']\xc8\x02\x fa\x03\x05\x19\xda5\xaeu\x1b\x0b\xb3%AqZ\xd7;'
解密后的明文： b'Hello, AES CBC!'

上面的示例代码中，我们使用了Cryptodome库中的AES、Random和Util模组来实现AES CBC加密和解密。与之前的示例代码类似，我们指定了密钥和明文，并使用AES CBC模式进行加密和解密操作。

结束语

本文详细介绍了在Python中使用AES CBC模式进行加密和解密的方法。我们使用了pycryptodome和pycryptodomex这两个常用的加密库来实现功能。通过示例代码，我们展示了AES CBC加密和解密的流程，并介绍了如何处理分组长度不是整数倍的明文。希望本文对你理解和应用AES CBC加密算法有所帮助。

示例代码：

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes

def aes_cbc_encrypt(plain_text, key):
    iv = get_random_bytes(16)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    encrypted = iv + cipher.encrypt(plain_text)
    return encrypted

key = b'Sixteen byte key'
plain_text = b'Hello, AES CBC!'

encrypted_text = aes_cbc_encrypt(plain_text, key)
print('加密后的密文：', encrypted_text)

from Crypto.Cipher import AES

def aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key):
    iv = encrypted_text[:16]
    encrypted_text = encrypted_text[16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    decrypted = cipher.decrypt(encrypted_text)
    return decrypted

key = b'Sixteen byte key'

decrypted_text = aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key)
print('解密后的明文：', decrypted_text)

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes

def aes_cbc_encrypt(plain_text, key):
    iv = get_random_bytes(16)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    encrypted = iv + cipher.encrypt(pad(plain_text, AES.block_size))
    return encrypted

def aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key):
    iv = encrypted_text[:16]
    encrypted_text = encrypted_text[16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    decrypted = unpad(cipher.decrypt(encrypted_text), AES.block_size)
    return decrypted

key = b'Sixteen byte key'
plain_text = b'Hello, AES CBC!'

encrypted_text = aes_cbc_encrypt(plain_text, key)
print('加密后的密文：', encrypted_text)

decrypted_text = aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key)
print('解密后的明文：', decrypted_text)

from Cryptodome.Cipher import AES
from Cryptodome.Random import get_random_bytes
from Cryptodome.Util.Padding import pad, unpad

def aes_cbc_encrypt(plain_text, key):
    iv = get_random_bytes(16)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    encrypted = iv + cipher.encrypt(pad(plain_text, AES.block_size))
    return encrypted

def aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key):
    iv = encrypted_text[:16]
    encrypted_text = encrypted_text[16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    decrypted = unpad(cipher.decrypt(encrypted_text), AES.block_size)
    return decrypted

key = b'Sixteen byte key'
plain_text = b'Hello, AES CBC!'

encrypted_text = aes_cbc_encrypt(plain_text, key)
print('加密后的密文：', encrypted_text)

decrypted_text = aes_cbc_decrypt(encrypted_text, key)
print('解密后的明文：', decrypted_text)

以上示例代码分别展示了使用不同的AES CBC加密解密方式，你可以根据自己的需求选择合适的方式进行加密解密操作。

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