Python加密库 Crypto.Cipher包中 ChaCha20 介绍，Crypto.Cip

Python加密库 Crypto.Cipher包中 ChaCha20 介绍，Crypto.Cip

该软件包包含用于保护机密性的算法 的数据。Crypto.Cipher

有三种类型的加密算法：

1. 对称密码：所有各方都使用相同的密钥 解密和加密数据。 对称密码通常非常快，可以处理 非常大量的数据。
2. 非对称密码：发送方和接收方使用不同的密钥。 发送方使用公钥（非机密）加密，而接收方 使用私钥（机密）解密。 非对称密码通常非常慢，可以处理 只有非常小的有效载荷。示例：PKCS#1 OAEP （RSA）。
3. 混合密码：上述两种类型的密码可以组合使用 在继承两者优点的结构中。 非对称密码用于保护短期 对称键， 和对称密码（在该密钥下）加密 实际消息。

对称密码

有两种类型的对称密码：

• 流密码：最自然的密码类型： 它们一次加密一个字节的数据。 参见ChaCha20和XChaCha20和Salsa20。

• 分组密码：只能以固定数量操作的密码 的数据。最重要的分组密码是AES，它具有 块大小为 128 位（16 字节）。

  通常，分组密码通常仅与 一种操作模式，允许加密 可变数量的数据。某些模式（如点击率）可以有效地转动 将分组密码转换为流密码。

广泛的共识是，密码提供 只有机密性，没有任何形式的身份验证，是不可取的。 相反，基元已被定义为集成对称加密和 身份验证 （MAC）。例如：

• 分组密码（如 GCM）的现代操作模式。
• 流密码与 MAC 函数配对，如 ChaCha20-Poly1305 和 XChaCha20-Poly1305。

ChaCha20 和 XChaCha20

ChaCha20是由Daniel J. Bernstein设计的流密码。 密钥长度为 256 位（32 字节）。 密码需要随机数，不得重复使用 跨使用同一密钥执行的加密。

有三种变体，由随机数的长度定义：

这是ChaCha20（Bernstein的版本）如何加密数据的一个例子：

import json
from base64 import b64encode
from Crypto.Cipher import ChaCha20
from Crypto.Random import get_random_bytes

plaintext = b'Attack at dawn'
key = get_random_bytes(32)
cipher = ChaCha20.new(key=key)
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)

nonce = b64encode(cipher.nonce).decode('utf-8')
ct = b64encode(ciphertext).decode('utf-8')
result = json.dumps({'nonce':nonce, 'ciphertext':ct})
print(result)
{"nonce": "IZScZh28fDo=", "ciphertext": "ZatgU1f30WDHriaN8ts="}
这就是您解密它的方式：

import json
from base64 import b64decode
from Crypto.Cipher import ChaCha20

# We assume that the key was somehow securely shared
try:
    b64 = json.loads(json_input)
    nonce = b64decode(b64['nonce'])
    ciphertext = b64decode(b64['ciphertext'])
    cipher = ChaCha20.new(key=key, nonce=nonce)
    plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)
   print("The message was " + plaintext)
except (ValueError, KeyError):
    print("Incorrect decryption")
为了拥有符合 RFC7539 标准的 ChaCha20 密码， 您需要显式生成 96 位（12 字节）参数并将其传递给：noncenew()

nonce_rfc7539 = get_random_bytes(12)
cipher = ChaCha20.new(key=key, nonce=nonce_rfc7539)

警告

ChaCha20不保证您解密的数据的真实性！ 换句话说，攻击者可能会操纵传输中的数据。 为了防止这种情况，您还必须使用消息身份验证 用于验证密文的代码（如 HMAC） （加密然后 Mac）。或者，您可以使用ChaCha20_Poly1305。

.classCrypto.Cipher.ChaCha20.ChaCha20Cipher(键，随机数)

ChaCha20（或XChaCha20）密码对象。 不要直接创建它。请改用 new（）。

变量：	随机数 (字节）– 长度为 8、12 或 24 字节的随机数

decrypt(密文，输出=无)

解密一段数据。

参数：	密文 (字节/字节数组/内存视图）– 要解密的数据，任何大小。
关键字参数：
	输出 (字节/字节数组/内存视图）– 明文的位置 被写到。如果为 ，则返回明文。None
返回：	如果是，则明文返回为 。 否则。outputNonebytesNone

encrypt(纯文本，输出 = 无)

加密一段数据。

参数：	明文 (字节/字节数组/内存视图）– 要加密的数据，任何大小。
关键字参数：
	输出 (字节/字节数组/内存视图）– 密文的位置 被写到。如果为 ，则返回密文。None
返回：	如果是，则密文返回为 。 否则。outputNonebytesNone

seek(位置)

查找密钥流中的某个位置。

参数：	位置 (整数）– 密钥流中的绝对位置，以字节为单位。

Crypto.Cipher.ChaCha20.new(**夸格斯)

创建新的 ChaCha20 或 XChaCha20 密码

关键字参数：
	key （bytes/bytearray/memoryview） – 要使用的密钥。 它必须为 32 字节长。 nonce（bytes/bytearray/memoryview） – 强制值 不得重用于任何其他加密 使用此密钥完成。 对于 ChaCha20，它必须为 8 或 12 个字节。 对于 XChaCha20，它必须为 24 字节长。 如果未提供，将随机生成 8 个字节 （您可以在属性中找到它们）。nonce
返回：	一个 Crypto.Cipher.ChaCha20.ChaCha20Cipher 对象

转载：ChaCha20 和 XChaCha20 — PyCryptodome 3.17.0 文档

ChaCha20-Poly1305 和 XChaCha20-Poly1305

ChaCha20-Poly1305 是具有关联数据 （AEAD） 的经过身份验证的密码。 它与一个 32 字节的密钥和一个随机数一起工作 绝不能在同一密钥下执行的加密中重复使用。 密码生成一个 16 字节标记，接收方必须使用该标记来验证消息。

该算法有三种变体，由随机数的长度定义：

随机数长度	描述	最大明文数	如果随机随机数和相同的键
8 字节	基于伯恩斯坦的原始ChaCha20。	无限制	最多 200 000 条消息
12 字节（默认）	在 TLS 中使用并在 RFC7539 中指定的版本。	256 千兆字节	最多 130 亿条消息
24 字节	XChaCha20-Poly1305，仍处于草稿阶段。	256 千兆字节	无限制

密码的 API 及其有限状态机与分组密码的现代操作模式相同。

通过调用 Crypto.Cipher.ChaCha20_Poly1305.new（） 创建新密码。

以下是 ChaCha20-Poly1305（TLS 版本）如何加密和验证数据的示例：

 import json
 from base64 import b64encode
 from Crypto.Cipher import ChaCha20_Poly1305
 from Crypto.Random import get_random_bytes

 header = b"header"
 plaintext = b'Attack at dawn'
 key = get_random_bytes(32)
 cipher = ChaCha20_Poly1305.new(key=key)
 cipher.update(header)
 ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(plaintext)

 jk = [ 'nonce', 'header', 'ciphertext', 'tag' ]
 jv = [ b64encode(x).decode('utf-8') for x in (cipher.nonce, header, ciphertext, tag) ]
 result = json.dumps(dict(zip(jk, jv)))
 print(result)
{"nonce": "4EE/9uqhoZ3mQXmm", "header": "aGVhZGVy", "ciphertext": "Wmmo4Vzn+eS3tUPv2a8=", "tag": "/FgVbM8qhzssPRY80T0iVA=="}
在上面的示例中，会自动创建一个 96 位（12 字节）随机数。 可以将其作为对象中的成员进行访问。noncecipher

这是您解密数据并检查其真实性的方式：

 import json
 from base64 import b64decode
 from Crypto.Cipher import ChaCha20_Poly1305

 # We assume that the key was securely shared beforehand
 try:
     b64 = json.loads(json_input)
     jk = [ 'nonce', 'header', 'ciphertext', 'tag' ]
    jv = {k:b64decode(b64[k]) for k in jk}

    cipher = ChaCha20_Poly1305.new(key=key, nonce=jv['nonce'])
    cipher.update(jv['header'])
    plaintext = cipher.decrypt_and_verify(jv['ciphertext'], jv['tag'])
    print("The message was: " + plaintext)
 except (ValueError, KeyError):
    print("Incorrect decryption")

 

.classCrypto.Cipher.ChaCha20_Poly1305.ChaCha20Poly1305Cipher(键，随机数)¶

ChaCha20-Poly1305 和 XChaCha20-Poly1305 密码对象。 不要直接创建它。请改用 new（）。

变量：	随机数 (字节字符串）– 长度为 8、12 或 24 字节的随机数

decrypt(密文，输出=无)¶

解密一段数据。

参数：	密文 (字节/字节数组/内存视图）– 要解密的数据，任何大小。
关键字参数：
	输出 (字节/字节数组/内存视图）– 明文的位置 被写到。如果为 ，则返回明文。None
返回：	如果是，则明文返回为 。 否则。outputNonebytesNone

decrypt_and_verify(密文，received_mac_tag)¶

一步执行 decrypt（） 和 verify（）。

参数：	密文（字节/字节数组/内存视图）– 要解密的数据片段。 received_mac_tag（字节）— 这是从发送方接收的 16 字节二进制 MAC。
返回：	解密的数据（作为bytes)
提高：	值错误 – 如果 MAC 不匹配。邮件已被篡改 或者密钥不正确。

digest()¶

计算二进制身份验证标记 （MAC）。

返回：	MAC 标记，作为 16 .bytes

encrypt(纯文本，输出 = 无)¶

加密一段数据。

参数：	明文 (字节/字节数组/内存视图）– 要加密的数据，任何大小。
关键字参数：
	输出 (字节/字节数组/内存视图）– 密文的位置 被写到。如果为 ，则返回密文。None
返回：	如果是，则密文返回为 。 否则。outputNonebytesNone

encrypt_and_digest(明文)¶

在一个步骤中执行 encrypt（） 和 digest（）。

参数：	明文 (字节/字节数组/内存视图）– 要加密的数据，任何大小。
返回：	包含两个对象的元组：bytes 密文，长度与明文相同 16 字节 MAC 标签

hexdigest()¶

计算可打印的身份验证标记 （MAC）。

此方法类似于摘要（）。

返回：	MAC 标记，作为十六进制字符串。

hexverify(hex_mac_tag)¶

验证可打印的身份验证标记 （MAC）。

此方法类似于 verify（）。

参数：	hex_mac_tag (字符串）– 这是可打印的 MAC。
提高值错误：
	如果 MAC 不匹配。邮件已被篡改 或者密钥不正确。

update(数据)¶

保护关联的数据。

关联数据（也称为其他经过身份验证的数据 - AAD） 是必须保持清晰的信息部分，而 仍然允许接收器验证其完整性。 数据包标头就是一个例子。

关联的数据（可能拆分为多个段）为 在调用 decrypt（） 或 encrypt（） 之前输入到 update（） 中。 如果没有关联的数据，则不调用 update（）。

参数：	assoc_data (字节/字节数组/内存视图）– 一段关联数据。它的大小没有限制。

verify(received_mac_tag)¶

验证二进制身份验证标记 （MAC）。

接收方在最后调用此方法， 检查相关数据（如果有）和解密 消息有效。

参数：	received_mac_tag (字节/字节数组/内存视图）– 这是从发送方收到的 16 字节二进制 MAC。
提高值错误：
	如果 MAC 不匹配。邮件已被篡改 或者密钥不正确。

Crypto.Cipher.ChaCha20_Poly1305.new(**夸格斯)¶

创建新的 ChaCha20-Poly1305 或 XChaCha20-Poly1305 AEAD 密码。

关键字参数：
	key – 要使用的密钥。它必须为 32 字节长。 随机数 – 不得重用于任何其他加密的值 使用此密钥完成。 对于 ChaCha20-Poly1305，它的长度必须为 8 或 12 个字节。 对于 XChaCha20-Poly1305，它必须为 24 字节长。 如果未提供，将随机生成 12 个 （您可以在属性中找到它们）。bytesnonce
返回：	一个对象Crypto.Cipher.ChaCha20.ChaCha20Poly1305Cipher