门|门 IT 2007 |问题 3

简介

这是门|门IT 2007年的第三个问题，要求程序员们写出一个程序来解决具体的问题。

问题描述

问题3要求程序员们写一个程序来进行数据加密和解密，包括对称加密、非对称加密以及哈希算法的实现。

程序应该能够支持以下操作：

1. 对称加密：使用一个密钥将明文转换为密文。
2. 对称解密：使用相同的密钥将密文转换为明文。
3. 非对称加密：使用公钥将明文转换为密文。
4. 非对称解密：使用私钥将密文转换为明文。
5. 哈希算法：将数据转换为指定长度的固定格式的字符串。

实现思路

1. 对称加密和解密可以使用常用的加密算法，如AES、DES等。在加解密过程中，需要使用相同的密钥。对于AES算法，可以使用PyCrypto模块进行实现。
2. 非对称加密和解密采用公钥加密、私钥解密的方式。在加密过程中，需要使用接收方的公钥加密，而在解密时，需要使用自己的私钥进行解密。RSA算法是一种常用的非对称加密算法，可以使用Python中的cryptography模块实现。
3. 哈希算法可选用MD5、SHA-1等。Python中的hashlib模块可以方便地实现这些算法。

示例代码

import hashlib
from Crypto.Cipher import AES
from cryptography.hazmat.primitives import hashes
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding, rsa

def symmetric_encrypt(key, data):
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX)
    nonce = cipher.nonce
    ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(data)
    return nonce + ciphertext + tag

def symmetric_decrypt(key, data):
    nonce = data[:16]
    ciphertext = data[16:-16]
    tag = data[-16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX, nonce=nonce)
    return cipher.decrypt_and_verify(ciphertext, tag)

def asymmetric_encrypt(pubkey, data):
    ciphertext = pubkey.encrypt(data, padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()), algorithm=hashes.SHA256(), label=None))
    return ciphertext

def asymmetric_decrypt(privkey, data):
    plaintext = privkey.decrypt(data, padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()), algorithm=hashes.SHA256(), label=None))
    return plaintext

def hash_data(data, algorithm='sha256'):
    hash_func = hashlib.new(algorithm)
    hash_func.update(data)
    return hash_func.hexdigest()

# 示例用法

# 对称加密和解密：
key = b'1234567890123456'
data = b'This is a test message'
ciphertext = symmetric_encrypt(key, data)
plaintext = symmetric_decrypt(key, ciphertext)
assert plaintext == data

# 非对称加密和解密：
privkey = rsa.generate_private_key(
    public_exponent=65537,
    key_size=2048
)
pubkey = privkey.public_key()
data = b'This is a test message'
ciphertext = asymmetric_encrypt(pubkey, data)
plaintext = asymmetric_decrypt(privkey, ciphertext)
assert plaintext == data

# 哈希算法：
data = b'This is a test message'
hash_value = hash_data(data)
assert hash_value == 'cc9f1fc4b03842f6130d6752113fc30c85b766dd1068500e135650fb37312cea'

总结

数据加密和解密是程序员经常需要处理的任务之一。本问题中所涉及到的对称加密、非对称加密以及哈希算法也是常用的加密方法。在实际使用中，需要根据具体的需求选择合适的加密算法和加密密钥。