Python实现RSA与AES加密算法实战指南

1. 项目概述：Python中的RSA与AES加密实战

在当今数字化时代，数据安全已成为开发者必须掌握的核心技能。RSA和AES作为两种最主流的加密算法，分别代表了非对称加密和对称加密的典型实现。Python凭借其丰富的密码学库支持，成为实现这两种加密的理想选择。本文将带你从零开始，完整实现RSA密钥对生成、数据加密解密，以及AES的多种工作模式应用。

我曾在多个金融级项目中实际应用这些加密方案，遇到过各种坑点。比如在跨平台传输RSA加密数据时遇到的填充问题，以及AES-GCM模式中IV重用导致的安全漏洞。这些实战经验都会融入教程，让你少走弯路。

2. 加密基础与算法选型

2.1 RSA非对称加密原理

RSA算法基于大整数分解的数学难题，其核心流程包括：

1. 密钥生成：选择两个大素数p和q，计算n=pq，φ(n)=(p-1)(q-1)
2. 选择公钥指数e（通常为65537），计算私钥d满足e*d ≡ 1 mod φ(n)
3. 加密过程：ciphertext = plaintext^e mod n
4. 解密过程：plaintext = ciphertext^d mod n

在Python中，标准库cryptography的RSA实现默认使用PKCS#1 v1.5填充方案。但更推荐使用OAEP填充，因为它具有更强的安全性：

python复制from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa, padding
from cryptography.hazmat.primitives import hashes

private_key = rsa.generate_private_key(public_exponent=65537, key_size=2048)
public_key = private_key.public_key()

# 推荐使用OAEP填充
encrypted = public_key.encrypt(
    message,
    padding.OAEP(
        mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()),
        algorithm=hashes.SHA256(),
        label=None
    )
)

2.2 AES对称加密详解

AES(Advanced Encryption Standard)采用分组加密策略，支持128/192/256三种密钥长度。其核心在于多轮的字节代换、行移位、列混淆和轮密钥加操作。常见工作模式包括：

• ECB模式：简单但不安全，相同明文生成相同密文
• CBC模式：需要初始化向量(IV)，推荐用于一般场景
• GCM模式：提供认证功能，适合网络传输

实测对比各模式性能（加密1MB数据）：