数据的编码与加密
ASCII编码
ASCII ((American Standard Code for Information Interchange): 美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。它是最通用的信息交换标准，并等同于国际标准ISO/IEC 646。ASCII第一次以规范标准的类型发表是在1967年，最后一次更新则是在1986年，到目前为止共定义了128个字符
详细的ASCII编码表参见百度百科——词条：ASCII
base64编码
Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一，Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。可查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。
Base64编码是从二进制到字符的过程，可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。采用Base64编码具有不可读性，需要解码后才能阅读。
Base64由于以上优点被广泛应用于计算机的各个领域，然而由于输出内容中包括两个以上“符号类”字符（+, /, =)，不同的应用场景又分别研制了Base64的各种“变种”。为统一和规范化Base64的输出，Base62x被视为无符号化的改进版本。
用Python实现base64编解码
-
编码
import base64 a = 'HC'.decode() #将‘HC’转为二进制 b = base64.b64encode(a) #将a转为base64编码 b.decode() #从二进制转回 base64.b64encode('HC'.encode()).decode() #简写'SEM= -
解码
base64.b64decode('SEM=').decode() 'HC'
MD5加密算法
MD5信息摘要算法（英语：MD5 Message-Digest Algorithm），一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash value），用于确保信息传输完整一致。MD5由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Linn Rivest）设计，于1992年公开，用以取代MD4算法。这套算法的程序在 RFC 1321 标准中被加以规范。1996年后该算法被证实存在弱点，可以被加以破解，对于需要高度安全性的数据，专家一般建议改用其他算法，如SHA-2。2004年，证实MD5算法无法防止碰撞（collision），因此不适用于安全性认证，如SSL公开密钥认证或是数字签名等用途。
Python处理MD5加密
# 由于MD5模块在python3中被移除
# 在python3中使用hashlib模块进行md5操作
import hashlib
# 待加密信息
str = 'this is a md5 test.'
# 创建md5对象
m = hashlib.md5()
# Tips
# 此处必须encode
# 若写法为m.update(str) 报错为： Unicode-objects must be encoded before hashing
# 因为python3里默认的str是unicode
# 或者 b = bytes(str, encoding='utf-8')，作用相同，都是encode为bytes
b = str.encode(encoding='utf-8')
m.update(b)
str_md5 = m.hexdigest()
print('MD5加密前为 ：' + str)
print('MD5加密后为 ：' + str_md5)
# 另一种写法：b‘’前缀代表的就是bytes
str_md5 = hashlib.md5(b'this is a md5 test.').hexdigest()
print('MD5加密后为 ：' + str_md5)
对称加密算法
对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥（mi yao）一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。
非对称加密算法
非对称加密算法是一种密钥的保密方法。
非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey:简称公钥）和私有密钥（privatekey:简称私钥）。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。 非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将公钥公开，需要向甲方发送信息的其他角色(乙方)使用该密钥(甲方的公钥)对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己私钥对加密后的信息进行解密。甲方想要回复乙方时正好相反，使用乙方的公钥对数据进行加密，同理，乙方使用自己的私钥来进行解密。
另一方面，甲方可以使用自己的私钥对机密信息进行签名后再发送给乙方；乙方再用甲方的公钥对甲方发送回来的数据进行验签。
甲方只能用其私钥解密由其公钥加密后的任何信息。 非对称加密算法的保密性比较好，它消除了最终用户交换密钥的需要。
非对称密码体制的特点：算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。对称密码体制中只有一种密钥，并且是非公开的，如果要解密就得让对方知道密钥。所以保证其安全性就是保证密钥的安全，而非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样传输对方的密钥了。这样安全性就大了很多。
AES加密
密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支持更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128位，密钥长度则可以是128，192或256位；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位的整数倍，以128位为下限，256位为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。
大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。
AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“体（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支持更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：
AddRoundKey
将每个状态中的字节与该回合金钥做异或
—矩阵中的每一个字节都与该次回合金钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
AddRoundKey步骤，回合密钥将会与原矩阵合并。在每次的加密循环中，都会由主密钥产生一把回合密钥（通过Rijndael密钥生成方案产生），这把密钥大小会跟原矩阵一样，以与原矩阵中每个对应的字节作异或（⊕）加法。
SubBytes
—通过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
在SubBytes步骤中，矩阵中的各字节通过一个8位的S-box进行转换。这个步骤提供了加密法非线性的变换能力。 S-box与GF（2）上的乘法反元素有关，已知具有良好的非线性特性。为了避免简单代数性质的攻击，S-box结合了乘法反元素及一个可逆的仿射变换矩阵建构而成。此外在建构S-box时，刻意避开了固定点与反固定点，即以S-box替换字节的结果会相当于错排的结果。
ShiftRows
—将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
ShiftRows描述矩阵的行操作。在此步骤中，每一行都向左循环位移某个偏移量。在AES中（区块大小128位），第一行维持不变，第二行里的每个字节都向左循环移动一格。同理，第三行及第四行向左循环位移的偏移量就分别是2和3。128位和192比特的区块在此步骤的循环位移的模式相同。经过ShiftRows之后，矩阵中每一竖列，都是由输入矩阵中的每个不同列中的元素组成。Rijndael算法的版本中，偏移量和AES有少许不同；对于长度256比特的区块，第一行仍然维持不变，第二行、第三行、第四行的偏移量分别是1字节、3字节、4位组。除此之外，ShiftRows操作步骤在Rijndael和AES中完全相同 [3] 。
MixColumns
—为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每内联的四个字节。最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。
AES只是个基本算法，实现AES有几种模式，主要有ECB、CBC、CFB和OFB这几种（其实还有个CTR）：
1.ECB模式（电子密码本模式：Electronic codebook）
ECB是最简单的块密码加密模式，加密前根据加密块大小（如AES为128位）分成若干块，之后将每块使用相同的密钥单独加密，解密同理。
2.CBC模式（密码分组链接：Cipher-block chaining）
CBC模式对于每个待加密的密码块在加密前会先与前一个密码块的密文异或然后再用加密器加密。第一个明文块与一个叫初始化向量的数据块异或。
3.CFB模式（密文反馈：Cipher feedback）
与ECB和CBC模式只能够加密块数据不同，CFB能够将块密文（Block Cipher）转换为流密文（Stream Cipher）。
4.OFB模式（输出反馈：Output feedback）
OFB是先用块加密器生成密钥流（Keystream），然后再将密钥流与明文流异或得到密文流，解密是先用块加密器生成密钥流，再将密钥流与密文流异或得到明文，由于异或操作的对称性所以加密和解密的流程是完全一样的。
RSA加密
RSA是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。
RSA公开密钥密码体制是一种使用不同的加密密钥与解密密钥，“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制 [2] 。
在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK [2] 。
正是基于这种理论，1978年出现了著名的RSA算法，它通常是先生成一对RSA密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要 [2] 。
RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在已近三十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。1983年麻省理工学院在美国为RSA算法申请了专利。
RSA算法的具体描述如下： [5]
（1）任意选取两个不同的大素数p和q计算乘积
（2）任意选取一个大整数e，满足
，整数e用做加密钥（注意：e的选取是很容易的，例如，所有大于p和q的素数都可用）；
（3）确定的解密钥d，满足
即
是一个任意的整数；所以，若知道e和
，则很容易计算出d
（4）公开整数n和e，秘密保存d
（5）将明文m（m<n是一个整数）加密成密文c，加密算法为
（6）将密文c解密为明文m，解密算法为
然而只根据n和e（注意：不是p和q）要计算出d是不可能的。因此，任何人都可对明文进行加密，但只有授权用户（知道d）才可对密文解密
Python处理AES加密及RSA加密的标准库——PyCryptodome
PyCryptodome是python一个强大的加密算法库，可以实现常见的单向加密、对称加密、非对称加密和流加密算法。直接pip安装即可：
pip install pycryptodome
对称加密算法实现（以AES算法CBC模式为例）
加密代码如下：
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad
from Crypto.Random import get_random_bytes
# 要加密的内容
data = b"123456"
# 随机生成16字节（即128位）的加密密钥
key = get_random_bytes(16)
# 实例化加密套件，使用CBC模式
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC)
# 对内容进行加密，pad函数用于分组和填充
encrypted_data = cipher.encrypt(pad(data, AES.block_size))
# 将加密内容写入文件
file_out = open("encrypted.bin", "wb")
# 在文件中依次写入key、iv和密文encrypted_data
[file_out.write(x) for x in (key, cipher.iv, encrypted_data)]
对应解密代码如下：
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import unpad
# 从前边文件中读取出加密的内容
file_in = open("encrypted.bin", "rb")
# 依次读取key、iv和密文encrypted_data，16等是各变量长度，最后的-1则表示读取到文件末尾
key, iv, encrypted_data = [file_in.read(x) for x in (16, AES.block_size, -1)]
# 实例化加密套件
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
# 解密，如无意外data值为最先加密的b"123456"
data = unpad(cipher.decrypt(encrypted_data), AES.block_size)
非对称加密算法实现（以RSA为例）
生成密钥对代码如下：
from Crypto.PublicKey import RSA# 生成密钥对
key = RSA.generate(2048)
# 提取私钥并存入文件
private_key = key.export_key()
file_out = open("private_key.pem", "wb")
file_out.write(private_key)
# 提取公钥存入文件
public_key = key.publickey().export_key()
file_out = open("public_key.pem", "wb")
file_out.write(public_key)
加密代码如下：
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
# 要加密的内容
data = b"123456"
# 从文件中读取公钥
public_key = RSA.import_key(open("public_key.pem").read())
# 实例化加密套件
cipher = PKCS1_OAEP.new(public_key)
# 加密
encrypted_data = cipher.encrypt(data)
# 将加密后的内容写入到文件
file_out = open("encrypted_data.bin", "wb")
file_out.write(encrypted_data)
解密代码如下：
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP
# 从私钥文件中读取私钥
private_key = RSA.import_key(open("private_key.pem", "rb").read())
# 实例化加密套件
cipher = PKCS1_OAEP.new(private_key)
# 从文件中读取加密内容
encrypted_data = open("encrypted_data.bin", "rb").read()
# 解密，如无意外data值为最先加密的b"123456"
data = cipher.decrypt(encrypted_data)