【进阶】数据加密技术与实践

# 1. 数据加密理论基础**

数据加密是一种保护敏感信息免遭未经授权访问的技术。它通过使用数学算法将明文数据转换为密文，从而实现数据的保密性。数据加密理论是数据加密的基础，它涉及到密码学、数学和计算机科学等多个领域。

数据加密算法可以分为两大类：对称加密算法和非对称加密算法。对称加密算法使用相同的密钥对明文进行加密和解密，而非对称加密算法使用一对密钥，一个公钥用于加密，另一个私钥用于解密。

# 2. 数据加密算法与实现

### 2.1 对称加密算法

对称加密算法是一种使用相同的密钥进行加密和解密的数据加密技术。这意味着加密密钥和解密密钥是相同的。对称加密算法具有速度快、效率高的特点，因此在实际应用中得到了广泛使用。

#### 2.1.1 AES算法

AES（高级加密标准）是一种分组密码，由美国国家标准与技术研究所（NIST）于2001年发布。AES采用迭代结构，使用128位、192位或256位密钥对128位数据块进行加密。AES算法具有安全性高、效率高、实现简单等优点，是目前应用最广泛的对称加密算法之一。

from Crypto.Cipher import AES

# 创建一个 AES 加密对象
cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)

# 加密数据
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)

# 解密数据
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)

**代码逻辑逐行解读：**

1. 导入必要的库。
2. 使用 `AES.new()` 函数创建一个 AES 加密对象，其中 `key` 是 16 字节的密钥，`AES.MODE_ECB` 指定使用电子密码本（ECB）模式。
3. 使用 `encrypt()` 方法对明文进行加密，返回密文。
4. 使用 `decrypt()` 方法对密文进行解密，返回明文。

**参数说明：**

* `key`：16 字节的 AES 密钥。
* `AES.MODE_ECB`：电子密码本模式。

#### 2.1.2 DES算法

DES（数据加密标准）是一种分组密码，由美国国家标准局（NBS）于1977年发布。DES采用迭代结构，使用56位密钥对64位数据块进行加密。DES算法虽然安全性较低，但由于其历史悠久，在一些老旧系统中仍然有广泛应用。

from Crypto.Cipher import DES

# 创建一个 DES 加密对象
cipher = DES.new(key, DES.MODE_ECB)

# 加密数据
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext)

# 解密数据
plaintext = cipher.decrypt(ciphertext)

**代码逻辑逐行解读：**

1. 导入必要的库。
2. 使用 `DES.new()` 函数创建一个 DES 加密对象，其中 `key` 是 8 字节的密钥，`DES.MODE_ECB` 指定使用电子密码本（ECB）模式。
3. 使用 `encrypt()` 方法对明文进行加密，返回密文。
4. 使用 `decrypt()` 方法对密文进行解密，返回明文。

**参数说明：**

* `key`：8 字节的 DES 密钥。
* `DES.MODE_ECB`：电子密码本模式。

### 2.2 非对称加密算法

非对称加密算法是一种使用不同的密钥进行加密和解密的数据加密技术。这意味着加密密钥和解密密钥是不同的。非对称加密算法具有安全性高、保密性好等优点，但速度较慢，因此通常用于密钥交换和数字签名等场景。

#### 2.2.1 RSA算法

RSA算法是一种非对称加密算法，由罗纳德·李维斯特、阿迪·萨莫尔和伦纳德·阿德曼于1977年提出。RSA算法基于大整数分解的困难性，使用两个大素数生成公钥和私钥。RSA算法具有安全性高、保密性好等优点，但速度较慢。

from Crypto.PublicKey import RSA

# 生成一对 RSA 密钥
key = RSA.generate(2048)

# 导出公钥和私钥
public_key = key.publickey().exportKey()
private_key = key.exportKey()

# 加密数据
ciphertext = RSA.encrypt(plaintext, public_key)

# 解密数据
plaintext = RSA.decrypt(ciphertext, private_key)

**代码