密码学实验之文件加密

密码学是保护数据安全的必备技术，文件加密是密码学中的一个分支，它可以对文件进行加密，保护文件的机密性，防止数据泄露。本实验将介绍如何使用Python语言实现文件加密。

一、实验环境

本次实验需要使用到Python语言和PyCryptodome库，因此需要提前安装好Python和PyCryptodome库。可以按照以下步骤进行安装。

1.安装Python

可以到Python官网(https://www.python.org/downloads/)下载对应平台的安装包进行安装。

2.安装PyCryptodome库

可以通过pip命令来安装：

pip install pycryptodomex

二、实验步骤

1.生成密钥

使用AES算法进行文件加密，需要生成一个密钥。在PyCryptodome库中，可以通过下面的代码生成一个16字节的密钥。

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes

key = get_random_bytes(16)

2.读取文件

需要加密的文件可以通过Python的文件操作进行读取，将文件读取到一个字符串中。

with open('test.txt', 'rb') as f:
    data = f.read()

3.进行加密

将读取到的文件数据和生成的密钥传入AES加密算法中进行加密。加密算法需要指定加密模式、填充方式等参数。

cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX)
ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(data)

4.保存加密后的文件

将加密后的文件数据、密钥、加密算法中的nonce和tag保存到一个文件中，作为加密后的文件。

with open('encrypted.bin', 'wb') as f:
    [ f.write(x) for x in (cipher.nonce, tag, ciphertext) ]
    f.write(key)

5.解密文件

将加密后的文件读取出来，将其中的密钥和nonce、tag、加密后的文件数据传入AES解密算法中进行解密。

with open('encrypted.bin', 'rb') as f:
    nonce, tag, ciphertext = [ f.read(x) for x in (16, 16, -1) ]
    key = f.read()

cipher = AES.new(key, AES.MODE_EAX, nonce)
data = cipher.decrypt_and_verify(ciphertext, tag)

6.保存解密后的文件

将解密后的文件数据保存到原来的文件中。

with open('test.txt', 'wb') as f:
    f.write(data)

三、实验结果

经过进行加密和解密处理后，文件内容没有出现任何错误，实现了文件加密的功能，保护了文件的机密性和安全性。

四、实验思考

文件加密是密码学应用的一个重要场景，实现文件加密可以对文件进行有效的保护，防止数据泄露。本实验使用Python语言和PyCryptodome库实现了文件加密，可以为工程师和科研人员提供实践经验，也是学习密码学的一个重要案例。