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Python 编码与加密全解析：从字符编码到 RSA 签名验证

news 2025/8/30 7:27:16

在 Python 开发中，字符编码（如 UTF-8、GBK）和 数据加密（如 Base64、MD5、RSA）是处理数据传输、存储安全的核心技术。本文结合实战代码，从基础的字符编解码入手，逐步深入到加密算法的应用，覆盖 “迅雷链接破解”“RSA 加解密”“数字签名” 等实际场景，帮你系统掌握数据安全相关技能。

一、基础：字符编解码（encode/decode）

计算机只能识别二进制（0/1），而人类使用的是字符（如 a、中），字符编码就是 “字符→二进制” 的映射规则，解码则是反向过程。Python 中字符串（str）与字节流（bytes）的转换，全靠 encode() 和 decode() 实现。

1. 核心原理

  • 编码（encode）：str → bytes，将字符串按指定规则转为二进制字节流。
  • 解码（decode）：bytes → str，将二进制字节流按对应规则还原为字符串。
  • 常见编码格式：UTF-8（通用，一个汉字占 3 字节）、GBK（中文专用，一个汉字占 2 字节）。

2. 实战代码

# 1. 英文编码（UTF-8 下英文占 1 字节）
s = "hello"
# 编码：str → bytes（指定 UTF-8 规则）
se = s.encode(encoding="utf-8")
print("UTF-8 编码结果（字节流）：", se)  # 输出：b'hello'（b 表示 bytes 类型）
# 解码：bytes → str
print("UTF-8 解码结果（字符串）：", se.decode(encoding="utf-8"))  # 输出：hello# 2. 中文编码（UTF-8 占 3 字节，GBK 占 2 字节）
s = "中"
# UTF-8 编码
se_utf8 = s.encode(encoding="utf-8")
print("中文 UTF-8 编码：", se_utf8)  # 输出：b'\xe4\xb8\xad'（3 字节）
# GBK 编码
se_gbk = s.encode(encoding="gbk")
print("中文 GBK 编码：", se_gbk)    # 输出：b'\xd6\xd0'（2 字节）# 解码必须与编码格式一致，否则乱码
print("UTF-8 解码：", se_utf8.decode("utf-8"))  # 输出：中
print("GBK 解码：", se_gbk.decode("gbk"))        # 输出：中

3. 关键注意点

  • 编码和解码的 格式必须一致（如 UTF-8 编码需用 UTF-8 解码），否则会出现 UnicodeDecodeError 或乱码。
  • 中文场景优先用 UTF-8，避免 GBK 跨平台兼容性问题。

二、Base64 编码：解决不可见字符传输问题

Base64 是一种 “二进制到字符串” 的编码方式，将任意二进制数据转为 A-Z、a-z、0-9、+、/ 组成的可见字符串，核心作用是 避免不可见字符（如 ASCII 128+）在传输中出错。

1. 应用场景

  • 邮件附件传输、下载链接加密（如迅雷、QQ 旋风）；
  • 图片转字符串（如 HTML 中嵌入 Base64 图片，减少 HTTP 请求）；
  • 跨平台数据传输（避免二进制解析差异）。

2. 实战代码（含迅雷 / 旋风链接破解）

Python 内置 base64 模块，直接调用 b64encode()（编码）和 b64decode()（解码）即可。

（1）基础编解码
import base64# 1. 编码：先将字符串转为 bytes，再 Base64 编码
s = "hello"
# 步骤：str → bytes（UTF-8）→ Base64 字符串（bytes 类型）
s64_encode = base64.b64encode(s.encode(encoding="utf-8"))
print("Base64 编码结果：", s64_encode)  # 输出：b'aGVsbG8='# 2. 解码：Base64 字符串 → bytes → str
s64_decode = base64.b64decode(s64_encode)
print("Base64 解码结果：", s64_decode.decode("utf-8"))  # 输出：hello
（2）破解迅雷 / QQ 旋风链接

迅雷、旋风链接本质是 “自定义前缀 + Base64 编码”，破解只需去掉前缀再解码：

import base64
from urllib.parse import quote, unquote# 1. 破解迅雷链接（前缀：thunder://，中间需去掉 AA/ZZ 包裹）
thunder_url = "thunder://QUFodHRwczovL3d3dy5sdW9jaGVuemhpbXUuY29tL3VybC9aWg=="
# 步骤：去掉前缀 → Base64 解码 → 去掉 AA/ZZ 包裹
pure_url = thunder_url.removeprefix("thunder://")  # 去掉 thunder://
decoded_url = base64.b64decode(pure_url).decode("utf-8")  # Base64 解码
real_url = decoded_url.removeprefix("AA").removesuffix("ZZ")  # 去掉 AA/ZZ
print("破解后的迅雷链接：", real_url)  # 输出：https://www.luochenzhimu.com/url/Z# 2. 破解 QQ 旋风链接（前缀：qqdl://）
qqdl_url = "qqdl://aHR0cHM6Ly93d3cubHVvY2hlbnpoaW11LmNvbS91cmwv"
pure_url = qqdl_url.removeprefix("qqdl://")  # 去掉 qqdl://
real_url = base64.b64decode(pure_url).decode("utf-8")
print("破解后的旋风链接：", real_url)  # 输出：https://www.luochenzhimu.com/url/# 3. 生成迅雷链接（反向操作）
original_url = "https://www.luochenzhimu.com/url/"
# 步骤：AA + 原始链接 + ZZ → Base64 编码 → 加 thunder:// 前缀
wrapped_url = "AA" + original_url + "ZZ"
base64_url = base64.b64encode(wrapped_url.encode()).decode()
thunder_new = "thunder://" + base64_url
print("生成的迅雷链接：", thunder_new)  # 输出：thunder://QUFodHRwczovL3d3dy5sdW9jaGVuemhpbXUuY29tL3VybC8vWlo=

三、不可逆加密：MD5 与 SHA256（密码存储首选）

不可逆加密（哈希算法）的核心特点是 只能加密，不能解密，相同输入永远得到相同输出，不同输入大概率得到不同输出（抗碰撞）。常用于密码存储、数据完整性校验。

1. 应用场景

  • 密码存储：不存储明文密码，只存储哈希值（如用户登录时，将输入密码哈希后与数据库中的哈希值对比）；
  • 文件校验：下载文件时，对比 “官方哈希值” 与 “本地文件哈希值”，判断文件是否被篡改。

2. 实战代码（Python 内置 hashlib 模块）

from hashlib import md5, sha256# 待加密的字符串（如密码）
pwd = "123456"
# 注意：哈希算法需传入 bytes 类型，因此先 encode()# 1. MD5 加密（16 字节输出，通常显示为 32 位十六进制字符串）
md5_hash = md5(pwd.encode(encoding="utf-8")).hexdigest()
print("MD5 加密结果：", md5_hash)  # 输出：e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e# 2. SHA256 加密（256 位输出，安全性高于 MD5）
sha256_hash = sha256(pwd.encode(encoding="utf-8")).hexdigest()
print("SHA256 加密结果：", sha256_hash)  # 输出：8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92

3. 关键注意点

  • MD5 安全性较低（已被破解，存在碰撞案例），推荐用 SHA256 或更安全的 SHA512；
  • 实际项目中，密码哈希需加盐（salt），即添加随机字符串后再哈希，避免 “彩虹表” 破解（如 md5((pwd + salt).encode())）。

四、非对称加密：RSA（公钥加密，私钥解密）

非对称加密有 两把钥匙：公钥（公开，用于加密）和私钥（保密，用于解密），核心优势是 “无需传递密钥，即可安全传输数据”，是 HTTPS、数字签名的核心技术。

1. 应用场景

  • 安全通信（如 HTTPS 中服务器用公钥加密，客户端用私钥解密）；
  • 数字签名（用私钥签名，公钥验证，确保数据未被篡改）；
  • 敏感数据加密（如支付信息、个人隐私）。

2. 实战代码（需先安装 rsa 库）

Python 没有内置 RSA 模块，需先安装第三方库：

# 安装 rsa 库（国内镜像加速）
pip config set global.index-url https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
pip install rsa
（1）生成公钥与私钥（保存到文件）
import rsa# 1. 生成 RSA 密钥对（nbit 为密钥长度，2048 或 4096，长度越长越安全）
pub_key, pri_key = rsa.newkeys(nbit=2048)# 2. 将密钥转为 bytes 格式（PKCS#1 标准，便于存储）
pub_key_bytes = pub_key.save_pkcs1()  # 公钥 bytes
pri_key_bytes = pri_key.save_pkcs1()  # 私钥 bytes# 3. 保存到文件（公钥可公开，私钥需保密）
with open("./a/public.pem", "wb") as f:  # 公钥文件f.write(pub_key_bytes)
with open("./a/private.pem", "wb") as f:  # 私钥文件f.write(pri_key_bytes)
print("RSA 密钥对已保存到 ./a 目录")
（2）RSA 加解密（公钥加密，私钥解密）
import rsa
import base64# 1. 从文件加载密钥（实际项目中，公钥可能从服务器获取，私钥本地存储）
pub_key_bytes = open("./a/public.pem", "rb").read()
pri_key_bytes = open("./a/private.pem", "rb").read()# 2. 解析密钥为 RSA 格式
pub_key = rsa.PublicKey.load_pkcs1(pub_key_bytes)  # 加载公钥
pri_key = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(pri_key_bytes)  # 加载私钥# 3. 加密（公钥加密，只能加密短数据，长数据需分段）
plain_text = "hello, RSA!"  # 待加密的明文
# 步骤：明文 → bytes → RSA 加密（bytes）→ Base64 编码（便于传输）
encrypted = rsa.encrypt(plain_text.encode("utf-8"), pub_key)
encrypted_base64 = base64.b64encode(encrypted).decode("utf-8")
print("RSA 加密后（Base64）：", encrypted_base64)# 4. 解密（私钥解密）
# 步骤：Base64 解码 → RSA 解密（bytes）→ 明文（str）
decrypted_base64 = base64.b64decode(encrypted_base64.encode("utf-8"))
decrypted = rsa.decrypt(decrypted_base64, pri_key).decode("utf-8")
print("RSA 解密后：", decrypted)  # 输出：hello, RSA!

五、数字签名：RSA 签名与验证（确保数据完整性）

数字签名是 “非对称加密的反向应用”：用 私钥签名（生成签名），用 公钥验证（判断数据是否被篡改）。核心作用是 “确认数据来源合法 + 数据未被修改”。

1. 应用场景

  • 接口请求签名（如 API 调用时，客户端用私钥签名，服务器用公钥验证，防止请求被篡改）；
  • 软件安装包签名（如 Windows exe 签名，确保软件未被植入恶意代码）；
  • 电子合同、电子证书。

2. 实战代码（模拟 JD 链接签名验证）

import rsa
import base64
from urllib.parse import quote, unquote# 待签名的数据（如 JD 商品链接）
original_url = "https://www.jd.com/?itemId=2"# 1. 加载 RSA 密钥对
pub_key_bytes = open("./a/public.pem", "rb").read()
pri_key_bytes = open("./a/private.pem", "rb").read()
pub_key = rsa.PublicKey.load_pkcs1(pub_key_bytes)
pri_key = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(pri_key_bytes)# 2. 私钥签名（生成签名）
# 步骤：数据 → bytes → 私钥签名（MD5 哈希算法）→ Base64 编码 → URL 编码（处理特殊字符）
sign = rsa.sign(original_url.encode("utf-8"), pri_key, "MD5")  # MD5 为哈希算法
sign_base64 = base64.b64encode(sign).decode("utf-8")
sign_urlencoded = quote(sign_base64)  # URL 编码，避免特殊字符（如 +、/）出错
print("生成的签名（URL 编码后）：", sign_urlencoded)# 3. 公钥验证（判断数据是否被篡改）
# 模拟场景：服务器收到数据（可能被篡改）和签名，验证合法性
received_url = "https://www.jd.com/?itemId=3"  # 被篡改的链接
received_sign = sign_urlencoded  # 收到的签名# 验证步骤：URL 解码 → Base64 解码 → 公钥验证
sign_decoded = unquote(received_sign)  # URL 解码
sign_bytes = base64.b64decode(sign_decoded.encode("utf-8"))  # Base64 解码try:# 公钥验证：若验证通过，返回签名时用的哈希算法（如 'MD5'）；若失败，抛出异常verify_result = rsa.verify(received_url.encode("utf-8"), sign_bytes, pub_key)print("验证通过，哈希算法：", verify_result)
except rsa.VerificationError:print("验证失败！数据已被篡改或签名无效")  # 此处会触发，因为 received_url 被篡改

六、总结与工具清单

  1. 字符编码：UTF-8 优先，处理中文避免乱码；
  2. Base64：用于不可见字符传输、链接加密，base64 模块直接调用；
  3. 不可逆加密：MD5（简单）、SHA256（安全），hashlib 模块，适合密码存储；
  4. 非对称加密：RSA（公钥加密、私钥解密），rsa 库，适合安全通信；
  5. 数字签名：RSA 私钥签名、公钥验证，确保数据完整性和合法性。

通过本文的代码实战，你可以轻松应对 “数据传输加密”“密码存储”“接口签名” 等常见场景，为 Python 项目的安全性保驾护航。

http://www.dtcms.com/a/356835.html

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