비대칭 암호화

Python으로 비대칭 암호화 하기

비대칭 암호화 모듈 개발¶

SW를 개발할 때 각종 키 등 구동에 필요한 중요정보는 암호화 후 분리해서 보관해야 하는데, KISA의 Python 시큐어 코딩 가이드에서는 PyCryptodome 패키지를 사용해 암호화 하는 것을 추천하고 있다.

PyCryptodome 패키지의 공식 문서를 참고하여 Python SW에 사용할 RSA 알고리즘 기반의 양방향 암호화 모듈을 개발해보았다.

Public, Private 키 생성 모듈¶

키 생성 모듈은 PyCryptodome 패키지를 활용해 공개키와 비공개키를 생성하는 모듈이다.

RSA 암호화에서는 키의 길이가 중요한데, KISA에서는 2048 비트 이상으로 길게 설정할 것을 추천하고 있다.

key.py

from pathlib import Path

from Crypto.PublicKey import RSA


def create_keys_rsa(
    private_key: Path | str = "private.pem",
    public_key: Path | str = "public.pem",
    length: int = 2048,
):
    key = RSA.generate(bits=length)

    private = key.export_key()
    with open(file=private_key, mode="wb") as f:
        f.write(private)

    public = key.publickey().export_key()
    with open(file=public_key, mode="wb") as f:
        f.write(public)

model.py

from dataclasses import dataclass


@dataclass
class EncryptedData:
    enc_session_key: bytes
    nonce: bytes
    tag: bytes
    ciphertext: bytes

데이터 암호화 모듈¶

데이터 암호화 모듈은 실제로 데이터를 암호화 하는 암호화 함수와 암호화 된 결과 데이터를 파일로 저장하는 함수로 이루어져 있다.

암호화 함수의 경우 암호화에 public key를 사용하는 것으로 작성해두었지만, 실제로는 용도에 따라 private key를 입력해도 상관없다.

encrypt.key

from dataclasses import asdict
from pathlib import Path

from Crypto.Cipher import AES, PKCS1_OAEP
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Random import get_random_bytes

from model import EncryptedData


def encrypt_rsa(
    data: str,
    public_key: Path | str = "public.pem",
):
    session_key = get_random_bytes(16)

    # Encrypt the session key with the public RSA key
    with open(public_key) as key:
        rsa_key = RSA.import_key(extern_key=key.read())
    cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(key=rsa_key)
    enc_session_key = cipher_rsa.encrypt(message=session_key)

    # Encrypt the data with the AES session key
    cipher_aes = AES.new(
        key=session_key,
        mode=AES.MODE_EAX,
    )
    ciphertext, tag = cipher_aes.encrypt_and_digest(plaintext=data.encode("utf-8"))

    return EncryptedData(
        enc_session_key=enc_session_key,
        nonce=cipher_aes.nonce,
        tag=tag,
        ciphertext=ciphertext,
    )


def rsa_to_file(
    encrypted: EncryptedData,
    file_name: Path | str = "encrypted.bin",
):
    with open(file_name, "wb") as f:
        for _, v in asdict(obj=encrypted).items():
            f.write(v)

PyCryptodome 패키지는 오직 bytes형만 처리 가능하기 때문에 암호화할 데이터를 인코딩해야한다.

데이터 복호화 모듈¶

복호화 모듈은 파일로 저장된 암호화 된 데이터를 읽어오는 함수와 읽은 데이터를 키를 이용해 복호화 하는 함수로 이루어져 있다.

암호화 모듈과 마찬가지로 복호화에 private key를 사용하는 것으로 작성해두었지만, private key로 입력된 데이터를 복호화할 때는 public key를 사용하면 된다.

decrypt.py

from pathlib import Path

from Crypto.Cipher import AES, PKCS1_OAEP
from Crypto.PublicKey import RSA

from model import EncryptedData


def rsa_from_file(
    private_key: Path | str = "private.pem",
    file_name: Path | str = "encrypted.bin",
):
    with open(private_key) as k:
        private = RSA.import_key(extern_key=k.read())

    with open(file_name, "rb") as f:
        enc_session_key, nonce, tag, ciphertext = [
            f.read(x) for x in (private.size_in_bytes(), 16, 16, -1)
        ]

    return EncryptedData(
        enc_session_key=enc_session_key,
        nonce=nonce,
        tag=tag,
        ciphertext=ciphertext,
    )


def decrypt_rsa(
    encrypted: EncryptedData,
    private_key: Path | str = "private.pem",
):
    with open(private_key) as k:
        private = RSA.import_key(extern_key=k.read())

    # Decrypt the session key with the private RSA key
    cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(key=private)
    session_key = cipher_rsa.decrypt(ciphertext=encrypted.enc_session_key)

    # Decrypt the data with the AES session key
    cipher_aes = AES.new(
        key=session_key,
        mode=AES.MODE_EAX,
        nonce=encrypted.nonce,
    )

    return cipher_aes.decrypt_and_verify(
        ciphertext=encrypted.ciphertext,
        received_mac_tag=encrypted.tag,
    ).decode("utf-8")

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