密碼學 - 檔案加密

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檔案加密是一種加密方法，它將您的檔案轉換為密文或不可讀資料。使用此方法可確保即使未經授權的人員訪問您的資料，也無法在沒有解密金鑰的情況下讀取內容。

簡單來說，加密檔案為保護敏感資訊免受外部人員侵害增加了額外的安全層。

在本章中，我們將瞭解不同的加密技術來加密檔案資料。所以讓我們深入探討一下。

檔案加密的基本方法

任何加密方法都有其自身的一套特徵和優勢。因此，選擇最適合公司的加密方法非常重要。這些方法包括：

對稱加密

對稱加密是一種流行的加密方法，它使用相同的金鑰來加密和解密資料。雖然使用單個金鑰來加密和解密資訊看起來已經過時，但如果執行得當，它非常高效。

對稱加密的金鑰在傳送方和預期接收方之間共享並保密。當檔案被加密時，加密金鑰將明文轉換為密文。接收方使用相同的金鑰來反轉解密檔案的過程並恢復原始明文。

非對稱加密

非對稱加密，也稱為公鑰加密，是在加密檔案時對稱加密的替代方案。非對稱加密使用兩個獨立但數學相關的金鑰。公鑰被分發，但私鑰被隱藏，只有所有者知道。在加密檔案時，傳送方使用接收方的公鑰將明文轉換為密文。然後，接收方使用其私鑰解密密文以獲取原始明文。

混合加密

對於希望獲得對稱和非對稱加密優勢的公司來說，混合加密是一個完美的選擇。該技術首先為每個檔案或會話建立一個唯一的對稱金鑰。然後使用對稱金鑰加密檔案，這提供了快速有效的加密。資料不是使用對稱金鑰而是使用接收方的非對稱加密公鑰進行加密。然後傳輸加密檔案以及加密的對稱金鑰。如果接收方擁有正確的私鑰，他們可以使用對稱金鑰來解密檔案。

實現（加密檔案）

現在我們將嘗試使用不同的程式語言（如 Python、Java、C++ 等）來實現檔案加密。因此，藉助不同的程式語言來加密檔案是學習加密和練習編碼技能的最佳方法。以下是如何使用 Python、Java 和 C++ 加密檔案的簡單示例：

使用 Python

此程式碼展示瞭如何在 Python 中使用 cryptography 庫中提供的 Fernet 對稱加密方法進行檔案加密。在此程式碼中，我們將提供一個作為輸入的文字檔案，我們需要對其進行加密。加密後，我們將獲得一個加密檔案，其中內容使用對稱加密進行加密。

因此，請參閱以下使用 Python 的 Fernet 方法的實現

from cryptography.fernet import Fernet

# Generate a key
key = Fernet.generate_key()
cipher_suite = Fernet(key)

# Read the file
with open('plain_text.txt', 'rb') as f:
   plaintext = f.read()

# Encrypt the file
encrypted_text = cipher_suite.encrypt(plaintext)

# Write the encrypted file
with open('encrypted_file.txt', 'wb') as f:
   f.write(encrypted_text)
    
# Print message after file is encrypted
print("File encrypted successfully.")

輸出

File encrypted successfully.

請參閱下面的輸出影像，其中顯示了 plain_text.txt 和 encrypted_file.txt 檔案。

使用 Java

在此 Java 程式碼中，我們將使用 AES 加密演算法在 ECB 模式下執行檔案加密。因此，基本上我們需要加密給定的文字檔案。並且程式碼將使用 Files.readAllBytes() 方法將名為“plain_text.txt”的檔案的內容讀入位元組陣列。並且從加密步驟獲得的加密位元組陣列將使用 Files.write() 方法寫入名為“encrypted_file.txt”的新檔案。

因此，請參閱以下 Java 中的實現：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Base64;

public class Program {

   public static void main(String[] args) throws Exception {
      // Read the file
      byte[] plaintext = Files.readAllBytes(Paths.get("plain_text.txt"));

      // Generate a key
      String password = "your_password";
      byte[] salt = "your_salt".getBytes();
      SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
      KeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, 65536, 256);
      SecretKey tmp = factory.generateSecret(spec);
      SecretKey secret = new SecretKeySpec(tmp.getEncoded(), "AES");

      // Encrypt the file
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secret);
      byte[] encryptedText = cipher.doFinal(plaintext);

      // Write the encrypted file
      Files.write(Paths.get("encrypted_file.txt"), encryptedText);
      System.out.println("File is encrypted successfully!");
   }
}

輸入/輸出

File is encrypted successfully!

使用 Javascript

在 JavaScript 中，您可以使用 Web Crypto API 在瀏覽器環境中執行檔案加密。下面是一個使用 JavaScript 加密檔案的示例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>File Encryption</title>
<style>
   body {
      font-family: Arial, sans-serif;
      margin: 0;
      padding: 0;
      display: flex;
      justify-content: center;
      align-items: center;
      height: 100vh;
      background-color: #f4f4f4;
   }

   #container {
      text-align: center;
   }

   #fileLabel {
      padding: 10px 20px;
      background-color: #007bff;
      color: #fff;
      border: none;
      border-radius: 5px;
      cursor: pointer;
      transition: background-color 0.3s;
   }

   #fileLabel:hover {
      background-color: #0056b3;
   }

   #fileInput {
      display: none;
   }

   #fileName {
      margin-top: 10px;
   }

   #encryptButton {
      margin-top: 20px;
      padding: 10px 20px;
      background-color: #28a745;
      color: #fff;
      border: none;
      border-radius: 5px;
      cursor: pointer;
      transition: background-color 0.3s;
   }

   #encryptButton:hover {
      background-color: #218838;
   }
</style>
</head>
<body>
<div id="container">
   <label for="fileInput" id="fileLabel">Choose File</label>
   <input type="file" id="fileInput" onchange="displayFileName()">
   <div id="fileName"></div>
   <button id="encryptButton" onclick="encryptFile()">Encrypt File</button>
</div>
<script>
function displayFileName() {
   const fileInput = document.getElementById('fileInput');
   const fileName = document.getElementById('fileName');
   fileName.textContent = fileInput.files[0].name;
}

async function encryptFile() {
   const fileInput = document.getElementById('fileInput');
   const file = fileInput.files[0];
   if (!file) {
      alert('Please select a file.');
      return;
   }

   const reader = new FileReader();
   reader.onload = async function(event) {
      const data = event.target.result;
      const password = 'your_password';

      const encodedData = new TextEncoder().encode(data);
      const encodedPassword = new TextEncoder().encode(password);

      const key = await crypto.subtle.importKey(
         'raw',
         encodedPassword,
         { name: 'PBKDF2' },
         false,
         ['deriveKey']
      );

      const derivedKey = await crypto.subtle.deriveKey(
         { name: 'PBKDF2', salt: new Uint8Array(16), iterations: 1000, hash: 'SHA-256' },
         key,
         { name: 'AES-GCM', length: 256 },
         true,
         ['encrypt', 'decrypt']
      );

      const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12));
      const encryptedData = await crypto.subtle.encrypt(
         { name: 'AES-GCM', iv: iv },
         derivedKey,
         encodedData
      );

      const encryptedBlob = new Blob([iv, new Uint8Array(encryptedData)]);
      const encryptedFile = new File([encryptedBlob], 'encrypted_file.txt', { type: 'text/plain' });

      const downloadLink = document.createElement('a');
      downloadLink.href = URL.createObjectURL(encryptedFile);
      downloadLink.download = 'encrypted_file.txt';
      downloadLink.click();
   };

   reader.readAsBinaryString(file);
}
</script>
</body>
</html>

輸入/輸出

執行上述程式碼後，我們將看到以下頁面，其中將有兩個按鈕，第一個按鈕是“選擇檔案”，我們可以透過它選擇要加密的檔案。第二個按鈕是加密上傳的檔案，因此它將要求將加密檔案下載到我們的系統中。因此，我們可以看到加密檔案，如下面的輸出所示。

Javascript File Encryption
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