Python 使用 cryptography 实现数据加密与解密

1. 背景

在实际软件开发中，经常需要保护一些敏感数据，例如：

• 用户配置
• 用户认证信息
• 软件授权信息
• 相机参数
• 设备序列号
• 通信密钥
• 数据库连接信息

如果直接使用 JSON、TXT 或 INI 文件保存：

username=admin
password=123456
camera_ip=192.168.1.100

用户可以直接查看和修改，存在安全风险。

对于工业软件、视觉检测软件、设备控制软件而言，配置文件安全非常重要。

Python 提供了 cryptography 加密库，可以方便地实现数据加密存储。

本文介绍基于：

Fernet 对称加密算法

实现本地数据加密与解密。

2. 安装 cryptography

使用 pip 安装：

pip install cryptography

检查安装版本：

import cryptography

print(cryptography.__version__)

3. 加密算法选择

cryptography 支持多种密码算法：

对于桌面软件：

• 工业视觉软件
• AOI检测软件
• 测量软件
• 运动控制软件

推荐：

Fernet

Fernet 内部使用：

AES-128-CBC
+
HMAC-SHA256

同时提供：

• 数据加密
• 数据解密
• 数据完整性验证

4. 生成密钥

Fernet 加密需要一个密钥。

from cryptography.fernet import Fernet

key = Fernet.generate_key()

print(key)

with open(
"secret.key",
"wb"
) as f:
f.write(key)

生成：

secret.key

文件内容：

加密密钥

注意：

该文件非常重要。

丢失：

无法恢复加密数据。

泄露：

加密失效。

5. 加载密钥

from cryptography.fernet import Fernet

def load_key():

with open(
"secret.key",
"rb"
) as f:

return f.read()

key = load_key()

cipher = Fernet(key)

此时：

cipher

就是加密工具。

6. 字符串加密

例如：

username = "admin"

password = "123456"

data = (
username
+
":"
+
password
)

encrypted = cipher.encrypt(
data.encode("utf-8")
)

print(encrypted)

输出：

b'gAAAAABxxxxxxxxxxxx'

保存后：

用户无法直接读取真实内容。

7. 数据解密

decrypt_data = cipher.decrypt(
encrypted
)

result = decrypt_data.decode(
"utf-8"
)

print(result)

输出：

admin:123456

8. 封装加密管理类

实际项目建议封装：

from cryptography.fernet import Fernet

class CryptoManager:

def __init__(self,key_file):

self.key_file = key_file

self.key = self.load_key()

self.cipher = Fernet(
self.key
)

def load_key(self):

with open(
self.key_file,
"rb"
) as f:

return f.read()

def encrypt(self,data):

if isinstance(
data,
str
):

data = data.encode(
"utf-8"
)

return self.cipher.encrypt(
data
)

def decrypt(self,data):

result = self.cipher.decrypt(
data
)

return result.decode(
"utf-8"
)

9. 使用示例

初始化：

crypto = CryptoManager(
"secret.key"
)

加密：

text = "Camera_IP=192.168.1.10"

encrypt_text = crypto.encrypt(
text
)

print(encrypt_text)

解密：

result = crypto.decrypt(
encrypt_text
)

print(result)

输出：

Camera_IP=192.168.1.10

10. 加密 JSON 配置文件

工业软件通常保存：

{
"camera_ip":"192.168.1.100",
"device_id":"CAM001",
"license":"ABCDEFG",
"exposure":5000
}

读取：

import json

with open(
"config.json",
"r",
encoding="utf-8"
) as f:

config=json.load(f)

转换：

text=json.dumps(
config,
ensure_ascii=False
)

加密：

encrypted = crypto.encrypt(
text
)

保存：

with open(
"config.dat",
"wb"
) as f:

f.write(encrypted)

最终文件：

config.dat

内容类似：

gAAAAABlxxxxxxxx

用户无法直接修改参数。

11. 读取加密配置

with open(
"config.dat",
"rb"
) as f:

data=f.read()

text = crypto.decrypt(
data
)

config=json.loads(
text
)

print(config)

恢复：

{
"camera_ip":"192.168.1.100",
"device_id":"CAM001",
"license":"ABCDEFG"
}

12. 软件授权应用

授权文件：

{
"machine_id":"PC001",
"expire":"2027-01-01",
"level":"PRO"
}

软件启动流程：

启动软件

↓

读取 license.dat

↓

解密

↓

验证机器码

↓

验证有效期

↓

加载功能模块

应用：

• 商业软件授权
• 工业设备授权
• 功能模块限制

13. 密钥安全设计

错误方式

不要：

KEY=b"xxxxxxxx"

原因：

• 反编译可以找到
• 破解程序后可以解密

推荐方式

软件目录：

Application

├── app.exe
├── config.dat
└── license.dat

系统安全区域：

secret.key

或者：

• Windows Credential Manager
• TPM安全芯片
• USB授权狗
• 硬件安全模块

14. 密码不能直接加密保存

错误：

用户密码

↓

AES/Fernet

↓

保存

正确：

用户密码

↓

Hash算法

↓

保存

推荐：

• Argon2
• bcrypt
• scrypt

15. 工业软件典型架构

软件启动

|

ConfigManager

|

+————+————+

| |

config.dat license.dat

| |

decrypt decrypt

| |

相机参数 授权验证

|

↓

CameraManager

|

↓

开始采集

16. 总结

cryptography 提供了一套可靠的 Python 数据保护方案。

在工业视觉软件、检测软件、设备控制软件中，可以用于：

✅ 配置文件加密
✅ 软件授权保护
✅ 设备参数保护
✅ 通信密钥保存
✅ 用户数据保护

推荐方案：

cryptography

↓

Fernet

↓

AES + HMAC

↓

本地配置 / 授权文件加密

结合：

• 对象生命周期管理
• 单例资源管理
• 配置管理
• 授权验证

可以有效提升工业软件的安全性和稳定性。