Введение

Шифрование и криптографическая безопасность — краеугольный камень в цифровую эпоху. Хранение паролей, защита файлов, безопасная аутентификация и передача данных невозможны без надёжных криптографических инструментов. Библиотека Cryptography в Python — одно из самых популярных решений для реализации как симметричных, так и асимметричных методов защиты.

Cryptography предоставляет высокий уровень API для повседневных задач (шифрование, расшифровка, подпись, хэширование) и низкоуровневый доступ к primitives (blowfish, chacha20, rsa, dsa, ec и др.). В статье рассмотрим теорию, методы, примеры, практику, уязвимости, а также как и зачем использовать каждый компонент библиотеки.

Основная часть

Установка

pip install cryptography

Архитектура Cryptography

• High-Level Recipes — удобные функции для частых задач (Fernet, key generation)

• Low-Level Primitives — контроль над криптографией: padding, ciphers, MACs, key derivation

• Поддержка OpenSSL и собственных C-биндингов для скорости

Симметричное шифрование (Fernet)

Fernet обеспечивает безопасное AES-шифрование с проверкой подлинности (authenticity).

Генерация ключа:

from cryptography.fernet import Fernet
key = Fernet.generate_key()

Сохранение ключа:

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

Шифрование:

f = Fernet(key)
token = f.encrypt(b"секретные данные")

Расшифровка:

original = f.decrypt(token)

Асимметричное шифрование

RSA: генерация пары ключей

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa
from cryptography.hazmat.primitives import serialization

private_key = rsa.generate_private_key(public_exponent=65537, key_size=2048)
public_key = private_key.public_key()

Сериализация:

pem = private_key.private_bytes(...)
pem_pub = public_key.public_bytes(...)

Шифрование:

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding
from cryptography.hazmat.primitives import hashes

ciphertext = public_key.encrypt(
    b"секрет",
    padding.OAEP(mgf=padding.MGF1(algorithm=hashes.SHA256()), algorithm=hashes.SHA256(), label=None)
)

Расшифровка:

plaintext = private_key.decrypt(ciphertext, ...)

Хэширование данных

Простое хэширование:

from cryptography.hazmat.primitives import hashes

digest = hashes.Hash(hashes.SHA256())
digest.update(b"message")
final_hash = digest.finalize()

HMAC:

from cryptography.hazmat.primitives import hmac
h = hmac.HMAC(key, hashes.SHA256())
h.update(b"auth data")
h.finalize()

Подпись и верификация

Подпись RSA:

signature = private_key.sign(b"message", padding.PSS(...), hashes.SHA256())

Проверка:

public_key.verify(signature, b"message", padding.PSS(...), hashes.SHA256())

Генерация ключей и KDF

PBKDF2:

from cryptography.hazmat.primitives.kdf.pbkdf2 import PBKDF2HMAC
kdf = PBKDF2HMAC(algorithm=hashes.SHA256(), length=32, salt=b"salt", iterations=100_000)
key = kdf.derive(b"password")

Проверка ключа:

kdf.verify(b"password", key)

ECC и Ed25519

from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import ed25519
key = ed25519.Ed25519PrivateKey.generate()
signature = key.sign(b"message")
key.public_key().verify(signature, b"message")

Утилиты сериализации и хранения

• PEM / DER

• EncryptedPrivateKeyInfo

• PasswordProtected PEM

Пример комплексного потока

1. Генерация пары ключей (RSA)

2. Шифрование конфиденциальных данных

3. Подпись сообщения

4. Проверка подписи

5. Запись в файл PEM

Ошибки и безопасность

• Никогда не используйте eval() на расшифрованных данных

• Не передавайте пароли в логах

• Используйте random salt

• Ограничивайте размер и TTL токенов

Реальные кейсы

• Хранилища токенов авторизации

• Безопасный обмен файлами между микросервисами

• Электронная подпись для документов

• Защита веб-сессий и cookies

Сравнение с другими библиотеками

Библиотека	Уровень	Симметрия	Ассиметрия	Примитивы	Использование
cryptography	Высокий	Да	Да	Много	Стандартизовано
pycrypto	Средний	Частично	Частично	Ограничено	Устарело
pyca/pyopenssl	Средний	TLS-ориент.	Нет	Да	Узкая ниша

Полный список функций и свойств библиотеки cryptography с описанием, сгруппированных по категориям

Генерация и управление ключами

---

Симметричное шифрование (Fernet)

---

Асимметричное шифрование и подписи

---

Хеширование и MAC

---

Производные ключи (KDF)

---

Симметричное шифрование вручную (AES, ChaCha20, GCM)

---

Работа с сертификатами (X.509)

---

Вспомогательные операции

 

Заключение

Cryptography — это промышленный стандарт для безопасной криптографии в Python. Она предлагает как простой API, так и продвинутые инструменты, способные покрыть 90% криптозадач в вебе, DevOps, IoT и безопасности. Её используют банки, хостинги, телекомы, госслужбы и финтех-стартапы. Если нужна криптографическая защита — начинать следует с этой библиотеки.