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RSAPeer 加密通信模块技术文档

概述

本模块提供基于 RSA + RC4 的混合加密机制，用于实现安全的点对点数据传输。通过使用 RSA 对称密钥加密、RC4 数据流加密以及数字签名验证，确保消息的机密性、完整性与身份认证。

主要功能包括：

• 使用接收方公钥加密会话密钥（RC4 Key）
• 使用随机生成的 RC4 密钥加密实际数据
• 发送方用私钥对会话密钥进行签名
• 接收方使用发送方公钥验证签名并解密数据

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依赖库

from appPublic.rsawrap import RSA
from appPublic.rc4 import RC4
try:
    import ujson as json
except ImportError:
    import json
import random

• appPublic.rsawrap.RSA: 提供 RSA 公私钥加解密和数字签名功能。
• appPublic.rc4.RC4: 实现 RC4 流密码算法，用于高效加密大数据。
• ujson: 可选高性能 JSON 库；若不可用则回退至标准库 json。
• random: 用于生成随机会话密钥。

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核心类说明

1. DeliverPacket

封装要传输的数据包结构，包含发送者信息及加密三要素：密文、加密后的会话密钥、签名。

属性

字段名	类型	描述
sender	str	发送方标识 ID
c	str	使用 RC4 加密后的密文
k	str	使用对方公钥加密的 RC4 会话密钥
s	str	会话密钥的数字签名（由发送方私钥签名）

方法

__init__(self, sender, c, k, s)

初始化数据包对象。

参数：

• sender (str): 发送方 ID
• c (str): 密文
• k (str): 加密后的会话密钥
• s (str): 数字签名

pack(self)

将当前对象序列化为 JSON 字符串。

返回值：

• str: JSON 格式的字符串表示

示例输出：

{
  "sender": "john",
  "c": "aB3x...",
  "k": "mN9y...",
  "s": "zX8v..."
}

unpack(self, body)

从 JSON 字符串反序列化填充对象字段。

参数：

• body (str): JSON 格式字符串

⚠️ 注意：代码中存在 bug —— 访问 d.sender 而非 d['sender']，应统一使用字典访问方式。

修复建议：

self.sender = d['sender']

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2. RSAPeer

代表一个支持加密通信的对等节点（Peer），具备加密发送和解密接收的能力。

构造函数：__init__(self, myid, myPrikey, peerPubKey=None)

参数：

• myid (str): 当前节点的唯一标识（如用户名或公钥指纹）
• myPrikey (str): 自己的 私钥
• peerPubKey (str, optional): 对方的 公钥；若未指定，则需动态获取（见 getPeerPublicKey）

内部初始化：

• self.rsa = RSA()：创建 RSA 工具实例

私有方法：_genSystematicKey(self)

生成长度在 10~15 之间的随机字符串作为 RC4 会话密钥。

字符集包含：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ1234567890~!@#$%^&*

返回值：

• str: 随机生成的密钥字符串

⚠️ 名称 _genSystematicKey 存疑，“systematic” 不符合语义，建议改为 _generateSessionKey

公共方法：encode(self, text)

加密一段明文，并打包成安全数据包。

参数

• text (str): 待加密的原始文本

处理流程

1. 构造内部数据结构：{"id": self.myid, "data": text}
2. 将其 JSON 序列化为明文
3. 调用 _genSystematicKey() 生成 RC4 会话密钥 sk
4. 使用 sk 初始化 RC4 加密器，加密明文 → 得到密文 c
5. 使用自己的私钥 mypri 对 sk 进行签名 → 得到签名 s
6. 使用对方公钥 peerpub 加密 sk → 得到加密后的密钥 k
7. 组装最终数据包 {c, k, s} 并转为 JSON 返回

返回值

• str: JSON 格式的加密数据包
• 若 peerPubKey 未设置，则返回 None

示例输出

{
  "c": "eWVpaGVsbG9fd29ybGQ=",
  "k": "AQIDBAUGBwgJCgsMDQ4PEA==",
  "s": "ZGFzaGluZ3FpYW5nLmRldg=="
}

公共方法：decode(self, body)

解密来自对端的加密数据包。

参数

• body (str): 接收到的 JSON 加密数据包

处理流程

1. 解析 JSON 得到 c, k, s
2. 使用自己私钥解密 k → 恢复会话密钥 sk
3. 使用 sk 初始化 RC4 解密器，解密 c → 得到中间 JSON 文本
4. 反序列化得到内部数据 {"id": sender_id, "data": payload}
5. 验证签名：
   • 若已知对方公钥：直接调用 rsa.check_sign(peerpub, sk, signature)
   • 否则调用 getPeerPublicKey(id) 动态获取公钥后再验证
6. 验签失败返回 None，成功则返回原始 payload

返回值

• str: 解密后的原始数据内容
• None: 解密或验签失败

✅ 支持两种模式：

• 固定对端公钥（预配置）
• 动态查询公钥（适用于去中心化场景）

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安全机制详解

安全目标	实现方式
机密性	使用 RC4 对称加密数据，会话密钥由 RSA 非对称加密保护
完整性	会话密钥附带数字签名，防止篡改
身份认证	签名只能由持有私钥的一方生成，接收方可通过公钥验证来源
前向安全性	每次通信使用新生成的随机会话密钥

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使用示例（Main 测试代码分析）

if __name__ == '__main__':
    r = RSA()
    mary_pri = r.create_privatekey()
    mary_pub = r.create_publickey(mary_pri)
    
    john_pri = r.create_privatekey()
    john_pub = r.create_publickey(john_pri)
    
    # 注意：此处参数顺序错误！
    john_rp = RSAPeer(john_pri, mary_pub)   # ❌ 应该是 (myid, myPrikey, peerPubKey)
    mary_rp = RSAPeer(mary_pri, john_pub)
    
    txt = '''hello python ...'''
    c = john_rp.encode(txt)
    newtxt = mary_rp.decode(c)
    
    print(txt)
    print('<===>')
    print(c)
    print('<===>')
    print(newtxt)

❗ Bug 提示

构造函数调用错误：

RSAPeer(john_pri, mary_pub)

但定义是：

def __init__(self, myid, myPrikey, peerPubKey=None):

所以正确写法应该是：

john_rp = RSAPeer("john", john_pri, mary_pub)
mary_rp = RSAPeer("mary", mary_pri, john_pub)

否则 myid 被误设为私钥内容，会导致后续编码异常。

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建议改进点

问题	建议
DeliverPacket.unpack() 中 d.sender 写法错误	改为 d['sender']
_genSystematicKey 名称不准确	改为 _generateSessionKey
构造函数参数顺序易错	建议使用关键字参数或重命名参数
缺少异常处理	增加 try-except 包裹关键操作
RC4 已被认为不安全（尤其在 TLS 中弃用）	在生产环境中考虑替换为 AES-GCM 或 ChaCha20-Poly1305
无 Base64 编码处理	若底层 API 要求二进制安全传输，应对 c, k, s 做 base64 编码

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总结

该模块实现了轻量级的安全通信协议，适合用于小型系统或 IoT 设备间的点对点加密通信。结合了非对称加密的身份认证能力和对称加密的效率优势，结构清晰，易于扩展。

适用场景

• UDP 对等通信（如文档中提到的 UDP 协议）
• 分布式日志传输
• 内部微服务间安全信道
• 即时通讯基础组件

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版本信息

• Python 版本：≥ 3.6（兼容性良好）
• 第三方依赖：ujson（可选）、自定义 RSA 与 RC4 模块
• 许可协议：请参考项目 LICENSE 文件

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📌 文档维护建议：配合单元测试与接口文档进一步完善健壮性描述。