Python Secrets：生成用于管理机密的安全随机数

Python 3.6引入了一个名叫secrets的模块，用于生成强大而安全的随机数。在本文中，我们将学习如何使用它。

随机模块提供的随机生成器是伪随机数生成器，它不具有加密安全性，因此在Python 3.6及更高版本中添加了secrets模块。

加密安全随机生成器使用同步方法生成随机数据，以确保没有两个进程可以同时获得相同的数据。

在Python 3.6之前，我们用os.urandom()和random.SystemRandom类加密地使随机数发生器安全。

注意：secrets模块仅在Python3.6以及更高的版本中可以获得。如果你正在使用Python的旧版本，而却想要使随机生成器安全，请参考：https://pynative.com/cryptographically-secure-random-data-in-python

secrets模块是CSPRNG，即加密性强伪随机数发生器(cryptographically strong Pseudo-Random Number Generator)。它被用来生成随机数，在对安全敏感的应用程序中是安全和有用的。

请参阅PEP-0506。此PEP旨在将secrets模块添加到Python标准库中。

您可以使用secrets模块来执行以下常见的安全相关功能：

生成随机数

密码和一次性密码(OTP即One Time Password)

随机token

密码恢复安全URL和会话密钥

注意：secrets模块基于os.urandom()和random.SystemRandom(), 它们是操作系统最好的加密随机性源码的接口。

在Windows上，os.urandom()在内部使用CryptGenRandom()

Linux 3.17及更新版本，getrandom()系统调用现在可以使用

在OpenBSD 5.6及更高版本中，现在使用C getentropy()函数

下面让我们来看如何使用secrets模块。

类secrets.SystemRandom

使用操作系统提供的最高质量源来生成随机数的类

使用secrets.SystemRandom类我们能使用所有的random模块的功能

在secrets模块之前，我们使用random.SystemRandom去加密地使随机数据安全。使用secrets模块也可以使用同样的类。仅需执行secrets.SystemRandom()

让我们看一下如何使用secrets.SystemRandom类来保护随机生成器的示例:

示例：

输出：

Python Secrets模块的功能

Secrets模块使用底层操作系统的安全随机源。让我们看如何使用secrets模块的功能。

secrets.randbelow(n)

使用secrets.randbelow函数生成安全的整数

这个函数返回一个在[0,n)区间的安全随机整数，n是唯一的上限

0是范围的开始数字，n是最后的数字

例如，secrets.randbelow(10)将生成一个从0到10的单个随机数

示例：

输出：

secrets.choice(sequence)

此方法从非空序列返回安全的随机选择元素

这里的序列可以是列表或字符串

示例：

输出：

secrets.randbits(k)

此方法返回带有k个随机位的安全无符号整数

此函数用于生成包含N位的随机位掩码(这不同于生成随机整数，因为在这里不保证生成的数固定包含几个比特位，而是比特位由你决定)

使用randbits生成的数字更安全

它生成在给定bit范围内的随机整数

如果k=4，无符号整数从0到15

如果k=8，无符号整数从0到255

如果k=16，无符号整数从0到65535等等

示例：

输出：

使用secrets模块生成secure token

secrets模块提供用于生成secure token的功能，这对于应用程序生成reset password tokens和hard-to-guess URL是有用的。

secure 模块有如下方法生成secure token

secrets.token_bytes([nbytes=None])

返回包含字节数的安全随机字节串。如果没有提供nbytes ，则使用合理的默认值。

secrets.token_hex([nbytes=None])

返回一个十六进制格式的安全随机文本字符串。该字符串具有nbytes随机字节，每个字节转换为两个十六进制数字。如果没有提供nbytes，则使用合理的默认值。

secrets.token_urlsafe([nbytes=None])

返回一个安全的随机URL-safe文本字符串，包含nbytes随机字节。使用此方法生成安全的hard-to-guess URLs。

示例：

输出：

tokens使用多少字节

为了抵御蛮力攻击和时序攻击，tokens需要具有足够的随机性。根据专家的说法，32字节(256位)的随机性足以抵御蛮力攻击。您应该根据您的要求选择字节大小。

使用secrets.compare_digest(a,b)减少时序攻击

为了降低时序攻击的风险，secrets模块具有compare_digest(a,b)功能。如果字符串a和b相等，则此函数返回True，否则返回False以降低计时攻击的风险。

secrets模块的练习示例

我们现在看看这个例子，此示例中，我们生成临时密码并在临时hard-to-guess URL上发送此密码，以便客户端可以使用此URL重置其密码。

生成一个十个字符的字母数字密码，至少包含一个小写字符，至少一个大写字符，至少一个数字和一个特殊字符

生成临时URL

示例：

输出：

英文原文：https://pynative.com/python-secrets-module/

译者：恩 泽