将python long / int转换为固定大小的字节数组

问题描述 投票:38回答:10

我正在尝试在python中实现RC4和DH密钥交换。问题是我不知道如何将python long / int从密钥交换转换为RC4实现所需的字节数组。有没有一种简单的方法可以将long转换为所需的长度字节数组?

更新:忘了提到我正在处理的数字是768位无符号整数。

python bytearray long-integer diffie-hellman rc4-cipher
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我没有做任何基准测试,但这个配方“对我有用”。

简短版本:使用'%x' % val,然后使用unhexlify结果。然而,魔鬼在细节中,因为unhexlify需要偶数个十六进制数字,%x不保证。有关详细信息,请参阅docstring和自由内联注释。

from binascii import unhexlify

def long_to_bytes (val, endianness='big'):
    """
    Use :ref:`string formatting` and :func:`~binascii.unhexlify` to
    convert ``val``, a :func:`long`, to a byte :func:`str`.

    :param long val: The value to pack

    :param str endianness: The endianness of the result. ``'big'`` for
      big-endian, ``'little'`` for little-endian.

    If you want byte- and word-ordering to differ, you're on your own.

    Using :ref:`string formatting` lets us use Python's C innards.
    """

    # one (1) hex digit per four (4) bits
    width = val.bit_length()

    # unhexlify wants an even multiple of eight (8) bits, but we don't
    # want more digits than we need (hence the ternary-ish 'or')
    width += 8 - ((width % 8) or 8)

    # format width specifier: four (4) bits per hex digit
    fmt = '%%0%dx' % (width // 4)

    # prepend zero (0) to the width, to zero-pad the output
    s = unhexlify(fmt % val)

    if endianness == 'little':
        # see http://stackoverflow.com/a/931095/309233
        s = s[::-1]

    return s

...和我的nosetest单元测试;-)

class TestHelpers (object):
    def test_long_to_bytes_big_endian_small_even (self):
        s = long_to_bytes(0x42)
        assert s == '\x42'

        s = long_to_bytes(0xFF)
        assert s == '\xff'

    def test_long_to_bytes_big_endian_small_odd (self):
        s = long_to_bytes(0x1FF)
        assert s == '\x01\xff'

        s = long_to_bytes(0x201FF)
        assert s == '\x02\x01\xff'

    def test_long_to_bytes_big_endian_large_even (self):
        s = long_to_bytes(0xab23456c8901234567)
        assert s == '\xab\x23\x45\x6c\x89\x01\x23\x45\x67'

    def test_long_to_bytes_big_endian_large_odd (self):
        s = long_to_bytes(0x12345678901234567)
        assert s == '\x01\x23\x45\x67\x89\x01\x23\x45\x67'

    def test_long_to_bytes_little_endian_small_even (self):
        s = long_to_bytes(0x42, 'little')
        assert s == '\x42'

        s = long_to_bytes(0xFF, 'little')
        assert s == '\xff'

    def test_long_to_bytes_little_endian_small_odd (self):
        s = long_to_bytes(0x1FF, 'little')
        assert s == '\xff\x01'

        s = long_to_bytes(0x201FF, 'little')
        assert s == '\xff\x01\x02'

    def test_long_to_bytes_little_endian_large_even (self):
        s = long_to_bytes(0xab23456c8901234567, 'little')
        assert s == '\x67\x45\x23\x01\x89\x6c\x45\x23\xab'

    def test_long_to_bytes_little_endian_large_odd (self):
        s = long_to_bytes(0x12345678901234567, 'little')
        assert s == '\x67\x45\x23\x01\x89\x67\x45\x23\x01'

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i = 0x12345678
s = struct.pack('<I',i)
b = struct.unpack('BBBB',s)

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使用Python 3.2及更高版本,您可以使用int.to_bytesint.from_byteshttps://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#int.to_bytes


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一内胆:

bytearray.fromhex('{:0192x}'.format(big_int))

192是768/4,因为OP需要768位数字,并且十六进制数字中有4位。如果你需要更大的bytearray,请使用更高编号的格式字符串。例:

>>> big_int = 911085911092802609795174074963333909087482261102921406113936886764014693975052768158290106460018649707059449553895568111944093294751504971131180816868149233377773327312327573120920667381269572962606994373889233844814776702037586419
>>> bytearray.fromhex('{:0192x}'.format(big_int))
bytearray(b'\x96;h^\xdbJ\x8f3obL\x9c\xc2\xb0-\x9e\xa4Sj-\xf6i\xc1\x9e\x97\x94\x85M\x1d\x93\x10\\\x81\xc2\x89\xcd\xe0a\xc0D\x81v\xdf\xed\xa9\xc1\x83p\xdbU\xf1\xd0\xfeR)\xce\x07\xdepM\x88\xcc\x7fv\\\x1c\x8di\x87N\x00\x8d\xa8\xbd[<\xdf\xaf\x13z:H\xed\xc2)\xa4\x1e\x0f\xa7\x92\xa7\xc6\x16\x86\xf1\xf3')
>>> lepi_int = 0x963b685edb4a8f336f624c9cc2b02d9ea4536a2df669c19e9794854d1d93105c81c289cde061c0448176dfeda9c18370db55f1d0fe5229ce07de704d88cc7f765c1c8d69874e008da8bd5b3cdfaf137a3a48edc229a41e0fa792a7c61686f1f
>>> bytearray.fromhex('{:0192x}'.format(lepi_int))
bytearray(b'\tc\xb6\x85\xed\xb4\xa8\xf36\xf6$\xc9\xcc+\x02\xd9\xeaE6\xa2\xdff\x9c\x19\xe9yHT\xd1\xd91\x05\xc8\x1c(\x9c\xde\x06\x1c\x04H\x17m\xfe\xda\x9c\x187\r\xb5_\x1d\x0f\xe5"\x9c\xe0}\xe7\x04\xd8\x8c\xc7\xf7e\xc1\xc8\xd6\x98t\xe0\x08\xda\x8b\xd5\xb3\xcd\xfa\xf17\xa3\xa4\x8e\xdc"\x9aA\xe0\xfay*|aho\x1f')

[我的回答之前使用过hex()。我用format()更正了它,以处理奇数大小的字节表达式的整数。这解决了之前关于ValueError的投诉。]


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每个人都过于复杂了这个答案:

some_int = <256 bit integer>
some_bytes = some_int.to_bytes(32, sys.byteorder)
my_bytearray = bytearray(some_bytes)

您只需要知道您尝试转换的字节数。在我的使用案例中,通常我只使用这么大的数字进行加密,此时我不得不担心模数和什么不是,所以我不认为这是一个需要知道最大数量的大问题要返回的字节数。

因为你是以768位数学的方式做的,所以不是32作为参数,它将是96。


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字节数组的long / int看起来像struct.pack的确切目的。对于超过4(8)字节的长整数,您可以得到类似下一个的东西:

>>> limit = 256*256*256*256 - 1
>>> i = 1234567890987654321
>>> parts = []
>>> while i:
        parts.append(i & limit)
        i >>= 32

>>> struct.pack('>' + 'L'*len(parts), *parts )
'\xb1l\x1c\xb1\x11"\x10\xf4'

>>> struct.unpack('>LL', '\xb1l\x1c\xb1\x11"\x10\xf4')
(2976652465L, 287445236)
>>> (287445236L << 32) + 2976652465L
1234567890987654321L

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Little-endian,如果你想要Big-endian,可以反转结果或范围:

def int_to_bytes(val, num_bytes):
    return [(val & (0xff << pos*8)) >> pos*8 for pos in range(num_bytes)]

大端:

def int_to_bytes(val, num_bytes):
    return [(val & (0xff << pos*8)) >> pos*8 for pos in reversed(range(num_bytes))]

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你可以尝试使用struct

import struct
struct.pack('L',longvalue)

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基本上你需要做的是将int / long转换成它的256基本表示 - 即“数字”范围从0到255的数字。这是一种相当有效的方式来做这样的事情:

def base256_encode(n, minwidth=0): # int/long to byte array
    if n > 0:
        arr = []
        while n:
            n, rem = divmod(n, 256)
            arr.append(rem)
        b = bytearray(reversed(arr))
    elif n == 0:
        b = bytearray(b'\x00')
    else:
        raise ValueError

    if minwidth > 0 and len(b) < minwidth: # zero padding needed?
        b = (minwidth-len(b)) * '\x00' + b
    return b

根据所需的字节顺序,你们很多人不需要reversed()call(这样做也需要不同的填充)。另请注意,写入时不会处理负数。

您可能还想查看long_to_bytes()module中类似但高度优化的number.py函数,该函数是开源Python Cryptography Toolkit的一部分。它实际上将数字转换为字符串,而不是字节数组,但这是一个小问题。


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Python 2.7没有实现int.to- very slow_bytes()方法。

我尝试了3种方法:

  1. hex unpack / pack:非常慢
  2. 一次8位字节移位:明显更快。
  3. 使用“C”模块并打包到较低的(7 ia64或3 i32)字节。这大约是2 /的两倍。这是最快的选择,但仍然太慢。

由于以下两个原因,所有这些方法效率都很低:

  • Python 2.7不支持这种有用的操作。
  • c不支持使用大多数平台上可用的进位/借位/溢出标志的扩展精度算法。
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