python桌面端开发手记（序列化、压缩包、加密、图形界面GUI）

0x00

  前段时间接到一个小项目是给某行业内部开发离线桌面端，业务流实现上总体分信息录入、加密导出。因为是win桌面端,所以老板说依托Access用VBA做，我据理力争了一下。之前就是用Access+VBA给项目组里各个单位做报销平台，二次开发的速度快，但是等到下发部署的时候遇到诸多问题，系统版本、位数的问题和Access版本、位数的问题，十分坎坷。然后这次的小项目单个用户产生的数据量不大，没有必要拖一个数据库在后面。所以跟老板说：直接把用户录入的信息加密后序列化到磁盘就好了，然后做一个加密打包的功能；而且甲方要的急，就想着用python许多函数不用自己再去写，开发快，最后转可执行文件就好了……以上一段freestyle之后，然后老板觉得OK！然后就开始填坑之旅了……

  在把需求分析和设计做了一下后，自己决定按照【核心模块】-->【GUI】-->【编译成可执行文件】的流程走下去

0x01 核心模块##

这个部分比较简单，涉及到的主要功能有序列化为.json、反序列化、AES和RSA加密解密等。

1 序列化

1.1 从内存中的dict到磁盘上的json

import json
class Detail(object):#用一个类来封装必要的信息
    def __init__(self, infodict):
        self.serial_num = infodict['序号']  # 序号
        self.type_code = infodict['类型']  # 类型
        self.corporation = infodict['单位']  # 单位
        self.submitter = infodict['姓名']  # 姓名
        # ...

def inst2json(inst):#序列化函数
    json_stuff = json.dumps(inst, default=lambda obj: obj.__dict__, ensure_ascii=False)
    with open('filename.json', 'a') as f:#追加
        f.write(json_stuff)
    return 
if __name__=='__main__':
    myinfodict={}
    #向infodict添加必要的键值
    myinfodict['序号']='XUHAO' 
    myinfodict['类型']='LEIXING'  
    myinfodict['单位']='DANWEI'  
    myinfodict['姓名']='XINGMING'
    # ...

    myinst=Detail(myinfodict)#实例化

    try:
        inst2json(myinst)
    except:
        print('序列化失败')
    else:
        print('序列化成功')

1.2 从磁盘上的json到内存中的dict

import json
with open('filename.json','r') as f:
	dict_stuff=json.load(f)
print(dict_stuff)

KEY WORDS:

• 将字典序列化为json
• 将字典保存为json
• json反序列化
• 将json读成字典

2 加解密

填坑：

  装pycrypto这个包的时候可能会报错，需要先装winrandom-1.2.1-cp35-cp35m-win32

2.1 AES加密

import struct
from Crypto.Cipher import AES
import hashlib
import os

def encrypt_file(password, in_filename, out_filename=None, chunksize=64 * 1024):
    key = hashlib.sha256(password.encode('utf-8')).digest()

    if not out_filename:
        out_filename = in_filename + '.crypt'
    str = ''
    chars = 'AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOoPpQqRrSsTtUuVvWwXxYyZz0123456789'
    length = len(chars) - 1
    from random import Random
    random = Random()
    for i in range(16):
        str += chars[random.randint(0, length)]

    iv = str.encode()

    encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    filesize = os.path.getsize(in_filename)

    with open(in_filename, 'rb') as infile:
        with open(out_filename, 'wb') as outfile:
            outfile.write(struct.pack('<Q', filesize))
            outfile.write(iv)

            while True:
                chunk = infile.read(chunksize)
                if len(chunk) == 0:
                    break
                elif len(chunk) % 16 != 0:
                    chunk += bytes(' ', encoding="utf8") * (16 - len(chunk) % 16)
                outfile.write(encryptor.encrypt(chunk))

if __name__=='__main__':
    try:
        encrypt_file('password','plain.txt','secret.crypt')
        time.sleep(3)
    except:
        print('加密成功')
    else:
        print('加密失败')

  由于程序直接将用户输入序列化到磁盘，所以应该加密存储，也可以用上面的代码实现。读入到程序中时在解密，保证用户不会绕过程序读到有价值的数据。

  为了防止被逆向出password,在这个项目里不讲AES的密钥硬编码到程序中，而是采用让用户输入密钥种子，在用种子生成AES的密钥，并把这个密钥后用RSA公钥加密的方法来保证数据安全。用AES+RSA而不是直接对所有数据进行RSA是因为数据量大时计算耗时比较小

2.2 RSA密钥对生成

from Crypto.PublicKey import RSA

def generate_RSA(bits=2048):
    new_key = RSA.generate(bits, e=65537) 
    public_key = new_key.publickey().exportKey("PEM") 
    private_key = new_key.exportKey("PEM") 
    return private_key, public_key
def keygen():
    private,public=generate_RSA()
    with open('private.pem','wb') as private_key:
        private_key.write(private)
    with open('public.pem','wb') as public_key:
        public_key.write(public)


if __name__=='__main__':    
    keygen()

2.3 RSA加密

# -*- coding:utf-8 -*-
import base64
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5
from Crypto.PublicKey import RSA

def encrypt_key(pwd):
    with open('public.pem', 'rb') as f:
        pubkey = f.read()
        rsakey = RSA.importKey(pubkey)
        cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
        cipher_text = base64.b64encode(cipher.encrypt(pwd.encode()))# encrypt的参数是变长字节串
        with open('key.crypt', 'wb') as k:
            k.write(cipher_text)

if __name__=='__main__':
    password='d0main'#
    try:
        encrypt_key(password)
    except:
        print('失败')
    else:
        print('密钥加密成功')

至此，就可以将公钥算法加密的对称密钥和对称加密的数据一起打包了

2.4 RSA解密

# -*- coding=utf-8 -*-
from random import Random
import os
import base64
from Crypto import Random
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as Cipher_pkcs1_v1_5
from Crypto.PublicKey import RSA

def decrypt_key(key_file):
    random_generator = Random.new().read
    if os.path.exists('private.pem'):
        with open('private.pem','rb') as f:
            key = f.read()
            rsakey = RSA.importKey(key)
            cipher = Cipher_pkcs1_v1_5.new(rsakey)
            with open(key_file,'rb') as k:
                encrypt_text=k.read()
                pwd = cipher.decrypt(base64.b64decode(encrypt_text), random_generator)
                return pwd.decode()
    else:
        print('未找到私钥')

if __name__=='__main__':
    print('口令是：'+decrypt_key('key.crypt'))

拿到了口令值后，就可以进行AES解密了

2.5 AES解密

import struct
from Crypto.Cipher import AES
import hashlib
import os
def decrypt_file(password, in_filename, out_filename=None, chunksize=24*1024):
    key=hashlib.sha256(password.encode('utf-8')).digest()
    if not out_filename:
        out_filename = os.path.splitext(in_filename)[0]+'.txt'

    with open(in_filename, 'rb') as infile:
        origsize = struct.unpack('<Q', infile.read(struct.calcsize('Q')))[0]
        iv = infile.read(16)
        decryptor = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)

        with open(out_filename, 'wb') as outfile:
            while True:
                chunk = infile.read(chunksize)
                if len(chunk) == 0:
                    break
                outfile.write(decryptor.decrypt(chunk))
            outfile.truncate(origsize)


if __name__=='__main__':
    try:
        decrypt_file('password', 'secret.crypt', 'plain.txt')
        time.sleep(3)
    except:
        print('解密成功')
    else:
        print('解密失败')

KEY WORDS:

• python加密
• RSA加密
• AES加密

3 zip文件操作

3.1 打包

import zipfile
import os
def compress(startdir):
    z = zipfile.ZipFile('filename.zip', 'w', zipfile.ZIP_DEFLATED)
    for dirpath, dirnames, filenames in os.walk(startdir):
        for filename in filenames:							#可以在这里对要打包的文件做筛选
            z.write(os.path.join(dirpath, filename))
    z.close()

if __name__=='__main__':
    dirpath='需要打包的文件夹路径'
    try:
        compress(dirpath)
    except:
        print('打包失败')
    else:
        print('打包成功')

3.2 解包

import zipfile

def uncompress(zippath):
    f = zipfile.ZipFile(zippath,'r')
    for file in f.namelist():
        f.extract(file,".")

if __name__=='__main__':
    zippath='filename.zip'
    uncompress(zippath)

KEYWORDS:

• python zip压缩文件
• python 解压缩zip

0x02 图形化界面-GUI

  用python来做GUI的过程是艰难的。虽然有诸如PyQt、PySide、Tkinter、wxPython许多工具包，但是想要像C#、VB那样在IDE中拖拽控件基本做不到，都是要一行一行写，换言之就是“写界面”！所以决定直接用Python3.5自带的Tkinter来写，而且这一个包相比于其他的工具包，学习起来最快，成本最低。最终决定用Tkinter!

  项目涉及到的组件（widget）种类很多，要说起来篇幅过长，一些细节可能会日后更新在主页中，而且网上的教学贴不少，所以就不过多赘述。

  心得：由于我的这个项目涉及到许多页面跳转，需要来回调用窗口，因此将窗口（组件）对象化是正确的做法，而非过程化的创建。将不同的窗口封装类，调用的时候实例化，从而避免代码重复。

KEYWORDS:

• python 图形化界面
• python GUI
• tkinter

0x03 从 .py 到 .exe##

  这个过程也是痛苦的（为什么这么坎坷）。就我所知有py2exe和pyinstaller,wiki告诉我还有cx_Freeze。

  我的环境是python3.5，直觉告诉我应该找一个不断更新的，否则后面坑更多。py2exe在2014出了支持python3的版本之后也没有再维护，cx_Freeze的官网看起来维护的也没pyinstaller的漂亮（我怎么以貌取人），所以我还是选择使用pyinstaller V3.2.1



填坑：

  装这个pyinstaller也没少报错，如果报错可能是缺少一些开发组件。PyInstaller在win上需要两个模块。一个是PyWin32或者pypiwin32。如果还没装PyWin32并且使用pip安装PyInstaller,那么 pypiwin32会伴随着自动给你装上。出了上述的模块，还需要pefile这个包。我是在装了pywin32-221.win32-py3.5之后才把pyinstaller装上的。

• pyinstaller的使用请参阅pyinstaller文档
• 也可参考友站https://www.crifan.com/use_pyinstaller_to_package_python_to_single_executable_exe/

  常用-F来让pyinstaller只生成一个文件而没有一对其余的组件，用-w来让生成的程序只打开窗口而不是控制台，使用--icon 来设置程序的图标（图标文.ico）。如：

pyinstaller --clean --win-private-assemblies -w -F --icon=new.ico demo.py

  这样，在demo.py的目录下回生成两个文件夹，编译好的可执行文件在dist文件夹下，尝试打开，如果不能正常运行，可以前往build下查看warn.txt查看是不是有哪些依赖没有被编译而出错。

填坑：

  起初，我的加密模块需要用PyCryptodome。PyCryptodome是从PyCrypto fork出来的，对比PyCrypto加了一些特性，被视为PyCrypto的替代品，所以我已开始也没有装PyCrypto而是直接装PyCryptodome，结果就是编译出来的exe无法运行，提示FATAL ERROR:failed to execute script。后来卸载了PyCryptodome，装了PyCrypto，把代码改了（就是本文第一部分提到的代码），在重新编译后方可正常运行可执行文件。

KEYWORDS:

• 将python文件转换成exe
• 将python文件转换成可执行文件
• 将py转换成exe

0x04 参考文献

１．Mark, Lutz. Python编程：第４版[M]. 北京:中国电力出版社, 2015.