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作为一种流行语言，在不同的应用领域，利用Python书写的工具越来越多。Python具有应用领域广泛、简单易学、功能强大等特点，但是在很多场合它也具有一些较难克服的缺点：
- 代码明文，较难加密。
- 由于#1，python脚本很难应用于收费工具领域。
那么如果我想对一个Python工具的使用加以限制，有没有什么方法可以实现呢？本文提供一种简易的License授权机制实现思路，它主要包括如下几部分内容：
- 如何生成一个加密的License文件。
- 如何做License内容核验。
- 如何加密Python代码。
其主要流程逻辑如下：
图1 License授权机制流程
一、引题
我写了一个python脚本eda.py，内容如下。
#!/usr/bin/env python3
def function():
print('I am an EDA tool!')
function()
我在Linux操作系统中执行了这个程序，成功了，输出如下。
[liyanqing@ic001 license]$ ./eda.py
I am an EDA tool!
我决定把这个“牛逼”的脚本分享给别人使用。但是主要的障碍在于，我不希望别人随便传播这个脚本，不希望别人无限期使用这个脚本，不希望别人学会这几行代码的写法，于是我决定对它加上License限制。
二、生成License文件
工具License常在如下方面对工具的使用加以限制：
- 使用的MAC地址。（防止工具被随意拷贝使用）
- 使用期限。（过期失效）
更加复杂的应用场景，还可以对License使用数量、用户列表、工具feature等因素加以限制。
按照这个需求，我们要设计一个简化的License文件，它需要包含以下内容：
- MAC ：允许工具启动的机器的MAC地址。
- Date ：工具有效期。
- Sign ：签名，对以上明文内容的加密，用作内容核验。
首先，我们可以用下面的Linux指令获取机器的MAC地址。
[liyanqing@ic001 license]$ ifconfig -a
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.246.128 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.246.255
inet6 fe80::7e02:97:820d:1bd3 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 00:0c:29:4a:d4:6c txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 1491722 bytes 1542769755 (1.4 GiB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 533500 bytes 32951033 (31.4 MiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
在centos7系统下，可以从ether行抓取机器的MAC地址。其他的操作系统略有不同。
我们限制工具的使用期限，比如2021.05.20。
最后我们将如上信息加密。
常见的加密算法有AES（对称加密）和RSA（非对称加密），其中AES因执行速度快和硬件支持（部分Intel的处理器支持ASE指令加速）常用作批量内容的数据加密，RSA则由于其公钥-私钥机制常用于秘钥传输。此处我们选择AES加密方式来加密MAC /Date信息。
下面直接给出生成License文件的脚本gen_license_file.py。
#!/usr/bin/env python3
from Crypto.Cipher import AES
from binascii import b2a_hex
def encrypt(content):
# content length must be a multiple of 16.
while len(content) % 16:
content += ' '
content = content.encode('utf-8')
# Encrypt content.
aes = AES.new(b'2021052020210520', AES.MODE_CBC, b'2021052020210520')
encrypted_content = aes.encrypt(content)
return(b2a_hex(encrypted_content))
def gen_license_file():
license_file = './License.dat'
with open(license_file, 'w') as LF:
LF.write('MAC : 00:0c:29:4a:d4:6c\n')
LF.write('Date : 20210520\n')
sign = encrypt('00:0c:29:4a:d4:6c#20210520')
LF.write('Sign : ' + str(sign.decode('utf-8')) + '\n')
if __name__ == '__main__':
gen_license_file()
我们利用这个脚本可以生成一个添加了限定条件的License文件。
[liyanqing@ic001 license]$ ./gen_license_file.py
[liyanqing@ic001 license]$ cat License.dat
MAC : 00:0c:29:4a:d4:6c
Date : 20210520
Sign : 6ccda9297714c2b0c9877625ad6d38aacae4d6d97a0652c926c11ff42fc30d1c
其中Sign部分是以上明文信息的加密，用作校验。
三、核验license文件
在原始的eda.py脚本中，我们需要载入这个License文件，并做如下几件事情：
- 解析License文件，获取MAC/Date/Sign信息。
- 解密Sign信息。
- 对比解密的Sign信息和MAC/Date信息，看License文件是否被篡改。
- 获取当前机器MAC信息和当前Date信息。
- 将当前机器MAC信息和当前Date信息同Sign的解密信息核验，看是否超限。
那么我们把如上的License核验步骤加入到eda.py中，得到了新的代码如下。
#!/usr/bin/env python3
import os
import re
import sys
import datetime
import subprocess
from Crypto.Cipher import AES
from binascii import a2b_hex
## License check
def license_check():
license_dic = parse_license_file()
sign = decrypt(license_dic['Sign'])
sign_list = sign.split('#')
mac = sign_list[0].strip()
date = sign_list[1].strip()
# Check license file is modified or not.
if (mac != license_dic['MAC']) or (date != license_dic['Date']):
print('*Error*: License file is modified!')
sys.exit(1)
# Check MAC and effective date invalid or not.
if len(sign_list) == 2:
mac = get_mac()
current_date = datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d')
# Must run this script under specified MAC.
if sign_list[0] != mac:
print('*Error*: Invalid host!')
sys.exit(1)
# Current time must be before effective date.
if sign_list[1] > current_date:
print('*Error*: License is expired!')
sys.exit(1)
else:
print('*Error*: Wrong Sign setting on license file.')
sys.exit(1)
def parse_license_file():
license_dic = {}
license_file = './License.dat'
with open(license_file, 'r') as LF:
for line in LF.readlines():
if re.match('^\s*(\S+)\s*:\s*(\S+)\s*$', line):
my_match = re.match('^\s*(\S+)\s*:\s*(\S+)\s*$', line)
license_dic[my_match.group(1)] = my_match.group(2)
return(license_dic)
def decrypt(content):
aes = AES.new(b'2021052020210520', AES.MODE_CBC, b'2021052020210520')
decrypted_content = aes.decrypt(a2b_hex(content.encode('utf-8')))
return(decrypted_content.decode('utf-8'))
def get_mac():
mac = ''
SP = subprocess.Popen('/sbin/ifconfig', shell=True, stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
(stdout, stderr) = SP.communicate()
for line in str(stdout, 'utf-8').split('\n'):
if re.match('^\s*ether\s+(\S+)\s+.*$', line):
my_match = re.match('^\s*ether\s+(\S+)\s+.*$', line)
mac = my_match.group(1)
break
return(mac)
# Main function.
def function():
print('I am an EDA tool!')
license_check()
function()
执行一下，效果如下。
[liyanqing@ic001 license]$ ./eda.py
*Error*: License is expired!
License过期了，工具被禁止启动，限制成功！
四、Python加密
上述的License限制机制生效了，但是Python工具代码是明文的，所有的限制都可以通过篡改工具代码而绕过去，头疼。
为此我们需要将Python工具代码加密，才能保证License的实现机制不被随便篡改。Python代码常见的5中加密机制如下：
1. 将.py文件转为.pyc文件，.pyc文件是二进制文件，不具备可读性，从而实现了代码隐藏。
问题：.pyc文件很容易被反编译，python有一个库compileall就可以轻松实现。
2. 代码混淆。
问题：只是降低了代码可读性，并不能完全隐藏代码逻辑和核心内容的明文信息。
3. 通过py2exe将python代码打包成二进制可执行文件。
问题：只能在windows平台上使用。
4. 使用Cython将.py文件编译.so文件，内容就被加密了且较难激活成功教程。
问题：部分代码可能存在不兼容的问题。
5. 修改Python解释器。
问题：难度太高！
考虑到加密效果，综合考量实现难度，我们选择#4基于Cython的加密方案。
基于Cython的加密方案需要注意两点：
- .so文件可以被Python文件import，但是不可以直接运行。
- 执行Cython加密脚本的Python版本需要同执行Python工具的Python版本保持一致，能够显著减少代码兼容性问题。
第一步，我们需要改造eda.py，将核心代码移到新文件（比如top.py），顶层脚本eda.py只保留一个空壳，同时把核心功能通过import的方式引入。
改造后，核心脚本top.py的内容如下。同原先的eda.py相比，执行函数license_check()和function()被移除了，其它一致。
而改造后的eda.py则成了一个空壳子，如下。
#!/usr/bin/env python3
import top
top.license_check()
top.function()
然后我们尝试通过Cython将top.py的内容加密。这个过程主要是借助Cython和disutils两个pyton库来实现。
首先，我们写一个setup.py文件。
import os
from distutils.core import setup
from Cython.Build import cythonize
py_files = ['top.py',]
setup(ext_modules = cythonize(py_files),)
然后用指定Python脚本来执行setup.py。
[liyanqing@ic001 license]$ python3 setup.py build_ext --inplace
Compiling top.py because it changed.
[1/1] Cythonizing top.py
running build_ext
building 'top' extension
creating build
creating build/temp.linux-x86_64-3.6
gcc -pthread -B /ic/tools/anaconda3/anaconda3.5.2/compiler_compat -Wl,--sysroot=/ -Wsign-compare -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC -I/ic/tools/anaconda3/anaconda3.5.2/include/python3.6m -c top.c -o build/temp.linux-x86_64-3.6/top.o
gcc -pthread -shared -B /ic/tools/anaconda3/anaconda3.5.2/compiler_compat -L/ic/tools/anaconda3/anaconda3.5.2/lib -Wl,-rpath=/ic/tools/anaconda3/anaconda3.5.2/lib -Wl,--no-as-needed -Wl,--sysroot=/ build/temp.linux-x86_64-3.6/top.o -o /home/liyanqing/test/license/top.cpython-36m-x86_64-linux-gnu.so
我们看到新生成了.c .so文件和build目录，其中只有.so文件对我们是有用的。
[liyanqing@ic001 license]$ ls
build eda.py gen_license_file.py License.dat setup.py top.c top.cpython-36m-x86_64-linux-gnu.so top.py
我们清理无用文件（包括top.py），然后将.so文件更名为top.so（去掉cpython***那一堆字符串）
[liyanqing@ic001 license]$ ls
backup eda.py License.dat top.so
这下清爽多了。
然后重新执行eda.py。
[liyanqing@ic001 license]$ ./eda.py
*Error*: License is expired!
Good！还能正常执行。
而此时我们看一下.so文件中的核心代码。
^?ELF^B^A^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@>^@^A^@^@^@ð6^@^@^@^@^@^@@^@^@^@^@^@^@^@è^T^F^@^@^@^@^@^@^@^@^@@^@8^@^G^@@^@%^@$^@^A^@^@^@^E^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@l^S^... ...
既然你们都看不懂这些乱码，我就放心了，哈哈。
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