Python 语言笔记（网络空间安全）

这是一份全面、详尽、通俗易懂的 Python 语言学习笔记，结合网络空间安全学习要求，适合初学者和进阶学习者。笔记涵盖 Python 基础语法、数据类型、控制流、函数、模块、文件操作、异常处理、面向对象编程，以及网络安全相关的高级主题。每部分配有示例代码和解释，帮助快速上手并深入理解。

1. Python 简介

Python 是一种高级、解释型、通用编程语言，由 Guido van Rossum 于 1991 年创建，因其语法简洁、功能强大而广受欢迎。它在 Web 开发、数据分析、人工智能和网络安全等领域有广泛应用。

特点：

  • 易学易用：语法接近自然语言，适合初学者。
  • 开源免费：拥有庞大社区和丰富的第三方库。
  • 跨平台：支持 Windows、macOS、Linux 等系统。
  • 多范式：支持面向过程、面向对象和函数式编程。

2. 环境搭建

学习 Python 前需安装 Python 环境，推荐使用 Python 3.x 版本。

安装 Python：

  1. 访问 Python 官网 下载安装包。
  2. 安装时勾选“Add Python to PATH”。
  3. 在命令行输入 python --version 检查安装是否成功。

推荐工具：

  • PyCharm：专业 IDE，适合开发大型项目。
  • VS Code：轻量编辑器，配合 Python 插件使用。
  • Jupyter Notebook：交互式环境，适合数据分析和安全脚本测试。

3. 基础语法

3.1 变量和数据类型

Python 变量无需声明类型，赋值时自动确定。

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x = 10          # 整数
y = 3.14        # 浮点数
name = "Alice"  # 字符串
is_ok = True    # 布尔值

基本数据类型：

  • 整数（int）：如 5, -10
  • 浮点数（float）：如 3.14, -0.5
  • 字符串（str）：如 “Hello”, ‘Python’
  • 布尔值（bool）：True 或 False

类型转换：

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age = 25
age_str = str(age)  # 转为字符串: "25"
pi = 3.14
pi_int = int(pi)    # 转为整数: 3

3.2 运算符

算术运算符：

  • +（加）、-（减）、*（乘）、/（除）、//（整除）、%（取模）、**（幂）

比较运算符：

  • ==（等于）、!=（不等于）、>、>=、<、<=

逻辑运算符：

  • and（与）、or（或）、not（非）

示例：

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a = 10
b = 3
print(a + b)    # 13
print(a / b)    # 3.333...
print(a // b)   # 3
print(a % b)    # 1
print(a ** b)   # 1000
print(a > b)    # True
print(a > 5 and b < 5)  # True

4. 控制流

4.1 条件语句

if-elif-else：

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age = 18
if age < 18:
    print("未成年")
elif age == 18:
    print("刚成年")
else:
    print("成年")

三元运算符：

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status = "成年" if age >= 18 else "未成年"

4.2 循环语句

for 循环：

  • 遍历列表、字符串等：
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fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)
  • 使用 range()：
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for i in range(5):  # 0 到 4
    print(i)

while 循环：

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count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1

循环控制：

  • break：跳出循环
  • continue：跳过本次循环
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for i in range(10):
    if i == 5:
        break
    print(i)  # 输出 0 到 4

5. 数据结构

5.1 列表（List）

特点：有序、可变、允许重复

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my_list = [1, 2, 3, "a", "b"]

常用方法：

  • append()：加到末尾
  • insert()：插入到指定位置
  • remove()：删除指定元素
  • pop()：删除并返回元素
  • sort()：排序

示例：

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my_list.append(4)    # [1, 2, 3, "a", "b", 4]
my_list.remove("a")  # [1, 2, 3, "b", 4]

5.2 元组（Tuple）

特点：有序、不可变

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my_tuple = (1, 2, 3, "a")
print(my_tuple[0])  # 1

5.3 字典（Dictionary）

特点：键值对、无序、可变

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my_dict = {"name": "Alice", "age": 25}

常用方法：

  • keys()：所有键
  • values()：所有值
  • items()：所有键值对
  • get()：获取值

示例：

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print(my_dict["name"])  # Alice
my_dict["age"] = 26     # 修改值

5.4 集合（Set）

特点：无序、不重复

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my_set = {1, 2, 3, 3}  # {1, 2, 3}

常用方法：

  • add()：添加
  • remove()：删除
  • union()：并集
  • intersection()：交集

示例：

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my_set.add(4)  # {1, 2, 3, 4}

6. 函数

定义与调用：

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def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

print(greet("Alice"))  # Hello, Alice!

参数类型：

  • 默认参数：
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def add(a, b=0):
    return a + b
print(add(5))  # 5
  • 可变参数：
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def total(*args):
    return sum(args)
print(total(1, 2, 3))  # 6

匿名函数：

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square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 25

7. 模块和包

导入模块：

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import math
print(math.pi)  # 3.14159...

自定义模块：

假设有个文件 mymodule.py：

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# mymodule.py
def say_hi():
    print("Hi!")

使用：

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from mymodule import say_hi
say_hi()  # Hi!

8. 文件操作

读写文件：

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# 写文件
with open("test.txt", "w") as file:
    file.write("Hello!")

# 读文件
with open("test.txt", "r") as file:
    print(file.read())  # Hello!

9. 异常处理

try-except：

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try:
    x = 1 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以 0")

raise 抛异常：

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if age < 18:
    raise ValueError("年龄太小")

10. 面向对象编程

类与对象：

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class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def bark(self):
        return "Woof!"

dog = Dog("Buddy")
print(dog.bark())  # Woof!

继承：

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class Puppy(Dog):
    def bark(self):
        return "Yip!"

puppy = Puppy("Max")
print(puppy.bark())  # Yip!

11. 高级主题

装饰器：

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def deco(func):
    def wrapper():
        print("开始")
        func()
        print("结束")
    return wrapper

@deco
def say():
    print("Hello")

say()
# 输出：
# 开始
# Hello
# 结束

生成器：

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def count(n):
    i = 0
    while i < n:
        yield i
        i += 1

for x in count(3):
    print(x)  # 0 1 2

12. 标准库与第三方库

标准库：

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import os
print(os.getcwd())  # 当前目录

第三方库：

安装：pip install requests

使用：

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import requests
response = requests.get("https://api.github.com")
print(response.text)

13. Python 在网络空间安全中的应用

Python 因其简洁性和丰富库在网络安全领域广受欢迎，适用于自动化任务、网络扫描、数据加密等。

13.1 网络安全中的 Python 概述

Python 在网络安全中的优势包括：

  • 易用性：语法简单，适合快速开发安全脚本。
  • 丰富库：如 Scapy、Requests、Cryptography，支持多种安全任务。
  • 跨平台：可在多种操作系统上运行。
  • 社区支持：大量开源项目和论坛提供支持。

应用领域：

  • 网络扫描：检测开放端口和网络漏洞。
  • Web 安全：测试 SQL 注入、跨站脚本攻击（XSS）等。
  • 数据加密：保护敏感信息。
  • 自动化：简化日志分析、监控等任务。

13.2 基础编程在安全中的应用

13.2.1 变量和数据类型

在安全脚本中，常用数据类型处理网络数据。

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port = 8080
ip_address = "192.168.1.1"
open_ports = [22, 80, 443]
user_data = {"username": "admin", "password": "securepass"}

13.2.2 控制结构

用于决策和迭代，如检查端口状态。

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if port in open_ports:
    print(f"端口 {port} 开放")
else:
    print(f"端口 {port} 关闭")

13.3 网络编程与安全

13.3.1 使用 Scapy 进行网络包操控

Scapy 用于创建、发送和分析网络包。

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from scapy.all import *

packet = IP(dst="8.8.8.8") / ICMP()
response = sr1(packet)

if response:
    print("响应：", response.summary())
else:
    print("无响应")

13.3.2 端口扫描

编写简单的端口扫描器。

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import socket

def scan_port(host, port):
    try:
        sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        sock.settimeout(1)
        result = sock.connect_ex((host, port))
        if result == 0:
            print(f"端口 {port} 开放")
        else:
            print(f"端口 {port} 关闭")
        sock.close()
    except Exception as e:
        print(f"错误：{e}")

scan_port("192.168.1.1", 80)

13.4 Web 安全与 Python

13.4.1 使用 Requests 进行安全 Web 请求

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import requests

url = "https://example.com"
try:
    response = requests.get(url)
    if response.status_code == 200:
        print("网站正常")
    else:
        print("网站异常")
except requests.exceptions.RequestException as e:
    print(f"请求错误：{e}")

13.4.2 检测 SQL 注入漏洞

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import requests

url = "https://example.com/login"
data = {"username": "admin' OR '1'='1", "password": ""}

response = requests.post(url, data=data)

if "Invalid username or password" not in response.text:
    print("可能存在 SQL 注入漏洞")
else:
    print("未检测到 SQL 注入")

13.5 数据加密与解密

13.5.1 对称加密

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from cryptography.fernet import Fernet

key = Fernet.generate_key()
cipher = Fernet(key)
message = b"Hello, World!"
encrypted = cipher.encrypt(message)
decrypted = cipher.decrypt(encrypted)
print(decrypted.decode())

13.5.2 哈希函数

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import hashlib

data = b"password123"
hash_object = hashlib.sha256(data)
hex_dig = hash_object.hexdigest()
print(hex_dig)

13.6 自动化安全任务

13.6.1 日志分析

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import re

log_line = "2025-04-19 11:35:00 INFO User logged in: admin"
match = re.search(r"User logged in: (\w+)", log_line)

if match:
    user = match.group(1)
    print(f"用户 {user} 登录")

13.6.2 漏洞扫描

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import requests

def check_vulnerability(url):
    response = requests.get(url)
    if "vulnerable" in response.text:
        print(f"{url} 存在漏洞")
    else:
        print(f"{url} 无漏洞")

urls = ["https://example.com", "https://test.com"]
for url in urls:
    check_vulnerability(url)

13.7 安全编码实践

13.7.1 输入验证

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def safe_input(user_input):
    safe = user_input.replace("'", "")
    return safe

user_input = input("输入用户名：")
safe_name = safe_input(user_input)
print(f"欢迎，{safe_name}")

13.7.2 使用安全协议

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import requests

response = requests.get("https://example.com")

13.7.3 异常处理

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try:
    response = requests.get("https://example.com")
    response.raise_for_status()
except requests.exceptions.RequestException as e:
    print(f"错误：{e}")

13.8 与安全工具集成

13.8.1 自动化 Nmap 扫描

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import subprocess

result = subprocess.run(["nmap", "-p", "80", "192.168.1.1"], capture_output=True, text=True)
print(result.stdout)

14. 学习建议

  • 多实践：编写代码，调试错误。
  • 做项目：如端口扫描器、日志分析工具。
  • 阅读文档：参考 Python 官方文档 和安全相关资源。
  • 参与社区：加入 Stack Overflow、Reddit（r/learnpython、r/cybersecurity）等。