.net中加密和解密的实现方法

.net中加密和解密的实现方法
2010年11月01日
　　来自csdn redbb，转载请标明原作者！！
　　.NET将原来独立的API和SDK合并到一个框架中，这对于程序开发人员非常有利。它将CryptoAPI改编进.NET的System.Security.Cryptography名字空间，使密码服务摆脱了SDK平台的神秘性，变成了简单的.NET名字空间的使用。由于随着整个框架组件一起共享，密码服务更容易实现了，现在仅仅需要学习System.Security.Cryptography名字空间的功能和用于解决特定方案的类。 
　　加密和解密的算法
　　System.Security.Cryptography名字空间包含了实现安全方案的类，例如加密和解密数据、管理密钥、验证数据的完整性并确保数据没有被篡改等等。本文重点讨论加密和解密。
　　加密和解密的算法分为对称（symmetric）算法和不对称（asymmetric）算法。对称算法在加密和解密数据时使用相同的密钥和初始化矢量，典型的有DES、 TripleDES和Rijndael算法，它适用于不需要传递密钥的情况，主要用于本地文档或数据的加密。不对称算法有两个不同的密钥，分别是公共密钥和私有密钥，公共密钥在网络中传递，用于加密数据，而私有密钥用于解密数据。不对称算法主要有RSA、DSA等，主要用于网络数据的加密。
　　加密和解密本地文档
　　下面的例子是加密和解密本地文本，使用的是Rijndael对称算法。
　　对称算法在数据流通过时对它进行加密。因此首先需要建立一个正常的流（例如I/O流）。文章使用FileStream类将文本文件读入字节数组，也使用该类作为输出机制。
　　接下来定义相应的对象变量。在定义SymmetricAlgorithm抽象类的对象变量时我们可以指定任何一种对称加密算法提供程序。代码使用的是Rijndael算法，但是很容易改为DES或者TripleDES算法。.NET使用强大的随机密钥设置了提供程序的实例，选择自己的密钥是比较危险的，接受计算机产生的密钥是一个更好的选择，文中的代码使用的是计算机产生的密钥。
　　下一步，算法实例提供了一个对象来执行实际数据传输。每种算法都有CreateEncryptor和CreateDecryptor两个方法，它们返回实现ICryptoTransform接口的对象。
　　最后，现在使用BinaryReader的ReadBytes方法读取源文件，它会返回一个字节数组。BinaryReader读取源文件的输入流，在作为CryptoStream.Write方法的参数时调用ReadBytes方法。指定的CryptoStream实例被告知它应该操作的下层流，该对象将执行数据传递，无论流的目的是读或者写。
　　下面是加密和解密一个文本文件的源程序片断：
　　namespace com.billdawson.crypto { class TextFileCrypt { public static void Main(string[] args) { string file = args[0]; string tempfile = Path.GetTempFileName(); //打开指定的文件 FileStream fsIn = File.Open(file,FileMode.Open, FileAccess.Read); FileStream fsOut = File.Open(tempfile, FileMode.Open, FileAccess.Write); //定义对称算法对象实例和接口 SymmetricAlgorithm symm = new RijndaelManaged(); ICryptoTransform transform = symm.CreateEncryptor(); CryptoStream cstream = new CryptoStream(fsOut,transform, ryptoStreamMode.Write); BinaryReader br = new BinaryReader(fsIn); // 读取源文件到cryptostream cstream.Write(br.ReadBytes((int)fsIn.Length),0,(in t)fsIn.Length); cstream.FlushFinalBlock(); cstream.Close(); fsIn.Close(); fsOut.Close(); Console.WriteLine("created encrypted file {0}", tempfile); Console.WriteLine("will now decrypt and show contents"); // 反向操作--解密刚才加密的临时文件 fsIn = File.Open(tempfile,FileMode.Open,FileAccess.Read); transform = symm.CreateDecryptor(); cstream = new CryptoStream(fsIn,transform, CryptoStreamMode.Read); StreamReader sr = new StreamReader(cstream); Console.WriteLine("decrypted file text: " + sr.ReadToEnd()); fsIn.Close(); } } } 
　　加密网络数据
　　如果我有一个只想自己看到的文档，我不会简单的通过e-mail发送给你。我将使用对称算法加密它；如果有人截取了它，他们也不能阅读该文档，因为他们没有用于加密的唯一密钥。但是你也没有密钥。我需要使用某种方式将密钥给你，这样你才能解密文档，但是不能冒密钥和文档被截取的风险。
　　非对称算法就是一种解决方案。这类算法使用的两个密钥有如下关系：使用公共密钥加密的信息只能被相应的私有密钥解密。因此，我首要求你给我发送你的公共密钥。在发送给我的途中可能有人会截取它，但是没有关系，因为他们只能使用该密钥给你的信息加密。我使用你的公共密钥加密文档并发送给你。你使用私有密钥解密该文档，这是唯一可以解密的密钥，并且没有通过网络传递。
　　不对称算法比对称算法计算的花费多、速度慢。因此我们不希望在线对话中使用不对称算法加密所有信息。相反，我们使用对称算法。下面的例子中我们使用不对称加密来加密对称密钥。接着就使用对称算法加密了。实际上安全接口层（SSL）建立服务器和浏览器之间的安全对话使用的就是这种工作方式。
　　示例是一个TCP程序，分为服务器端和客户端。服务器端的工作流程是：
　　从客户端接收公共密钥。
　　使用公共密钥加密未来使用的对称密钥。
　　将加密了的对称密钥发送给客户端。
　　给客户端发送使用该对称密钥加密的信息。
　　代码如下： namespace com.billdawson.crypto { public class CryptoServer { private const int RSA_KEY_SIZE_BITS = 1024; private const int RSA_KEY_SIZE_BYTES = 252; private const int TDES_KEY_SIZE_BITS = 192; public static void Main(string[] args) { int port; string msg; TcpListener listener; TcpClient client; SymmetricAlgorithm symm; RSACryptoServiceProvider rsa; //获取端口 try { port = Int32.Parse(args[0]); msg = args[1]; } catch { Console.WriteLine(USAGE); return; } //建立监听 try { listener = new TcpListener(port); listener.Start(); Console.WriteLine("Listening on port {0}...",port); client = listener.AcceptTcpClient(); Console.WriteLine("connection...."); } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); Console.WriteLine(e.StackTrace); return; } try { rsa = new RSACryptoServiceProvider(); rsa.KeySize = RSA_KEY_SIZE_BITS; // 获取客户端公共密钥 rsa.ImportParameters(getClientPublicKey(client)); symm = new TripleDESCryptoServiceProvider(); symm.KeySize = TDES_KEY_SIZE_BITS; //使用客户端的公共密钥加密对称密钥并发送给客。 encryptAndSendSymmetricKey(client, rsa, symm); //使用对称密钥加密信息并发送 encryptAndSendSecretMessage(client, symm, msg); } catch (Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); Console.WriteLine(e.StackTrace); } finally { try { client.Close(); listener.Stop(); } catch { //错误 } Console.WriteLine("Server exiting..."); } } private static RSAParameters getClientPublicKey(TcpClient client) { // 从字节流获取串行化的公共密钥，通过串并转换写入类的实例 byte[] buffer = new byte[RSA_KEY_SIZE_BYTES]; NetworkStream ns = client.GetStream(); MemoryStream ms = new MemoryStream(); BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter(); RSAParameters result; int len = 0; int totalLen = 0; while(totalLen (len = ns.Read(buffer,0,buffer.Length))>0) { totalLen+=len; ms.Write(buffer, 0, len); } ms.Position=0; result = (RSAParameters)bf.Deserialize(ms); ms.Close(); return result; } private static void encryptAndSendSymmetricKey( TcpClient client, RSACryptoServiceProvider rsa, SymmetricAlgorithm symm) { // 使用客户端的公共密钥加密对称密钥 byte[] symKeyEncrypted; byte[] symIVEncrypted; NetworkStream ns = client.GetStream(); symKeyEncrypted = rsa.Encrypt(symm.Key, false); symIVEncrypted = rsa.Encrypt(symm.IV, false); ns.Write(symKeyEncrypted, 0, symKeyEncrypted.Length); ns.Write(symIVEncrypted, 0, symIVEncrypted.Length); } private static void encryptAndSendSecretMessage(TcpClient client, SymmetricAlgorithm symm, string secretMsg) { // 使用对称密钥和初始化矢量加密信息并发送给客户端 byte[] msgAsBytes; NetworkStream ns = client.GetStream(); ICryptoTransform transform = symm.CreateEncryptor(symm.Key,symm.IV); CryptoStream cstream = new CryptoStream(ns, transform, CryptoStreamMode.Write); msgAsBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(secretMsg); cstream.Write(msgAsBytes, 0, msgAsBytes.Length); cstream.FlushFinalBlock(); } } 
　　客户端的工作流程是：
　　建立和发送公共密钥给服务器。
　　从服务器接收被加密的对称密钥。
　　解密该对称密钥并将它作为私有的不对称密钥。
　　接收并使用不对称密钥解密信息。
　　代码如下：
　　namespace com.billdawson.crypto { public class CryptoClient { private const int RSA_KEY_SIZE_BITS = 1024; private const int RSA_KEY_SIZE_BYTES = 252; private const int TDES_KEY_SIZE_BITS = 192; private const int TDES_KEY_SIZE_BYTES = 128; private const int TDES_IV_SIZE_BYTES = 128; public static void Main(string[] args) { int port; string host; TcpClient client; SymmetricAlgorithm symm; RSACryptoServiceProvider rsa; if (args.Length!=2) { Console.WriteLine(USAGE); return; } try { host = args[0]; port = Int32.Parse(args[1]); } catch { Console.WriteLine(USAGE); return; } try //连接 { client = new TcpClient(); client.Connect(host,port); } catch(Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); Console.Write(e.StackTrace); return; } try { Console.WriteLine("Connected. Sending public key."); rsa = new RSACryptoServiceProvider(); rsa.KeySize = RSA_KEY_SIZE_BITS; sendPublicKey(rsa.ExportParameters(false),client); symm = new TripleDESCryptoServiceProvider(); symm.KeySize = TDES_KEY_SIZE_BITS; MemoryStream ms = getRestOfMessage(client); extractSymmetricKeyInfo(rsa, symm, ms); showSecretMessage(symm, ms); } catch(Exception e) { Console.WriteLine(e.Message); Console.Write(e.StackTrace); } finally { try { client.Close(); } catch { //错误 } } } private static void sendPublicKey( RSAParameters key, TcpClient client) { NetworkStream ns = client.GetStream(); BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter(); bf.Serialize(ns,key); } private static MemoryStream getRestOfMessage(TcpClient client) { //获取加密的对称密钥、初始化矢量、秘密信息。对称密钥用公共RSA密钥 //加密，秘密信息用对称密钥加密 MemoryStream ms = new MemoryStream(); NetworkStream ns = client.GetStream(); byte[] buffer = new byte[1024]; int len=0; // 将NetStream 的数据写入内存流 while((len = ns.Read(buffer, 0, buffer.Length))>0) { ms.Write(buffer, 0, len); } ms.Position = 0; return ms; } private static void extractSymmetricKeyInfo( RSACryptoServiceProvider rsa, SymmetricAlgorithm symm, MemoryStream msOrig) { MemoryStream ms = new MemoryStream(); // 获取TDES密钥--它被公共RSA密钥加密，使用私有密钥解密 byte[] buffer = new byte[TDES_KEY_SIZE_BYTES]; msOrig.Read(buffer,0,buffer.Length); symm.Key = rsa.Decrypt(buffer,false); // 获取TDES初始化矢量 buffer = new byte[TDES_IV_SIZE_BYTES]; msOrig.Read(buffer, 0, buffer.Length); symm.IV = rsa.Decrypt(buffer,false); } private static void showSecretMessage( SymmetricAlgorithm symm, MemoryStream msOrig) { //内存流中的所有数据都被加密了 byte[] buffer = new byte[1024]; int len = msOrig.Read(buffer,0,buffer.Length); MemoryStream ms = new MemoryStream(); ICryptoTransform transform = symm.CreateDecryptor(symm.Key,symm.IV); CryptoStream cstream =new CryptoStream(ms, transform, CryptoStreamMode.Write); cstream.Write(buffer, 0, len); cstream.FlushFinalBlock(); // 内存流现在是解密信息，是字节的形式，将它转换为字符串 ms.Position = 0; len = ms.Read(buffer,0,(int) ms.Length); ms.Close(); string msg = Encoding.ASCII.GetString(buffer,0,len); Console.WriteLine("The host sent me this secret message:"); Console.WriteLine(msg); } } }