您的位置:首页 > 其它

.NET中加密和解密的实现方法

2008-02-17 12:37 776 查看
来源: http://www.builder.com.cn/2007/1104/605875.shtml

.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,(int)fsIn.Length);


cstream.FlushFinalBlock();


cstream.Close();


fsIn.Close();


fsOut.Close();




Console.WriteLine("created encrypted file ", 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




//建立监听


try




...{


listener = new TcpListener(port);


listener.Start();


Console.WriteLine("Listening on port ...",port);




client = listener.AcceptTcpClient();


Console.WriteLine("connection....");


}


catch (Exception e)






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)




finally




catch




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)






try




...{


host = args[0];


port = Int32.Parse(args[1]);


}


catch






try //连接




...{


client = new TcpClient();


client.Connect(host,port);


}


catch(Exception e)






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)




finally






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);


}


}


}



结论

  使用对称算法加密本地数据时比较适合。在保持代码通用时我们可以选择多种算法,当数据通过特定的CryptoStream时算法使用转换对象加密该数据。需要将数据通过网络发送时,首先使用接收的公共不对称密钥加密对称密钥。

  本文只涉及到System.Security.Cryptography名字空间的一部分服务。尽管文章保证只有某个私有密钥可以解密相应公共密钥加密的信息,但是它没有保证是谁发送的公共密钥,发送者也可能是假的。需要使用处理数字证书的类来对付该风险。
内容来自用户分享和网络整理,不保证内容的准确性,如有侵权内容,可联系管理员处理 点击这里给我发消息
标签: