.NET中加密和解密---加密网络数据
2008-04-23 17:16
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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。
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。
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