.NET中加密和解密的实现方法

.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
{
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);
}
}
}

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