重新想象 Windows 8 Store Apps (31) - 加密解密: 哈希算法, 对称算法

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作者：webabcd

介绍
重新想象 Windows 8 Store Apps 之 加密解密

hash 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）

hmac 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）

本地数据的加密解密

对称算法（AES, DES, 3DES, RC2, RC4）

示例
1、演示如何使用 hash 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）
Crypto/Hash.xaml.cs

/*
* 演示如何使用 hash 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）
*/

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.Core;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
public sealed partial class Hash : Page
{
public Hash()
{
this.InitializeComponent();
}

private void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
string plainText = "i am webabcd";

lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

string[] algorithmNames = { "MD5", "SHA1", "SHA256", "SHA384", "SHA512" };

foreach (var algorithmName in algorithmNames)
{
// 根据算法名称实例化一个哈希算法提供程序
HashAlgorithmProvider hashAlgorithm = HashAlgorithmProvider.OpenAlgorithm(algorithmName);
// hashAlgorithm.HashLength - 哈希后的值的长度，单位：字节

// 原文的二进制数据
IBuffer vector = CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8);

// 哈希二进制数据
IBuffer digest = hashAlgorithm.HashData(vector);

lblMsg.Text += algorithmName + ": " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(digest);
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

// 创建一个可重用的 CryptographicHash 对象
CryptographicHash reusableHash = hashAlgorithm.CreateHash();
reusableHash.Append(CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary("i ", BinaryStringEncoding.Utf8)); // 向 CryptographicHash 中追加需要哈希的二进制数据
reusableHash.Append(CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary("am ", BinaryStringEncoding.Utf8)); // 向 CryptographicHash 中追加需要哈希的二进制数据
reusableHash.Append(CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary("webabcd", BinaryStringEncoding.Utf8)); // 向 CryptographicHash 中追加需要哈希的二进制数据

// 获取哈希后的数据，然后清空 CryptographicHash 中的数据
digest = reusableHash.GetValueAndReset();

lblMsg.Text += algorithmName + ": " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(digest);
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
}
}
}
}

2、演示如何使用 hmac 算法（HMAC_MD5, HMAC_SHA1, HMAC_SHA256, HMAC_SHA384, HMAC_SHA512）
Crypto/Hmac.xaml.cs

/*
* 演示如何使用 hmac 算法（HMAC_MD5, HMAC_SHA1, HMAC_SHA256, HMAC_SHA384, HMAC_SHA512）
*
* 注：hmac 相当于带密钥的 hash，可以理解为将信息用密钥加密后再哈希
*/

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.Core;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
public sealed partial class Hmac : Page
{
public Hmac()
{
this.InitializeComponent();
}

private void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
string plainText = "i am webabcd";

lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

string[] algorithmNames = { "HMAC_MD5", "HMAC_SHA1", "HMAC_SHA256", "HMAC_SHA384", "HMAC_SHA512" };

foreach (var algorithmName in algorithmNames)
{
// 根据算法名称实例化一个 hmac 算法提供程序
MacAlgorithmProvider hmacAlgorithm = MacAlgorithmProvider.OpenAlgorithm(algorithmName);
// hmacAlgorithm.MacLength - hmac 后的值的长度，单位：字节

// 创建一个用于 hmac 算法的随机的 key
IBuffer key = CryptographicBuffer.GenerateRandom(hmacAlgorithm.MacLength);

// 根据 key 生成 CryptographicKey 对象
CryptographicKey hmacKey = hmacAlgorithm.CreateKey(key);

// 根据 hmacKey 签名指定的内容
IBuffer signature = CryptographicEngine.Sign(
hmacKey, // 签名时所用的 key
CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8) // 需要签名的内容
);

lblMsg.Text += algorithmName + ": " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(signature) + " (key: " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(key) + ")";
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

// 验证签名
bool isAuthenticated = CryptographicEngine.VerifySignature(
hmacKey, // 签名时所用的 key
CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8), // 需要签名的内容
signature // 签名后的值
);

lblMsg.Text += "isAuthenticated: " + isAuthenticated;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
}
}
}
}

3、演示如何对本地数据进行加密和解密
Crypto/LocalCrypto.xaml.cs

/*
* 演示如何对本地数据进行加密和解密
*/

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.DataProtection;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
public sealed partial class LocalCryptoString : Page
{
public LocalCryptoString()
{
this.InitializeComponent();
}

private async void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
string plainText = "i am webabcd";

lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

// 实例化用于加密的 DataProtectionProvider - Local=user 用户级别的本地加解密；LOCAL=machine - 机器级别的本地加解密
DataProtectionProvider provider = new DataProtectionProvider("Local=user"); // "LOCAL=machine"

// 原文的二进制数据
IBuffer buffer = CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8);

// 加密数据
IBuffer encrypted = await provider.ProtectAsync(buffer);
// provider.ProtectStreamAsync(); 加密 stream 类型的数据

// 加密后的结果
lblMsg.Text += "encrypted: " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(encrypted);
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

// 实例化用于解密的 DataProtectionProvider
DataProtectionProvider provider2 = new DataProtectionProvider();

// 解密数据
IBuffer decrypted = await provider2.UnprotectAsync(encrypted);
// provider2.UnprotectStreamAsync(); // 解密 stream 类型的数据

// 解密后的结果
lblMsg.Text += "decrypted: " + CryptographicBuffer.ConvertBinaryToString(BinaryStringEncoding.Utf8, decrypted);
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
}

}
}

4、演示如何使用对称算法（AES, DES, 3DES, RC2, RC4）
Crypto/Symmetric.xaml.cs

/*
* 演示如何使用对称算法（AES, DES, 3DES, RC2, RC4）
*/

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.Core;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
public sealed partial class Symmetric : Page
{
public Symmetric()
{
this.InitializeComponent();
}

private void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
// 本示例的原文为 16 个字节，是为了正常演示无填充时的加密
// 什么是填充：比如 aes 要求数据长度必须是 16 的倍数，如果不是则需要通过指定的填充模式来补全数据
string plainText = "1234567812345678";

lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

string[] algorithmNames = { "AES_CBC", "AES_ECB", "AES_CBC_PKCS7", "AES_ECB_PKCS7", "DES_CBC", "DES_ECB", "3DES_CBC", "3DES_ECB", "3DES_CBC_PKCS7", "3DES_ECB_PKCS7", "RC2_CBC", "RC2_ECB", "RC4" };

foreach (var algorithmName in algorithmNames)
{
uint keySize = 128;
if (algorithmName.StartsWith("AES")) // AES 算法密钥长度 128 位
keySize = 128;
else if (algorithmName.StartsWith("DES")) // DES 算法密钥长度 64 位（56 位的密钥加上 8 位奇偶校验位）
keySize = 64;
else if (algorithmName.StartsWith("3DES")) // 3DES 算法密钥长度 192 位（3 重 DES）
keySize = 192;
else if (algorithmName.StartsWith("RC2")) // RC2 算法密钥长度可变
keySize = 128;
else if (algorithmName.StartsWith("RC4")) // RC4 算法密钥长度可变
keySize = 128;

IBuffer buffer; // 原文
IBuffer encrypted; // 加密后
IBuffer decrypted; // 解密后
IBuffer iv = null; // 向量（CBC 模式）

// 根据算法名称实例化一个对称算法提供程序
SymmetricKeyAlgorithmProvider symmetricAlgorithm = SymmetricKeyAlgorithmProvider.OpenAlgorithm(algorithmName);

// 创建一个随机密钥 key
IBuffer key = CryptographicBuffer.GenerateRandom(keySize / 8);

// 根据 key 生成 CryptographicKey 对象
CryptographicKey cryptoKey = symmetricAlgorithm.CreateSymmetricKey(key);

// 如果是 CBC 模式则随机生成一个向量
if (algorithmName.Contains("CBC"))
iv = CryptographicBuffer.GenerateRandom(symmetricAlgorithm.BlockLength);

// 将需要加密的数据转换为 IBuffer 类型
buffer = CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8);

try
{
// 加密数据
encrypted = CryptographicEngine.Encrypt(cryptoKey, buffer, iv);
}
catch (Exception ex)
{
lblMsg.Text += ex.ToString();
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
return;
}

// 加密后的结果
lblMsg.Text += algorithmName + " encrypted: " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(encrypted);
lblMsg.Text += Environment.NewLine;

CryptographicKey cryptoKey2 = symmetricAlgorithm.CreateSymmetricKey(key);
try
{
// 解密数据
decrypted = Windows.Security.Cryptography.Core.CryptographicEngine.Decrypt(cryptoKey2, encrypted, iv);
}
catch (Exception ex)
{
lblMsg.Text += ex.ToString();
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
return;
}

// 解密后的结果
lblMsg.Text += algorithmName + " decrypted: " + CryptographicBuffer.ConvertBinaryToString(BinaryStringEncoding.Utf8, decrypted);
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
lblMsg.Text += Environment.NewLine;
}
}
}
}

OK
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