NET中加密和解密的实现方法

1、.NET中加密和解密的实现方法 2003-04-22· ·陶刚编译··YESKY 1 2 3 下一页.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.Securi

2、ty.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

3、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

4、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.billdaws

5、on.cryptoclass TextFileCryptpublic static void Main(string args)string file = args0;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

6、 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.Flush

7、FinalBlock();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();cs

8、tream = 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

9、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

10、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.cryptopublic class CryptoServerprivate const int RSA_KEY_SIZE_BITS = 1024;private const int RSA_KEY_SIZE_BYTES = 252;private const

11、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tryport = Int32.Parse(args0);msg = args1;catchConsole.WriteLine(USAGE);return;/建立监听trylistener = new TcpListener(port);

12、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_K

13、EY_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)C

14、onsole.WriteLine(e.Message);Console.WriteLine(e.StackTrace);finallytryclient.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 byteRSA_KEY_SIZE_BYTES;NetworkSt

15、ream 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.D

16、eserialize(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)

17、;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;Ne

18、tworkStream 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

19、(); 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.cryptopublic 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

20、_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;tryhost = args0;port = Int32.Parse(args1); catchConsole.Write

21、Line(USAGE);return;try /连接client = new TcpClient();client.Connect(host,port);catch(Exception e)Console.WriteLine(e.Message);Console.Write(e.StackTrace);return;tryConsole.WriteLine("Connected. Sending public key.");rsa = new RSACryptoServiceProvider();rsa.KeySize = RSA_KEY_SIZE_BITS;sendPub

22、licKey(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.StackT

23、race);finallytryclient.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

24、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 byte1024;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 extractSymmetricKeyInf

25、o(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 byteTDES_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 byteTDES_IV_SIZE_BYTES;msOrig.Read(buffer, 0, buffer.Length);symm.IV = rsa.Decrypt(buffer,false);private static void showSecretMe