C#实现常见加密算法的示例代码

第C#实现常见加密算法的示例代码目录前言1.Base64编码1.1原理介绍1.2C#代码2.凯撒密码2.1原理介绍2.2C#代码3.Vigenere密码3.1原理介绍3.2C#代码4.DES4.1原理介绍4.2C#代码5.AES5.1原理简述5.2C#代码

前言

最近项目中需要用到字符串加解密，遂研究了一波，发现密码学真的是博大精深，好多算法的设计都相当巧妙，学到了不少东西，在这里做个小小的总结，方便后续查阅。

文中关键词：

明文（P，Plaintext）密文（C，Ciphertext）密钥（K，Key）加密算法（E，EncyptedAlgorithm）解密算法（D，DecryptedAlgorithm）公钥（PublicKey）私钥（PrivateKey）

常见加密算法如下，本文主要介绍红框里边的5种算法以及C#代码实现

1.Base64编码

1.1原理介绍

（1）Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。其索引表如下：

共包含64个可打印字符为：A-Z、a-z、0-9、+、/，另外还会有=或者==作为填充字符出现在编码中。

（2）编码规则

将待编码字符串每三个字节分为一组，每组24bit将上边的24bit分为4组，每组6bit在每组前添加两个0，每组由6bit变为8bit，总共32bit，即4byte根据Base64编码对照表获取对应的编码值

上述图例中：Man经过Base64编码之后变为TWFu。

（3）字节数不足3个时

两个字节：2byte共16bit，按照编码规则，每6bit分为一组，则第三组缺少2bit，用0补齐，得到3个Based64编码，第四组完全没有数据则用=补上。因此上图BC经过Base64编码之后变为QkM=；

一个字节：1byte共8bit，按照编码规则，每6bit分为一组，则第二组缺少4bit，用0补齐，得到2个Based64编码，后两组完全没有数据都用=补上。因此上图A经过Base64编码之后变为QQ==。

1.2C#代码

//Base64编码

publicsealedclassBase64

//Base64加密

publicstaticstringBase64Encrypt(stringplaintext)

stringciphertext="";

byte[]buffer=Encoding.ASCII.GetBytes(plaintext);

ciphertext=Convert.ToBase64String(buffer);

returnciphertext;

//Base64解密

publicstaticstringBase64Decrypt(stringciphertext)

stringplaintext="";

byte[]buffer=Convert.FromBase64String(ciphertext);

plaintext=Encoding.ASCII.GetString(buffer);

returnplaintext;

2.凯撒密码

2.1原理介绍

凯撒密码是一种很古老的加密体制，主要是通过代换来达到加密的目的。其基本思想是：通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。移动位数就是加密和解密的密钥。

举例说明，假设明文为ABCD，密钥设置为7，那么对应的密文就是HIJK。具体流程如下表所示：

2.2C#代码

//CaesarCipher（凯撒密码）

publicsealedclassCaesar

//加密

publicstaticstringCaesarEncrypt(stringplaintext,intkey)

//字符串转换为字节数组

byte[]origin=Encoding.ASCII.GetBytes(plaintext);

stringrst=null;

for(inti=0;iorigin.Length;i++)

//获取字符ASCII码

intasciiCode=(int)origin[i];

//偏移

asciiCode+=key;

byte[]byteArray=newbyte[]{(byte)asciiCode};

//将偏移后的数据转为字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

//拼接数据

rst+=strCharacter;

returnrst;

//解密

publicstaticstringCaesarDecrypt(stringciphertext,intkey)

//字符串转换为字节数组

byte[]origin=Encoding.ASCII.GetBytes(ciphertext);

stringrst=null;

for(inti=0;iorigin.Length;i++)

//获取字符ASCII码

intasciiCode=(int)origin[i];

//偏移

asciiCode-=key;

byte[]byteArray=newbyte[]{(byte)asciiCode};

//将偏移后的数据转为字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

//拼接数据

rst+=strCharacter;

returnrst;

3.Vigenere密码

3.1原理介绍

在凯撒密码中，每一个字母通过一定的偏移量（即密钥K）变成另外一个字母，而维吉尼亚密码就是由多个偏移量不同的凯撒密码组成，属于多表密码的一种。在一段时间里它曾被称为不可破译的密码。

维吉尼亚密码在加密和解密时，需要一个表格进行对照。表格一般为26*26的矩阵，行和列都是由26个英文字母组成。加密时，明文字母作为列，密钥字母作为行，所对应坐标上的字母即为对应的密文字母。

可以用上述表格直接查找对应的密文，也可通过取模计算的方式。用0-25代替字母A-Z，C表示密文，P表示明文，K表示密钥，维吉尼亚加密算法可表示为：

密文可表示为：

举例说明，假设明文为IAMACHINESE，密钥为CHINA，那么密文就是LHUNCJPVRSG。具体过程如下表：

3.2C#代码

//VigenereCipher（维吉尼亚密码）

publicsealedclassVigenere

//加密

publicstaticstringVigenereEncrypt(stringplaintext,stringkey)

stringciphertext="";

byte[]origin=Encoding.ASCII.GetBytes(plaintext.ToUpper());

byte[]keys=Encoding.ASCII.GetBytes(key.ToUpper());

intlength=origin.Length;

intd=keys.Length;

for(inti=0;ilength;i++)

intasciiCode=(int)origin[i];

//加密（移位）

asciiCode=asciiCode+(int)keys[i%d]-(int)'A';

if(asciiCode(int)'Z')

asciiCode-=26;

byte[]byteArray=newbyte[]{(byte)asciiCode};

//将偏移后的数据转为字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

ciphertext+=strCharacter;

returnciphertext;

//解密

publicstaticstringVigenereDecrypt(stringciphertext,stringkey)

stringplaintext="";

byte[]origin=Encoding.ASCII.GetBytes(ciphertext.ToUpper());

byte[]keys=Encoding.ASCII.GetBytes(key.ToUpper());

intlength=origin.Length;

intd=keys.Length;

for(inti=0;ilength;i++)

intasciiCode=(int)origin[i];

//解密（移位）

asciiCode=asciiCode-(int)keys[i%d]+(int)'A';

if(asciiCode(int)'A')

asciiCode+=26;

byte[]byteArray=newbyte[]{(byte)asciiCode};

//将偏移后的数据转为字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

plaintext+=strCharacter;

returnplaintext;

4.DES

4.1原理介绍

DES（数据加密标准，DataEncryptionStandard），出自IBM的研究，后被美国政府正式采用，密钥长度56位，以现代的计算能力可在24h以内被暴力破解。算法设计原理参考这篇博客。

顺便说一下3DES（TripleDES），它是DES向AES过渡的加密算法，使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。比起最初的DES，3DES更为安全。

4.2C#代码

C#中提供封装好的DES加解密方法，直接调用即可。

//DES（数据加密标准，DataEncryptionStandard）

publicsealedclassDES

/*DES相关

ecb、ctr模式不需要初始化向量

cbc、ofc、cfb需要初始化向量

初始化向量的长度：DES/3DES为8byte；AES为16byte。加解密使用的IV相同。

///summary

///DES加密

////summary

///paramname="plaintext"明文/param

///paramname="key"密钥，长度8byte/param

///paramname="iv"初始化向量，长度8byte/param

///returns返回密文/returns

publicstaticstringDESEncrypt(stringplaintext,stringkey,stringiv)

byte[]btKey=Encoding.UTF8.GetBytes(key);

byte[]btIV=Encoding.UTF8.GetBytes(iv);

DESCryptoServiceProviderdes=newDESCryptoServiceProvider();

using(MemoryStreamms=newMemoryStream())

byte[]inData=Encoding.UTF8.GetBytes(plaintext);

using(CryptoStreamcs=newCryptoStream(ms,des.CreateEncryptor(btKey,btIV),CryptoStreamMode.Write))

cs.Write(inData,0,inData.Length);

cs.FlushFinalBlock();

returnConvert.ToBase64String(ms.ToArray());

catch

returnplaintext;

catch{}

return"DES加密出错";

///summary

///DES解密

////summary

///paramname="ciphertext"密文/param

///paramname="key"密钥，长度8byte/param

///paramname="iv"初始化向量，长度8byte/param

///returns返回明文/returns

publicstaticstringDESDecrypt(stringciphertext,stringkey,stringiv)

if(ciphertext=="")return"";

byte[]btKey=Encoding.UTF8.GetBytes(key);

byte[]btIV=Encoding.UTF8.GetBytes(iv);

DESCryptoServiceProviderdes=newDESCryptoServiceProvider();

using(MemoryStreamms=newMemoryStream())

byte[]inData=Convert.FromBase64String(ciphertext);

using(CryptoStreamcs=newCryptoStream(ms,des.CreateDecryptor(btKey,btIV),CryptoStreamMode.Write))

cs.Write(inData,0,inData.Length);

cs.FlushFinalBlock();

returnEncoding.UTF8.GetString(ms.ToArray());

catch

returnciphertext;

catch{}

return"DES解密出错";

5.AES

5.1原理简述

AES（高级加密算法，AdvancedEncryptionStandard），美国政府提出，该加密算法采用对称分组密码体制，提供128位、192位和256位三种密钥长度，算法应易于各种硬件和软件实现。这种加密算法是美国联邦政府采用的区块加密标准。AES本身就是为了取代DES的，AES具有更好的安全性、效率和灵活性。

5.2C#代码

//AES（高级加密算法，AdvancedEncryptionStandard），美政府提出

publicsealedclassAES

///summary

///AES加密

////summary

///paramname="plaintext"明文/param

///paramname="key"密钥，长度16byte/param

///paramname="IV"初始化向量，长度16byte/param

///returns返回密文/returns

publicstaticstringAESEncrypt(stringplaintext,stringkey,stringiv)

if(plaintext=="")return"";

byte[]btKey=Encoding.UTF8.GetBytes(key);

byte[]btIV=Encoding.UTF8.GetBytes(iv);

byte[]inputByteArray=Encoding.UTF8.GetBytes(plaintext);

using(AesCryptoServiceProviderprovider=newAesCryptoServiceProvider())

using(MemoryStreammStream=newMemoryStream())

CryptoStreamcStream=newCryptoStream(mStream,provider.CreateEncryptor(btKey,btIV),CryptoStreamMode.Write);

cStream.Write(inputByteArray,0,inputByteArray.Length);

cStream.FlushFinalBlock();

cStream.Close();

returnConvert.ToBase64String(mStream.ToArray());

catch{}

return"AES加密出错";

///summary

///AES解密

///