.Net中的加密与解密

浏览数：25 / 时间：2015年06月09日

加密与解密概述

加密与解密属于数据安全的范畴。在消息传输时，通过对消息进行特殊编码（加密），建立一种安全的交流方式，使得只有发送者所期望的接收者能够理解（解密）。这里我们定义一个场景：发送方，接收方，第三方，发送方要将信息发送给接收方，二第三方想要截取并篡改消息，然后在转发给接收方。要称得上是安全的交流方式，需要满足下面的3个条件：

完整性，消息的接收方可以确定消息在传输过程中没有被篡改过，即消息是完好无损。
保密性，第三方无法解密发送的消息（第三方可以获取传输的消息）。
可认证性，即接收方可以知道消息是由谁发送的。

下面将列出几种常用的技术，看看是否符合上面的3个条件。

散列运算

散列（英语：Hashing）是电脑科学中一种对资料的处理方法，通过某种特定的函数/算法（称为散列函数/算法）将要检索的项与用来检索的索引（称为散列，或者散列值）关联起来，生成一种便于搜索的数据结构（称为散列表）。也译为散列。旧译哈希（误以为是人名而采用了音译）。它也常用作一种资讯安全的实作方法，由一串资料中经过散列算法（Hashing algorithms）计算出来的资料指纹（data fingerprint），经常用来识别档案与资料是否有被窜改，以保证档案与资料确实是由原创者所提供。
如今，散列算法也被用来加密存在数据库中的密码（password）字串，由于散列算法所计算出来的散列值（Hash Value）具有不可逆（无法逆向演算回原本的数值）的性质，因此可有效的保护密码，我公司内的Web管理系统存储的密码字符串就是散列运算的摘要，确实很实用。

散列运算具有以下3个特点：

散列运算是不可逆的（加密是单向的）。
任何两个不相同文件的摘要是不同的。
不论原始消息大小如何，同一种散列算法得到的摘要的长度是固定的。

常见的散列运算如下图所示：

由此可见散列算法只能满足完整性的条件。

对称加密

对称密钥加密（英语：Symmetric-key algorithm）又称为对称加密、私钥加密、共享密钥加密，是密码学中的一类加密算法。这类算法在加密和解密时使用相同的密钥，或是使用两个可以简单地相互推算的密钥。实务上，这组密钥成为在两个或多个成员间的共同秘密，以便维持专属的通讯联系。与公开密钥加密相比，要求双方取得相同的密钥是对称密钥加密的主要缺点之一。

常见的对称加密算法有DES、3DES、AES、Blowfish、IDEA、RC5、RC6。

对称加密流程如下：

发送方和接收方吃有相同的密钥并严格保密。
发送方使用密钥对消息进行加密，然后发送消息。
接收方接收到消息使用同样能够的密钥进行解密。
在这一过程中第三方截取到消息，但得到的只是一堆乱码。

由此可见，对称加密可以解决保密的问题，但是要确保第三方没有非法获取到密钥。

非对称加密

非对称加密（asymmetric cryptography）,又称为公开密钥加密（英语：public-key cryptography），在这种密码学方法中，需要一对密钥，一是个私人密钥，另一个则是公开密钥。这两个密钥是数学相关，用某用户密钥加密后所得的信息，只能用该用户的解密密钥才能解密。如果知道了其中一个，并不能计算出另外一个。因此如果公开了一对密钥中的一个，并不会危害到另外一个的秘密性质。称公开的密钥为公钥；不公开的密钥为私钥。
如果加密密钥是公开的，这用于客户给私钥所有者上传加密的数据，这被称作为公开密钥加密(狭义)。例如，网络银行的客户发给银行网站的账户操作的加密数据。

如果解密密钥是公开的，用私钥加密的信息，可以用公钥对其解密，用于客户验证持有私钥一方发布的数据或文件是完整准确的，接收者由此可知这条信息确实来自于拥有私钥的某人，这被称作数字签名，公钥的形式就是数字证书。例如，从网上下载的安装程序，一般都带有程序制作者的数字签名，可以证明该程序的确是该作者（公司）发布的而不是第三方伪造的且未被篡改过（身份认证/验证）。

常见的公钥加密算法有: RSA、ElGamal、背包算法、Rabin（RSA的特例）、迪菲－赫尔曼密钥交换协议中的公钥加密算法、椭圆曲线加密算法（英语：Elliptic Curve Cryptography, ECC）。使用最广泛的是RSA算法（由发明者Rivest、Shmir和Adleman姓氏首字母缩写而来）是著名的公开金钥加密算法，ElGamal是另一种常用的非对称加密算法。

现在假设这种加密方式只使用一组密钥对，根据使用发送方还是接收方的密钥对又可分为加密模式和认证模式。

加密模式下，由消息的接收方发布公钥，持有私钥。基本步骤如下所示：

接收方公布自己的公钥，任何人都可以获得。
发送方使用上述公钥对消息进行加密，然后发送。
接收方使用自己的私钥对消息进行解密。

可以看出非对称加密的加密模式可以解决保密性问题。

认证模式下，由消息的发送方发布公钥，持有私钥。基本步骤如下所示：

发送方公布自己的公钥，任何人都可以获得。
发送方使用自己的私钥对消息进行加密，然后发送。
接收方使用发送方的私钥对消息进行解密。

可以看出非对称加密的加密模式可以解决认证性问题。

得出结论

上面的技术单一使用无法全部满足完整、保密和认证的3个条件，但是通过组合使用的方式就可以达到目的了。比如说数字签名就是在上面的认证模式加上了散列运算。

加密解密类（苏飞论坛所有）

/// <summary>
/// 类说明：Assistant
/// 编 码 人：苏飞
/// 联系方式：361983679  
/// 更新网站：http://www.sufeinet.com/thread-655-1-1.html
/// </summary>
using System;
using System.Text;
using System.Security.Cryptography;
using System.IO;
using System.Text.RegularExpressions;
using System.Collections;

namespace DotNet.Utilities
{
    /// <summary>
    /// MySecurity(安全类) 的摘要说明。
    /// </summary>
    public class MySecurity
    {
        /// <summary>
        /// 初始化安全类
        /// </summary>
        public MySecurity()
        {
            ///默认密码
            key = "0123456789";
        }
        private string key; //默认密钥

        private byte[] sKey;
        private byte[] sIV;

        #region 加密字符串
        /// <summary>
        /// 加密字符串
        /// </summary>
        /// <param name="inputStr">输入字符串</param>
        /// <param name="keyStr">密码，可以为“”</param>
        /// <returns>输出加密后字符串</returns>
        static public string SEncryptString(string inputStr, string keyStr)
        {
            MySecurity ws = new MySecurity();
            return ws.EncryptString(inputStr, keyStr);
        }
        /// <summary>
        /// 加密字符串
        /// </summary>
        /// <param name="inputStr">输入字符串</param>
        /// <param name="keyStr">密码，可以为“”</param>
        /// <returns>输出加密后字符串</returns>
        public string EncryptString(string inputStr, string keyStr)
        {
            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
            if (keyStr == "")
                keyStr = key;
            byte[] inputByteArray = Encoding.Default.GetBytes(inputStr);
            byte[] keyByteArray = Encoding.Default.GetBytes(keyStr);
            SHA1 ha = new SHA1Managed();
            byte[] hb = ha.ComputeHash(keyByteArray);
            sKey = new byte[8];
            sIV = new byte[8];
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                sKey[i] = hb[i];
            for (int i = 8; i < 16; i++)
                sIV[i - 8] = hb[i];
            des.Key = sKey;
            des.IV = sIV;
            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, des.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write);
            cs.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            StringBuilder ret = new StringBuilder();
            foreach (byte b in ms.ToArray())
            {
                ret.AppendFormat("{0:X2}", b);
            }
            cs.Close();
            ms.Close();
            return ret.ToString();
        }
        #endregion

        #region 加密字符串 密钥为系统默认 0123456789
        /// <summary>
        /// 加密字符串 密钥为系统默认
        /// </summary>
        /// <param name="inputStr">输入字符串</param>
        /// <returns>输出加密后字符串</returns>
        static public string SEncryptString(string inputStr)
        {
            MySecurity ws = new MySecurity();
            return ws.EncryptString(inputStr, "");
        }
        #endregion


        #region 加密文件
        /// <summary>
        /// 加密文件
        /// </summary>
        /// <param name="filePath">输入文件路径</param>
        /// <param name="savePath">加密后输出文件路径</param>
        /// <param name="keyStr">密码，可以为“”</param>
        /// <returns></returns>  
        public bool EncryptFile(string filePath, string savePath, string keyStr)
        {
            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
            if (keyStr == "")
                keyStr = key;
            FileStream fs = File.OpenRead(filePath);
            byte[] inputByteArray = new byte[fs.Length];
            fs.Read(inputByteArray, 0, (int)fs.Length);
            fs.Close();
            byte[] keyByteArray = Encoding.Default.GetBytes(keyStr);
            SHA1 ha = new SHA1Managed();
            byte[] hb = ha.ComputeHash(keyByteArray);
            sKey = new byte[8];
            sIV = new byte[8];
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                sKey[i] = hb[i];
            for (int i = 8; i < 16; i++)
                sIV[i - 8] = hb[i];
            des.Key = sKey;
            des.IV = sIV;
            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, des.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write);
            cs.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            fs = File.OpenWrite(savePath);
            foreach (byte b in ms.ToArray())
            {
                fs.WriteByte(b);
            }
            fs.Close();
            cs.Close();
            ms.Close();
            return true;
        }
        #endregion

        #region 解密字符串
        /// <summary>
        /// 解密字符串
        /// </summary>
        /// <param name="inputStr">要解密的字符串</param>
        /// <param name="keyStr">密钥</param>
        /// <returns>解密后的结果</returns>
        static public string SDecryptString(string inputStr, string keyStr)
        {
            MySecurity ws = new MySecurity();
            return ws.DecryptString(inputStr, keyStr);
        }
        /// <summary>
        ///  解密字符串 密钥为系统默认
        /// </summary>
        /// <param name="inputStr">要解密的字符串</param>
        /// <returns>解密后的结果</returns>
        static public string SDecryptString(string inputStr)
        {
            MySecurity ws = new MySecurity();
            return ws.DecryptString(inputStr, "");
        }
        /// <summary>
        /// 解密字符串
        /// </summary>
        /// <param name="inputStr">要解密的字符串</param>
        /// <param name="keyStr">密钥</param>
        /// <returns>解密后的结果</returns>
        public string DecryptString(string inputStr, string keyStr)
        {
            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
            if (keyStr == "")
                keyStr = key;
            byte[] inputByteArray = new byte[inputStr.Length / 2];
            for (int x = 0; x < inputStr.Length / 2; x++)
            {
                int i = (Convert.ToInt32(inputStr.Substring(x * 2, 2), 16));
                inputByteArray[x] = (byte)i;
            }
            byte[] keyByteArray = Encoding.Default.GetBytes(keyStr);
            SHA1 ha = new SHA1Managed();
            byte[] hb = ha.ComputeHash(keyByteArray);
            sKey = new byte[8];
            sIV = new byte[8];
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                sKey[i] = hb[i];
            for (int i = 8; i < 16; i++)
                sIV[i - 8] = hb[i];
            des.Key = sKey;
            des.IV = sIV;
            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, des.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write);
            cs.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            StringBuilder ret = new StringBuilder();
            return System.Text.Encoding.Default.GetString(ms.ToArray());
        }
        #endregion

        #region 解密文件
        /// <summary>
        /// 解密文件
        /// </summary>
        /// <param name="filePath">输入文件路径</param>
        /// <param name="savePath">解密后输出文件路径</param>
        /// <param name="keyStr">密码，可以为“”</param>
        /// <returns></returns>    
        public bool DecryptFile(string filePath, string savePath, string keyStr)
        {
            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
            if (keyStr == "")
                keyStr = key;
            FileStream fs = File.OpenRead(filePath);
            byte[] inputByteArray = new byte[fs.Length];
            fs.Read(inputByteArray, 0, (int)fs.Length);
            fs.Close();
            byte[] keyByteArray = Encoding.Default.GetBytes(keyStr);
            SHA1 ha = new SHA1Managed();
            byte[] hb = ha.ComputeHash(keyByteArray);
            sKey = new byte[8];
            sIV = new byte[8];
            for (int i = 0; i < 8; i++)
                sKey[i] = hb[i];
            for (int i = 8; i < 16; i++)
                sIV[i - 8] = hb[i];
            des.Key = sKey;
            des.IV = sIV;
            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, des.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write);
            cs.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            fs = File.OpenWrite(savePath);
            foreach (byte b in ms.ToArray())
            {
                fs.WriteByte(b);
            }
            fs.Close();
            cs.Close();
            ms.Close();
            return true;
        }
        #endregion


        #region MD5加密
        /// <summary>
        /// 128位MD5算法加密字符串
        /// </summary>
        /// <param name="text">要加密的字符串</param>    
        public static string MD5(string text)
        {

            //如果字符串为空，则返回
            if (Tools.IsNullOrEmpty<string>(text))
            {
                return "";
            }
            //返回MD5值的字符串表示
            return MD5(text);
        }

        /// <summary>
        /// 128位MD5算法加密Byte数组
        /// </summary>
        /// <param name="data">要加密的Byte数组</param>    
        public static string MD5(byte[] data)
        {
            //如果Byte数组为空，则返回
            if (Tools.IsNullOrEmpty<byte[]>(data))
            {
                return "";
            }

            try
            {
                //创建MD5密码服务提供程序
                MD5CryptoServiceProvider md5 = new MD5CryptoServiceProvider();

                //计算传入的字节数组的哈希值
                byte[] result = md5.ComputeHash(data);

                //释放资源
                md5.Clear();

                //返回MD5值的字符串表示
                return Convert.ToBase64String(result);
            }
            catch
            {

                //LogHelper.WriteTraceLog(TraceLogLevel.Error, ex.Message);
                return "";
            }
        }
        #endregion

        #region Base64加密
        /// <summary>
        /// Base64加密
        /// </summary>
        /// <param name="text">要加密的字符串</param>
        /// <returns></returns>
        public static string EncodeBase64(string text)
        {
            //如果字符串为空，则返回
            if (Tools.IsNullOrEmpty<string>(text))
            {
                return "";
            }

            try
            {
                char[] Base64Code = new char[]{‘A‘,‘B‘,‘C‘,‘D‘,‘E‘,‘F‘,‘G‘,‘H‘,‘I‘,‘J‘,‘K‘,‘L‘,‘M‘,‘N‘,‘O‘,‘P‘,‘Q‘,‘R‘,‘S‘,‘T‘,
                                            ‘U‘,‘V‘,‘W‘,‘X‘,‘Y‘,‘Z‘,‘a‘,‘b‘,‘c‘,‘d‘,‘e‘,‘f‘,‘g‘,‘h‘,‘i‘,‘j‘,‘k‘,‘l‘,‘m‘,‘n‘,
                                            ‘o‘,‘p‘,‘q‘,‘r‘,‘s‘,‘t‘,‘u‘,‘v‘,‘w‘,‘x‘,‘y‘,‘z‘,‘0‘,‘1‘,‘2‘,‘3‘,‘4‘,‘5‘,‘6‘,‘7‘,
                                            ‘8‘,‘9‘,‘+‘,‘/‘,‘=‘};
                byte empty = (byte)0;
                ArrayList byteMessage = new ArrayList(Encoding.Default.GetBytes(text));
                StringBuilder outmessage;
                int messageLen = byteMessage.Count;
                int page = messageLen / 3;
                int use = 0;
                if ((use = messageLen % 3) > 0)
                {
                    for (int i = 0; i < 3 - use; i++)
                        byteMessage.Add(empty);
                    page++;
                }
                outmessage = new System.Text.StringBuilder(page * 4);
                for (int i = 0; i < page; i++)
                {
                    byte[] instr = new byte[3];
                    instr[0] = (byte)byteMessage[i * 3];
                    instr[1] = (byte)byteMessage[i * 3 + 1];
                    instr[2] = (byte)byteMessage[i * 3 + 2];
                    int[] outstr = new int[4];
                    outstr[0] = instr[0] >> 2;
                    outstr[1] = ((instr[0] & 0x03) << 4) ^ (instr[1] >> 4);
                    if (!instr[1].Equals(empty))
                        outstr[2] = ((instr[1] & 0x0f) << 2) ^ (instr[2] >> 6);
                    else
                        outstr[2] = 64;
                    if (!instr[2].Equals(empty))
                        outstr[3] = (instr[2] & 0x3f);
                    else
                        outstr[3] = 64;
                    outmessage.Append(Base64Code[outstr[0]]);
                    outmessage.Append(Base64Code[outstr[1]]);
                    outmessage.Append(Base64Code[outstr[2]]);
                    outmessage.Append(Base64Code[outstr[3]]);
                }
                return outmessage.ToString();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }
        #endregion

        #region Base64解密
        /// <summary>
        /// Base64解密
        /// </summary>
        /// <param name="text">要解密的字符串</param>
        public static string DecodeBase64(string text)
        {
            //如果字符串为空，则返回
            if (Tools.IsNullOrEmpty<string>(text))
            {
                return "";
            }

            //将空格替换为加号
            text = text.Replace(" ", "+");

            try
            {
                if ((text.Length % 4) != 0)
                {
                    return "包含不正确的BASE64编码";
                }
                if (!Regex.IsMatch(text, "^[A-Z0-9/+=]*$", RegexOptions.IgnoreCase))
                {
                    return "包含不正确的BASE64编码";
                }
                string Base64Code = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=";
                int page = text.Length / 4;
                ArrayList outMessage = new ArrayList(page * 3);
                char[] message = text.ToCharArray();
                for (int i = 0; i < page; i++)
                {
                    byte[] instr = new byte[4];
                    instr[0] = (byte)Base64Code.IndexOf(message[i * 4]);
                    instr[1] = (byte)Base64Code.IndexOf(message[i * 4 + 1]);
                    instr[2] = (byte)Base64Code.IndexOf(message[i * 4 + 2]);
                    instr[3] = (byte)Base64Code.IndexOf(message[i * 4 + 3]);
                    byte[] outstr = new byte[3];
                    outstr[0] = (byte)((instr[0] << 2) ^ ((instr[1] & 0x30) >> 4));
                    if (instr[2] != 64)
                    {
                        outstr[1] = (byte)((instr[1] << 4) ^ ((instr[2] & 0x3c) >> 2));
                    }
                    else
                    {
                        outstr[2] = 0;
                    }
                    if (instr[3] != 64)
                    {
                        outstr[2] = (byte)((instr[2] << 6) ^ instr[3]);
                    }
                    else
                    {
                        outstr[2] = 0;
                    }
                    outMessage.Add(outstr[0]);
                    if (outstr[1] != 0)
                        outMessage.Add(outstr[1]);
                    if (outstr[2] != 0)
                        outMessage.Add(outstr[2]);
                }
                byte[] outbyte = (byte[])outMessage.ToArray(Type.GetType("System.Byte"));
                return Encoding.Default.GetString(outbyte);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }
        #endregion
    }
}