Microsoft .NET 中的簡(jiǎn)化加密
2024-07-10 12:58:45
供稿：網(wǎng)友
適用于：
microsoft® .net
安全
microsoft® visual basic® .net
c#
摘要：學(xué)習(xí)如何利用 .net framework 的加密功能創(chuàng)建類似本文所述的包裝程序來(lái)保護(hù)您的數(shù)據(jù)。
下載與本文相關(guān)的 cryptosamplecssample.msi 和 cryptosamplevbsample.msi 代碼示例。（請(qǐng)注意，在示例文件中，程序員的注釋使用的是英文，本文中將其譯為中文是為了便于讀者理解。）
目錄
散列簡(jiǎn)介
創(chuàng)建示例散列項(xiàng)目
在散列中添加“鹽”值
小結(jié)
您希望在計(jì)算機(jī)上保存一些機(jī)密信息嗎？如果是，本文就為您介紹如何進(jìn)行加密！加密技術(shù)就是將有意義的字符編碼成無(wú)意義的字符，使不應(yīng)該訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)的人員無(wú)法讀取它們。加密技術(shù)已經(jīng)存在很多年了，甚至遠(yuǎn)在計(jì)算機(jī)誕生之前就已經(jīng)存在了。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用加密技術(shù)可以生成幾乎牢不可破的代碼。microsoft 在 windows 95 中開(kāi)發(fā)并分發(fā)了加密 api。使用 microsoft .net，新創(chuàng)建的類可以將這些復(fù)雜的算法打包到非常易于使用的屬性和方法中。
散列簡(jiǎn)介
如果您只是不想讓別人竊取您的密碼，那么可以為密碼數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)散列。散列是一種單向算法，一旦數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換，將無(wú)法再獲得其原始值。大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員使用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)密碼。但是，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找用戶數(shù)據(jù)的人員也能夠看到這些密碼。不過(guò)，您可以使用散列算法對(duì)密碼進(jìn)行加密，然后再將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶輸入密碼后，您可以再次使用散列算法對(duì)其進(jìn)行解密，然后將其與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的散列進(jìn)行比較。散列的缺點(diǎn)之一是，即使原始數(shù)據(jù)只發(fā)生一個(gè)小小的改動(dòng)，數(shù)據(jù)的散列也會(huì)發(fā)生非常大的變化。pork 和 porky 這兩個(gè)單詞非常相似，但使用散列算法加密后的結(jié)果卻相去甚遠(yuǎn)。您可能根本看不出二者之間有什么相似之處。
.net 開(kāi)發(fā)人員可以使用多種散列算法類。最常用的是 sha1 和 md5。下面我們看一下如何為“paul”這樣的普通字符串生成散列，使任何人都無(wú)法識(shí)別它。
使用 sha1 生成散列
我們創(chuàng)建一個(gè)新例程，然后使用它為字符串“paul”生成散列。在 visual studio® .net 中打開(kāi)一個(gè)新的 windows 應(yīng)用程序，在窗體上放置一個(gè)命令按鈕。當(dāng)該命令按鈕上發(fā)生 click 事件時(shí)，將調(diào)用名為 hashtext() 的方法。您可以將以下代碼添加到該窗體中，看一下此散列算法的實(shí)際效果。編寫下列代碼之前，需要導(dǎo)入命名空間 system.security.cryptography。
private sub hashtext(byval texttohash as string)
dim sha1 as sha1cryptoserviceprovider
dim bytvalue() as byte
dim bythash() as byte
' 創(chuàng)建新的加密服務(wù)提供程序?qū)ο?br> sha1 = new sha1cryptoserviceprovider
' 將原始字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組
bytvalue = _
system.text.encoding.utf8.getbytes(texttohash)
' 計(jì)算散列，并返回一個(gè)字節(jié)數(shù)組
bythash = sha1.computehash(bytvalue)
sha1.clear()
' 返回散列值的 base64 編碼字符串
debug.writeline(convert.tobase64string(bythash))
end sub
您可以傳遞不同的字符串值來(lái)調(diào)用該例程，查看散列值的變化。例如，如果將字符串“paul”傳遞給該例程，debug（調(diào)試）窗口將顯示以下文本：
w2h6uygmjt/nq5zqihcbteaxwv8=
現(xiàn)在，將此過(guò)程中的輸入值更改為“pauly”。您將看到以下輸出結(jié)果：
proywxj0znmpgf5sbb18+7gsasm=
如您所見(jiàn)，輸入字符串的一個(gè)小小變化就會(huì)產(chǎn)生完全不同的字符組合。這正是散列算法之所以有效的原因，它使我們很難找到輸入字符串的規(guī)律，也很難根據(jù)加密后的字符弄清楚字符串原來(lái)的模樣。
使用 md5 也可以生成散列
了解一種散列類的使用方法后，基本上就了解了所有的散列類。下面的方法用于 md5 散列算法。注意，除了 cryptoserviceprovider 類不同外，代碼是完全相同的。
private sub hashtextmd5(byval texttohash as string)
dim md5 as md5cryptoserviceprovider
dim bytvalue() as byte
dim bythash() as byte
' 創(chuàng)建新的加密服務(wù)提供程序?qū)ο?br> md5 = new md5cryptoserviceprovider
' 將原始字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組
bytvalue = system.text.encoding. _
utf8.getbytes(texttohash)
' 計(jì)算散列，并返回一個(gè)字節(jié)數(shù)組
bythash = md5.computehash(bytvalue)
md5.clear()
' 返回散列值的 base64 編碼字符串
debug.writeline(convert.tobase64string(bythash))
end sub
輸入“paul”之后，md5 散列算法的輸出結(jié)果如下所示：
nvwbshh1mknctpiosyqytq==
同樣，加密后的字符串看起來(lái)也與原始輸入相去甚遠(yuǎn)。這些散列算法對(duì)于創(chuàng)建沒(méi)有任何意義的密碼來(lái)說(shuō)非常有用，也使黑客很難猜出這些密碼。之所以使用散列算法，是因?yàn)榭梢杂眠@種算法對(duì)密碼進(jìn)行加密并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后，當(dāng)用戶輸入真實(shí)密碼時(shí)，您先對(duì)密碼進(jìn)行解密，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)中，比較它與數(shù)據(jù)庫(kù)中的密碼是否匹配。請(qǐng)記住，散列是單向操作。使用散列算法對(duì)原始密碼加密后將無(wú)法再恢復(fù)。
如何選擇算法
本文介紹的兩種散列算法都執(zhí)行同一種操作。不同之處只在于生成散列的密鑰大小以及使用的算法。使用的密鑰越大，加密就越安全。例如，md5 使用的加密密鑰比 sha1 使用的密鑰大，因此 md5 散列較難破解。
對(duì)于散列算法要考慮的另外一點(diǎn)是，從實(shí)踐或理論的角度上看是否存在沖突的可能性。沖突是我們所不希望的，因?yàn)閮蓚€(gè)不同的單詞可能會(huì)生成相同的散列。例如，sha1 從實(shí)踐或理論上來(lái)講沒(méi)有發(fā)生沖突的可能性。md5 從理論上講有發(fā)生沖突的可能性，但從實(shí)踐上講沒(méi)有發(fā)生沖突的可能性。因此，選擇哪種算法歸根結(jié)底取決于您所需要的安全級(jí)別。
創(chuàng)建示例散列項(xiàng)目
本文包含兩個(gè)示例散列項(xiàng)目，以更普通的方式說(shuō)明如何使用不同的散列算法加密任意字符串。這兩個(gè)示例項(xiàng)目的名稱分別為 cryptosamplevb.sln 和 cryptosamplecs.sln。前者是 visual basic .net 解決方案，后者是 c# 解決方案。兩個(gè)解決方案都包括一個(gè)類似圖 1 的窗體，該窗體允許您輸入要通過(guò)散列算法為其加密的原始字符串，還提供一個(gè)用來(lái)選擇散列算法的選項(xiàng)按鈕和一個(gè)顯示散列結(jié)果的文本框。
圖 1：創(chuàng)建一個(gè)通用散列屏幕來(lái)嘗試兩種散列算法。
單擊此屏幕上的 hash（散列）按鈕時(shí)，將運(yùn)行該按鈕的 click 事件過(guò)程。此事件過(guò)程將調(diào)用一個(gè)名為 hashstring() 的例程。
' visual basic .net
private sub btnhash_click(byval sender as system.object, _
byval e as system.eventargs) handles btnhash.click
txthashed.text = hashstring(txtoriginal.text)
end sub
// c#
private void cmdhash_click(object sender,
system.eventargs e)
{
txthashed.text = hashstring(txtoriginal.text);
}
hashstring() 方法接受輸入的值并調(diào)用 sethash() 方法。此方法將根據(jù)窗體上選項(xiàng)按鈕的設(shè)置來(lái)決定使用哪個(gè)加密服務(wù)提供程序創(chuàng)建該方法的實(shí)例并返回該方法。將為該窗體創(chuàng)建一個(gè)名為 mhash 的 hashalgorithm 類型的成員變量。hashalgorithm 類型是創(chuàng)建所有散列加密服務(wù)提供程序的基類。
' visual basic .net
private mhash as hashalgorithm
// c#
private hashalgorithm mhash;
sethash() 方法如下所示：
' visual basic .net
private function sethash() as hashalgorithm
if optsha1.checked then
return new sha1cryptoserviceprovider
else
if optmd5.checked then
return new md5cryptoserviceprovider
end if
end if
end function
// c#
private hashalgorithm sethash()
{
if(this.optsha1.checked)
return new sha1cryptoserviceprovider();
else
return new md5cryptoserviceprovider();
}
根據(jù)您在窗體上選擇的選項(xiàng)按鈕，此方法將創(chuàng)建并返回一個(gè)不同的 hashalgorithm 類型。hashstring() 方法在該窗體上執(zhí)行實(shí)際的數(shù)據(jù)加密：
' visual basic .net
private function hashstring(byval value as string) _
as string
dim bytvalue() as byte
dim bythash() as byte
' 創(chuàng)建新的加密服務(wù)提供程序?qū)ο?br> mhash = sethash()
' 將原始字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組
bytvalue = system.text.encoding.utf8.getbytes(value)
' 計(jì)算散列，并返回一個(gè)字節(jié)數(shù)組
bythash = mhash.computehash(bytvalue)
mhash.clear()
' 返回散列值的 base64 編碼字符串
return convert.tobase64string(bythash)
end function
// c#
private string hashstring(string value)
{
mhash = sethash();
// 將原始字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組
byte[] bytvalue = system.text.encoding.utf8.getbytes(value);
// 計(jì)算散列，并返回一個(gè)字節(jié)數(shù)組
byte[] bythash = mhash.computehash(bytvalue);
mhash.clear();
// 返回散列值的 base64 編碼字符串
return convert.tobase64string(bythash);
}
在 hashstring 方法中，我們創(chuàng)建了兩個(gè)字節(jié)數(shù)組。第一個(gè)數(shù)組用來(lái)保存用戶的原始字符串輸入。我們使用 system.text.encoding.utf8.getbytes() 方法將該字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組。將原始字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組后，現(xiàn)在使用服務(wù)提供程序的 computehash() 方法計(jì)算該字符串的散列值。此方法接受字節(jié)數(shù)組作為輸入，然后返回該字符串加密格式的字節(jié)數(shù)組。
注意：完成之后清除散列變量是一個(gè)好的做法。因此，您看到計(jì)算該字符串的散列后，我們調(diào)用了 clear 方法。
現(xiàn)在我們已經(jīng)獲得了加密的字節(jié)數(shù)組，這正是要從該方法返回的數(shù)組。因?yàn)槲覀円獙⒃贾岛图用苤刀甲鳛樽址當(dāng)?shù)據(jù)類型而不是字節(jié)數(shù)組進(jìn)行處理，所以要通過(guò)使用 convert.tobase64string 方法返回加密的字節(jié)。此方法負(fù)責(zé)將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成 base64 編碼的字符串。base64 編碼的使用非常重要，因?yàn)橛锌赡苄枰獙⒋俗址频?web 頁(yè)上或?qū)⑵浯鎯?chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果不進(jìn)行轉(zhuǎn)換，加密字符串中的某些高階 ascii 字符將無(wú)法正確顯示或存儲(chǔ)。
在散列中添加一些“鹽”值
到目前為止，散列算法暴露出來(lái)的問(wèn)題之一是，如果兩個(gè)用戶碰巧使用相同的密碼，那么散列值將完全相同。如果黑客看到您存儲(chǔ)密碼的表格，會(huì)從中找到規(guī)律并明白您很可能使用了常見(jiàn)的詞語(yǔ)，然后黑客會(huì)開(kāi)始詞典攻擊以確定這些密碼。要確保任何兩個(gè)用戶密碼的散列值都不相同，一種方法是在加密密碼之前，在每個(gè)用戶的密碼中添加一個(gè)唯一的值。這個(gè)唯一值稱為“鹽”值。在進(jìn)行此操作時(shí)，需要確保將使用的鹽值存儲(chǔ)為用戶記錄的一部分。如果您使用表格存儲(chǔ)用戶 id 和密碼，我建議您使用不同的表格來(lái)存儲(chǔ)鹽值。這樣，即使數(shù)據(jù)庫(kù)泄漏，鹽值也可以為您提供一層額外的安全保護(hù)。
在用戶密碼中添加鹽值的方法有多種。最簡(jiǎn)單的方法是摘取用戶的某些信息（例如姓、名、電子郵件地址或員工 id）并將其添加到用戶密碼中，然后再進(jìn)行加密。這種方法的缺點(diǎn)是，因?yàn)槟枰鎯?chǔ)鹽值，所以如果黑客找到該值，將會(huì)對(duì)您所做的一切操作了如指掌。當(dāng)然，黑客需要花費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)破解鹽值，但這對(duì)黑客來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直是易如反掌。
另外一種方法是使用 .net framework 類 rngcryptoserviceprovider 創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)的數(shù)字字符串。rng 表示隨機(jī)數(shù)生成器。該類可以創(chuàng)建一個(gè)任意長(zhǎng)度的隨機(jī)字節(jié)數(shù)組，長(zhǎng)度由您指定。您可以使用此隨機(jī)字節(jié)數(shù)組作為散列算法的鹽值。要采用這種方法，必須安全地存儲(chǔ)該鹽值。
在圖 2 所示的示例中，您需要在文本框中輸入一個(gè)字符串，選擇特定的散列類型，然后生成鹽值以及包含該鹽值和原始字符串的散列值。
圖 2：在散列值中添加鹽值以創(chuàng)建更安全的密碼散列
（需要存儲(chǔ)鹽值以便再次創(chuàng)建相同的散列。）
該示例與本文中的上一個(gè)示例基本相同，不同之處在于創(chuàng)建鹽值的例程。在此屏幕上的按鈕的 click 事件下，首先調(diào)用一個(gè)名為 createsalt() 的方法來(lái)生成一個(gè)唯一的鹽值，然后將該值存儲(chǔ)到 txtsalt 文本框中。獲得唯一的鹽值后，再調(diào)用 hashstring() 方法，將這兩個(gè)值結(jié)合起來(lái)。
' visual basic .net
private sub btnhash_click(byval sender as system.object, _
byval e as system.eventargs) handles btnhash.click
txtsalt.text = createsalt()
txthashed.text = hashstring(txtsalt.text & _
txtoriginal.text)
end sub
// c#
private void cmdhash_click(object sender, system.eventargs e)
{
txtsalt.text = createsalt();
txthashed.text = hashstring(txtoriginal.text);
}
createsalt() 方法的代碼非常簡(jiǎn)單。它首先創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為 8 個(gè)字節(jié)的字節(jié)數(shù)組，然后您創(chuàng)建一個(gè)新的 rngcryptoserviceprovider 類實(shí)例。使用該對(duì)象的 getbytes() 方法，將生成的隨機(jī)字符集填充到字節(jié)數(shù)組中。然后將此字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成 base64 編碼字符串并從該函數(shù)返回。
' visual basic .net
private function createsalt() as string
dim bytsalt(8) as byte
dim rng as new rngcryptoserviceprovider
rng.getbytes(bytsalt)
return convert.tobase64string(bytsalt)
end function
// c#
private string createsalt()
{
byte[] bytsalt = new byte[8];
rngcryptoserviceprovider rng;
rng = new rngcryptoserviceprovider();
rng.getbytes(bytsalt);
return convert.tobase64string(bytsalt);
}
數(shù)據(jù)加密是一個(gè)雙行道
如果需要在兩個(gè)或多個(gè)人員或計(jì)算機(jī)之間來(lái)回發(fā)送信息，并希望對(duì)方能夠讀取數(shù)據(jù)，而其他人不可以讀取，那么加密則是最好的方式！加密算法使您可以將數(shù)據(jù)掩蓋起來(lái)，除了特定人員能夠?qū)ζ浣饷芡猓渌藛T不大可能通過(guò)數(shù)學(xué)方法讀取該數(shù)據(jù)。但如果您希望某個(gè)人能夠讀取該數(shù)據(jù)，您可以為其提供一個(gè)特定的“密鑰”，使其能夠解密并讀取數(shù)據(jù)。.net framework 中有多種可用的加密/解密算法。本文主要介紹對(duì)稱算法，包括以下幾種：
des
rc2
rijndael
tripledes
對(duì)稱算法（或密鑰算法）使用一個(gè)密鑰和一個(gè)初始化向量 (iv) 來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全。使用該數(shù)據(jù)的雙方都必須知道這個(gè)密鑰和初始化向量才能夠加密和解密數(shù)據(jù)。必須確保該密鑰的安全，否則其他人將有可能解密該數(shù)據(jù)并讀取該消息。初始化向量只是一個(gè)隨機(jī)生成的字符集，使用它可以確保任何兩個(gè)文本都不會(huì)生成相同的加密數(shù)據(jù)。使用 .net 中不同的加密類的內(nèi)置方法可以導(dǎo)出密鑰，至于如何導(dǎo)出密鑰，則不屬于本文要討論的內(nèi)容。
其他類型的加密算法稱為不對(duì)稱算法。不對(duì)稱算法使用公鑰/私鑰對(duì)來(lái)創(chuàng)建加密數(shù)據(jù)。不對(duì)稱算法將在下文進(jìn)行討論。
如何在不同的情況下選擇不同的加密方法
對(duì)稱算法（或密鑰算法）的速度非常快，非常適于加密大型的數(shù)據(jù)流。這些算法可以加密數(shù)據(jù)，也可以解密數(shù)據(jù)。它們都相當(dāng)安全，但如果有足夠的時(shí)間，也可能會(huì)被破密，因?yàn)橛腥丝赡軙?huì)搜索每個(gè)已知的密鑰值組合。由于每種算法都使用固定的密鑰長(zhǎng)度或 ascii 字符，因此計(jì)算機(jī)程序可以嘗試每個(gè)可能的密鑰組合并最終找到正確的那個(gè)組合。這些類型的算法一般用于存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)庫(kù)的連接字符串。
不對(duì)稱算法（或公鑰算法）沒(méi)有對(duì)稱算法快，但其代碼較難破密。這些算法取決于兩個(gè)密鑰，一個(gè)是私鑰，另一個(gè)是公鑰。公鑰用來(lái)加密消息，私鑰是可以解密該消息的唯一密鑰。公鑰和私鑰通過(guò)數(shù)學(xué)方法鏈接在一起，因此要成功進(jìn)行加密交換，必須獲得這兩個(gè)密鑰。由于可能會(huì)影響到計(jì)算機(jī)性能，因此不對(duì)稱算法不太適用于加密大量數(shù)據(jù)。不對(duì)稱算法的常見(jiàn)用法是將對(duì)稱密鑰和初始化向量加密并傳輸給對(duì)方。然后在雙方之間來(lái)回發(fā)送的消息中使用對(duì)稱算法加密和解密數(shù)據(jù)。
如果您不打算再恢復(fù)原始值，尤其不希望別人發(fā)現(xiàn)原始值，那么請(qǐng)使用散列值。散列可以將任意長(zhǎng)度的字符串加密為固定的字節(jié)集。此操作是單向的，因此通常用于密碼這樣的少量數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶在安全的輸入屏幕上輸入用戶密碼后，程序?qū)?duì)此密碼進(jìn)行加密并將散列值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。即使數(shù)據(jù)庫(kù)泄漏，也沒(méi)有人能夠讀取密碼，因?yàn)槊艽a已被加密。當(dāng)用戶登錄到該系統(tǒng)進(jìn)行輸入時(shí)，將使用相同的算法解密用戶鍵入的密碼，如果兩個(gè)散列值相匹配，系統(tǒng)則可以確定用戶輸入的值與以前存儲(chǔ)的值相同。
加密練習(xí)
示例應(yīng)用程序中包括一個(gè)窗體，允許您使用 des 和 tripledes 加密服務(wù)提供程序進(jìn)行加密練習(xí)。該窗體名為 frmencrypt，如圖 3 所示。
圖 3：加密算法允許您加密并解密值。
在該屏幕上，首先需要單擊 gen key（生成密鑰）按鈕，然后單擊 gen iv（生成 iv）按鈕。然后在 original string（原始字符串）文本框中輸入一些數(shù)據(jù)并單擊 encrypt（加密）按鈕。單擊 encrypt（加密）按鈕后，加密后的文本將顯示在 encrypted string（加密字符串）文本框中。如果您希望在自己的應(yīng)用程序中使用這個(gè)加密的字符串，則需要記下生成的密鑰和 iv，因?yàn)橐饷苓B接字符串以便再次使用，您需要提供這兩個(gè)值。如果丟失了密鑰和 iv，將再也無(wú)法恢復(fù)連接字符串。
現(xiàn)在看一下其源代碼，了解如何實(shí)現(xiàn)加密和解密例程。首先看一下該類的成員變量，它用于保存相應(yīng)加密服務(wù)提供程序的引用。該成員變量的類型為 symmetricalgorithm。所有的對(duì)稱算法類都是從這個(gè)基類繼承而來(lái)的。
' visual basic .net
private mcsp as symmetricalgorithm
// c#
private symmetricalgorithm mcsp;
根據(jù)您在此窗體上選擇的選項(xiàng)按鈕，此 mcsp 變量將被指定給特定的對(duì)稱算法類。setenc() 方法將負(fù)責(zé)創(chuàng)建適當(dāng)?shù)念愋筒⑵浞祷氐讲煌姆椒ā?br>
' visual basic .net
private function setenc() as symmetricalgorithm
if optdes.checked then
return new descryptoserviceprovider
else
if opttripledes.checked then
return new tripledescryptoserviceprovider
end if
end if
end function
// c#
private symmetricalgorithm setenc()
{
if(optdes.checked)
return new descryptoserviceprovider();
else
return new tripledescryptoserviceprovider();
}
如您所見(jiàn)，根據(jù)您在該窗體上選擇的選項(xiàng)按鈕，將創(chuàng)建 descryptoserviceprovider 對(duì)象或 tripledescryptoserviceprovider 對(duì)象。
實(shí)現(xiàn)加密和解密的密鑰
要使用對(duì)稱算法，必須提供要使用的密鑰。每個(gè) cryptosymmetricalgorithm 實(shí)現(xiàn)都提供一種 generatekey 方法。它們實(shí)際上使用的是公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí) (clr) 類中內(nèi)置的隨機(jī)數(shù)生成器類。我們來(lái)看一下 gen key（生成密鑰）按鈕的 click 事件處理程序，看它如何生成要使用的隨機(jī)密鑰值。
' visual basic .net
private sub btnkeygen_click(byval sender as _
system.object, byval e as system.eventargs) _
handles btnkeygen.click
mcsp = setenc()
mcsp.generatekey()
txtkey.text = convert.tobase64string(mcsp.key)
end sub
// c#
private void btnkeygen_click(object sender,
system.eventargs e)
{
mcsp = setenc();
mcsp.generatekey();
txtkey.text = convert.tobase64string(mcsp.key);
}
獲取服務(wù)提供程序的特定實(shí)現(xiàn)后，只需調(diào)用 generatekey 方法來(lái)創(chuàng)建一個(gè)用于加密的新的隨機(jī)密鑰。密鑰的大小取決于用來(lái)加密的特定提供程序。例如，des 密鑰的大小為 64 位，而 tripledes 密鑰的大小為 192 位。每個(gè) symmetricalgorithm 類上都有一個(gè) keysize 屬性，它將返回用于生成密鑰的密鑰大小。
我們還需要生成初始化向量 (iv)。iv 將幫助算法生成最終加密字符串的數(shù)據(jù)塊。iv 用于開(kāi)始第一個(gè)塊的加密。如果不提供 iv，那么只要密鑰相同，在字符串之間傳遞的通用數(shù)據(jù)將保持同一種模式。因此，需要使用 iv 作為加密數(shù)據(jù)的“隨機(jī)”組件。通過(guò)這種方式，只要使用的 iv 不同，即使密鑰相同，同一個(gè)數(shù)據(jù)也會(huì)被加密成完全不同的值。下面是生成新的 iv 的 gen iv（生成 iv）按鈕的源代碼。
' visual basic .net
private sub btnivgen_click(byval sender as system.object, byval e as system.eventargs) handles btnivgen.click
mcsp.generateiv()
txtiv.text = convert.tobase64string(mcsp.iv)
end sub
// c#
private void btnivgen_click(object sender,
system.eventargs e)
{
mcsp.generateiv();
txtiv.text = convert.tobase64string(mcsp.iv);
}
此代碼看起來(lái)與生成密鑰的代碼非常相似。每個(gè)加密服務(wù)提供程序類上都有一個(gè) generateiv() 方法。如果未提供 iv，該方法將生成一個(gè) iv。
加密數(shù)據(jù)
獲得密鑰和初始化向量后，現(xiàn)在可以使用 key、iv 和 original string 值來(lái)創(chuàng)建原始字符串值的加密版本。單擊 encrypt（加密）按鈕將運(yùn)行以下代碼。
' visual basic .net
private sub btnencrypt_click( _
byval sender as system.object, _
byval e as system.eventargs) handles cmdencrypt.click
txtencrypted.text = encryptstring(txtoriginal.text)
end sub
// c#
private void cmdencrypt_click(object sender, system.eventargs e)
{
txtencrypted.text = encryptstring(txtoriginal.text);
}
click 事件過(guò)程將調(diào)用名為 encryptstring() 的方法，從 original string（原始字符串）文本框中接受值并對(duì)其進(jìn)行加密。然后返回該值并將其放到 encrypted string（加密字符串）文本框中。下面是 encryptstring() 方法的代碼。
' visual basic .net
private function encryptstring(byval value as string) _
as string
dim ct as icryptotransform
dim ms as memorystream
dim cs as cryptostream
dim byt() as byte
ct = mcsp.createencryptor(mcsp.key, mcsp.iv)
byt = encoding.utf8.getbytes(value)
ms = new memorystream
cs = new cryptostream(ms, ct, cryptostreammode.write)
cs.write(byt, 0, byt.length)
cs.flushfinalblock()
cs.close()
return convert.tobase64string(ms.toarray())
end function
// c#
private string encryptstring(string value)
{
icryptotransform ct;
memorystream ms;
cryptostream cs;
byte[] byt;
ct = mcsp.createencryptor(mcsp.key, mcsp.iv);
byt = encoding.utf8.getbytes(value);
ms = new memorystream();
cs = new cryptostream(ms, ct, cryptostreammode.write);
cs.write(byt, 0, byt.length);
cs.flushfinalblock();
cs.close();
return convert.tobase64string(ms.toarray());
}
現(xiàn)在我們分開(kāi)看一下各行代碼并了解這些代碼的作用。首先是加密進(jìn)程的幾個(gè)變量。
dim ct as icryptotransform
dim ms as memorystream
dim cs as cryptostream
dim byt() as byte
icryptotransform 是一個(gè)接口。需要此接口才能在任何服務(wù)提供程序上調(diào)用 createencryptor 方法，服務(wù)提供程序?qū)⒎祷囟x該接口的實(shí)際 encryptor 對(duì)象。
然后需要將原始字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組。大多數(shù) .net 加密算法處理的是字節(jié)數(shù)組而不是字符串。
byt = encoding.utf8.getbytes(value)
現(xiàn)在可以執(zhí)行實(shí)際的加密了。此進(jìn)程需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)流，用于將加密的字節(jié)寫入到其中。要使用名為 ms 的 memorystream 對(duì)象、icryptotransform 對(duì)象（提供給 cryptostream 類的構(gòu)造函數(shù)）以及說(shuō)明您希望在何種模式（讀、寫等）下創(chuàng)建該類的枚舉常數(shù)。創(chuàng)建 cryptostream 對(duì)象 cs 后，現(xiàn)在使用 cryptostream 對(duì)象的 write 方法將數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)存數(shù)據(jù)流。這就是進(jìn)行實(shí)際加密的方法，加密每個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)，數(shù)據(jù)將被寫入 memorystream 對(duì)象。
ms = new memorystream
cs = new cryptostream(ms, ct, cryptostreammode.write)
cs.write(byt, 0, byt.length)
cs.flushfinalblock()
cs.close()
創(chuàng)建 memorystream 后，該代碼將在 cryptostream 對(duì)象上執(zhí)行 flushfinalblock 方法，以確保所有數(shù)據(jù)均被寫入 memorystream 對(duì)象。該過(guò)程將關(guān)閉 cryptostream 對(duì)象。
最后，該過(guò)程將內(nèi)存數(shù)據(jù)流從字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換回字符串，這樣才可以在窗體上的文本框內(nèi)顯示該字符串。可以使用 memorystream toarray() 方法從數(shù)據(jù)流中獲取字節(jié)數(shù)組，然后調(diào)用 convert.tobase64string() 方法，該方法接受字節(jié)數(shù)組輸入并使用 base64 編碼方法將該字符串編碼為可讀內(nèi)容。
解密數(shù)據(jù)
加密數(shù)據(jù)后，有時(shí)還需要解密數(shù)據(jù)。解密數(shù)據(jù)的過(guò)程非常簡(jiǎn)單，與加密過(guò)程相似。您需要提供加密過(guò)程中使用的密鑰和初始化向量。symmetricalgorithm 類的 key 和 iv 屬性被定義為字節(jié)數(shù)組。因此，設(shè)置這些屬性之前需要提供您創(chuàng)建的字符串并將其轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組。下面我們看一下窗體內(nèi)用于解密字符串的 decryptstring 方法。該方法是從窗體上 decrypt（解密）按鈕的 click 事件處理程序中調(diào)用的。
' visual basic .net
private function decryptstring(byval value as string) _
as string
dim ct as icryptotransform
dim ms as memorystream
dim cs as cryptostream
dim byt() as byte
ct = mcsp.createdecryptor(mcsp.key, mcsp.iv)
byt = convert.frombase64string(value)
ms = new memorystream
cs = new cryptostream(ms, ct, cryptostreammode.write)
cs.write(byt, 0, byt.length)
cs.flushfinalblock()
cs.close()
return encoding.utf8.getstring(ms.toarray())
end function
// c#
private string decryptstring(string value)
{
icryptotransform ct;
memorystream ms;
cryptostream cs;
byte[] byt;
ct = mcsp.createdecryptor(mcsp.key, mcsp.iv);
byt = convert.frombase64string(value);
ms = new memorystream();
cs = new cryptostream(ms, ct, cryptostreammode.write);
cs.write(byt, 0, byt.length);
cs.flushfinalblock();
cs.close();
return encoding.utf8.getstring(ms.toarray());
}
encrypt 函數(shù)和 decrypt 函數(shù)只有三個(gè)不同之處。
需要使用 cryptoserviceprovider 類的 createdecryptor 方法來(lái)創(chuàng)建相應(yīng)的 ictryptotransform 對(duì)象。
需要將 base64 編碼字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組。需要使用 convert.frombase64string 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。
通過(guò)對(duì)原始字節(jié)數(shù)組進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的內(nèi)存數(shù)據(jù)流。需要將內(nèi)存數(shù)據(jù)流從字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換回可以在窗體上再次顯示的普通字符串。需要使用 encoding.utf8.getstring() 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。
注意：encoding.utf8 類來(lái)自于 system.text 命名空間。
是否可以使其更簡(jiǎn)單？！
盡管到目前為止顯示的代碼并不難，但有很多不同的類和接口您可能還不習(xí)慣于使用。此外，還要記住很多代碼。下面我們學(xué)習(xí)如何將 cryptography 類包裝成易于使用的類。
名為 pdsacryptography 的程序集中有兩個(gè)類，分別為 pdsahash 和 pdsaencryption。這兩個(gè)類用于封裝創(chuàng)建散列字符串或加密字符串的實(shí)際機(jī)制。此外，它們還允許您使用枚舉常數(shù)來(lái)決定要使用哪種散列或加密算法。不必記住每個(gè)不同的加密服務(wù)提供程序的所有不同的名稱，即可獲得不錯(cuò)的 intellisense® 提供程序列表。
使用 pdsahash 包裝散列
pdsahash 類包含屬性 hashtype、hashobject、originalstring、hashstring、saltvalue、usesalt 和 saltlength。與該類相關(guān)的方法包括 setencryptor、createsalt、reset 和 createhash。該類中創(chuàng)建了一個(gè)稱為 pdsahashtype 的枚舉，您可以從中選擇要使用的相應(yīng)散列類。該類的作用是將上文所示的代碼簡(jiǎn)化為以下代碼。
private sub usepdsahash()
dim ph as new pdsahash(pdsahash.pdsahashtype.md5)
messagebox.show(ph.createhash("paul"))
end sub
我寧愿鍵入以上代碼也不愿意記住上文顯示的所有代碼。如您所見(jiàn)，這段代碼相當(dāng)簡(jiǎn)單，與上文所述的代碼完全相同，只是被包裝到一個(gè)易于使用的接口中。您可以從本文包含的示例中找到完整的類。下面列舉了可以使用該類創(chuàng)建的不同散列算法。
public enum pdsahashtype as byte
md5
sha1
sha256
sha384
sha512
end enum
其中的每個(gè)算法都為最終的散列提供了一個(gè)不同的安全級(jí)別。.net 中完整的散列類列表如下所示：
md5cryptoserviceprovider
sha1cryptoserviceprovider
sha256managed
sha384managed
sha512managed
有關(guān)這些不同的散列類型的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 visual studio .net 聯(lián)機(jī)文檔。
使用 pdsaencryption 包裝加密
就像 pdsahash 類可以包裝 .net framework 中的所有散列功能一樣，pdsaencryption 類可用于包裝 .net framework 中的各種對(duì)稱算法類。pdsaencryption 類包括以下枚舉類型，允許您創(chuàng)建各種加密/解密對(duì)象。
public enum pdsaencryptiontype as byte
des
rc2
rijndael
tripledes
end enum
同樣，每個(gè)服務(wù)提供程序都為加密字符串提供了不同的安全級(jí)別。這在 visual studio .net 聯(lián)機(jī)文檔中都有詳細(xì)的介紹，這里不再贅述。
該類包含屬性 encryptiontype、originalstring、encryptedstring、key、keystring、iv、ivstring 和 cryptoprovider。其中的大多數(shù)屬性都是不言自明的，但 key 和 iv 屬于字節(jié)數(shù)組，而 keystring 和 ivstring 是這些字節(jié)數(shù)組的字符串表示。
該類還包含一些方法。例如 encrypt 和 decrypt。還有 generatekey 和 generateiv 方法，如果沒(méi)有現(xiàn)成的密鑰和 iv，可以使用這兩個(gè)方法創(chuàng)建一個(gè)密鑰和 iv。另外還有 setencryptor 方法，它用于創(chuàng)建將在各種方法中使用的新的 cryptoprovider 對(duì)象。
該類的作用是使加密和解密字符串更容易實(shí)現(xiàn)。例如，下面的代碼片斷顯示了使用該類加密字符串是多么容易。
private sub btnhardcoded_click( _
byval sender as system.object, _
byval e as system.eventargs) handles btnhardcoded.click
dim ps as new pdsasymmetric( _
pdsasymmetric.pdsaencryptiontype.tripledes)
messagebox.show(ps.encrypt( _
"server=localhost;database=northwind;uid=sa;pwd=sa"))
end sub
小結(jié)
使用 microsoft .net framework 中的類可以很容易地在計(jì)算機(jī)中保存機(jī)密信息。您會(huì)發(fā)現(xiàn) cryptography 命名空間中的多個(gè)類都可以很好完成這一任務(wù)。為這些類創(chuàng)建包裝可以幫助您大大減少需要編寫的代碼量。強(qiáng)烈建議您按照本文所述，創(chuàng)建類似的包裝。
