对称加密

（本文系张子阳《.net之美》读书笔记，文中多处引用书本内容）

流

首先简单介绍一下流的概念。

流的最主要用途就是与应用程序外部的文件或数据源进行数据交互。考虑将一个TXT文件从D盘拷贝到C盘。

它的拷贝过程应该是这样的：

源文件在磁盘中，需要建立一个类似管道的东西将文件和内存中的应用程序连接起来，并且将文件按字节发送。创建一个byte[]数组用于存放字节。

接下来，在C盘创建目标文件，同样通过一个管道一样的东西，将字节写入管道中，间接地写到文件中去。

而流，就是这种管道，或者说起到管道的作用。

下面简单学习一下代码：

Stream source = new FileStream("D:\\test.txt", FileMode.Open, FileAccess.Read);//读取“管道”
            int size = 10;
            byte[] buffer = new byte[size];//用于储存临时字节
            int bytesRead;
            Stream target = new FileStream("C:\\test.txt", FileMode.Create, FileAccess.Write);//写入“管道”
            //因不知源文件字节长度，只能通过循环，每次读取一定数量的字节并写入流
            do
            {
                bytesRead = source.Read(buffer, 0, size);
                target.Write(buffer, 0, bytesRead);//第三个参数是从Buffer中读取的个数，应该是bytesRead不是size
            } while (bytesRead > 0);

            source.Dispose();
            target.Dispose();

 或者使用流包装器类（不是流），StreamReader和StreamWriter，用法与上面差不多，注意已不是字节流，而是字符流

StreamReader sr = new StreamReader("D:\\test.txt");
            StreamWriter sw = new StreamWriter("C:\\test2.txt");
            int maxSize = 10;
            char[] charBuffer = new char[maxSize];//注意，字符流
            int charRead;
            do
            {
                charRead = sr.Read(charBuffer, 0, maxSize);
                sw.Write(charBuffer, 0, charRead);
            } while (charRead > 0);

            sr.Dispose();
            sw.Dispose();

流还包括装饰器流，包装器类还包括BinaryReader和BinaryWriter。在这里就不详细展开了。

 

对称加密

加密和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（即加密），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（即解密）。一般场景中有三种角色：发送方，接收方，第三方。

消息加密应同时满足以下三个条件：

1）完整性，消息的可以确定消息在传输途中没有被篡改过，消息是完好无损的。

2）保密性，消息的发送方能够确定消息只有预期的接收方可以理解或解密（不保证第三方无法获得，但保证第三方无法解密）。

3）可认证性，消息的接收方可以确定消息是由谁发送的（接收方可以确认消息确定是由预期的发送方发送的）。

消息加密有散列运算（即Hash运算）、对称加密、非对称加密等，这里介绍一下对称加密（比较简单易于理解）。

对称加密流程如下：

1）发送方和接收方持有相同的密钥，并严格保密。

2）发送方使用密钥对消息进行加密，然后发送消息。

3）接收方收到消息后，使用同样的密钥对消息进行解密。

在上述流程中，第三方可能截取消息，但得到一堆乱码，没有密钥解密。

.net提供了一组类型（命名空间System.Security.Cryptography）来实现对称加密和解密。这些类型拥有共同的基类SymmetricAlgorithm，见下图。

 

 

可以看到上面类型分为CryptoServiceProvider和Managed两类，前者是由托管代码写的，后者调用的是Windows Crypto API，相当于一个包装类。

TripleDES算法加密

假设选择TripleDES算法进行加密，步骤如下：

1）创建一个TripleDESCryptoServiceProvider实例（假定变量名为provider）

2）在provider上指定密钥和IV。密钥通常为128位或192位字节，IV为64位。IV是为了解决同样的字符加密后字符仍一样的问题，例如ABABABCDE加密后，前面三个AB的数据理论上是一样且位置不变，引入IV之后即使是重复的也被打乱了。

3）利用provider创建加密器或解密器。ICryptoTransform定义了加密转换的运算，.net在底层调用这个接口。加密器：CreateEncryptor()方法，解密器：CreateDecryptor()方法。

4）.net采用流的方式进行加密和解密，运算过程会涉及两个流，一个是明文流，包含加密前的数据，一个是密文流，包含加密后的数据。在两者之间，有一个中介者，负责将明文流转换为密文流，以及将密文流转换为明文流。这个中介者也是一个流类型，叫CryptoStream，它的构造函数有三个参数 

public CryptoStream(Stream stream, ICryptoTransform transform, CryptoStreamMode mode)，其中每次传入的流都是密文流，根据需要传入加密器或解密器，以及写或读模式。

5）创建完以上几个对象，就可以进行转换了，加密过程为：明文流读字节，CryptoStream写密文流；解密过程为：CryptoStream读密文流，明文流写字节。

密钥应注意一点：3DES算法，如果1重、2重和3重密钥(每8位)有一个相同，算法会退化为2重或1重，运行报错。见下图：

加解密过程可以简单归纳如下：

1）创建TripleDESCryptoServiceProvider对象，指定密钥和IV，创建加密器或解密器

2）创建明文流和密文流

3）创建转换中介者CryptoStream对象，将密文流传入。

4）加密：明文流读字节，CryptoStream写密文流；解密：CryptoStream读密文流，明文流写字节。

实例

加密帮助类

using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.IO;
using System.Text;

namespace ch09
{
    class EncryptorHelper
    {
        //密钥应注意一点：3DES算法，如果1重、2重和3重密钥(每8位)有一个相同，算法会退化为2重或1重，运行报错
        private static string _rgbKey = "thisishelloworld";
        private static byte[] _rgbIV = new byte[] { 0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x90, 0xAB, 0xCD, 0xEF };

        public static string Encryptor(string plainText)
        {
            TripleDESCryptoServiceProvider provider = new TripleDESCryptoServiceProvider();//创建provider,利用其产生加密器
            provider.Key = Encoding.Default.GetBytes(_rgbKey);
            provider.IV = _rgbIV;
            ICryptoTransform encryptor = provider.CreateEncryptor();//加密器
            byte[] plainBytes = Encoding.GetEncoding("gb2312").GetBytes(plainText);
            MemoryStream plainStream = new MemoryStream(plainBytes);//创建明文流
            MemoryStream cipherStream = new MemoryStream();//创建密文流
            CryptoStream enCryptoStream = new CryptoStream(cipherStream, encryptor, CryptoStreamMode.Write);//创建加密中介
            int maxSize = 10;
            byte[] buffer = new byte[maxSize];
            int bytesRead = 0;
            do
            {
                bytesRead = plainStream.Read(buffer, 0, maxSize);
                enCryptoStream.Write(buffer, 0, bytesRead);//谨记这里应该是写入读出的长度，而不是buffer本身的长度
            } while (bytesRead > 0);
            enCryptoStream.FlushFinalBlock();
            return Convert.ToBase64String(cipherStream.ToArray());

        }


        public static string Decryptor(string cipherText)
        {
            TripleDESCryptoServiceProvider provider = new TripleDESCryptoServiceProvider();
            provider.Key = Encoding.Default.GetBytes(_rgbKey);
            provider.IV = _rgbIV;
            ICryptoTransform decryptor = provider.CreateDecryptor();
            byte[] cipherByte = Convert.FromBase64String(cipherText);
            MemoryStream plainStream = new MemoryStream();
            MemoryStream cipherStream = new MemoryStream(cipherByte);
            CryptoStream deCryptoStream = new CryptoStream(cipherStream, decryptor, CryptoStreamMode.Read);
            int maxSize = 10;
            byte[] buffer = new byte[maxSize];
            int bytesRead = 0;
            do
            {
                bytesRead = deCryptoStream.Read(buffer, 0, maxSize);
                plainStream.Write(buffer, 0, bytesRead);
            } while (bytesRead > 0);

            deCryptoStream.Dispose();
            return Encoding.GetEncoding("gb2312").GetString(plainStream.ToArray());
        }
    }
}

使用帮助类

 string plainText = "我要握住一个最美的梦，给未来的自己~~real me!";
            Console.WriteLine("原文:" + plainText);
            string encryptedString = EncryptorHelper.Encryptor(plainText);
            Console.WriteLine("加密后:" + encryptedString);
            Console.WriteLine("解密:" + EncryptorHelper.Decryptor(encryptedString));
            Console.Read();

输出