C#学习第21天：安全与加密（Security and Cryptography）

核心概念

1. 什么是加密？

加密：加密是一种将数据转换为一种不可读形式的方法，只有持有相应密钥的人才能解密并读取数据。
目的：确保数据的机密性和安全性，特别是在传输过程中过防止未授权访问。

2. 加密类型

对称加密：

使用相同的密钥进行加密和解密。
常见算法：AES、DES。
优点：速度快，适合大数据量加密。

非对称加密：

使用公钥加密和私钥解密。
常见算法：RSA。
优点：安全性高，适合密钥交换和数字签名。

3. 散列函数

散列函数：又称为哈希函数，将任意长度的数据转换为固定长度的字符串。
特点：不可逆，常用于验证数据完整性。
常见算法：MD5、SHA-256。

实际使用

对称加密示例：AES

using System;
using System.IO;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;public class AesEncryptionExample
{public static void Main(){string original = "Sensitive data that needs encryption";// 创建AES加密服务实例using (Aes aesAlg = Aes.Create()){// 加密字符串到字节数组byte[] encrypted = EncryptStringToBytes_Aes(original, aesAlg.Key, aesAlg.IV);// 解密字节数组回字符串string decrypted = DecryptStringFromBytes_Aes(encrypted, aesAlg.Key, aesAlg.IV);Console.WriteLine($"Original: {original}");Console.WriteLine($"Decrypted: {decrypted}");}}static byte[] EncryptStringToBytes_Aes(string plainText, byte[] Key, byte[] IV){// 参数检查if (plainText == null || plainText.Length <= 0)throw new ArgumentNullException(nameof(plainText));if (Key == null || Key.Length <= 0)throw new ArgumentNullException(nameof(Key));if (IV == null || IV.Length <= 0)throw new ArgumentNullException(nameof(IV));byte[] encrypted;// 使用AES算法using (Aes aesAlg = Aes.Create()){aesAlg.Key = Key; // 设置加密密钥aesAlg.IV = IV;   // 设置初始化向量// 创建一个加密器来执行流转换ICryptoTransform encryptor = aesAlg.CreateEncryptor(aesAlg.Key, aesAlg.IV);// 用内存流进行加密using (MemoryStream msEncrypt = new MemoryStream()){// 创建加密流using (CryptoStream csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write)){using (StreamWriter swEncrypt = new StreamWriter(csEncrypt)){swEncrypt.Write(plainText); // 写入并加密数据}encrypted = msEncrypt.ToArray(); // 获取加密后的字节数组}}}return encrypted; // 返回加密字节数组}static string DecryptStringFromBytes_Aes(byte[] cipherText, byte[] Key, byte[] IV){// 参数检查if (cipherText == null || cipherText.Length <= 0)throw new ArgumentNullException(nameof(cipherText));if (Key == null || Key.Length <= 0)throw new ArgumentNullException(nameof(Key));if (IV == null || IV.Length <= 0)throw new ArgumentNullException(nameof(IV));string plaintext = null;// 使用AES算法using (Aes aesAlg = Aes.Create()){aesAlg.Key = Key; // 解密密钥aesAlg.IV = IV;   // 初始化向量// 创建解密器ICryptoTransform decryptor = aesAlg.CreateDecryptor(aesAlg.Key, aesAlg.IV);// 用内存流进行解密using (MemoryStream msDecrypt = new MemoryStream(cipherText)){// 创建解密流using (CryptoStream csDecrypt = new CryptoStream(msDecrypt, decryptor, CryptoStreamMode.Read)){using (StreamReader srDecrypt = new StreamReader(csDecrypt)){plaintext = srDecrypt.ReadToEnd(); // 读取并解密数据}}}}return plaintext; // 返回解密后的字符串}
}

非对称加密示例：RSA

using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;public class RsaEncryptionExample
{public static void Main(){// 创建RSA实例using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider()){// 导出公钥和私钥string publicKey = rsa.ToXmlString(false); // 公钥，不包含私钥string privateKey = rsa.ToXmlString(true); // 私钥，包含全部信息string original = "Data for RSA encryption";// 加密数据byte[] encrypted = Encrypt(original, publicKey);// 解密数据string decrypted = Decrypt(encrypted, privateKey);Console.WriteLine($"Original: {original}");Console.WriteLine($"Decrypted: {decrypted}");}}public static byte[] Encrypt(string data, string publicKey){using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider()){rsa.FromXmlString(publicKey); // 加载公钥var dataBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(data); // 转换数据为字节数组return rsa.Encrypt(dataBytes, false); // 执行加密}}public static string Decrypt(byte[] data, string privateKey){using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider()){rsa.FromXmlString(privateKey); // 加载私钥var decryptedBytes = rsa.Decrypt(data, false); // 执行解密return Encoding.UTF8.GetString(decryptedBytes); // 转换回字符串}}
}

SHA-256 散列示例

using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;public class HashingExample
{public static void Main(){string data = "Data to hash";// 计算SHA-256散列值string hash = ComputeSha256Hash(data);Console.WriteLine($"Data: {data}");Console.WriteLine($"Hash: {hash}");}public static string ComputeSha256Hash(string rawData){using (SHA256 sha256Hash = SHA256.Create()){// 将输入字符串转换为字节数组并计算其哈希值byte[] bytes = sha256Hash.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(rawData));// 将字节数组转变为十六进制字符串StringBuilder builder = new StringBuilder();for (int i = 0; i < bytes.Length; i++){builder.Append(bytes[i].ToString("x2")); // 格式化为两位十六进制}return builder.ToString(); // 返回散列值}}
}