C#實現(xiàn)常見加密算法的示例代碼

第C#實現(xiàn)常見加密算法的示例代碼目錄前言1.Base64編碼1.1原理介紹1.2C#代碼2.凱撒密碼2.1原理介紹2.2C#代碼3.Vigenere密碼3.1原理介紹3.2C#代碼4.DES4.1原理介紹4.2C#代碼5.AES5.1原理簡述5.2C#代碼

前言

最近項目中需要用到字符串加解密，遂研究了一波，發(fā)現(xiàn)密碼學(xué)真的是博大精深，好多算法的設(shè)計都相當(dāng)巧妙，學(xué)到了不少東西，在這里做個小小的總結(jié)，方便后續(xù)查閱。

文中關(guān)鍵詞：

明文（P，Plaintext）密文（C，Ciphertext）密鑰（K，Key）加密算法（E，EncyptedAlgorithm）解密算法（D，DecryptedAlgorithm）公鑰（PublicKey）私鑰（PrivateKey）

常見加密算法如下，本文主要介紹紅框里邊的5種算法以及C#代碼實現(xiàn)

1.Base64編碼

1.1原理介紹

（1）Base64是一種基于64個可打印字符來表示二進制數(shù)據(jù)的表示方法。其索引表如下：

共包含64個可打印字符為：A-Z、a-z、0-9、+、/，另外還會有=或者==作為填充字符出現(xiàn)在編碼中。

（2）編碼規(guī)則

將待編碼字符串每三個字節(jié)分為一組，每組24bit將上邊的24bit分為4組，每組6bit在每組前添加兩個0，每組由6bit變?yōu)?bit，總共32bit，即4byte根據(jù)Base64編碼對照表獲取對應(yīng)的編碼值

上述圖例中：Man經(jīng)過Base64編碼之后變?yōu)門WFu。

（3）字節(jié)數(shù)不足3個時

兩個字節(jié)：2byte共16bit，按照編碼規(guī)則，每6bit分為一組，則第三組缺少2bit，用0補齊，得到3個Based64編碼，第四組完全沒有數(shù)據(jù)則用=補上。因此上圖BC經(jīng)過Base64編碼之后變?yōu)镼kM=；

一個字節(jié)：1byte共8bit，按照編碼規(guī)則，每6bit分為一組，則第二組缺少4bit，用0補齊，得到2個Based64編碼，后兩組完全沒有數(shù)據(jù)都用=補上。因此上圖A經(jīng)過Base64編碼之后變?yōu)镼Q==。

1.2C#代碼

//Base64編碼

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.凱撒密碼

2.1原理介紹

凱撒密碼是一種很古老的加密體制，主要是通過代換來達到加密的目的。其基本思想是：通過把字母移動一定的位數(shù)來實現(xiàn)加密和解密。移動位數(shù)就是加密和解密的密鑰。

舉例說明，假設(shè)明文為ABCD，密鑰設(shè)置為7，那么對應(yīng)的密文就是HIJK。具體流程如下表所示：

2.2C#代碼

//CaesarCipher（凱撒密碼）

publicsealedclassCaesar

//加密

publicstaticstringCaesarEncrypt(stringplaintext,intkey)

//字符串轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組

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

stringrst=null;

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

//獲取字符ASCII碼

intasciiCode=(int)origin[i];

//偏移

asciiCode+=key;

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

//將偏移后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

//拼接數(shù)據(jù)

rst+=strCharacter;

returnrst;

//解密

publicstaticstringCaesarDecrypt(stringciphertext,intkey)

//字符串轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組

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

stringrst=null;

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

//獲取字符ASCII碼

intasciiCode=(int)origin[i];

//偏移

asciiCode-=key;

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

//將偏移后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

//拼接數(shù)據(jù)

rst+=strCharacter;

returnrst;

3.Vigenere密碼

3.1原理介紹

在凱撒密碼中，每一個字母通過一定的偏移量（即密鑰K）變成另外一個字母，而維吉尼亞密碼就是由多個偏移量不同的凱撒密碼組成，屬于多表密碼的一種。在一段時間里它曾被稱為不可破譯的密碼。

維吉尼亞密碼在加密和解密時，需要一個表格進行對照。表格一般為26*26的矩陣，行和列都是由26個英文字母組成。加密時，明文字母作為列，密鑰字母作為行，所對應(yīng)坐標(biāo)上的字母即為對應(yīng)的密文字母。

可以用上述表格直接查找對應(yīng)的密文，也可通過取模計算的方式。用0-25代替字母A-Z，C表示密文，P表示明文，K表示密鑰，維吉尼亞加密算法可表示為：

密文可表示為：

舉例說明，假設(shè)明文為IAMACHINESE，密鑰為CHINA，那么密文就是LHUNCJPVRSG。具體過程如下表：

3.2C#代碼

//VigenereCipher（維吉尼亞密碼）

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};

//將偏移后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為字符

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};

//將偏移后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為字符

ASCIIEncodingasciiEncoding=newASCIIEncoding();

stringstrCharacter=asciiEncoding.GetString(byteArray);

plaintext+=strCharacter;

returnplaintext;

4.DES

4.1原理介紹

DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，DataEncryptionStandard），出自IBM的研究，后被美國政府正式采用，密鑰長度56位，以現(xiàn)代的計算能力可在24h以內(nèi)被暴力破解。算法設(shè)計原理參考這篇博客。

順便說一下3DES（TripleDES），它是DES向AES過渡的加密算法，使用3條56位的密鑰對數(shù)據(jù)進行三次加密。是DES的一個更安全的變形。它以DES為基本模塊，通過組合分組方法設(shè)計出分組加密算法。比起最初的DES，3DES更為安全。

4.2C#代碼

C#中提供封裝好的DES加解密方法，直接調(diào)用即可。

//DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，DataEncryptionStandard）

publicsealedclassDES

/*DES相關(guān)

ecb、ctr模式不需要初始化向量

cbc、ofc、cfb需要初始化向量

初始化向量的長度：DES/3DES為8byte；AES為16byte。加解密使用的IV相同。

///summary

///DES加密

////summary

///paramname="plaintext"明文/param

///paramname="key"密鑰，長度8byte/param

///paramname="iv"初始化向量，長度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加密出錯";

///summary

///DES解密

////summary

///paramname="ciphertext"密文/param

///paramname="key"密鑰，長度8byte/param

///paramname="iv"初始化向量，長度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解密出錯";

5.AES

5.1原理簡述

AES（高級加密算法，AdvancedEncryptionStandard），美國政府提出，該加密算法采用對稱分組密碼體制，提供128位、192位和256位三種密鑰長度，算法應(yīng)易于各種硬件和軟件實現(xiàn)。這種加密算法是美國聯(lián)邦政府采用的區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。AES本身就是為了取代DES的，AES具有更好的安全性、效率和靈活性。

5.2C#代碼

//AES（高級加密算法，AdvancedEncryptionStandard），美政府提出

publicsealedclassAES

///summary

///AES加密

////summary

///paramname="plaintext"明文/param

///paramname="key"密鑰，長度16byte/param

///paramname="IV"初始化向量，長度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加密出錯";

///summary

///AES解密

///