C# (.NET) 中的密码学：数据加密与哈希

C# (.NET) 中的密码学：数据加密与哈希

现代 .NET 平台应用程序几乎总是需要数据保护。System.Security.Cryptography 库提供了完整的工具集来实现密码学操作：从对称和非对称加密到哈希生成和数字签名。本文将介绍 C# 中可用的主要算法，并展示它们的使用示例。

1. .NET 中的主要密码学类

所有密码学类都位于 System.Security.Cryptography 命名空间中。主要类别包括：

• 对称加密 — 使用一个密钥进行加密和解密（Aes, DES, TripleDES）。
• 非对称加密 — 使用一对密钥：公钥和私钥（RSA, ECDiffieHellman）。
• 哈希 — 数据的单向转换（SHA256, SHA512, MD5）。
• 随机数生成 — 密码学安全的随机数生成器（RandomNumberGenerator）。

2. 以 AES 为例的对称加密

AES（高级加密标准）算法是最常用的对称密码。在 .NET 中使用 Aes 类来实现。

字符串加密和解密示例：

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

public class AesExample{    public static byte[] EncryptStringToBytes_Aes(string plainText, byte[] key, byte[] iv)    {        using (Aes aesAlg = Aes.Create())        {            aesAlg.Key = key;            aesAlg.IV = iv;

            ICryptoTransform encryptor = aesAlg.CreateEncryptor(aesAlg.Key, aesAlg.IV);

            using (MemoryStream msEncrypt = new MemoryStream())            {                using (CryptoStream csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write))                {                    using (StreamWriter swEncrypt = new StreamWriter(csEncrypt))                    {                        swEncrypt.Write(plainText);                    }                    return msEncrypt.ToArray();                }            }        }    }

    public static string DecryptStringFromBytes_Aes(byte[] cipherText, byte[] key, byte[] iv)    {        using (Aes aesAlg = Aes.Create())        {            aesAlg.Key = key;            aesAlg.IV = iv;

            ICryptoTransform decryptor = aesAlg.CreateDecryptor(aesAlg.Key, aesAlg.IV);

            using (MemoryStream msDecrypt = new MemoryStream(cipherText))            {                using (CryptoStream csDecrypt = new CryptoStream(msDecrypt, decryptor, CryptoStreamMode.Read))                {                    using (StreamReader srDecrypt = new StreamReader(csDecrypt))                    {                        return srDecrypt.ReadToEnd();                    }                }            }        }    }}

使用方法：

byte[] key = RandomNumberGenerator.GetBytes(32); // 256位密钥byte[] iv = RandomNumberGenerator.GetBytes(16);  // 128位IV

string original = "机密数据";byte[] encrypted = AesExample.EncryptStringToBytes_Aes(original, key, iv);string decrypted = AesExample.DecryptStringFromBytes_Aes(encrypted, key, iv);

Console.WriteLine($"原文: {original}");Console.WriteLine($"解密后: {decrypted}");

3. 使用 RSA 的非对称加密

RSA 用于安全传输密钥或小量数据。在 .NET 中通过 RSA 类实现。

密钥生成和加密示例：

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

public class RsaExample{    public static void Demonstrate