C# 实现对称加密算法（AES）与非对称加密算法（RSA），包含前端加密对应算法实现

C# 实现对称加密算法（AES）与非对称加密算法（RSA），包含前端对应加密算法实现

• 一、两者的含义
• • 1、对称加密：
  • 2、非对称加密：
• 二、后端代码实现
• • 1、AES对称加密算法（CBC模式，多一个初始化向量，安全性高）
  • • 1.1、加解密测试：
  • 2、AES对称加密算法（ECB模式，无需初始化向量）
  • • 2.1、加解密测试
  • 3、RSA非对称加密算法
  • • 3.1、加解密测试
• 三、前端代码实现

一、两者的含义

1、对称加密：

一种既简单速度又快的加密方式，加密与解密使用的都是同一个密钥，别名又叫做：单密钥加密；对称加密有很多公开算法，并且因为它效率很高，所以适用于加密大量数据的场合；但其密钥的传输过程是不安全的，并且容易被破解，密钥管理起来也相对麻烦。

2、非对称加密：

需要两个密钥来进行加密和解密，这两个密钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥），如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。加密密钥是公开的，密钥的分配和管理就很简单，而且能够很容易地实现数字签名，因此最适合于电子商务应用的需要；但是如果对大数量进行操作，计算量特别大，速度远远比不上对称加密。

详细请阅读这篇文章 https://blog.csdn.net/qq_38556796/article/details/126706393

二、后端代码实现

1、AES对称加密算法（CBC模式，多一个初始化向量，安全性高）

IV：初始化向量，配合秘钥一起使用，每次加密时随机生成，解密需要秘钥与IV一起才能解密
代码如下：

using System;using System.IO;using System.Security.Cryptography;using System.Text;namespace Aes{public class AesHelper{private const int KEY_SIZE = 256;private const int BLOCK_SIZE = 128;private const string KEY_CHARS = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";private const string IV_CHARS = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";public static string Encrypt(string plainText, string key, string iv){byte[] keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(key);byte[] ivBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(iv);using (Aes aes = Aes.Create()){aes.KeySize = KEY_SIZE;aes.BlockSize = BLOCK_SIZE;aes.Key = keyBytes;aes.IV = ivBytes;aes.Mode = CipherMode.CBC;ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor(aes.Key, aes.IV);byte[] plainBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(plainText);using (MemoryStream ms = new MemoryStream()){using (CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, encryptor, CryptoStreamMode.Write)){cs.Write(plainBytes, 0, plainBytes.Length);}byte[] encryptedBytes = ms.ToArray();return Convert.ToBase64String(encryptedBytes);}}}public static string Decrypt(string cipherText, string key, string iv){byte[] keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(key);byte[] ivBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(iv);using (Aes aes = Aes.Create()){aes.KeySize = KEY_SIZE;aes.BlockSize = BLOCK_SIZE;aes.Key = keyBytes;aes.IV = ivBytes;aes.Mode = CipherMode.CBC;ICryptoTransform decryptor = aes.CreateDecryptor(aes.Key, aes.IV);byte[] cipherBytes = Convert.FromBase64String(cipherText);using (MemoryStream ms = new MemoryStream()){using (CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, decryptor, CryptoStreamMode.Write)){cs.Write(cipherBytes, 0, cipherBytes.Length);}byte[] decryptedBytes = ms.ToArray();return Encoding.UTF8.GetString(decryptedBytes);}}}public static string GenerateKey(){Random random = new Random();StringBuilder sb = new StringBuilder();for (int i = 0; i < KEY_SIZE / 8; i++){int index = random.Next(KEY_CHARS.Length);sb.Append(KEY_CHARS[index]);}return sb.ToString();}public static string GenerateIV(){Random random = new Random();StringBuilder sb = new StringBuilder();for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE / 8; i++){int index = random.Next(IV_CHARS.Length);sb.Append(IV_CHARS[index]);}return sb.ToString();}}}

1.1、加解密测试：

string plainText = "Hello World!";string key = AesHelper.GenerateKey();string iv = AesHelper.GenerateIV();string cipherText = AesHelper.Encrypt(plainText, key, iv);string decryptedText = AesHelper.Decrypt(cipherText, key, iv);Console.WriteLine("Plain text: {0}", plainText);Console.WriteLine("Cipher text: {0}", cipherText);Console.WriteLine("Decrypted text: {0}", decryptedText);

2、AES对称加密算法（ECB模式，无需初始化向量）

using System;using System.IO;using System.Security.Cryptography;using System.Text;namespace AesHelper{public class Aes{/// 
/// AES算法的keysize有一定限制。/// 具体来说，AES算法支持的keysize为 128 bits、192 bits 和 256 bits，而且只能以16 bits（即2个字节）为步长递增。/// 也就是说，支持的有效的 keysize 可以是：128、160、192、224 或 256。/// 需要注意的是，AES算法的 keysize 越大，加密强度越高，但同时也会增加加密运算所需的时间和计算资源。/// 因此，在实际应用中，需要根据实际需求和环境对 keysize 进行合理的选择。/// private static readonly int KeySize = 256;/// 
/// 生成秘钥/// /// public static string GenerateKey(){using (var aes = Aes.Create()){aes.KeySize = KeySize;aes.Mode = CipherMode.ECB; // ECB 模式无需 IV 向量aes.Padding = PaddingMode.PKCS7;aes.GenerateKey();return Convert.ToBase64String(aes.Key);}}/// 
/// 加密/// /// /// /// public static string Encrypt(string plainText, string key){using (var aes = Aes.Create()){aes.KeySize = KeySize;aes.Mode = CipherMode.ECB; // ECB 模式无需 IV 向量aes.Padding = PaddingMode.PKCS7;aes.Key = Convert.FromBase64String(key);ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor();byte[] plainBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(plainText);byte[] cipherBytes = encryptor.TransformFinalBlock(plainBytes, 0, plainBytes.Length);return Convert.ToBase64String(cipherBytes);}}/// 
/// 解密/// /// /// /// public static string Decrypt(string cipherText, string key){using (var aes = Aes.Create()){aes.KeySize = KeySize;aes.Mode = CipherMode.ECB; // ECB 模式无需 IV 向量aes.Padding = PaddingMode.PKCS7;aes.Key = Convert.FromBase64String(key);ICryptoTransform decryptor = aes.CreateDecryptor();byte[] cipherBytes = Convert.FromBase64String(cipherText);byte[] plainBytes = decryptor.TransformFinalBlock(cipherBytes, 0, cipherBytes.Length);return Encoding.UTF8.GetString(plainBytes);}}}}

2.1、加解密测试

string key = AesHelper.GenerateKey();string plainText = "Hello, world!";string cipherText = AesHelper.Encrypt(plainText, key);Console.WriteLine(cipherText);string decryptedPlainText = AesHelper.Decrypt(cipherText, key);Console.WriteLine(decryptedPlainText);

3、RSA非对称加密算法

using System;using System.IO;using System.Security.Cryptography;using System.Text;namespace RSA{/// 
/// 在C#中，RSACryptoServiceProvider的KeySize属性可以设置为任意偶数位的值，/// 建议使用2048位或更长的密钥长度以提供足够的安全性，典型情况下，RSA密钥的长度为2048位。/// 尽管在理论上可以使用较小的密钥长度来加速RSA操作，但是使用较小的密钥可能会使RSA易受到攻击，/// 因此不推荐使用少于2048位的密钥长度。为了确保数据的安全，应该使用更长的密钥(根据实际需求选择)，并定期更换密钥。/// ----------------------------/// RSA验证签名的作用是确保接收到的数据没有经过篡改，并且确实是由发送方发送的。/// 在数字通信中，攻击者可能会截取通信并修改消息内容，然后将其发送给接收方，导致接收方无法正确解释消息或采取错误的行动。/// 通过使用RSA签名，发送方可以对消息进行数字签名，这个数字签名是通过使用发送方的私钥生成的。/// 接收方可以使用发送方的公钥来验证数字签名，如果验证成功，就意味着消息没有被篡改，并且确实是由发送方发送的。/// 如果验证失败，接收方就可以确定消息已被篡改或不是由发送方发送的。/// 该过程确保了消息的完整性和真实性，防止了中间人攻击。因此，在数字通信中，RSA验证签名是一种非常重要的安全机制。/// ----------------------------/// 【注意】：为了与jsencrypt.min.js互换数据，需要将生成的 publicKey 和 privateKey 中的 = 去除/// public class RsaHelper{/// 
/// 生成公钥和私钥/// /// 密钥大小/// 输出私钥/// 输出公钥public static void GenerateKeys(int keySize, out string privateKey, out string publicKey){using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(keySize)){privateKey = Convert.ToBase64String(rsa.ExportRSAPrivateKey());publicKey = Convert.ToBase64String(rsa.ExportRSAPublicKey());}}/// 
/// 加密/// /// 公钥/// 要加密的数据/// 加密后的数据public static string Encrypt(string publicKey, string data){using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider()){rsa.ImportRSAPublicKey(Convert.FromBase64String(publicKey), out _);var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(data);var encryptedBytes = rsa.Encrypt(bytes, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);return Convert.ToBase64String(encryptedBytes);}}/// 
/// 解密/// /// 私钥/// 要解密的数据/// 解密后的数据public static string Decrypt(string privateKey, string data){using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider()){rsa.ImportRSAPrivateKey(Convert.FromBase64String(privateKey), out _);var encryptedBytes = Convert.FromBase64String(data);var decryptedBytes = rsa.Decrypt(encryptedBytes, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);return Encoding.UTF8.GetString(decryptedBytes);}}/// 
/// RSA私钥签名/// /// 私钥/// 要签名的数据/// 签名数据public static string SignData(string privateKey, string data){using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider()){rsa.ImportRSAPrivateKey(Convert.FromBase64String(privateKey), out _);var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(data);var signatureBytes = rsa.SignData(bytes, HashAlgorithmName.SHA1, RSASignaturePadding.Pkcs1);return Convert.ToBase64String(signatureBytes);}}/// 
/// 验证RSA签名/// /// 公钥/// 原始数据/// 签名数据/// public static bool VerifyData(string publicKey, string data, string signatureData){using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider()){rsa.ImportRSAPublicKey(Convert.FromBase64String(publicKey), out _);var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(data);var signatureBytes = Convert.FromBase64String(signatureData);return rsa.VerifyData(bytes, signatureBytes, HashAlgorithmName.SHA1, RSASignaturePadding.Pkcs1);}}}}

3.1、加解密测试

//生成公钥和私钥RsaHelper.GenerateKeys(2048, out var privateKey, out var publicKey);//加密var data = "Hello World!";string encryptedData = RsaHelper.Encrypt(publicKey, data);//解密string decryptedData = RsaHelper.Decrypt(privateKey, encryptedData);//签名string signatureData = RsaHelper.SignData(privateKey, data);//验证签名bool isVerify = RsaHelper.VerifyData(publicKey, data, signatureData);Console.WriteLine($"公钥：{publicKey} \n");Console.WriteLine($"私钥：{privateKey} \n");Console.WriteLine($"密文：{encryptedData} \n");Console.WriteLine($"解密明文：{decryptedData} \n");Console.WriteLine($"签名：{signatureData} \n");Console.WriteLine($"验证签名：{isVerify} \n");

三、前端代码实现

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