C#实现常见加密算法的示例代码

2022-11-13 13:11:53 示例常见加密算法

前言

最近项目中需要用到字符串加解密，遂研究了一波，发现密码学真的是博大精深，好多算法的设计都相当巧妙，学到了不少东西，在这里做个小小的总结，方便后续查阅。

文中关键词：

明文（P，Plaintext）
密文（C，Ciphertext）
密钥（K，Key）
加密算法（E，Encypted AlGorithm）
解密算法（D，Decrypted Algorithm）
公钥（Public Key）
私钥（Private Key）

常见加密算法如下，本文主要介绍红框里边的5种算法以及C#代码实现

1. Base64编码

1.1 原理介绍

（1）Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。其索引表如下：

共包含64个可打印字符为：A-Z、a-z、0-9、+、/，另外还会有“=”或者“==”作为填充字符出现在编码中。

（2）编码规则

将待编码字符串每三个字节分为一组，每组24bit
将上边的24bit分为4组，每组6bit
在每组前添加两个0，每组由6bit变为8bit，总共32bit，即4byte
根据Base64编码对照表获取对应的编码值

上述图例中：“Man”经过Base64编码之后变为“TWFu”。

（3）字节数不足3个时

两个字节：2byte共16bit，按照编码规则，每6bit分为一组，则第三组缺少2bit，用0补齐，得到3个Based64编码，第四组完全没有数据则用“=”补上。因此上图“BC”经过Base64编码之后变为“QkM=”；

一个字节：1byte共8bit，按照编码规则，每6bit分为一组，则第二组缺少4bit，用0补齐，得到2个Based64编码，后两组完全没有数据都用“=”补上。因此上图“A”经过Base64编码之后变为“QQ==”。

1.2 C#代码

// Base64编码
public sealed class Base64
{
    // Base64加密
    public static string Base64Encrypt(string plaintext)
    {
        string ciphertext = "";
 
        byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(plaintext);
        ciphertext = Convert.ToBase64String(buffer);
 
        return ciphertext;
    }
 
    // Base64解密
    public static string Base64Decrypt(string ciphertext)
    {
        string plaintext = "";
 
        byte[] buffer = Convert.FromBase64String(ciphertext);
        plaintext = Encoding.ASCII.GetString(buffer);
 
        return plaintext;
    }
}

2. 凯撒密码

2.1 原理介绍

凯撒密码是一种很古老的加密体制，主要是通过代换来达到加密的目的。其基本思想是：通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。移动位数就是加密和解密的密钥。

举例说明，假设明文为“ABCD”，密钥设置为7，那么对应的密文就是“HIJK”。具体流程如下表所示：

2.2 C#代码

// Caesar Cipher（凯撒密码）
public sealed class Caesar
{
    // 加密
    public static string CaesarEncrypt(string plaintext, int key)
    {
        // 字符串转换为字节数组
        byte[] origin = Encoding.ASCII.GetBytes(plaintext);
        string rst = null;
 
        for (int i = 0; i < origin.Length; i++)
        {
            // 获取字符ASCII码
            int asciiCode = (int)origin[i];
 
            // 偏移
            asciiCode += key;
            byte[] byteArray = new byte[] { (byte)asciiCode };
 
            // 将偏移后的数据转为字符
            ASCIIEncoding asciiEncoding = new ASCIIEncoding();
            string strCharacter = asciiEncoding.GetString(byteArray);
 
            // 拼接数据
            rst += strCharacter;
        }
        return rst;
    }
 
    // 解密
    public static string CaesarDecrypt(string ciphertext, int key)
    {
        // 字符串转换为字节数组
        byte[] origin = Encoding.ASCII.GetBytes(ciphertext);
        string rst = null;
 
        for (int i = 0; i < origin.Length; i++)
        {
            // 获取字符ASCII码
            int asciiCode = (int)origin[i];
 
            // 偏移
            asciiCode -= key;
            byte[] byteArray = new byte[] { (byte)asciiCode };
 
            // 将偏移后的数据转为字符
            ASCIIEncoding asciiEncoding = new ASCIIEncoding();
            string strCharacter = asciiEncoding.GetString(byteArray);
 
            // 拼接数据
            rst += strCharacter;
        }
        return rst;
    }
}

3. Vigenere密码

3.1 原理介绍

在凯撒密码中，每一个字母通过一定的偏移量（即密钥K）变成另外一个字母，而维吉尼亚密码就是由多个偏移量不同的凯撒密码组成，属于多表密码的一种。在一段时间里它曾被称为“不可破译的密码”。

维吉尼亚密码在加密和解密时，需要一个表格进行对照。表格一般为26*26的矩阵，行和列都是由26个英文字母组成。加密时，明文字母作为列，密钥字母作为行，所对应坐标上的字母即为对应的密文字母。

可以用上述表格直接查找对应的密文，也可通过取模计算的方式。用0-25代替字母A-Z，C表示密文，P表示明文，K表示密钥，维吉尼亚加密算法可表示为：

密文可表示为：

举例说明，假设明文为“I AM A CHINESE”，密钥为“CHINA”，那么密文就是“L HU N CJPVRSG”。具体过程如下表：

3.2 C#代码

// Vigenere Cipher（维吉尼亚密码）
public sealed class Vigenere
{
    // 加密
    public static string VigenereEncrypt(string plaintext, string key)
    {
        string ciphertext = "";
 
        byte[] origin = Encoding.ASCII.GetBytes(plaintext.ToUpper());
        byte[] keys = Encoding.ASCII.GetBytes(key.ToUpper());
        int length = origin.Length;
        int d = keys.Length;
        for (int i = 0; i < length; i++)
        {
            int asciiCode = (int)origin[i];
 
            // 加密（移位）
            asciiCode = asciiCode + (int)keys[i % d] - (int)'A';
            if (asciiCode > (int)'Z')
            {
                asciiCode -= 26;
            }
 
            byte[] byteArray = new byte[] { (byte)asciiCode };
 
            // 将偏移后的数据转为字符
            ASCIIEncoding asciiEncoding = new ASCIIEncoding();
            string strCharacter = asciiEncoding.GetString(byteArray);
 
            ciphertext += strCharacter;
        }
        return ciphertext;
    }
 
    // 解密
    public static string VigenereDecrypt(string ciphertext, string key)
    {
        string plaintext = "";
 
        byte[] origin = Encoding.ASCII.GetBytes(ciphertext.ToUpper());
        byte[] keys = Encoding.ASCII.GetBytes(key.ToUpper());
        int length = origin.Length;
        int d = keys.Length;
        for (int i = 0; i < length; i++)
        {
            int asciiCode = (int)origin[i];
 
            // 解密（移位）
            asciiCode = asciiCode - (int)keys[i % d] + (int)'A';
            if (asciiCode < (int)'A')
            {
                asciiCode += 26;
            }
 
            byte[] byteArray = new byte[] { (byte)asciiCode };
 
            // 将偏移后的数据转为字符
            ASCIIEncoding asciiEncoding = new ASCIIEncoding();
            string strCharacter = asciiEncoding.GetString(byteArray);
 
            plaintext += strCharacter;
        }
        return plaintext;
    }
}

4. DES

4.1 原理介绍

DES（数据加密标准，Data Encryption Standard），出自IBM的研究，后被美国政府正式采用，密钥长度56位，以现代的计算能力可在24h以内被暴力破解。算法设计原理参考这篇博客。

顺便说一下3DES（Triple DES），它是DES向AES过渡的加密算法，使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。比起最初的DES，3DES更为安全。

4.2 C#代码

C#中提供封装好的DES加解密方法，直接调用即可。

// DES（数据加密标准，Data Encryption Standard）
public sealed class DES
{
    
 
    /// <summary>
    /// DES加密
    /// </summary>
    /// <param name="plaintext">明文</param>
    /// <param name="key">密钥，长度8byte</param>
    /// <param name="iv">初始化向量，长度8byte</param>
    /// <returns>返回密文</returns>
    public static string DESEncrypt(string plaintext, string key, string iv)
    {
        try
        {
            byte[] bTKEy = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
            byte[] btIV = Encoding.UTF8.GetBytes(iv);
            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
            using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
            {
                byte[] inData = Encoding.UTF8.GetBytes(plaintext);
                try
                {
                    using (CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, des.CreateEncryptor(btKey, btIV), CryptoStreamMode.Write))
                    {
                        cs.Write(inData, 0, inData.Length);
                        cs.FlushFinalBlock();
                    }
                    return Convert.ToBase64String(ms.ToArray());
                }
                catch
                {
                    return plaintext;
                }
            }
        }
        catch { }
        return "DES加密出错";
    }
 
    /// <summary>
    /// DES解密
    /// </summary>
    /// <param name="ciphertext">密文</param>
    /// <param name="key">密钥，长度8byte</param>
    /// <param name="iv">初始化向量，长度8byte</param>
    /// <returns>返回明文</returns>
    public static string DESDecrypt(string ciphertext, string key, string iv)
    {
        if (ciphertext == "") return "";
        try
        {
            byte[] btKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
            byte[] btIV = Encoding.UTF8.GetBytes(iv);
            DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
            using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
            {
                byte[] inData = Convert.FromBase64String(ciphertext);
                try
                {
                    using (CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, des.CreateDecryptor(btKey, btIV), CryptoStreamMode.Write))
                    {
                        cs.Write(inData, 0, inData.Length);
                        cs.FlushFinalBlock();
                    }
                    return Encoding.UTF8.GetString(ms.ToArray());
                }
                catch
                {
                    return ciphertext;
                }
            }
        }
        catch { }
        return "DES解密出错";
    }
}

5. AES

5.1 原理简述

AES（高级加密算法，Advanced Encryption Standard），美国政府提出，该加密算法采用对称分组密码体制，提供128位、192位和256位三种密钥长度，算法应易于各种硬件和软件实现。这种加密算法是美国联邦政府采用的区块加密标准。AES本身就是为了取代DES的，AES具有更好的安全性、效率和灵活性。

5.2 C#代码

// AES（高级加密算法，Advanced Encryption Standard），美政府提出
public sealed class AES
{
    /// <summary>
    /// AES加密
    /// </summary>
    /// <param name="plaintext">明文</param>
    /// <param name="key">密钥，长度16byte</param>
    /// <param name="IV">初始化向量，长度16byte</param>
    /// <returns>返回密文</returns>
    public static string AESEncrypt(string plaintext, string key, string iv)
    {
        if (plaintext == "") return "";
        try
        {
            byte[] btKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
            byte[] btIV = Encoding.UTF8.GetBytes(iv);
 
            byte[] inputByteArray = Encoding.UTF8.GetBytes(plaintext);
            using (AesCryptoServiceProvider provider = new AesCryptoServiceProvider())
            {
                using (MemoryStream mStream = new MemoryStream())
                {
                    CryptoStream cStream = new CryptoStream(mStream, provider.CreateEncryptor(btKey, btIV), CryptoStreamMode.Write);
                    cStream.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
                    cStream.FlushFinalBlock();
                    cStream.Close();
                    return Convert.ToBase64String(mStream.ToArray());
                }
            }
        }
        catch { }
        return "AES加密出错";
    }
 
    /// <summary>
    /// AES解密
    /// </summary>
    /// <param name="ciphertext">密文</param>
    /// <param name="key">密钥，长度16byte</param>
    /// <param name="iv">初始化向量，长度16byte</param>
    /// <returns>返回明文</returns>
    public static string AESDecrypt(string ciphertext, string key, string iv)
    {
        if (ciphertext == "") return "";
        try
        {
            byte[] btKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
            byte[] btIV = Encoding.UTF8.GetBytes(iv);
 
            byte[] inputByteArray = Convert.FromBase64String(ciphertext);
            using (AesCryptoServiceProvider provider = new AesCryptoServiceProvider())
            {
                using (MemoryStream mStream = new MemoryStream())
                {
                    CryptoStream cStream = new CryptoStream(mStream, provider.CreateDecryptor(btKey, btIV), CryptoStreamMode.Write);
                    cStream.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
                    cStream.FlushFinalBlock();
                    cStream.Close();
                    return Encoding.UTF8.GetString(mStream.ToArray());
                }
            }
        }
        catch { }
        return "AES解密出错";
    }
}

到此这篇关于C#实现常见加密算法的示例代码的文章就介绍到这了,更多相关C#加密算法内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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