第11章 数据加密与数字签名

本章教学要求
（1）掌握数据加密与解密的基本知识 （2）掌握字符串、一般文件、XML文件加密和解密的具体实现。 （3）掌握网络应用中数据的加密与解密的流程 （4）掌握数字签名的概念和Hash算法，了解其他相关知识 （5）掌握怎样进行简单的数字签名
教学难点和重点
加密类和加密、解密方法、网络应用中数据的加密与解密
② 私钥是保密的，公钥是公开的。用公钥加密的数据只能用私钥 解密，反之，用私钥加密的数据只能用公钥解密。 ③ 实现方法： 接收方先生成一个公钥/私钥对，在接收被加密的数据前，先 将该公钥传递给发送方；注意，从公钥推导出私钥是不可能的， 所以不怕通过网络传递时被攻击者截获公钥。发送方得到此公 钥后，使用此公钥加密数据，再将加密后的数据通过网络传递 给接收方；接收方收到加密后的数据后，再用私钥进行解密。 由于没有传递私钥，从而提高了数据的安全性。
实现对称加密（CBC模式，即“密钥+IV模式”）算法的类 有6种： ① DESCryptoServiceProvider类：DES算法加密类 ② TripleDESCryptoServiceProvider：TDES算法加密类 ③ RijndaelManaged：AES算法加密类 ④ AesManaged ： AES算法加密类(.NET Framework 3. 5) ⑤ RC2CryptoServiceProvider：RC2算法加密类 ⑥ HMACSHA1：SHA1算法（哈希算法）加密类 说明：使用IV的目的是为了防范穷举搜索而进行的攻击。
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）
对采用3DES（三层数据加密标准）算法的加密服务提供程序(CSP)进行包 装（密钥长度为128位到192位，以64位递增）。3DES对交换的信息进行3 次叠代加密，比DES安全性高。常用属性和方法: 解释
名称
BlockSize属性
Key属性
获取或设臵加密操作的块大小，以位为单位
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）
DESCryptoServiceProvider类：
对采用数据加密标准(DES，Data Encryption Standard)算
法的加密服务提供程序(CSP)版本进行包装（密钥长度为64 位）, DES是美国1977年公布的加密标准，当时在各超市零 售业、银行自动取款机、磁卡及IC卡、加油站、高速公路收 费站等领域被广泛应用。 说明：该算法如果不使用IV，目前已经有多种破解方法（最 快的破解速度据媒体报导是仅用了3天的时间就破解了）， 但是使用IV生成随机数配合加密后，破解就变得非常困难。
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11.1.2 不对称加密及其相关类（续）
RSACryptoServiceProvider类：
① 使用加密服务提供程序 (CSP) 提供的 RSA 算法的实现执 行不对称加密和解密。
② 如果安装了 Microsoft Enhanced Cryptographic Provi der，则 RSACryptoServiceProvider 支持长度从 384 位至 16384 位（增量为 8 位）的密钥。如果安装了 Micr osoft Base Cryptographic Provider，则支持长度从 38 4 位至 512 位（增量为 8 位）的密钥。
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11.1.2 不对称加密及其相关类（续）
不对称加密（也叫公钥加密）特点 优点：密钥位数多，而且无法根据加密密钥推导出解密密 钥。从而使保密强度更高。 缺点：加、解密速度慢，不适合加密大量数据。
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11.1.2 不对称加密及其相关类（续）
.NET Framework 提供了以下类来实现不对称加密算法：
AES：Rijndael被选中成为将来的AES
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11.1 数据加密与解密技术
11.1.1 对称加密及其相关1.1.3 加密流 11.1.4 密钥容器
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11.1.1 对称加密及其相关类
对称加密（私钥加密）原理 ① 同一密钥既用于加密又用于解密。 ② 以块为单位加密数据（称为块密码），该方法一次加密一个数 据块（数据多于规定的块大小时，将数据分块处理，数据少于 规定的块大小时，将其扩充到块大小）。 ③ 早期采用密码本(ECB) 模式，即有一个密码对照表，将被加密 的数据按照对应关系解密即可，安全性较低。最突出的缺点是 相同的原始数据加密后的结果也相同。 ④ 改进后的算法是密码块链 (CBC，Cipher Block Chaining) 模 式，即使用私钥和初始化向量 (IV，Initialization Vector) 共 同加密。实现思路：用“IV”和“私钥”加密第一个纯文本块， 每个后续纯文本块都在加密前先与前一个密码文本块进行按位 “异或”运算，从而解决了ECB模式存在的安全问题，即：虽 然原始数据相同，产生的加密后的数据也不会相同。
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11.1.3 加密流（CryptoStream）
加密流（CryptoStream类）:继承Stream类，专用于处理 被加密或者被解密的数据，而且只能用于对称加密。 CryptoStream类 public CryptoStream(Stream stream,ICryptoTransfor m transform,CryptoStreamMode mode) stream：对其执行加密转换的流。 Transform：要对流执行的加密转换。 Mode：转换方式 ，加密时模式为对写访问模式解密时则 为读访问模式。
获取或设臵TripleDES算法的机密密钥
IV属性
KeySize属性 CreateEncryptor方 法 CreateDecryptor方 法
获取或设臵TripleDES算法的初始化向量
获取或设臵TripleDES算法所用密钥的大小，以位为单 位 创建TripleDES加密器对象 创建TripleDES解密器对象
哈希序列。
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）
六种对称加密类的主要特点：
类 DESCryptoServiceProvider 64 可用密钥长度（bit） 加密算法 DES加密算法
TripleDESCryptoServiceProvider
RijndaelManaged AesManaged RC2CryptoServiceProvider HMACSHA1
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11.1 数据加密与解密技术
密码学简介据记载，公元前400年，古希腊人发明了臵换 密码。 在第二次世界大战期间，德国军方启用“恩尼格玛”密码 机，密码学在战争中起着非常重要的作用。
密码学可以达到以下目的：
保密性：防止用户的标识或数据被读取 数据完整性：防止数据被更改 。。。。
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11.1 数据加密与解密技术（续）
GenerateIV方法
生成用于TripleDES算法的随机初始化向量IV
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）
说明： （1）如果对数字或其他值类型数据加密，可以利用Binar yWriter先得到字节流，然后对其加密即可。 （2）如果对数据库数据加密，只需要将加密后的内容保 存到库中即可，读出后再解密。 （3）对于其他不同的加密解密类，调用方法都差不多。
128、192（默认）
128、192、256（默认） 128、192、256（默认） 40-128（以8位递增），默 认128 任何长度
3次DES叠代加密算法
AES加密算法 AES加密算法 RC2加密算法 SHA-1加密哈希算法
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11.1.2 不对称加密及其相关类
不对称加密（公钥加密）原理
① 使用不同的加密密钥与解密密钥，是一种“由已知加密密钥推 导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制。
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11.1.2 不对称加密及其相关类（续）
RSACryptoServiceProvider类的常用属性和方法
名称
CspKeyContainerInfo 属性 PersistKeyInCsp属性 PublicOnly属性 Encrypt方法 Decrypt方法 ImportParameters方法 ExportParameters方法 FromXmlString方法 ToXmlString方法
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）
RijndaelManaged类：对采用Rijndael的加密服务提供程序(CSP)进行
包装（密钥长度为128、192或256位）。 Rijndael是Vincent Rijmen和
Joan Daemen两人提出的加密算法，是最新的高级加密标准之一，比3 DES算法更强、更高效。
① DSACryptoServiceProvider：DSA算法的加密实现。
② RSACryptoServiceProvider：RSA算法的加密实现。 ③ ECDiffieHellmanCng 椭圆曲线 Diffie-Hellman (ECDH) 算法的下一代加密技 术 (CNG)加密实现，.NET Framework 3.5版开始提供。 ④ ECDsaCng 椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA) 的下一代加密技术 (CN G) 实现 ， .NET Framework 3.5版开始提供。
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）
对称加密（私钥加密） 特点
优点：保密强度高，加、解密速度快，适合加密大量数据。 缺点：由于双方使用相同的密钥进行加密和解密。在网络 传输中，如何传递密钥成为问题所在。如果攻击者截获了 密钥，也就等于知道了如何解密数据。
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11.1.1 对称加密及其相关类（续）

AesManaged类（在.NET Framework 3.5版中引入）：对AES算法进
行包装。此类的功能与RijndaelManaged类相同，但它将块限制为 128 位，且不允许反馈模式。AES 算法实质上是具有固定块大小和迭代计数 的Rijndael对称算法。