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一、對稱加密算法概念#
? 我們通過計算機網絡傳輸數據時，如果無法防止他人竊聽， 可以利用密碼學技術將發(fā)送的數據變換成對任何不知道如何做逆變換的人都不可理解的形式， 從而保證了數據的機密性。這種變換被稱為加密（ encryption），被加密的數據被稱為密 文（ ciphertext），而加密前的數據被稱為明文（ plaintext）。 接收方必須能通過某種逆變換將密文重新變換回原來的明文，該逆變換被稱為解密（ decryption）。加密和解密過程可以以一個密鑰（ key）為參數，并且加密和解密過程可以公開， 而只有密鑰需要保密。 即只有知道密鑰的人才能解密密文，而任何人，即使知道加密或解密算法也無法解密密文。
? 加密密鑰和解密密鑰可以相同，也可以不同，取決于采用的是對稱密鑰密碼體制還是公開密鑰密碼體制。
? 所謂對稱密鑰密碼體制是一種加密密鑰與解密密鑰相同的密碼體制。在這種加密系統(tǒng)中， 兩個參與者共享同一個秘密密鑰，如果用一個特定的密鑰加密一條消息，也必須要使用相同的密鑰來解密該消息。該系統(tǒng)又稱為對稱密鑰系統(tǒng)。
??數據加密標準（ Data Encryption Standard， DES）是對稱密鑰密碼的典型代表，由IBM公司研制，于1977年被美國定為聯邦信息標準 。其加密解密基本流程如下圖：
二、.NET 使用 DES 加密#
? DES使用的密鑰為64 位（ 實際密鑰長度為56 位，有8位用于奇偶校驗）。密碼的字節(jié)長度不能低于64位（8個字節(jié)），下面是實現代碼：
1 using System;2 using System.IO;3 using System.Linq;4 using System.Security.Cryptography;5 using System.Text;6 7 namespace encryption.des8 {9 /// <summary>10 /// DES 加密與解密11 /// DES加密：https://www.zhihu.com/question/3676782912 /// 加密基本知識：https://www.biaodianfu.com/des.html13 /// </summary>14 public class DesAlgorithm15 {16 public Encoding Encoding { get; set; }17 public PaddingMode Padding { get; set; }18 public CipherMode Mode { get; set; }19 public string PassWord { get; private set; }20 private DESCryptoServiceProvider _des;21 22 #region .ctor23 24 public DesAlgorithm()25 {26 _des = new DESCryptoServiceProvider();27 PassWord = Convert.ToBase64String(_des.Key);28 Encoding = Encoding.UTF8;29 Padding = PaddingMode.PKCS7;30 Mode = CipherMode.CBC;31 }32 #endregion33 34 35 /// <summary>36 /// 通過字符串生成新的密鑰37 /// </summary>38 /// <param name="password">密碼</param>39 /// <returns></returns>40 public DESCryptoServiceProvider CreateNewkey(string password)41 {42 try43 {44 byte[] buffer = Encoding.GetBytes(password).Skip(0).Take(8).ToArray();45 _des = new DESCryptoServiceProvider()46 {47 Key = buffer,48 IV=buffer,49 };50 PassWord = password;51 return _des;52 }53 catch (Exception e)54 {55 Console.WriteLine($"Wrong Length:{e.Message},{e.InnerException}");56 return null;57 }58 }59 60 /// <summary>61 /// DES加密62 /// </summary>63 /// <param name="pToEncrypt">需要加密的字符串<see cref="string"/></param>64 /// <returns></returns>65 public string Encrypt(string pToEncrypt)66 {67 byte[] inputByteArray = Encoding.GetBytes(pToEncrypt);68 return Convert.ToBase64String(this.Encrypt(inputByteArray));69 }70 71 /// <summary>72 /// DES加密73 /// </summary>74 /// <param name="pToEncrypt">待加密的byte數組<see cref="byte"/></param>75 /// <returns></returns>76 public byte[] Encrypt(byte[] pToEncrypt)77 {78 byte[] base64 = null;79 using (var ms = new MemoryStream())80 {81 using (var cs = new CryptoStream(ms, _des.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write))82 {83 cs.Write(pToEncrypt, 0, pToEncrypt.Length);84 cs.FlushFinalBlock();85 }86 base64 = ms.ToArray();87 }88 return base64;89 }90 91 /// <summary>92 /// DES解密93 /// </summary>94 /// <param name="pToDecrypt">需要解密的字符串</param>95 /// <returns></returns>96 public string Decrypt(string pToDecrypt)97 {98 byte[] inputByteArray = Convert.FromBase64String(pToDecrypt);99 return Encoding.GetString(this.Decrypt(inputByteArray));
100 }
101
102 /// <summary>
103 /// DES解密
104 /// </summary>
105 /// <param name="pToDecrypt">待解密的byte數組<see cref="byte"/></param>
106 /// <returns></returns>
107 public byte[] Decrypt(byte[] pToDecrypt)
108 {
109 byte[] data = null;
110 using (var ms = new MemoryStream())
111 {
112 using (CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, _des.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write))
113 {
114 cs.Write(pToDecrypt, 0, pToDecrypt.Length);
115 cs.FlushFinalBlock();
116 }
117 data = ms.ToArray();
118 }
119 return data;
120 }
121 }
122 }
三、.NET 使用 3DES 加密#
? DES使用的密鑰為64 位，它是一個優(yōu)秀的密碼算法，目前還沒有發(fā)現比蠻力攻擊更好的破解方法。但隨著計算機運算速度的快速提高，56位長的密鑰已顯得太短。56位長的密鑰意味著共有256種可能的密鑰，也就是說，共約有7. 6 × 1016 種密鑰。假設一臺計算機1 μ s可執(zhí)行一次DES加密，同時假定平均只需搜索密鑰空間的一半即可找到密鑰，那么破譯DES要超過1千年。但現在利用并行計算技術已經設計出搜索DES密鑰的專用芯片。例如，在1999年有一批在因特網上合作的人借助于一臺不到25萬美元的專用計算機，在略大于22h的時間就破譯了56 位密鑰的DES。
? 為解決DES密鑰太短的問題，人們提出了三重DES（Triple DES, 3DES），并在1985年成為美國的一個商用加密標準[ RFC 2420]。3DES在加密時，用三個密鑰，執(zhí)行三次DES算法： 即 E運算 → D運算 → E運算。 解密時，按相反順序使用這三個密鑰，執(zhí)行D運算 → E運算 → D運算。
? 3DES目前正在被2001年發(fā)布的高級加密標準（ Advanced Encryption Standard， AES）所替代。AES能夠使用128位、192位和256位長的密鑰，用硬件和軟件都可以快速實現。它不需要太多內存，因此適用于小型移動設備。美國國家標準與技術研究所NIST估計，如果用1s破解56位DES的計算機來破解一個128位的AES密鑰的話，要用大約149萬億年的時間才有可能。
? 3DES 使用現有的DES算法，并且當三個密鑰相同時，效果就和DES一樣。這有利于逐步推廣使用3DES。也可以僅使用兩個密鑰，即 K1= K3，相當于密鑰長度112位，這對于多數商業(yè)應用也已經足夠長了。下面代碼我們采用密鑰長度56*3=168位的3EDS算法：
1 using System;2 using System.IO;3 using System.Linq;4 using System.Security.Cryptography;5 using System.Text;6 7 namespace encryption.des8 {9 /// <summary>10 /// 3DES加密與解密11 /// </summary>12 public class TripleDesAlgorithm13 {14 public Encoding Encoding { get; set; }15 public PaddingMode Padding { get; set; }16 public CipherMode Mode { get; set; }17 public string PassWord { get; private set; }18 19 private TripleDESCng _des;20 21 #region .ctor22 23 public TripleDesAlgorithm()24 {25 _des = new TripleDESCng();26 PassWord = Convert.ToBase64String(_des.Key);27 Encoding = Encoding.UTF8;28 Padding = PaddingMode.PKCS7;29 Mode = CipherMode.CBC;30 }31 #endregion32 33 /// <summary>34 /// 通過字符串生成新的密鑰35 /// </summary>36 /// <param name="password">密碼</param>37 /// <returns></returns>38 public TripleDESCng CreateNewkey(string password)39 {40 try41 {42 byte[] key = Encoding.GetBytes(password).Skip(0).Take(24).ToArray();43 byte[] iv = Encoding.GetBytes(password).Skip(0).Take(8).ToArray();44 _des = new TripleDESCng()45 {46 Key = key,47 IV = iv,48 };49 PassWord = password;50 return _des;51 }52 catch (Exception e)53 {54 Console.WriteLine($"Wrong Length:{e.Message},{e.InnerException}");55 return null;56 }57 }58 59 /// <summary>60 /// 3DES加密61 /// </summary>62 /// <param name="pToEncrypt">需要加密的字符串<see cref="string"/></param>63 /// <returns></returns>64 public string Encrypt(string pToEncrypt)65 {66 byte[] inputByteArray = Encoding.GetBytes(pToEncrypt);67 return Convert.ToBase64String(this.Encrypt(inputByteArray));68 }69 70 /// <summary>71 /// 3DES加密72 /// </summary>73 /// <param name="pToEncrypt">需要加密的byte數組<see cref="byte"/></param>74 /// <returns></returns>75 public byte[] Encrypt(byte[] pToEncrypt)76 {77 byte[] base64 = null;78 using (var ms = new MemoryStream())79 {80 using (var cs = new CryptoStream(ms, _des.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write))81 {82 cs.Write(pToEncrypt, 0, pToEncrypt.Length);83 cs.FlushFinalBlock();84 }85 base64 = ms.ToArray();86 }87 return base64;88 }89 90 /// <summary>91 /// 3DES解密92 /// </summary>93 /// <param name="pToDecrypt">需要解密的字符串<see cref="string"/></param>94 /// <returns></returns>95 public string Decrypt(string pToDecrypt)96 {97 byte[] inputByteArray = Convert.FromBase64String(pToDecrypt);98 return Encoding.GetString(this.Decrypt(inputByteArray));99 }
100
101 /// <summary>
102 /// 3DES解密
103 /// </summary>
104 /// <param name="pToDecrypt">需要解密的byte數組<see cref="byte"/></param>
105 /// <returns></returns>
106 public byte[] Decrypt(byte[] pToDecrypt)
107 {
108 byte[] data = null;
109 using (var ms = new MemoryStream())
110 {
111 using (CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, _des.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write))
112 {
113 cs.Write(pToDecrypt, 0, pToDecrypt.Length);
114 cs.FlushFinalBlock();
115 }
116 data = (ms.ToArray());
117 }
118 return data;
119 }
120 }
121 }
四、測試代碼與效果#
1 static void Main(string[] args)2 {3 // DES字符串加密與解密4 {5 Console.WriteLine("-----------------------------------------------------DES字符串加密與解密--------------------------------------------------");6 var input = "數據加密標準（ Data Encryption Standard， DES）是對稱密鑰密碼的典型代表，由IBM公司研制，于1977年被美國定為聯邦信息標準 。";7 Console.Write($"加密內容：\r\n{input}\r\n");8 var des = new DesAlgorithm();9 // TEST:可使用該方法通過字符串生成新的密鑰
10 //des.CreateNewkey("https://www.cnblogs.com/dongweian");
11 Console.WriteLine($"DES密鑰：\r\n{des.PassWord}\r\n");
12 var encrypt = des.Encrypt(input);
13 Console.WriteLine($"DES加密后內容：\r\n{encrypt}\r\n");
14 var decrypt = des.Decrypt(encrypt);
15 Console.WriteLine($"DES解密后內容：\r\n{decrypt}\r\n");
16 }
17
18 // DES文件加密與解密
19 {
20 Console.WriteLine("---------------------------------------------------DES文件加密與解密--------------------------------------------------");
21 var input = System.IO.File.ReadAllBytes(@"C:\Users\97460\Desktop\1.rar");
22 Console.Write($"加密內容：\r\n{Convert.ToBase64String(input)}\r\n");
23 var des = new DesAlgorithm();
24 // TEST:可使用該方法通過字符串生成新的密鑰
25 //des.CreateNewkey("https://www.cnblogs.com/dongweian");
26 Console.WriteLine($"DES密鑰：\r\n{des.PassWord}\r\n");
27 var encrypt = des.Encrypt(input);
28 Console.WriteLine($"DES加密后內容：\r\n{Convert.ToBase64String(encrypt)}\r\n");
29 var decrypt = des.Decrypt(encrypt);
30 Console.WriteLine($"DES解密后內容：\r\n{Convert.ToBase64String(decrypt)}\r\n");
31 System.IO.File.WriteAllBytes("1.rar", decrypt);
32 }
33
34
35
36 // 3DES字符串加密與解密
37 {
38 Console.WriteLine("---------------------------------------------------3DES字符串加密與解密--------------------------------------------------");
39 var input = "數據加密標準（ Data Encryption Standard， DES）是對稱密鑰密碼的典型代表，由IBM公司研制，于1977年被美國定為聯邦信息標準 。";
40 Console.Write($"加密內容：\r\n{input}\r\n");
41 var des = new TripleDesAlgorithm();
42 // TEST:可使用該方法通過字符串生成新的密鑰
43 //des.CreateNewkey("https://www.cnblogs.com/dongweian");
44 Console.WriteLine($"3DES密鑰：\r\n{des.PassWord}\r\n");
45 var encrypt = des.Encrypt(input);
46 Console.WriteLine($"3DES加密后內容：\r\n{encrypt}\r\n");
47 var decrypt = des.Decrypt(encrypt);
48 Console.WriteLine($"DES解密后內容：\r\n{decrypt}\r\n");
49 }
50
51 // 3DES文件加密與解密
52 {
53 Console.WriteLine("---------------------------------------------------3DES文件加密與解密--------------------------------------------------");
54 var input = System.IO.File.ReadAllBytes(@"C:\Users\97460\Desktop\1.rar");
55 Console.Write($"加密內容：\r\n{Convert.ToBase64String(input)}\r\n");
56 var des = new TripleDesAlgorithm();
57 // TEST:可使用該方法通過字符串生成新的密鑰
58 //des.CreateNewkey("https://www.cnblogs.com/dongweian");
59 Console.WriteLine($"3DES密鑰：\r\n{des.PassWord}\r\n");
60 var encrypt = des.Encrypt(input);
61 Console.WriteLine($"3DES加密后內容：\r\n{Convert.ToBase64String(encrypt)}\r\n");
62 var decrypt = des.Decrypt(encrypt);
63 Console.WriteLine($"3DES解密后內容：\r\n{Convert.ToBase64String(decrypt)}\r\n");
64 System.IO.File.WriteAllBytes("1.rar", decrypt);
65 }
66 Console.ReadKey();
67 }
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