《C#网络应用编程(第2版)第11章 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C#网络应用编程(第2版)第11章 （44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 数据加密与数字签名,11.1 数据加密与解密技术11.2 加密解密的具体实现11.3 网络应用中数据的加密与解密 11.4 Hash算法与数字签名,第11章 数据加密与数字签名（续）,本章教学目的 通过学习，使学生能够对数据加密和解密、常用的加密类、如何在网络中传递数据以及数字签名有一个清晰的认识。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
2、络应用中数据的加密与解密,11.1 数据加密与解密技术,密码学简介据记载，公元前400年，古希腊人发明了置换密码。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 。,11.1 数据加密与解密技术（续）,1977年，美国国家标准局公布实施了“美国数据加密标准（DES）”，民间力量开始全面介入密码学的研究和应用中，采用的加密算法有DES、SHA等。RC2：由著名密码学家Ron Rivest设计的一种传统对称分组加密算法3DES：基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三
3、次加密，强度更高 AES：Rijndael被选中成为将来的AES,11.1 数据加密与解密技术,11.1.1 对称加密及其相关类11.1.2 不对称加密及其相关类11.1.3 加密流11.1.4 密钥容器,11.1.1 对称加密及其相关类,对称加密（私钥加密）原理同一密钥既用于加密又用于解密。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）。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。改进后的算法是
4、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。,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
5、知道了如何解密数据。,11.1.1 对称加密及其相关类（续）,实现对称加密（CBC模式，即“密钥+IV模式”）算法的类有6种：DESCryptoServiceProvider类：DES算法加密类TripleDESCryptoServiceProvider：TDES算法加密类RijndaelManaged：AES算法加密类AesManaged ： AES算法加密类(.NET Framework 3.5)RC2CryptoServiceProvider：RC2算法加密类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。,11.1.1 对称加密及其相
6、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。,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(C
7、SP)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:,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BinaryWriter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。,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）。 Rijnda
8、el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3DES算法更强、更高效。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。 说明：加密服务提供程序(CSP，Cryptographic Service Provider）是微软在Windows操作系统中内置的加密处理模块。,11.1.1 对称加密及其相关类（续）,RC2Cryp
9、toServiceProvider类：对采用RC2算法的加密服务提供程序(CSP)进行包装（密钥长度为从 40 位到 128 位，以 8 位递增）。RC2是Ron Rivest在1987年设计的一个块密码算法。HMACSHA1类：从 SHA1构造的一种键控哈希算法，被用作HMAC（基于哈希的消息验证代码）。SHA-1（安全哈希算法，也称为安全哈希标准）是由美国政府发布的一种加密哈希算法。它将从任意长度的字符串生成 160 位的哈希值。HMACSHA1 接受任何大小的密钥，并产生长度为 160 位的哈希序列。,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：,11.1.2 不对
10、称加密及其相关类,不对称加密（公钥加密）原理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。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。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。,11.1.2 不对称加密及其相关类（
11、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。,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：DSACryptoServiceProvider：DSA算法的加密实现。RSACryptoServiceProvider：RSA算法的加密实现。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。 ECDsaCn
12、g 椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA) 的下一代加密技术 (CNG) 实现 ， .NET Framework 3.5版开始提供。,11.1.2 不对称加密及其相关类（续）,RSACryptoServiceProvider类：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。如果安装了 Microsoft Enhanced Cryptographic Provider，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 Microsoft Base Cryptographic Pro
13、vider，则支持长度从 384 位至 512 位（增量为 8 位）的密钥。,11.1.2 不对称加密及其相关类（续）,RSACryptoServiceProvider类的常用属性和方法,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,ICryptoTransform transform,CryptoStreamMode mode)stream：对其执行加密转换的流。Transfor
14、m：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。,11.1.3 加密流（CryptoStream）,例如（P254）：FileStream fStream = File.Open(FileName, FileMode.OpenOrCreate); AesManaged aes = new AesManaged(); CryptoStream cStream = new CryptoStream(fStream, aes.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write); sw = new StreamWrite
15、r(cryptoStream); sw.WriteLine(被加密的字符串); 注意：写入完成后，关闭创建的对象，在fStream指向的文件中保存的就是加密后的数据。,11.1.4 密钥容器,密钥容器用于保存不对称加密的密钥。为了区分是哪一个密钥容器，还需要给每个密钥容器起一个名称。在System.Security.Cryptography命名空间中，有一个CspParameters类，可以通过该类提供的属性设置或获取密钥容器的名称。 示例（P185)：如何保存RSA不对称加密的密钥到密钥容器中，以及如何从密钥容器中获取密钥信息,11.1.4 密钥容器,public static RSACry
16、ptoServiceProvider GenRSAFromContainer (string ContainerName) / 指定密钥容器的名称，用于保存公钥/私钥对 CspParameters cp = new CspParameters( ); /如不存在名为containerName的密钥容器，则创建它，并初始化cp /如果存在，则直接根据它原来保存的内容初始化cp cp.KeyContainerName = ContainerName; /使用CspParameters对象创建RSACryptoServiceProvider的实例 RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(cp); return rsa;注意：保存密钥信息和获取密钥信息使用的是同一段代码。,
