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Modello di crittografia .NET

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.NET fornisce le implementazioni di numerosi algoritmi di crittografia standard.

Ereditarietà degli oggetti

Il sistema di crittografia di .NET implementa un modello estendibile di ereditarietà delle classi derivate. La gerarchia è la seguente:

Questo modello di classi derivate consente di aggiungere in modo semplice un nuovo algoritmo o una nuova implementazione di un algoritmo esistente. Ad esempio, per creare un nuovo algoritmo a chiave pubblica, si eredita dalla classe AsymmetricAlgorithm. Per creare una nuova implementazione di un algoritmo specifico, è necessario creare una classe derivata non astratta di tale algoritmo.

In futuro, questo modello di ereditarietà non viene usato per nuovi tipi di primitive come AesGcm o Shake128. Questi algoritmi sono sealed. Se è necessario un modello di estendibilità o un'astrazione su questi tipi, l'implementazione dell'astrazione è responsabilità dello sviluppatore.

API one-shot

A partire da .NET 5, sono state introdotte API più semplici per l'hashing e HMAC. Anche se leggermente meno flessibili, queste API one-shot:

  • Sono più facili da usare (e meno soggette a uso improprio)
  • Riducono le allocazioni o sono senza allocazione
  • Sono thread-safe
  • Usano l'implementazione migliore disponibile per la piattaforma

Le primitive hash e HMAC espongono un'API one-shot tramite un metodo statico HashData sul tipo, ad esempio SHA256.HashData. Le API statiche non offrono alcun meccanismo di estendibilità predefinito. Se si implementano algoritmi personalizzati, è consigliabile offrire anche API statiche simili dell'algoritmo.

La classe RandomNumberGenerator offre anche metodi statici per creare o riempire buffer con dati casuali crittografici. Questi metodi usano sempre il generatore di numeri pseudocasualmente sicuri del sistema (CSPRNG).

Modalità di implementazione degli algoritmi in .NET

Come esempio delle diverse implementazioni disponibili per un algoritmo, considerare gli algoritmi simmetrici. La base per tutti gli algoritmi simmetrici è SymmetricAlgorithm, ereditato da Aes, TripleDES e altri non più consigliati.

Aes viene ereditato da AesCryptoServiceProvider, AesCng e AesManaged.

In .NET Framework su Windows:

  • Le classi di algoritmi *CryptoServiceProvider, ad esempio AesCryptoServiceProvider, sono wrapper intorno all'implementazione CAPI (Cryptography API) di Windows di un algoritmo.
  • Le classi di algoritmi *Cng, ad esempio ECDiffieHellmanCng, sono wrapper per l'implementazione CNG (Cryptography Next Generation) di Windows.
  • Le classi *Managed, ad esempio AesManaged, vengono scritte interamente nel codice gestito. Le implementazioni *Managed non sono certificate da FIPS (Federal Information Processing Standards) e potrebbero essere più lente rispetto alle classi wrapper *CryptoServiceProvider e *Cng.

In .NET Core e .NET 5 e versioni successive, tutte le classi di implementazione (*CryptoServiceProvider, *Managed e *Cng) sono wrapper per gli algoritmi del sistema operativo. Se gli algoritmi del sistema operativo sono certificati FIPS, .NET usa algoritmi certificati FIPS. Per altre informazioni, vedere Crittografia multipiattaforma.

Nella maggior parte dei casi, non è necessario fare riferimento direttamente a una classe di implementazione dell'algoritmo, ad esempio AesCryptoServiceProvider. I metodi e le proprietà necessari in genere si trovano nella classe dell'algoritmo di base, ad esempio Aes. Creare un'istanza di una classe di implementazione predefinita usando un metodo factory nella classe dell'algoritmo di base e fare riferimento alla classe dell'algoritmo di base. Ad esempio, vedere la riga di codice evidenziata nell'esempio seguente:

using System.Security.Cryptography;

try
{
    using (FileStream fileStream = new("TestData.txt", FileMode.OpenOrCreate))
    {
        using (Aes aes = Aes.Create())
        {
            byte[] key =
            {
                0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08,
                0x09, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16
            };
            aes.Key = key;

            byte[] iv = aes.IV;
            fileStream.Write(iv, 0, iv.Length);

            using (CryptoStream cryptoStream = new(
                fileStream,
                aes.CreateEncryptor(),
                CryptoStreamMode.Write))
            {
                // By default, the StreamWriter uses UTF-8 encoding.
                // To change the text encoding, pass the desired encoding as the second parameter.
                // For example, new StreamWriter(cryptoStream, Encoding.Unicode).
                using (StreamWriter encryptWriter = new(cryptoStream))
                {
                    encryptWriter.WriteLine("Hello World!");
                }
            }
        }
    }

    Console.WriteLine("The file was encrypted.");
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"The encryption failed. {ex}");
}

Imports System
Imports System.IO
Imports System.Security.Cryptography

Module Module1
    Sub Main()
        Try
            ' Create a file stream
            Using fileStream As New FileStream("TestData.txt", FileMode.OpenOrCreate)

                ' Create a new instance of the default Aes implementation class  
                ' and configure encryption key.
                Using aes As Aes = Aes.Create()
                    'Encryption key used to encrypt the stream.
                    'The same value must be used to encrypt and decrypt the stream.
                    Dim key As Byte() = {
                        &H1, &H2, &H3, &H4, &H5, &H6, &H7, &H8,
                        &H9, &H10, &H11, &H12, &H13, &H14, &H15, &H16
                    }

                    aes.Key = key

                    ' Stores IV at the beginning of the file.
                    ' This information will be used for decryption.
                    Dim iv As Byte() = aes.IV
                    fileStream.Write(iv, 0, iv.Length)

                    ' Create a CryptoStream, pass it the FileStream, and encrypt
                    ' it with the Aes class.
                    Using cryptoStream As New CryptoStream(fileStream, aes.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write)

                        ' By default, the StreamWriter uses UTF-8 encoding.
                        ' To change the text encoding, pass the desired encoding as the second parameter.
                        ' For example, New StreamWriter(cryptoStream, Encoding.Unicode).
                        Using sWriter As New StreamWriter(cryptoStream)

                            'Write to the stream.
                            sWriter.WriteLine("Hello World!")
                        End Using
                    End Using
                End Using
            End Using

            'Inform the user that the message was written  
            'to the stream.  
            Console.WriteLine("The text was encrypted.")
        Catch
            'Inform the user that an exception was raised.  
            Console.WriteLine("The encryption failed.")
            Throw
        End Try
    End Sub
End Module

Scegliere un algoritmo

È possibile scegliere un algoritmo per motivi diversi: ad esempio, per l'integrità dei dati, per la privacy dei dati o per generare una chiave. Gli algoritmi simmetrici e hash sono finalizzati alla protezione dei dati per motivi di integrità (proteggere da eventuali modifiche) o di privacy (impedire la visualizzazione). Gli algoritmi hash vengono usati principalmente per l'integrità dei dati.

Ecco un elenco degli algoritmi consigliati in base all'applicazione:

Vedi anche