Шифрование данных

Статья
03/05/2024

Симметричное и асимметричное шифрования выполняются с использованием различных процессов. Симметричное шифрование выполняется в рамках потоков, поэтому его удобно применять для шифрования больших объемов данных. Асимметричное шифрование выполняется в рамках небольшого числа байтов, поэтому его удобно применять для шифрования только небольших объемов данных.

Симметричное шифрование

Управляемые классы симметричного шифрования используются со специальным классом потока CryptoStream , который шифрует данные, считанные в поток. Класс CryptoStream инициализирован с помощью управляемого класса потока, класса, реализующего ICryptoTransform интерфейс (созданный из класса, реализующего криптографический алгоритм), и CryptoStreamMode перечисление, описывающее тип доступа, разрешенный к CryptoStream. Класс CryptoStream может быть инициализирован при помощи любого класса, производного от класса Stream , включая FileStream, MemoryStreamи NetworkStream. При помощи этих классов можно осуществлять симметричное шифрование для различных объектов потока.

В следующем примере показано, как создать новый экземпляр класса реализации по умолчанию для алгоритма Aes . Экземпляр используется для шифрования класса CryptoStream . В этом примере CryptoStream инициализируется при помощи объекта потока fileStream , который может быть любым типом управляемого потока. Метод CreateEncryptor из класса Aes передает ключ и IV, используемые для шифрования. В этом случае используется ключ и вектор инициализации по умолчанию, созданные из aes .

Dim aes As Aes = Aes.Create()
Dim cryptStream As New CryptoStream(
    fileStream, aes.CreateEncryptor(key, iv), CryptoStreamMode.Write)

Aes aes = Aes.Create();
CryptoStream cryptStream = new CryptoStream(
    fileStream, aes.CreateEncryptor(key, iv), CryptoStreamMode.Write);

После выполнения этого кода все данные, записанные в объект CryptoStream , шифруются с помощью алгоритма AES.

В следующем примере показан весь процесс создания потока, шифрования потока, чтения из потока и закрытия потока. В этом примере создается файловый поток, зашифрованный с помощью класса CryptoStream и класса Aes . Созданный IV записывается в начало FileStream, поэтому его можно считывать и использовать для расшифровки. Затем сообщение записывается в зашифрованный поток с StreamWriter помощью класса. Хотя один и тот же ключ можно использовать несколько раз для шифрования и расшифровки данных, рекомендуется создавать новый случайный IV каждый раз. Таким образом зашифрованные данные всегда отличаются, даже если обычный текст совпадает.

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

Код шифрует поток с помощью симметричного алгоритма AES и записывает IV, а затем шифрует "Hello World!" в поток. Если код выполнен успешно, он создает зашифрованный файл с именем TestData.txt и отображает следующий текст в консоли:

The file was encrypted.

Файл можно расшифровать с помощью примера симметричного расшифровки в расшифровке данных. Этот пример и этот пример указывают один и тот же ключ.

Однако если возникает исключение, код отображает следующий текст в консоли:

The encryption failed.

Асимметричное шифрование

Асимметричные алгоритмы обычно используются для шифрования малых объемов данных, например для шифрования симметричного ключа и вектора инициализации. Как правило, сторона, осуществляющая асимметричное шифрование, использует открытый ключ, созданный другой стороной. Класс RSA предоставляется .NET для этой цели.

В следующем примере сведения об открытом ключе используются для шифрования симметричного ключа и вектора инициализации. Два массива байтов инициализированы, представляющие открытый ключ стороннего производителя. Объект RSAParameters инициализируется с этими значениями. Затем объект RSAParameters (вместе с открытым ключом, который он представляет) импортируется в экземпляр RSA с помощью RSA.ImportParameters метода. Наконец, закрытый ключ и IV, созданные классом Aes , шифруются. В этом примере требуется, чтобы в системе было установлено 128-битное шифрование.

Imports System
Imports System.Security.Cryptography

Module Module1

    Sub Main()
        'Initialize the byte arrays to the public key information.
        Dim modulus As Byte() = {214, 46, 220, 83, 160, 73, 40, 39, 201, 155, 19, 202, 3, 11, 191, 178, 56, 74, 90, 36, 248, 103, 18, 144, 170, 163, 145, 87, 54, 61, 34, 220, 222, 207, 137, 149, 173, 14, 92, 120, 206, 222, 158, 28, 40, 24, 30, 16, 175, 108, 128, 35, 230, 118, 40, 121, 113, 125, 216, 130, 11, 24, 90, 48, 194, 240, 105, 44, 76, 34, 57, 249, 228, 125, 80, 38, 9, 136, 29, 117, 207, 139, 168, 181, 85, 137, 126, 10, 126, 242, 120, 247, 121, 8, 100, 12, 201, 171, 38, 226, 193, 180, 190, 117, 177, 87, 143, 242, 213, 11, 44, 180, 113, 93, 106, 99, 179, 68, 175, 211, 164, 116, 64, 148, 226, 254, 172, 147}

        Dim exponent As Byte() = {1, 0, 1}

        'Create values to store encrypted symmetric keys.
        Dim encryptedSymmetricKey() As Byte
        Dim encryptedSymmetricIV() As Byte

        'Create a new instance of the default RSA implementation class.
        Dim rsa As RSA = RSA.Create()

        'Create a new instance of the RSAParameters structure.
        Dim rsaKeyInfo As New RSAParameters()

        'Set rsaKeyInfo to the public key values.
        rsaKeyInfo.Modulus = modulus
        rsaKeyInfo.Exponent = exponent

        'Import key parameters into rsa
        rsa.ImportParameters(rsaKeyInfo)

        'Create a new instance of the default Aes implementation class.
        Dim aes As Aes = Aes.Create()

        'Encrypt the symmetric key and IV.
        encryptedSymmetricKey = rsa.Encrypt(aes.Key, RSAEncryptionPadding.Pkcs1)
        encryptedSymmetricIV = rsa.Encrypt(aes.IV, RSAEncryptionPadding.Pkcs1)
    End Sub

End Module

using System;
using System.Security.Cryptography;

class Class1
{
    static void Main()
    {
        //Initialize the byte arrays to the public key information.
        byte[] modulus =
        {
            214,46,220,83,160,73,40,39,201,155,19,202,3,11,191,178,56,
            74,90,36,248,103,18,144,170,163,145,87,54,61,34,220,222,
            207,137,149,173,14,92,120,206,222,158,28,40,24,30,16,175,
            108,128,35,230,118,40,121,113,125,216,130,11,24,90,48,194,
            240,105,44,76,34,57,249,228,125,80,38,9,136,29,117,207,139,
            168,181,85,137,126,10,126,242,120,247,121,8,100,12,201,171,
            38,226,193,180,190,117,177,87,143,242,213,11,44,180,113,93,
            106,99,179,68,175,211,164,116,64,148,226,254,172,147
        };

        byte[] exponent = { 1, 0, 1 };

        //Create values to store encrypted symmetric keys.
        byte[] encryptedSymmetricKey;
        byte[] encryptedSymmetricIV;

        //Create a new instance of the RSA class.
        RSA rsa = RSA.Create();

        //Create a new instance of the RSAParameters structure.
        RSAParameters rsaKeyInfo = new RSAParameters();

        //Set rsaKeyInfo to the public key values.
        rsaKeyInfo.Modulus = modulus;
        rsaKeyInfo.Exponent = exponent;

        //Import key parameters into rsa.
        rsa.ImportParameters(rsaKeyInfo);

        //Create a new instance of the default Aes implementation class.
        Aes aes = Aes.Create();

        //Encrypt the symmetric key and IV.
        encryptedSymmetricKey = rsa.Encrypt(aes.Key, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
        encryptedSymmetricIV = rsa.Encrypt(aes.IV, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
    }
}

См. также

Создание ключей для шифрования и расшифровки
Расшифровка данных
Криптографические службы
Кроссплатформенная криптография
Timing vulnerabilities with CBC-mode symmetric decryption using padding (Уязвимости в учете времени при симметричной расшифровке в режиме CBC с использованием заполнения).
защита основных данных ASP.NET

Шифрование данных

Симметричное шифрование

Асимметричное шифрование

См. также

Обратная связь

Дополнительные ресурсы