时间：2021年04月26日 | 作者 : aaronyang | 分类 : .NET CORE | 浏览: 782次 | 评论 0 人
在NC2.1中，微软引入基于Span<T>的加密API，用于计算哈希值，生成随机数，生成和处理非对称签名以及进行RSA加密。
很多技术保护数据，介绍6种
加密和解密：双向
哈希：这是一个生成哈希值以安全存储密码的单向过程，检测数据是否恶意修改或者损坏
签名：用于根据某人的公钥来验证应用 于某些数据的签名，从而确保是否来自信任的人。
身份验证：用于通过检查某人的凭据来识别此人。
授权：用于通过检查某人所属的角色或组来确保此人 具有执行操作或处理某些数据的权限。
密钥可以是对称的（也称 共享密钥 或 秘密密钥，因为使用相同的密钥进行加密和解密），也可以是非对称的（公钥-私钥对，公钥用于加密，私钥用于解密）
对称加密速度快，可以使用流加密大量数据，非对称速度慢，只能加密小字节数组
可以使用对称密钥加密数据，使用非对称密钥共享对称的 密钥
在对大量数据进行加密时，可能出现重复的序列。例如，在英文文档中，经常出现 the,the，每次都可能被加密为hQ2。
把数据分解成块，就可以避免出现重复的序列。对一个块进行加密后，就会从这个块生成一个字节数组值，可以将这个字节数组输入下一个块以调整算法，进而以不同的方式加密数据。为了加密第一个块，需要一个字节数组，这称为初始化向量(IV)
选择较小的块能提高加密程度。
salt是随机的字节数组，可用作单向哈希函数的额外输入。如果再生成哈希时没有使用salt，那么当许多用户使用123456作为密码时，他们将具有相同的哈希值，他们的账户很容易收到字典式攻击。
用户注册时，应该随机生成salt，并在哈希之前将salt于密码连接起来，一起存数据库。
然后，当用户下一次登陆并且输入密码时，查找他们的salt+密码连接起来，重新生成哈希值，然后与数据库中存储的哈希值进行比较，如果项目，密码正确。
就是给 字符串+遗传随机的字符串 ，然后生成不同的哈希值了
键和IV是字节数组。想要交换加密数据的双方都需要密钥和IV，但是字节数组很难可靠地交换。可使用基于密码的密钥派生函数（PBKDF2）可靠地生成密钥或IV
salt的大小应该是8字节或更大，迭代计数应该大于0，建议的最小迭代次数是1000
NC中，有些加密由操作系统实现，他们名以 CryptoServiceProvider 结尾，还有些加密算法在NC中实现，名以 Managed 结尾
主要非对称加密算法是RSA
对称加密算法CryptoStream对大量字节进行有效的加密或解密。非对称处理少量字节，并且存储在字节组中而不是存储在流中
对称加密算法源自 SymmetricAlgorithm的抽象类，比如
AES
DESCryptoServiceProvider
TripleDESCryptoServiceProvider
RC2CryptoServiceProvider
RijndaelManaged
如果需要编写代码来解密外部系统发送的某些数据，那就必须使用外部同用于加密数据的任何算法。或者 加密数据发送到特定算法解密的系统，那就无法选择加密算法
AES对称加密，RSA非对称，数字签名算法（DSA）不能加密数据，只能生成哈希值和签名。
DEMO1 使用AES
新建chapter10文件夹，新建EncryptionApp 控制台core程序
然后新建个类库 CtyptographyLib
控制台对这个项目添加引用
、
在CryptographyLib新建个类
using System;
using System.IO;
using System.Security.Cryptography;
namespace CryptographyLib
{
public static class Protector
{
//至少8个字节，我们将使用16字节
private static readonly byte[] salt = System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes("2Arronyang");
/// <summary>
/// 至少1000，我们使用2000
/// </summary>
private static readonly int iterations = 2000;
public static string Encrpt(string text, string pwd)
{
byte[] encryptedBytes;
byte[] plainBytes = System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(text);
var aes = Aes.Create();
var pbkdf2 = new Rfc2898DeriveBytes(pwd, salt, iterations);
aes.Key = pbkdf2.GetBytes(32);//设置256位key
aes.IV = pbkdf2.GetBytes(16); //设置128位IV
using (var ms = new MemoryStream())
{
using (var cs = new CryptoStream(ms, aes.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write))
{
cs.Write(plainBytes, 0, plainBytes.Length);
}
encryptedBytes = ms.ToArray();
}
return Convert.ToBase64String(encryptedBytes);
}
public static string Decrypt(string cryptoText, string pwd)
{
byte[] plainBytes;
byte[] cryptoBytes = Convert.FromBase64String(cryptoText);
var aes = Aes.Create();
var pbkdf2 = new Rfc2898DeriveBytes(pwd, salt, iterations);
aes.Key = pbkdf2.GetBytes(32);//设置256位key
aes.IV = pbkdf2.GetBytes(16); //设置128位IV
using (var ms = new MemoryStream())
{
using (var cs = new CryptoStream(ms, aes.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write))
{
cs.Write(cryptoBytes, 0, cryptoBytes.Length);
}
plainBytes = ms.ToArray();
}
return System.Text.Encoding.Unicode.GetString(plainBytes);
}
}
}控制台调用
using System;
using System.Security.Cryptography;
using CryptographyLib;
namespace EncryptionApp
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//使用了双倍推荐的salt大小和迭代计数
//虽然salt和迭代计数硬编码，但是密码是动态的
string str = "我叫杨洋,AY2021";
string pwd = "ay@2021";
//加密
string cryptoText = Protector.Encrpt(str, pwd);
Console.WriteLine(cryptoText);
try
{
//解密
Console.WriteLine("\r\n解密后:");
string clearText = Protector.Decrypt(cryptoText, pwd);
Console.WriteLine(clearText);
}
catch (CryptographicException ex)
{
Console.WriteLine("密码输入错了");
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.ReadLine();
}
}
}
NC中，多种哈希算法可供选择。不使用密钥的，使用对称的，也有使用 不对称密钥的
选择哈希算法时候，两个因素
抗碰撞性：两个输入拥有相同哈希的情况有多罕见？
逆原像阻力：对于某个哈希，另一个输入想要共享 相同的哈希有多难？
MD5 哈希大小16字节 算法快，无碰撞性
SHA1 20字节 2011年后SHA1在互联网已被禁用
SHA256 32字节 安全的SHA二代版本
SHA384 48字节 安全的SHA二代版本
SHA512 64字节 安全的SHA二代版本
推荐使用SHA 二代，因为SHA大，重复可能性小。
这里用 一个用户注册 用户名和密码的示例解释用法，在CryptographyLib新增
public class User
{
public string Name { get; set; }
public string Salt { get; set; }
public string SaltedHashedPassword { get; set; }
}在Protector类 添加代码
/// <summary>
/// 存用户
/// </summary>
private static Dictionary<string, User> Users = new Dictionary<string, User>();
public static User Register(string username, string password)
{
var rng = RandomNumberGenerator.Create();
var saltBytes = new byte[16];
rng.GetBytes(saltBytes);
var saltText = Convert.ToBase64String(saltBytes);
//用户的密码+随机数=新字符串，sha哈希下
var saltedhashedPassword = SaltAndHashPassword(password, saltText);
var user = new User()
{
Name = username,
Salt=saltText,
SaltedHashedPassword = saltedhashedPassword
};
Users.Add(user.Name,user);
return user;
}
public static bool CheckPwd(string username, string password)
{
if (!Users.ContainsKey(username))
{
return false;
}
var user = Users[username];
var shp = SaltAndHashPassword(password, user.Salt);
return shp ==user.SaltedHashedPassword;
}
private static string SaltAndHashPassword(string password, string saltText)
{
var sha = SHA256.Create();
var saltedp = password + saltText;
return Convert.ToBase64String(sha.ComputeHash(System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(saltedp)));
}打开控制台，添加测试代码
string myusername = "aaronyang";
string mypwd = "ay@2021";
//注册
var user = Protector.Register(myusername, mypwd);
//注册好后，验证
var checkwrong = Protector.CheckPwd(myusername,mypwd+"wrong");
if (!checkwrong)
{
Console.WriteLine("密码错误");
}
var checkright = Protector.CheckPwd(myusername, mypwd);
if (checkright)
{
Console.WriteLine("密码正确");
}代码还是容易懂的，自己看吧
====================www.ayjs.net 杨洋 wpfui.com ayui ay aaronyang=======请不要转载谢谢了。=========
下面使用SHA256 生成哈希，并结合RSA算法对哈希进行签名
可以同时使用DSA算法进行哈希和签名。DSA生成比RSA算法快，但是在验证签名比RSA慢。由于签名只生成一次，但要验证多次，因此最好能比生成更快地进行验证。
RSA算法基于大整数的因式分解，而DSA算法基于离散对数计算。
https://mathworld.wolfram.com/RSAEncryption.html
CryptographyLib的Protector新增代码
//demo3 sha256和RSA算法签名
public static string PublicKey;
public static string ToXmlStringExt(this RSA rsa, bool includePrivateParameters)
{
var p = rsa.ExportParameters(includePrivateParameters);
XElement xml;
if (includePrivateParameters)
{
xml = new XElement("RSAKeyValue",
new XElement("Modulus", Convert.ToBase64String(p.Modulus)),
new XElement("Exponent", Convert.ToBase64String(p.Exponent)),
new XElement("P", Convert.ToBase64String(p.P)),
new XElement("Q", Convert.ToBase64String(p.Q)),
new XElement("DP", Convert.ToBase64String(p.DP)),
new XElement("DQ", Convert.ToBase64String(p.DQ)),
new XElement("InverseQ", Convert.ToBase64String(p.InverseQ))
);
}
else
{
xml = new XElement("RSAKeyValue",
new XElement("Modulus", Convert.ToBase64String(p.Modulus)),
new XElement("Exponent", Convert.ToBase64String(p.Exponent))
);
}
return xml?.ToString();
}
public static void FromXmlStringExt(this RSA rsa, string parameterAsXml)
{
var xml = XDocument.Parse(parameterAsXml);
var root = xml.Element("RSAKeyValue");
var p = new RSAParameters
{
Modulus = Convert.FromBase64String(root.Element("Modulus").Value),
Exponent = Convert.FromBase64String(root.Element("Exponent").Value)
};
if (root.Element("p") != null)
{
p.P = Convert.FromBase64String(root.Element("P").Value);
p.Q = Convert.FromBase64String(root.Element("Q").Value);
p.DP = Convert.FromBase64String(root.Element("DP").Value);
p.DQ = Convert.FromBase64String(root.Element("DQ").Value);
p.InverseQ = Convert.FromBase64String(root.Element("InverseQ").Value);
}
rsa.ImportParameters(p);
}
//生成签名
public static string GenerateSignature(string data)
{
byte[] databytes = System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(data);
var sha = SHA256.Create();
var hashedData = sha.ComputeHash(databytes);
var rsa =RSA.Create();
PublicKey = rsa.ToXmlStringExt(false);
return Convert.ToBase64String(rsa.SignHash(hashedData, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1));
}
//验证签名
public static bool ValidateSignature(string data,string signature)
{
byte[] databytes = System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(data);
var sha = SHA256.Create();
var hashedData = sha.ComputeHash(databytes);
byte[] signatureBytes = Convert.FromBase64String(signature);
var rsa = RSA.Create();
rsa.FromXmlStringExt(PublicKey);
return rsa.VerifyHash(hashedData, signatureBytes, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);
}客户端使用
string data = "我是中国人，aaronyang";
var signature = Protector.GenerateSignature(data);
Console.WriteLine("签名："+signature);
Console.WriteLine("PublicKey如下");
Console.WriteLine(Protector.PublicKey);
Console.WriteLine();
if (Protector.ValidateSignature(data, signature))
{
Console.WriteLine("正确，签名有效");
}
else
{
Console.WriteLine("无效签名");
}
var fakeSignature = signature.Replace(signature[0], 'X');
if (Protector.ValidateSignature(data, fakeSignature))
{
Console.WriteLine("正确，签名有效");
}
else
{
Console.WriteLine("无效签名");
}
上述代码注意：
RSA类型有两个名为ToXmlString和FromXmlString的方法，他们用于对包含公钥和私钥的RSAParameters结构进行序列化和反序列化。
这两个方法在macOS中实现会抛出PlatformNotSupportedException异常。为了将他们重新实现为扩展方法ToXmlStringExt和FromXmlStringExt。
只需要将公钥-私钥对的公共部分提供给检查签名的代码，以便在调用ToXmlStringExt方法时传入false值。私有部分需要对数据进行签名，并且必须保密，因为任何还拥有私有部分的人都可以对数据进行签名。
更多：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/security/cryptographic-signatures
关于RSA这块，我以前写过深入的一篇
http://www.ayjs.net/post/722.html
两个类
Random生成伪随机数
随机数可以设置种子
var r=new Random(Seed:12345);
共享的种子可以充当密钥，两个应用程序使用相同种子值的相同随机数生成算法，那么他们可以生成相同的随机序列。例如当同步GPS接收器与卫星时，通常，种子值保密。
int a=r.Next(1,7) 生成1 到 6
double b=r.NextDouble() //0.0到1.0
var c=new byte[256];
r.NextBytes(c);
随机数使用 RandomNumberGenerator派生类型，例如RNGCrpytoServiceProvider
//Demo4
public static byte[] GetRandomKeyOrIV(int size)
{
var r = RandomNumberGenerator.Create();
var data = new byte[size];
r.GetNonZeroBytes(data);
return data;
}客户端使用
string size = "16";
byte[] b = Protector.GetRandomKeyOrIV(int.Parse(size));
for (int i = 0; i < b.Length; i++)
{
Console.Write($"{b[i]:x2}");
if (((i + 1)%16)== 0)Console.WriteLine();
}
NC3 自然优势就是哈希算法，HMAC，随机数生成，非对称签名的生成与处理，RSA加密已重写为使用Span<T>,更好的性能，例如Rfc2898DerlVeBytes快了15%
CMS/PKSC#7 消息的签署和验证
启用X509Certificate.GetCertHash和X509Certificate.GetCertHashString，以使用非SHA-1算法获取证书缩略图
CryptographicOperations类包含一些例如ZeroMemory以安全清除内存
RandomNumberGenerator提供了Fill，用于使用随机值填充跨度，并且不需要管理IDsposable资源。
用于读取验证和创建RFC3161 TimestampToken值的API
使用ECDiffieHellman类支持椭圆曲线的Diffie-Hellman算法
在Linux平台支持RSA-OAEP-SHA2和RSA-PSS算法
凭据包括 用户名和密码，还有指纹或者面部扫描
授权是在允许访问应用程序的功能和数据等资源之前，验证组或角色的成员资格的过程。虽然授权可以基于个人身份，但是基于组或角色的成员身份进行授权是一种良好的安全实践，即使角色或组中只有一个用户也是如此。因为这种方式允许用户的成员身份在未来发生更改，而无须重新分配用户的个人访问权限。
有多种身份验证和授权机制可供选择。
在System.Security.Principal名称空间实现了一对接口 IIdentity和IPrincipal
IIdentity表示用户，因此拥有Name和IsAuthenticated属性，指示用户是匿名还是通过凭据进行身份验证。
试下来了IIdentity接口的最常见的类是GenericiIdentity,该类继承ClaimsIdentity类
ClaimsIdentity类有Claims属性，他和Claims类之间双箭头
Claims对象拥有Type属性， 声明是否 针对名称、角色或 组的成员关系、出生日期等。
IPrincipal 接口用于将身份与它们所属的角色和组关联起来，因此可以用于授权目的。执行代码的当前线程拥有CurrentPrincipal属性，该属性可以设置为实现了IPrincipal接口的任何对象，并且因为执行安全操作而需要权限时，应检查CurrentPrincipal属性。
实现了IPrincipal接口的类 GenericPrincipal,该类继承ClaimsPrincipal类。
实现身份验证和授权
在CryptographyLib，User类增加个Roles
public class User
{
public string Name { get; set; }
public string Salt { get; set; }
public string SaltedHashedPassword { get; set; }
public string[] Roles { get; set; }
}Protector类中的Register方法，添加角色
修改Roles
public static User Register(string username, string password,string[] roles=null)
{
var rng = RandomNumberGenerator.Create();
var saltBytes = new byte[16];
rng.GetBytes(saltBytes);
var saltText = Convert.ToBase64String(saltBytes);
//用户的密码+随机数=新字符串，sha哈希下
var saltedhashedPassword = SaltAndHashPassword(password, saltText);
var user = new User()
{
Name = username,
Salt = saltText,
SaltedHashedPassword = saltedhashedPassword,
Roles=roles
};
Users.Add(user.Name, user);
return user;
}Protector类增加个 LogIn，从而登录用户并使用通用标识和主题将他们分配给当前线程。
public static void LogIn(string username,string password)
{
if (CheckPwd(username, password))
{
var identity = new GenericIdentity(username,"AYAuth");
var principal = new GenericPrincipal(identity, Users[username].Roles);
System.Threading.Thread.CurrentPrincipal = principal;
}
}顶部的命名空间
using System; using System.Collections.Generic; using System.IO; using System.Security.Cryptography; using System.Security.Principal; using System.Xml.Linq;
打开控制台，添加测试代码
//注册
Protector.Register("ay", "ay2021", new[] { "Admins"});
Protector.Register("ay1", "ay2021", new[] { "Admins","Team" });
Protector.Register("ay2", "ay2021");
//测试1 登录
Protector.LogIn("ay", "ay2021");
if (Thread.CurrentPrincipal == null)
{
Console.WriteLine("登录失败");
return;
}
var p = Thread.CurrentPrincipal;
Console.WriteLine("是否验证:"+p.Identity.IsAuthenticated);
Console.WriteLine("验证类型:" + p.Identity.AuthenticationType);
Console.WriteLine("名称:" + p.Identity.Name);
Console.WriteLine("是否在Admins组里:" + p.IsInRole("Admins"));
Console.WriteLine("是否在Devs组里:" + p.IsInRole("Devs"));
if(p is ClaimsPrincipal cp)
{
Console.WriteLine("有以下声明");
foreach (Claim claim in cp.Claims)
{
Console.WriteLine($"{claim.Type}:{claim.Value}");
}
}
保护应用程序功能
在Program类中添加一个方法，如果用户是匿名或者不是Admins角色的成员，就抛出异常
static void SecureFeature()
{
if (Thread.CurrentPrincipal == null)
{
throw new System.Security.SecurityException("用户必须在Admins组才可以使用");
}
if (!Thread.CurrentPrincipal.IsInRole("Admins"))
{
throw new System.Security.SecurityException("用户必须在Admins组才可以使用");
}
Console.WriteLine("可以访问");
}然后在Main方法末尾增加
try
{
SecureFeature();
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"{ex.Message}");
}
运行代码
Protector.LogIn("ay", "ay2021");
换成不在这个组的ay2
更多主题：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/security/principal-and-identity-objects
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抖音:wpfui 工作wpf
目前在合肥企迈科技公司上班，加我QQ私聊
2023年11月网站停运,将搬到CSDN上
AYUI8全源码 Github地址:前往获取
杨洋（AaronYang简称AY,安徽六安人）和AY交流
高中学历，2010年开始web开发,2015年1月17日开始学习WPF
声明:AYUI7个人与商用免费，源码可购买。部分DEMO不免费
查看捐赠AYUI7.X MVC教程 更新如下：
第一课 第二课 程序加密教程
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