RSA加解密算法

一、什么是RSA

　　RSA公開密鑰密碼體制。所謂的公開密鑰密碼體制就是使用不同的加密密鑰與解密密鑰，是一種“由已知加密密鑰推導出解密密鑰在計算上是不可行的”密碼體制。 　　

　　在公開密鑰密碼體制中，加密密鑰（即公開密鑰）PK是公開信息，而解密密鑰（即秘密密鑰）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公開的。雖然密鑰SK是由公開密鑰PK決定的，但卻不能根據PK計算出SK。正是基於這種理論，1978年出現了著名的RSA算法，它通常是先生成一對RSA 密鑰，其中之一是保密密鑰，由用戶保存；另一個為公開密鑰，可對外公開，甚至可在網絡服務器中注冊。為提高保密強度，RSA密鑰至少為500位長，一般推薦使用1024位。這就使加密的計算量很大。為減少計算量，在傳送信息時，常采用傳統加密方法 與公開密鑰加密方法相結合的方式，即信息采用改進的DES或IDEA對話密鑰加密，然后使用RSA密鑰加密對話密鑰和信息摘要。對方收到信息后，用不同的 密鑰解密並可核對信息摘要。 　　

　　RSA算法是第一個能同時用於加密和數字簽名的算法，也易於理解和操作。RSA是被研究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現在的三十多年里，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一。

二、RSA算法密鑰長度的選擇

1. 非對稱加密算法中1024 bit密鑰的強度相當於對稱加密算法80bit密鑰的強度。

2. 密鑰長度增長一倍，公鑰操作所需時間增加約4倍，私鑰操作所需時間增加約8倍，公私鑰生成時間約增長16倍。

3. 一次能加密的密文長度與密鑰長度成正比，加密后的密文長度跟密鑰長度相同(RSA加密內容的長度有限制，和密鑰長度有關，這是由它的算法決定的)

　　a、加密的明文長度不能超過RSA密鑰的長度減去11byte，比如密鑰長度是1024位的，1024位=1024bit=128byte，128-11=117byte，所以明文長度不能超過117byte，如果長度超過該值將會拋出異常。

　　b、加密后密文的長度為密鑰的長度，如密鑰長度為1024bit(128Byte)，最后生成的密文固定為 1024bit(128Byte)。

三、C#中的RSA加解密

 　　.NET Framework 類庫提供了System.Security 命名空間，System.Security 命名空間提供公共語言運行時安全系統的基礎結構，包括權限的基類，而該命名空間下提供了RSACryptoServiceProvider類來執行RSA算法的不對稱加密和解密。

1.密鑰對的生成:

a、根據RSACryptoServiceProvider直接生成

/// <summary>
/// 生成密鑰
/// </summary>
public RSAKey GenerateRSAKey()
{
    RSAKey RSAKEY = new RSAKey();
    RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
    RSAKEY.PrivateKey = RSA.ToXmlString(true);    //生成私鑰
    RSAKEY.PublicKey = RSA.ToXmlString(false);    //生成公鑰
    RSA.Clear();
    return RSAKEY;
}

b、通過Makecert證書創建工具生成安全證書

makecert -r -pe -n "CN=RSAKey" -b 03/31/2005 -e 12/31/2012 -sky exchange -ss my

可通過"Visual Studio命令提示行"執行以上命令生成證書。

查看生成的證書：

運行->輸入mmc打開控制台->選擇文件->添加/刪除管理單元->在彈出框左側找到證書->選中證書添加->選擇我的用戶賬戶->完成確定

此時就可以在對應位置查看到我們剛剛創建的名為RSAKey的證書了，如下圖:

最終我們可以將證書導出為：

 

其中RSAKey.cer中含有加密用的公鑰，RSAKey.pfx中含有解密用的私鑰。

2.創建加解密RSA

/// <summary>
/// 創建加密RSA
/// </summary>
/// <param name="publicKey">公鑰</param>
/// <returns></returns>
private RSACryptoServiceProvider CreateEncryptRSA(string publicKey)
{
    try
    {
        RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
        RSA.FromXmlString(publicKey);
        return RSA;
    }
    catch (CryptographicException ex)
    {
        throw ex;
    }
}

/// <summary>
/// 創建解密RSA
/// </summary>
/// <param name="privateKey">私鑰</param>
/// <returns></returns>
private RSACryptoServiceProvider CreateDecryptRSA(string privateKey)
{
    try
    {
        RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
        RSA.FromXmlString(privateKey);
        return RSA;
    }
    catch (CryptographicException ex)
    {
        throw ex;
    }
}

/// <summary>
/// 根據安全證書創建加密RSA
/// </summary>
/// <param name="certfile">公鑰文件</param>
/// <returns></returns>
private RSACryptoServiceProvider X509CertCreateEncryptRSA(string certfile)
{
    try
    {
        X509Certificate2 x509Cert = new X509Certificate2(certfile);
        RSACryptoServiceProvider RSA = (RSACryptoServiceProvider)x509Cert.PublicKey.Key;
        return RSA;
    }
    catch (CryptographicException ex)
    {
        throw ex;
    }
}

/// <summary>
/// 根據私鑰文件創建解密RSA
/// </summary>
/// <param name="keyfile">私鑰文件</param>
/// <param name="password">訪問含私鑰文件的密碼</param>
/// <returns></returns>
private RSACryptoServiceProvider X509CertCreateDecryptRSA(string keyfile, string password)
{
    try
    {
        X509Certificate2 x509Cert = new X509Certificate2(keyfile, password);
        RSACryptoServiceProvider RSA = (RSACryptoServiceProvider)x509Cert.PrivateKey;
        return RSA;
    }
    catch (CryptographicException ex)
    {
        throw ex;
    }
}

其中所提及的私鑰文件和公鑰文件就是根據Makecert證書創建工具生成安全證書，而X509CertCreateDecryptRSA方法中的參數password是我們導出私鑰文件所設置的訪問密碼，如果沒有改密碼即使有私鑰證書也沒辦法解密。

3.RSA加解密

/// <summary>
/// 加密
/// </summary>
/// <param name="dataToEncrypt">待加密數據</param>
/// <param name="publicKey">公鑰</param>
/// <returns></returns>
public string Encrypt(string dataToEncrypt, string publicKey)
{
    Encoding encoder = Encoding.UTF8;
    byte[] _dataToEncrypt = encoder.GetBytes(dataToEncrypt);
    return this.Encrypt(_dataToEncrypt, publicKey);
}

/// <summary>
/// 加密
/// </summary>
/// <param name="dataToEncrypt">待加密數據</param>
/// <param name="publicKey">公鑰</param>
/// <returns></returns>
public string Encrypt(byte[] dataToEncrypt, string publicKey)
{
    using (RSACryptoServiceProvider RSA = this.CreateEncryptRSA(publicKey))
    {
        byte[] encryptedData = RSA.Encrypt(dataToEncrypt, false);
        return this.BytesToHexString(encryptedData);
    }
}

/// <summary>
/// 根據安全證書加密
/// </summary>
/// <param name="dataToEncrypt"></param>
/// <param name="certfile"></param>
/// <returns></returns>
public string X509CertEncrypt(string dataToEncrypt, string certfile)
{
    Encoding encoder = Encoding.UTF8;
    byte[] _dataToEncrypt = encoder.GetBytes(dataToEncrypt);
    return this.X509CertEncrypt(_dataToEncrypt, certfile);
}

/// <summary>
/// 根據安全證書加密
/// </summary>
/// <param name="dataToEncrypt">待加密數據</param>
/// <param name="certfile">安全證書</param>
/// <returns></returns>
public string X509CertEncrypt(byte[] dataToEncrypt, string certfile)
{
    if (!File.Exists(certfile))
    {
        throw new ArgumentNullException(certfile, "加密證書未找到");
    }
    using (RSACryptoServiceProvider RSA = this.X509CertCreateEncryptRSA(certfile))
    {
        byte[] encryptedData = RSA.Encrypt(dataToEncrypt, false);
        return this.BytesToHexString(encryptedData);
    }
}


/// <summary>
/// 解密
/// </summary>
/// <param name="encryptedData">待解密數據</param>
/// <param name="privateKey">私鑰</param>
/// <returns></returns>
public string Decrypt(string encryptedData, string privateKey)
{
    using (RSACryptoServiceProvider RSA = this.CreateDecryptRSA(privateKey))
    {
        Encoding encoder = Encoding.UTF8;
        byte[] _encryptedData = HexStringToBytes(encryptedData);
        byte[] decryptedData = RSA.Decrypt(_encryptedData, false);
        return encoder.GetString(decryptedData);
    }
}

/// <summary>
/// 解密
/// </summary>
/// <param name="encryptedData">待解密數據</param>
/// <param name="keyfile">私鑰文件</param>
/// <param name="password">訪問私鑰文件密碼</param>
/// <returns></returns>
public string X509CertDecrypt(string encryptedData, string keyfile, string password)
{
    if (!File.Exists(keyfile))
    {
        throw new ArgumentNullException(keyfile, "解密證書未找到");
    }
    using (RSACryptoServiceProvider RSA = this.X509CertCreateDecryptRSA(keyfile, password))
    {
        Encoding encoder = Encoding.UTF8;
        byte[] _encryptedData = HexStringToBytes(encryptedData);
        byte[] decryptedData = RSA.Decrypt(_encryptedData, false);
        return encoder.GetString(decryptedData);
    }
}

最后整理了一個簡單的Demo:

Demo下載:RSACrypto.rar

 

參考資料:

http://dustin.iteye.com/blog/763931

http://baike.baidu.com/view/539299.htm

http://www.cnblogs.com/yjmyzz/archive/2008/08/20/1272098.html