重新想象 Windows 8 Store Apps (31) - 加密解密: 哈希算法, 對稱算法

本文轉載自查看原文 2013-06-03 08:34 3310 Windows Store Apps

作者：webabcd

介紹
重新想象 Windows 8 Store Apps 之加密解密

hash 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）
hmac 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）
本地數據的加密解密
對稱算法（AES, DES, 3DES, RC2, RC4）

示例
1、演示如何使用 hash 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）
Crypto/Hash.xaml.cs

/*
 * 演示如何使用 hash 算法（MD5, SHA1, SHA256, SHA384, SHA512）
 */

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.Core;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
    public sealed partial class Hash : Page
    {
        public Hash()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        private void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            string plainText = "i am webabcd";

            lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;

            string[] algorithmNames = { "MD5", "SHA1", "SHA256", "SHA384", "SHA512" };

            foreach (var algorithmName in algorithmNames)
            {
                // 根據算法名稱實例化一個哈希算法提供程序
                HashAlgorithmProvider hashAlgorithm = HashAlgorithmProvider.OpenAlgorithm(algorithmName);
                // hashAlgorithm.HashLength - 哈希后的值的長度，單位：字節

                // 原文的二進制數據
                IBuffer vector = CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8);

                // 哈希二進制數據
                IBuffer digest = hashAlgorithm.HashData(vector);

                lblMsg.Text += algorithmName + ": " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(digest);
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;



                // 創建一個可重用的 CryptographicHash 對象
                CryptographicHash reusableHash = hashAlgorithm.CreateHash();
                reusableHash.Append(CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary("i ", BinaryStringEncoding.Utf8)); // 向 CryptographicHash 中追加需要哈希的二進制數據
                reusableHash.Append(CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary("am ", BinaryStringEncoding.Utf8)); // 向 CryptographicHash 中追加需要哈希的二進制數據
                reusableHash.Append(CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary("webabcd", BinaryStringEncoding.Utf8)); // 向 CryptographicHash 中追加需要哈希的二進制數據

                // 獲取哈希后的數據，然后清空 CryptographicHash 中的數據
                digest = reusableHash.GetValueAndReset();

                lblMsg.Text += algorithmName + ": " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(digest);
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            }
        }
    }
}

2、演示如何使用 hmac 算法（HMAC_MD5, HMAC_SHA1, HMAC_SHA256, HMAC_SHA384, HMAC_SHA512）
Crypto/Hmac.xaml.cs

/*
 * 演示如何使用 hmac 算法（HMAC_MD5, HMAC_SHA1, HMAC_SHA256, HMAC_SHA384, HMAC_SHA512）
 * 
 * 注：hmac 相當於帶密鑰的 hash，可以理解為將信息用密鑰加密后再哈希
 */

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.Core;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
    public sealed partial class Hmac : Page
    {
        public Hmac()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        private void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            string plainText = "i am webabcd";

            lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;

            string[] algorithmNames = { "HMAC_MD5", "HMAC_SHA1", "HMAC_SHA256", "HMAC_SHA384", "HMAC_SHA512" };

            foreach (var algorithmName in algorithmNames)
            {
                // 根據算法名稱實例化一個 hmac 算法提供程序
                MacAlgorithmProvider hmacAlgorithm = MacAlgorithmProvider.OpenAlgorithm(algorithmName);
                // hmacAlgorithm.MacLength - hmac 后的值的長度，單位：字節

                // 創建一個用於 hmac 算法的隨機的 key
                IBuffer key = CryptographicBuffer.GenerateRandom(hmacAlgorithm.MacLength);

                // 根據 key 生成 CryptographicKey 對象
                CryptographicKey hmacKey = hmacAlgorithm.CreateKey(key);

                // 根據 hmacKey 簽名指定的內容
                IBuffer signature = CryptographicEngine.Sign(
                    hmacKey, // 簽名時所用的 key
                    CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8) // 需要簽名的內容
                );

                lblMsg.Text += algorithmName + ": " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(signature) + " (key: " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(key) + ")";
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;



                // 驗證簽名
                bool isAuthenticated = CryptographicEngine.VerifySignature(
                    hmacKey, // 簽名時所用的 key
                    CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8), // 需要簽名的內容
                    signature // 簽名后的值
                );

                lblMsg.Text += "isAuthenticated: " + isAuthenticated;
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            }
        }
    }
}

3、演示如何對本地數據進行加密和解密
Crypto/LocalCrypto.xaml.cs

/*
 * 演示如何對本地數據進行加密和解密
 */

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.DataProtection;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
    public sealed partial class LocalCryptoString : Page
    {
        public LocalCryptoString()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        private async void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            string plainText = "i am webabcd";

            lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;

            // 實例化用於加密的 DataProtectionProvider - Local=user 用戶級別的本地加解密；LOCAL=machine - 機器級別的本地加解密
            DataProtectionProvider provider = new DataProtectionProvider("Local=user"); // "LOCAL=machine"

            // 原文的二進制數據
            IBuffer buffer = CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8);

            // 加密數據
            IBuffer encrypted = await provider.ProtectAsync(buffer);
            // provider.ProtectStreamAsync(); 加密 stream 類型的數據

            // 加密后的結果
            lblMsg.Text += "encrypted: " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(encrypted);
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;


            
            // 實例化用於解密的 DataProtectionProvider
            DataProtectionProvider provider2 = new DataProtectionProvider();

            // 解密數據
            IBuffer decrypted = await provider2.UnprotectAsync(encrypted);
            // provider2.UnprotectStreamAsync(); // 解密 stream 類型的數據

            // 解密后的結果
            lblMsg.Text += "decrypted: " + CryptographicBuffer.ConvertBinaryToString(BinaryStringEncoding.Utf8, decrypted);
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;
        }

    }
}

4、演示如何使用對稱算法（AES, DES, 3DES, RC2, RC4）
Crypto/Symmetric.xaml.cs

/*
 * 演示如何使用對稱算法（AES, DES, 3DES, RC2, RC4）
 */

using System;
using Windows.Security.Cryptography;
using Windows.Security.Cryptography.Core;
using Windows.Storage.Streams;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Crypto
{
    public sealed partial class Symmetric : Page
    {
        public Symmetric()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        private void btnDemo_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            // 本示例的原文為 16 個字節，是為了正常演示無填充時的加密
            // 什么是填充：比如 aes 要求數據長度必須是 16 的倍數，如果不是則需要通過指定的填充模式來補全數據
            string plainText = "1234567812345678";

            lblMsg.Text = "原文: " + plainText;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            lblMsg.Text += Environment.NewLine;

            string[] algorithmNames = { "AES_CBC", "AES_ECB", "AES_CBC_PKCS7", "AES_ECB_PKCS7", "DES_CBC", "DES_ECB", "3DES_CBC", "3DES_ECB", "3DES_CBC_PKCS7", "3DES_ECB_PKCS7", "RC2_CBC", "RC2_ECB", "RC4" };

            foreach (var algorithmName in algorithmNames)
            {
                uint keySize = 128;
                if (algorithmName.StartsWith("AES")) // AES 算法密鑰長度 128 位
                    keySize = 128;
                else if (algorithmName.StartsWith("DES")) // DES 算法密鑰長度 64 位（56 位的密鑰加上 8 位奇偶校驗位）
                    keySize = 64;
                else if (algorithmName.StartsWith("3DES")) // 3DES 算法密鑰長度 192 位（3 重 DES）
                    keySize = 192;
                else if (algorithmName.StartsWith("RC2")) // RC2 算法密鑰長度可變
                    keySize = 128;
                else if (algorithmName.StartsWith("RC4")) // RC4 算法密鑰長度可變
                    keySize = 128;

                IBuffer buffer; // 原文
                IBuffer encrypted; // 加密后
                IBuffer decrypted; // 解密后
                IBuffer iv = null; // 向量（CBC 模式）

                // 根據算法名稱實例化一個對稱算法提供程序
                SymmetricKeyAlgorithmProvider symmetricAlgorithm = SymmetricKeyAlgorithmProvider.OpenAlgorithm(algorithmName);

                // 創建一個隨機密鑰 key
                IBuffer key = CryptographicBuffer.GenerateRandom(keySize / 8);

                // 根據 key 生成 CryptographicKey 對象
                CryptographicKey cryptoKey = symmetricAlgorithm.CreateSymmetricKey(key);

                // 如果是 CBC 模式則隨機生成一個向量
                if (algorithmName.Contains("CBC"))
                    iv = CryptographicBuffer.GenerateRandom(symmetricAlgorithm.BlockLength);

                // 將需要加密的數據轉換為 IBuffer 類型
                buffer = CryptographicBuffer.ConvertStringToBinary(plainText, BinaryStringEncoding.Utf8);

                try
                {
                    // 加密數據
                    encrypted = CryptographicEngine.Encrypt(cryptoKey, buffer, iv);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    lblMsg.Text += ex.ToString();
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                    return;
                }

                // 加密后的結果
                lblMsg.Text += algorithmName + " encrypted: " + CryptographicBuffer.EncodeToHexString(encrypted);
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;



                CryptographicKey cryptoKey2 = symmetricAlgorithm.CreateSymmetricKey(key);
                try
                {
                    // 解密數據
                    decrypted = Windows.Security.Cryptography.Core.CryptographicEngine.Decrypt(cryptoKey2, encrypted, iv);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    lblMsg.Text += ex.ToString();
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                    return;
                }

                // 解密后的結果
                lblMsg.Text += algorithmName + " decrypted: " + CryptographicBuffer.ConvertBinaryToString(BinaryStringEncoding.Utf8, decrypted);
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            }
        }
    }
}

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