程序员之网络安全系列（三）：数据加密之对称加密算法

前文回顾

假如，明明和丽丽相互不认识，明明想给丽丽写一封情书，让隔壁老王送去

1. 如何保证隔壁老王不能看到情书内容？（保密性)
2. 如何保证隔壁老王不修改情书的内容？（完整性)
3. 如何保证隔壁老王不冒充明明？（身份认证)
4. 如何保证明明不能否认情书是自己写的？（来源的不可否认)

上一节，我们使用了Hash算法保证了情书的完整性，也就是确保“隔壁王叔叔”没有修改明明的情书，那么这一节我们来看看如何保证“隔壁王叔叔”不能看到情书的内容，也就是保密性。

数据加密

要想不让别人看到数据，那么我们就们就需要对数据加密。

加密技术 是最常用的安全保密手段，利用技术手段把重要的数据变为乱码（加密）传送，到达目的地后再用相同或不同的手段还原（解密）。
加密包括两个元素：算法和密钥。一个加密算法是将普通的文本（或者可以理解的信息）与一窜数字（密钥）的结合，产生不可理解的密文的步骤，密钥是用来对数据进行编码和解码的一种算法。

举个例子：

假设我们要对LOVE加密，我们可以先定义字母的顺序ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ，然后我们让每个字母向后移动两位，那么LOVE就变为了NQXG

L------>N
O------>Q
V------>X
E------>
LOVE--->NQXG

我想这就是最简单的加密方式。

密钥加密技术的密码体制分为对称密钥体制和非对称密钥体制两种。

对数据加密的技术分为两类，即对称加密（私人密钥加密）和非对称加密（公开密钥加密）。对称加密以数据加密标准（DES，Data Encryption Standard）算法为典型代表，非对称加密通常以RSA（Rivest Shamir Ad1eman）算法为代表。对称加密的加密密钥和解密密钥相同，而非对称加密的加密密钥和解密密钥不同，加密密钥可以公开而解密密钥需要保密。

对称加密

对称加密采用了对称密码编码技术，它的特点是文件加密和解密使用相同的密钥，即加密密钥也可以用作解密密钥。
比如，我们给WORD文档设置密码1234, 那么其他人想要打开文档也必须输入1234才能打开。

常用加密算法:

• DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。

• 3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。

• AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；

• RC4，也是为 RSA Data Security, Inc. 开发的密码系统的商标名称。

  传统的DES由于只有56位的密钥，从1997年开始，RSA公司发起了一个称作“向DES挑战”的竞技赛。在首届挑战赛上，罗克·维瑟用了96天时间破解了用DES加密的一段信息。1999年12月22日，RSA公司发起“第三届DES挑战赛（DES Challenge III）”。2000年1月19日，由电子边疆基金会组织研制的25万美元的DES解密机以22.5小时的战绩，成功地破解了 DES加密算法。DES已逐渐完成了它的历史使命。

  高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

对称加密算法的优点：

• 算法公开
• 计算量小
• 加密速度快，加密效率高

对称加密算法的缺点

• 加解密双方需要使用相同的秘钥
• 秘钥管理很不方便，如果用户很多，那么秘钥的管理成几何性增长
• 任何一方秘钥泄露，数据都不安全了

最后

通过本节，我们知道当明明给丽丽情书时，可以用DES或者AES对数据进行加密，即使“隔壁王叔叔”拿到信件也看不懂内容，同时使用上一节的Hash算法保证了情书的内容完整，但是这就需要明明和丽丽提前设置一个秘钥。

代码示例

下面的代码输出如下结果

    I Love You, Li Li
    Encrypeted: 0t9glwGMmwtGs8B4QCotyZkKf091WElCwG659QiVVw0=
    Decrypeted: I Love You, Li Li

.NET 源码：

    using System;
    using System.Security.Cryptography;
    using System.IO;
    using System.Text;

    namespace AES
    {
        class MainClass
        {
            public static void Main (string[] args)
            {
                string password = "Don't believe wang shu shu";
                string orginTextToSent = "I Love You, Li Li";
                Console.WriteLine (orginTextToSent);

                string encryptedText=EncryptText(orginTextToSent, password);

                Console.WriteLine ("Encrypeted: " + encryptedText);

                string DecryptedText = DecryptText (encryptedText, password);
                Console.WriteLine ("Decrypeted: " + DecryptedText);

            }



            public static byte[] AES_Encrypt(byte[] bytesToBeEncrypted, byte[] passwordBytes)
            {
                byte[] encryptedBytes = null;

                // Set your salt here, change it to meet your flavor:
                // The salt bytes must be at least 8 bytes.
                byte[] saltBytes = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };

                using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
                {
                    using (RijndaelManaged AES = new RijndaelManaged())
                    {
                        AES.KeySize = 256;
                        AES.BlockSize = 128;

                        var key = new Rfc2898DeriveBytes(passwordBytes, saltBytes, 1000);
                        AES.Key = key.GetBytes(AES.KeySize / 8);
                        AES.IV = key.GetBytes(AES.BlockSize / 8);

                        AES.Mode = CipherMode.CBC;

                        using (var cs = new CryptoStream(ms, AES.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write))
                        {
                            cs.Write(bytesToBeEncrypted, 0, bytesToBeEncrypted.Length);
                            cs.Close();
                        }
                        encryptedBytes = ms.ToArray();
                    }
                }

                return encryptedBytes;
            }

            public static byte[] AES_Decrypt(byte[] bytesToBeDecrypted, byte[] passwordBytes)
            {
                byte[] decryptedBytes = null;

                // Set your salt here, change it to meet your flavor:
                // The salt bytes must be at least 8 bytes.
                byte[] saltBytes = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };

                using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
                {
                    using (RijndaelManaged AES = new RijndaelManaged())
                    {
                        AES.KeySize = 256;
                        AES.BlockSize = 128;

                        var key = new Rfc2898DeriveBytes(passwordBytes, saltBytes, 1000);
                        AES.Key = key.GetBytes(AES.KeySize / 8);
                        AES.IV = key.GetBytes(AES.BlockSize / 8);

                        AES.Mode = CipherMode.CBC;

                        using (var cs = new CryptoStream(ms, AES.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write))
                        {
                            cs.Write(bytesToBeDecrypted, 0, bytesToBeDecrypted.Length);
                            cs.Close();
                        }
                        decryptedBytes = ms.ToArray();
                    }
                }

                return decryptedBytes;
            }


            public static string EncryptText(string input, string password)
            {
                // Get the bytes of the string
                byte[] bytesToBeEncrypted = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
                byte[] passwordBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(password);

                // Hash the password with SHA256
                passwordBytes = SHA256.Create().ComputeHash(passwordBytes);

                byte[] bytesEncrypted = AES_Encrypt(bytesToBeEncrypted, passwordBytes);

                string result = Convert.ToBase64String(bytesEncrypted);

                return result;
            }

            public static string DecryptText(string input, string password)
            {
                // Get the bytes of the string
                byte[] bytesToBeDecrypted = Convert.FromBase64String(input);
                byte[] passwordBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(password);
                passwordBytes = SHA256.Create().ComputeHash(passwordBytes);

                byte[] bytesDecrypted = AES_Decrypt(bytesToBeDecrypted, passwordBytes);

                string result = Encoding.UTF8.GetString(bytesDecrypted);

                return result;
            }

        }
    }