.NET_RSA加密全接触（重、难点解析）

.NET Framework提供了两个类供我们使用RSA算法，分别是：用于加密数据的RSACryptoServiceProvider和用于数字签名的DSACryptoServiceProvider，本文主要谈论RSACryptoServiceProvider的使用以及微软实现RSA算法时的一些主要特点。

1、.NET中RSA密钥格式

RSA的密钥有两种表现形式，一种是通过RSAParameters对象来表现，另一种是通过XML字符串来表现，当通过默认构造函数构造一个RSACryptoServiceProvider实例的时候，会自动生成一对公私钥，可以通过调用其ExportParameters()方法或ToXmlString()方法导出密钥(分别对应前面所述的两种表现形式)。这两种表现形式的本质是一样的，前者是一个含有八个字段的结构体，后者是一个含有八个XML配置节的XMLNODE，这八个元素的名称分别为：

D、DP、DQ、Exponent、InverseQ、Modulus、Q

要了解这些元素的意义，首先需要了解构造公私钥的过程

A)      找到两个大素数P和q，相乘得n

B)      选择一个数e，它小于n且与n互素，得到公钥(e,n)

C)      得到一个数d，它满足(d*e)mod ((p-1)*(q-1))=1,得到私钥(d,n)

D)      纯文本m到密文c的加密过程c=(m^e)mod n，解密过程为m=(c^d)mod n,加密解密过程是可逆的。

了解了密钥的构造过程，下面是这八个元素的详细解释：

RSAParameters 字段	Contains	对应的 PKCS #1 字段
D	d，私钥指数	privateExponent
DP	d mod (p - 1)	exponent1
DQ	d mod (q - 1)	exponent2
Exponent	e，公钥指数	publicExponent
InverseQ	(InverseQ)(q) = 1 mod p	Coefficient
Modulus	N	Modulus
P	P	prime1
Q	Q	prime2

第三列的“PKCS”指的是一种RSA加密标准，类似于这样的标准有多个，下文会进行叙述！

2、.NET中加密结果的不确定性

Net环境下对同一个字符串用相同的RSA公钥加密，每次的结果都会不一样！如下程序所示：

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();

byte[] c=rsa.Encrypt(UTF8Encoding.UTF8.GetBytes("hello"),true);

Console.WriteLine(Convert.ToBase64String(c));

Console.ReadLine();

}

}

出现这种结果不确定的原因在于：.Net为了加强RSA加密算法的安全性，在每次加密的时候都会生成一定的随机数和原始数据一起被加密，这显然不是单纯标准的RSA加密 。

其实这些随机数的生成也是遵循算法标准的，更专业的说是随机填充算法，比如NoPadding、ISO10126Padding、OAEPPadding、PKCS1Padding、PKCS5Padding、SSL3Padding，而最常见的应该是OAEPPadding【Optimal Asymmetric Encryption Padding】、PKCS1Padding；.Net支持PKCS1Padding或OAEPPadding，其中OAEPPadding仅在XP或更高版本的操作系统上可用。此处不在讨论这些填充算法的具体细节，读者朋友只需知道有这些填充标准即可，需要强调的一点是：不论是.net,java或者是C++等，只要他们用相同的填充标准，即使每次加密的结果都不一样，不同语言之间照样可以互通！

3、关于密钥的Base64编码（AQAB=65537是怎样得到的？）

大家都知道RSACryptoServiceProvider的ToXmlString()方法可以将公私钥导出到一个XML

字符串中，并且是以Base64编码的形式导出的。感兴趣的读者可以用Reflector反编译微软的dll文件，你会发现，这个方法导出的字符串就是分别对RSAParameters的八个字段(八个字节数组)进行Base64编码，然后串在一起得到的。

前面说到，当我们通过默认构造函数创建一个RSACryptoServiceProvider的实例的时候，会自动产生对应于该实例的一对儿公私钥，这种情况下微软选择的公钥都是一样的，都是65537，这个65537转化成的字节数组就是RSAParameters的Exponent的值，AQAB就是由65537编码而来。

65537的转化成的字节数组是什么样的？可能有读者会说，非常简单，一条语句就够了，用Convert.ToBase64Array(“65537”)即可！错！这样想的读者应该思考一下，此处的65537是什么？对，它是一个大素数，是一个数字，并不是一个字符串，我们应该将其转化为二进制串，然后每八位一截取，得到其对应的字节数组！此处限于篇幅不在详细叙述得到“AQAB”的详细过程，读者朋友可以参见该博客所述：http://www.cnblogs.com/midea0978/archive/2007/05/22/755826.html

4、密钥的保存

对于临时会话，无需保存密钥，但是很多情况下我们需要重复的使用一组密钥，此时就需要将密钥保存下来，在.NET中保存密钥主要有三种方法：

1、  将密钥导出到本地文件，然后对文件进行加密；

2、  利用Windows系统的数据保护API;

从Windows2000开始，Windows操作系统提供了一套密码学方面的API，称为DAPI(Data Protection API,数据保护API)。这套API由crypt32.dll库实现，可以实现用户、进程、会话或机器级别上的数据加密保护，从而确保它们的机密性，这样就使我们不再需要负责密钥的管理。

.Net中我们可以将密钥对儿保存到密钥容器中，这个密钥容器由操作系统管理，可以是用户级别的容器，也可以是机器级别的容器。密钥容器是公用的，只不过在不同的语言中有不同的实现，这样在.net中创建的公私钥对儿，C、C++程序也都可以读取。

.NET中可以使用CspParameters对象创建或使用密钥容器

1）实例化CspParameters对象CspParameters cspPara = new CspParameters();

2）指定CspParameters对象实例的名称 ，cspPara.KeyContainerName = "test"。如果名称为key_container_test的密钥容器不存在，RSA对象会创建这个密钥容器；如果名称为key_container_test的密钥容器已经存在，RSA对象会使用这个密钥容
器。
        
   3）设置密钥类型为Exchange ，cspPara.KeyNumber = 1;
   4）设置密钥容器保存到计算机密钥库（默认为用户密钥库，cspPara.Flags =  CspProviderFlags.UseMachineKeyStore

3、  利用数字证书

此处不再详述，参考文档1、“.NET中非对称加密RSA算法的密钥保存”

2、“了解计算机级别和用户级别的 RSA 密钥容器”

5、.net和java端的RSA互通

.net和java的RSA互通要谈论的东西比较多，请参见另一篇文章“.NET和Java的RSA互通，仅此而已！”