最通俗易懂的RSA加密解密指导

2023-08-12 21:09:40

前言

RSA加密算法是一种非对称加密算法，简单来说，就是加密时使用一个钥匙，解密时使用另一个钥匙。

因为加密的钥匙是公开的，所又称公钥，解密的钥匙是不公开的，所以称为私钥。

密钥

关于RSA加密有很多文章，但几乎都只介绍了RSACryptoServiceProvider类的使用方法，如果只是走走看看，是没问题的，但真的想使用时，就会发现，你没有密钥字符串。。。

下面我们从获取密钥字符串开始逐步学习加密。

密钥字符串

每个安装过VisualStudio的电脑都可以找到一个文件—makecert.exe。

我电脑的makecert.exe地址：C:\Program Files (x86)\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Bin\makecert.exe

makecert.exe是用来生成证书的程序，我们可以借用该程序来获取密钥字符串。

编写生成证书的CreateCertWithPrivateKey函数，代码如下：

 public static bool CreateCertWithPrivateKey(string subjectName, string makecertPath)

 {

     subjectName = "CN=" + subjectName;

     string param = " -pe -ss my -n \"" + subjectName + "\" ";

     try

     {

         Process p = Process.Start(makecertPath, param);

         p.WaitForExit();

         p.Close();

     }

     catch (Exception e)

     {

         return false;

     }

     return true;

 }

调用证书生成函数，代码如下：

string keyName = "Kiba518.Licence";//证书的KEY

var ret = DataCertificate.CreateCertWithPrivateKey(keyName, @"C:\Program Files (x86)\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Bin\makecert.exe");

刚刚生成的证书还存储在WINDOWS的证书存储区，现在我们通过证书的Key在证书存储区查找到证书，并将其到出（导出时需要指定密码），导出函数代码如下：

public static bool ExportToPfxFile(string subjectName, string pfxFileName,

    string password, bool isDelFromStore)

{

    subjectName = "CN=" + subjectName;

    X509Store store = new X509Store(StoreName.My, StoreLocation.CurrentUser);

    store.Open(OpenFlags.ReadWrite);

    X509Certificate2Collection storecollection = (X509Certificate2Collection)store.Certificates;

    foreach (X509Certificate2 x509 in storecollection)

    {

        if (x509.Subject == subjectName)

        {

            byte[] pfxByte = x509.Export(X509ContentType.Pfx, password);

            using (FileStream fileStream = new FileStream(pfxFileName, FileMode.Create))

            {

                // Write the data to the file, byte by byte.

                for (int i = 0; i < pfxByte.Length; i++)

                    fileStream.WriteByte(pfxByte[i]);

                // Set the stream position to the beginning of the file.

                fileStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

                // Read and verify the data.

                for (int i = 0; i < fileStream.Length; i++)

                {

                    if (pfxByte[i] != fileStream.ReadByte())

                    {

                        fileStream.Close();

                        return false;

                    }

                }

                fileStream.Close();

            }

            if (isDelFromStore == true)

                store.Remove(x509);

        }

    }

    store.Close();

    store = null;

    storecollection = null;

    return true;

}

调用导出函数，代码如下：

DataCertificate.ExportToPfxFile(keyName, "Kiba518.pfx", "123456", true);

运行完导出函数后，我们打开Debug文件夹，可以看到证书已经被成功导出了，如下图：

证书导出后，我们就可以通过读取证书的信息，来获取到公钥和私钥了。

X509Certificate2 x509 = X509Certificate2("Kiba518.pfx", "123456", X509KeyStorageFlags.Exportable);

string publickey = x509.PublicKey.Key.ToXmlString(false);//公钥获取

string privatekey = x509.PrivateKey.ToXmlString(true);//私钥获取

公钥私钥如下图所示：

加密解密

得到密钥字符串后，我们创建RSA的加密解密函数，代码如下：

//加密

public static string RSADecrypt(string xmlPrivateKey, string enptStr)

{

    RSACryptoServiceProvider provider = new RSACryptoServiceProvider();

    provider.FromXmlString(xmlPrivateKey);

    byte[] rgb = Convert.FromBase64String(enptStr);

    byte[] bytes = provider.Decrypt(rgb, RSAEncryptionPadding.OaepSHA1);

    return new UnicodeEncoding().GetString(bytes);

}

//解密

public static string RSAEncrypt(string xmlPublicKey, string enptStr)

{

    RSACryptoServiceProvider provider = new RSACryptoServiceProvider();

    provider.FromXmlString(xmlPublicKey);

    byte[] bytes = new UnicodeEncoding().GetBytes(enptStr);

    return Convert.ToBase64String(provider.Encrypt(bytes, RSAEncryptionPadding.OaepSHA1));

}

然后我们测试一下加密解密，测试函数如下。

public static void RsaTest()

{

    string myname = "my name is Kiba518!";

    Console.WriteLine($"内容：{myname}");

    string enStr = RSAEncrypt(publicKey, myname);

    Console.WriteLine($"加密字符串：{enStr}");

    string deStr = RSADecrypt(privateKey, enStr);

    Console.WriteLine($"解密字符串：{enStr}");

}

运行结果，加密解密成功，如下图所示：

长字符分段加密

Rsa加密有字节数限制，即待加密的字符串太长，系统就会抛出异常：【System.Security.Cryptography.CryptographicException:“不正确的长度】

Rsa加密具体限制内容如下：

待加密的字节数不能超过密钥的长度值除以 8 再减去 11（即：RSACryptoServiceProvider.KeySize / 8 - 11），而加密后得到密文的字节数，正好是密钥的长度值除以 8（即：RSACryptoServiceProvider.KeySize / 8）。

分段加密

为解决长字符加密的异常，我们采取分段加密的方法进行字符串加密，代码如下：

//加密

public static String SubRSAEncrypt(string xmlPublicKey, string enptStr)

{

    RSACryptoServiceProvider provider = new RSACryptoServiceProvider();

    provider.FromXmlString(xmlPublicKey);

    Byte[] bytes = Encoder.GetBytes(enptStr);

    int MaxBlockSize = provider.KeySize / 8 - 11;    //加密块最大长度限制



    if (bytes.Length <= MaxBlockSize)

        return Convert.ToBase64String(provider.Encrypt(bytes, false));



    using (MemoryStream PlaiStream = new MemoryStream(bytes))

    using (MemoryStream CrypStream = new MemoryStream())

    {

        Byte[] Buffer = new Byte[MaxBlockSize];

        int BlockSize = PlaiStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);



        while (BlockSize > 0)

        {

            Byte[] ToEncrypt = new Byte[BlockSize];

            Array.Copy(Buffer, 0, ToEncrypt, 0, BlockSize);



            Byte[] Cryptograph = provider.Encrypt(ToEncrypt, false);

            CrypStream.Write(Cryptograph, 0, Cryptograph.Length);



            BlockSize = PlaiStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);

        }



        return Convert.ToBase64String(CrypStream.ToArray(), Base64FormattingOptions.None);

    }

}

//解密

public static String SubRSADecrypt(string xmlPublicKey, string enptStr)

{

    RSACryptoServiceProvider provider = new RSACryptoServiceProvider();

    provider.FromXmlString(xmlPublicKey);

    Byte[] bytes = Convert.FromBase64String(enptStr);

    int MaxBlockSize = provider.KeySize / 8;    //解密块最大长度限制



    if (bytes.Length <= MaxBlockSize)

        return Encoder.GetString(provider.Decrypt(bytes, false));



    using (MemoryStream CrypStream = new MemoryStream(bytes))

    using (MemoryStream PlaiStream = new MemoryStream())

    {

        Byte[] Buffer = new Byte[MaxBlockSize];

        int BlockSize = CrypStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);



        while (BlockSize > 0)

        {

            Byte[] ToDecrypt = new Byte[BlockSize];

            Array.Copy(Buffer, 0, ToDecrypt, 0, BlockSize);

            Byte[] Plaintext = provider.Decrypt(ToDecrypt, false);

            PlaiStream.Write(Plaintext, 0, Plaintext.Length);

            BlockSize = CrypStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);

        }

        return Encoder.GetString(PlaiStream.ToArray());

    }

}

编写分段加密测试函数如下：

public static void SubRsaTest()

{

    string myname = "my name is Kiba518!my name is Kiba518!my name is Kiba518!my name is Kiba518!my name is Kiba518!my name is Kiba518!my name is Kiba518!";

    Console.WriteLine($"内容：{myname}");

    string enStr = SubRSAEncrypt(publicKey, myname);

    Console.WriteLine($"加密字符串：{enStr}");

    string deStr = SubRSADecrypt(privateKey, enStr);

    Console.WriteLine($"解密字符串：{deStr}");

}

运行结果，加密解密成功，如下图：