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AES字节数组加密解密流程

AES类时微软MSDN中最常用的加密类,微软官网也有例子,参考链接:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.security.cryptography.aes?view=netframework-4.8
但是这个例子并不好用,限制太多,通用性差,实际使用中,我遇到的更多情况需要是这样:
1、输入一个字节数组,经AES加密后,直接输出加密后的字节数组。
2、输入一个加密后的字节数组,经AES解密后,直接输出原字节数组。

对于我这个十八流业余爱好者来说,AES我是以用为主的,所以具体的AES是怎么运算的,我其实并不关心,我更关心的是AES的处理流程。结果恰恰这一方面,网上的信息差强人意,看了网上不少的帖子,但感觉都没有说完整说透,而且很多帖子有错误。

因此,我自己绘制了一张此种方式下的流程图:

AES字节数组加密解密流程

按照此流程图进行了核心代码的编写,验证方法AesCoreSingleTest既是依照此流程的产物,实例化类AesCoreSingle后调用此方法即可验证。

至于类中的异步方法EnOrDecryptFileAsync,则是专门用于文件加解密的处理,此异步方法参考自《C# 6.0学习笔记》(周家安 著)最后的示例,这本书写得真棒。

 

  1 using System;   2 using System.Collections.Generic;   3 using System.IO;   4 using System.Linq;   5 using System.Security.Cryptography;   6 using System.Text;   7 using System.Threading;   8 using System.Threading.Tasks;   9 using System.Windows;  10   11 namespace AesSingleFile  12 {  13     class AesCoreSingle  14     {  15         /// <summary>  16         /// 使用用户口令,生成符合AES标准的key和iv。  17         /// </summary>  18         /// <param name="password">用户输入的口令</param>  19         /// <returns>返回包含密钥和向量的元组</returns>  20         private (byte[] Key, byte[] IV) GenerateKeyAndIV(string password)  21         {  22             byte[] key = new byte[32];  23             byte[] iv = new byte[16];  24             byte[] hash = default;  25             if (string.IsNullOrWhiteSpace(password))  26                 throw new ArgumentException("必须输入口令!");  27             using (SHA384 sha = SHA384.Create())  28             {  29                 byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(password);  30                 hash = sha.ComputeHash(buffer);  31             }  32             //用SHA384的原因:生成的384位哈希值正好被分成两段使用。(32+16)*8=384。  33             Array.Copy(hash, 0, key, 0, 32);//生成256位密钥(32*8=256)  34             Array.Copy(hash, 32, iv, 0, 16);//生成128位向量(16*8=128)  35             return (Key: key, IV: iv);  36         }  37   38         public byte[] EncryptByte(byte[] buffer, string password)  39         {  40             byte[] encrypted;  41             using (Aes aes = Aes.Create())  42             {  43                 //设定密钥和向量  44                 (aes.Key, aes.IV) = GenerateKeyAndIV(password);  45                 //设定运算模式和填充模式  46                 aes.Mode = CipherMode.CBC;//默认  47                 aes.Padding = PaddingMode.PKCS7;//默认  48                 //创建加密器对象(加解密方法不同处仅仅这一句话)  49                 var encryptor = aes.CreateEncryptor(aes.Key, aes.IV);  50                 using (MemoryStream msEncrypt = new MemoryStream())  51                 {  52                     using (CryptoStream csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write))//选择Write模式  53                     {  54                         csEncrypt.Write(buffer, 0, buffer.Length);//对原数组加密并写入流中  55                         csEncrypt.FlushFinalBlock();//使用Write模式需要此句,但Read模式必须要有。  56                         encrypted = msEncrypt.ToArray();//从流中写入数组(加密之后,数组变长,详见方法AesCoreSingleTest内容)  57                     }  58                 }  59             }  60             return encrypted;  61         }  62         public byte[] DecryptByte(byte[] buffer, string password)  63         {  64             byte[] decrypted;  65             using (Aes aes = Aes.Create())  66             {  67                 //设定密钥和向量  68                 (aes.Key, aes.IV) = GenerateKeyAndIV(password);  69                 //设定运算模式和填充模式  70                 aes.Mode = CipherMode.CBC;//默认  71                 aes.Padding = PaddingMode.PKCS7;//默认  72                 //创建解密器对象(加解密方法不同处仅仅这一句话)  73                 var decryptor = aes.CreateDecryptor(aes.Key, aes.IV);  74                 using (MemoryStream msDecrypt = new MemoryStream(buffer))  75                 {  76                     using (CryptoStream csDecrypt = new CryptoStream(msDecrypt, decryptor, CryptoStreamMode.Read))//选择Read模式  77                     {  78                         byte[] buffer_T = new byte[buffer.Length];/*--s1:创建临时数组,用于包含可用字节+无用字节--*/  79   80                         int i = csDecrypt.Read(buffer_T, 0, buffer.Length);/*--s2:对加密数组进行解密,并通过i确定实际多少字节可用--*/  81   82                         //csDecrypt.FlushFinalBlock();//使用Read模式不能有此句,但write模式必须要有。  83   84                         decrypted = new byte[i];/*--s3:创建只容纳可用字节的数组--*/  85   86                         Array.Copy(buffer_T, 0, decrypted, 0, i);/*--s4:从bufferT拷贝出可用字节到decrypted--*/  87                     }  88                 }  89                 return decrypted;  90             }  91         }  92         public byte[] EnOrDecryptByte(byte[] buffer, string password, ActionDirection direction)  93         {  94             if (buffer == null)  95                 throw new ArgumentNullException("buffer为空");  96             if (password == null || password == "")  97                 throw new ArgumentNullException("password为空");  98             if (direction == ActionDirection.EnCrypt)  99                 return EncryptByte(buffer, password); 100             else 101                 return DecryptByte(buffer, password); 102         } 103         public enum ActionDirection//该枚举说明是加密还是解密 104         { 105             EnCrypt,//加密 106             DeCrypt//解密 107         } 108         public static void AesCoreSingleTest(string s_in, string password)//验证加密解密模块正确性方法 109         { 110             byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(s_in); 111             AesCoreSingle aesCore = new AesCoreSingle(); 112             byte[] buffer_ed = aesCore.EncryptByte(buffer, password); 113             byte[] buffer_ed2 = aesCore.DecryptByte(buffer_ed, password); 114             string s = Encoding.UTF8.GetString(buffer_ed2); 115             string s2 = "下列字符串n" + s + 'n' + $"原buffer长度 →  {buffer.Length}, 加密后buffer_ed长度 → {buffer_ed.Length}, 解密后buffer_ed2长度 → {buffer_ed2.Length}"; 116             MessageBox.Show(s2); 117             /* 字符串在加密前后的变化(默认CipherMode.CBC运算模式, PaddingMode.PKCS7填充模式) 118              * 1、如果数组长度为16的倍数,则加密后的数组长度=原长度+16 119                如对于下列字符串 120                D:UserDocumentsAdministrator - DOpus Config - 2020-06-301.ocb 121                使用UTF8编码转化为字节数组后, 122                原buffer → 64, 加密后buffer_ed → 80, 解密后buffer_ed2 → 64 123              * 2、如果数组长度不为16的倍数,则加密后的数组长度=16倍数向上取整 124                如对于下列字符串 125                D:UserDocumentscc_20200630_113921.reg 126                使用UTF8编码转化为字节数组后 127                原buffer → 40, 加密后buffer_ed → 48, 解密后buffer_ed2 → 40  128                参考文献: 129                1-《AES补位填充PaddingMode.Zeros模式》http://blog.chinaunix.net/uid-29641438-id-5786927.html 130                2-《关于PKCS5Padding与PKCS7Padding的区别》https://www.cnblogs.com/midea0978/articles/1437257.html 131                3-《AES-128  ECB 加密有感》http://blog.sina.com.cn/s/blog_60cf051301015orf.html 132              */ 133         } 134  135         /***---声明CancellationTokenSource对象--***/ 136         private CancellationTokenSource cts;//using System.Threading;引用 137         public Task EnOrDecryptFileAsync(Stream inStream, long inStream_Seek, Stream outStream, long outStream_Seek, string password, ActionDirection direction, IProgress<int> progress) 138         { 139             /***---实例化CancellationTokenSource对象--***/ 140             cts?.Dispose();//cts为空,不动作,cts不为空,执行Dispose。 141             cts = new CancellationTokenSource(); 142  143             Task mytask = new Task( 144                 () => 145                 { 146                     EnOrDecryptFile(inStream, inStream_Seek, outStream, outStream_Seek, password, direction, progress); 147                 }, cts.Token, TaskCreationOptions.LongRunning); 148             mytask.Start(); 149             return mytask; 150         } 151         public void EnOrDecryptFile(Stream inStream, long inStream_Seek, Stream outStream, long outStream_Seek, string password, ActionDirection direction, IProgress<int> progress) 152         { 153             if (inStream == null || outStream == null) 154                 throw new ArgumentException("输入流与输出流是必须的"); 155             //--调整流的位置(通常是为了避开文件头部分) 156             inStream.Seek(inStream_Seek, SeekOrigin.Begin); 157             outStream.Seek(outStream_Seek, SeekOrigin.Begin); 158             //用于记录处理进度 159             long total_Length = inStream.Length - inStream_Seek; 160             long totalread_Length = 0; 161             //初始化报告进度 162             progress.Report(0); 163              164             using (Aes aes = Aes.Create()) 165             { 166                 //设定密钥和向量 167                 (aes.Key, aes.IV) = GenerateKeyAndIV(password); 168                 //创建加密器解密器对象(加解密方法不同处仅仅这一句话) 169                 ICryptoTransform cryptor; 170                 if (direction == ActionDirection.EnCrypt) 171                     cryptor = aes.CreateEncryptor(aes.Key, aes.IV); 172                 else 173                     cryptor = aes.CreateDecryptor(aes.Key, aes.IV); 174                 using (CryptoStream cstream = new CryptoStream(outStream, cryptor, CryptoStreamMode.Write)) 175                 { 176                     byte[] buffer = new byte[512 * 1024];//每次读取512kb的数据 177                     int readLen = 0; 178                     while ((readLen = inStream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) != 0) 179                     { 180                         // 向加密流写入数据 181                         cstream.Write(buffer, 0, readLen); 182                         totalread_Length += readLen; 183                         //汇报处理进度 184                         if (progress != null) 185                         { 186                             long per = 100 * totalread_Length / total_Length; 187                             progress.Report(Convert.ToInt32(per)); 188                         } 189                     } 190                 } 191             } 192         } 193     } 194 }

 

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