加密算法之非对称加密RSA

一：非对称加密的由来

      RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。

　　RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价。即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NPC问题。

二：RSA的缺点主要有：

A)产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。

B)分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600bits以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个

长度还在增加，不利于数据格式的标准化。目前，SET(Secure Electronic Transaction)协议中要求CA采用2048bits长的密钥，其他实体使用1024比特的密钥。C)RSA密钥长度随着保密级别提高，增加很快。下表列出了对同一安全级别所对应的密钥长度。

保密级别	对称密钥长度（bit）	RSA密钥长度（bit）	ECC密钥长度（bit）	保密年限
80	80	1024	160	2010
112	112	2048	224	2030
128	128	3072	256	2040
192	192	7680	384	2080
256	256	15360	512	2120

三：算法操作

   RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。

   RSA的算法涉及三个参数，n、e1、e2。

   其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。

   e1和e2是一对相关的值，e1可以任意取，但要求e1与(p-1)*(q-1)互质；再选择e2，要求(e2*e1)mod((p-1)*(q-1))=1。(n及e1),(n及e2)就是密钥对。

   RSA加解密的算法完全相同,设A为明文，B为密文，则：A=B^e1 mod n；B=A^e2 mod n；e1和e2可以互换使用，即：A=B^e2 mod n；B=A^e1 mod n; 

四：算法栗子

 //非对称加密
    public class RSAEncrypted
    {

        /// <summary>
        /// RSA产生密钥
        /// </summary>
        public void RSAKey()
        {
            try
            {
                RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
                var xmlKeys = rsa.ToXmlString(true);
                var xmlPublicKey = rsa.ToXmlString(false);
                var str = "明月几时有，把酒问青天，不知道天上今夕是何年";
                //1.1有长度限制的加密
                var cipherText = RSAEncryptLimitLength(xmlPublicKey, str);
                //1.2有长度限制的解密
                var txt = RSADecryptLimitLength(xmlKeys, cipherText);

                //2.1加密
                var cipherText1 = RSAEncrypt(xmlPublicKey, str);
                var txt1 = RSADecrypt(xmlKeys, cipherText1);

                //3.1字符串，hash描述表
                //var hashTxt = GetHashStr(str);
                //3.1文件，hash描述表
                var hashTxt = GetHashFile();

                //3.2进行签名
                var signTxt = SignatureFormatterStr(xmlKeys, hashTxt);
                //3.3签名验证
                var defSign = SignatureDeformatterStr(xmlPublicKey, hashTxt, signTxt);
        
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }


        /// <summary>
        /// 文件，hash描述表
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public string GetHashFile()
        {
            try
            {
                var path = @"C:xxxxxxxxxx图解HTTP  上野宣著.pdf";
                FileStream objFile = new FileStream(path, FileMode.Open);
                //从文件中取得Hash描述 
                HashAlgorithm MD5 = HashAlgorithm.Create("MD5");
                //返回字节数组
                byte[] HashData = MD5.ComputeHash(objFile);
                objFile.Close();//必须有
                //返回签名字符串
                var result = Convert.ToBase64String(HashData);
                return result;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }

        #region 字符串的hash描述，签名及验证

        /// <summary>
        /// 字符串，hash描述表
        /// </summary>
        /// <param name="strSource">待签名的字符串</param>
        /// <returns></returns>
        public string GetHashStr(string strSource)
        {
            try
            {
                HashAlgorithm MD5 = HashAlgorithm.Create("MD5");
                byte[] buffer = Encoding.GetEncoding("GB2312").GetBytes(strSource);
                //返回字节数组
                var hashData = MD5.ComputeHash(buffer);
                //返回string
                var hashStr = Convert.ToBase64String(hashData);
                return hashStr;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }


        /// <summary>
        /// RSA签名
        /// </summary>
        /// <param name="strKeyPrivate">私钥</param>
        /// <param name="HashbyteSignature">待签名Hash描述</param>
        /// <returns></returns>
        public string SignatureFormatterStr(string strKeyPrivate, string hashbyteSignatureStr)
        {
            try
            {
                byte[] HashbyteSignature = Convert.FromBase64String(hashbyteSignatureStr);
                byte[] EncryptedSignatureData;
                RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
                RSA.FromXmlString(strKeyPrivate);
                RSAPKCS1SignatureFormatter RSAFormatter = new RSAPKCS1SignatureFormatter(RSA);
                //设置签名的算法为MD5 
                RSAFormatter.SetHashAlgorithm("MD5");
                //执行签名 
                //返回字节数据
                EncryptedSignatureData = RSAFormatter.CreateSignature(HashbyteSignature);
                return Convert.ToBase64String(EncryptedSignatureData);

            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }


        /// <summary>
        /// RSA签名验证
        /// </summary>
        /// <param name="strKeyPublic">公钥</param>
        /// <param name="strHashbyteDeformatter">Hash描述</param>
        /// <param name="deformatterDataStr">签名后的结果</param>
        /// <returns></returns>
        public bool SignatureDeformatterStr(string strKeyPublic, string strHashbyteDeformatter, string deformatterDataStr)
        {
            try
            {
                byte[] DeformatterData = Convert.FromBase64String(deformatterDataStr);
                byte[] HashbyteDeformatter = Convert.FromBase64String(strHashbyteDeformatter);
                RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
                RSA.FromXmlString(strKeyPublic);
                RSAPKCS1SignatureDeformatter RSADeformatter = new RSAPKCS1SignatureDeformatter(RSA);
                //指定解密的时候HASH算法为MD5 
                RSADeformatter.SetHashAlgorithm("MD5");
                if (RSADeformatter.VerifySignature(HashbyteDeformatter, DeformatterData))
                {
                    return true;
                }
                else
                {
                    return false;
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        } 
      
        #endregion


        #region RSA加密
        /// <summary>
        /// RSA的加密函数 
        /// </summary>
        /// <param name="xmlPublicKey">公钥</param>
        /// <param name="encryptString">待加密的字节数组</param>
        /// <returns></returns>
        public string RSAEncrypt(string xmlPublicKey, string encryptString)
        {
            try
            {
                byte[] encrypt = Encoding.Default.GetBytes(encryptString);
                RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
                rsa.FromXmlString(xmlPublicKey);
                var cypherTextBArray = rsa.Encrypt(encrypt, false);
                return Convert.ToBase64String(cypherTextBArray);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }

        /// <summary>
        /// RSA的解密函数 
        /// </summary>
        /// <param name="xmlPrivateKey">私钥</param>
        /// <param name="decryptString">待解密的字节数组</param>
        /// <returns></returns>
        public string RSADecrypt(string xmlPrivateKey, string decryptString)
        {
            try
            {
                byte[] decrypt = Convert.FromBase64String(decryptString);
                RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
                rsa.FromXmlString(xmlPrivateKey);
                var dypherTextBArray = rsa.Decrypt(decrypt, false);
                // return (new UnicodeEncoding()).GetString(dypherTextBArray);
                return Encoding.Default.GetString(dypherTextBArray);

            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }
        #endregion


        #region RSA加密，有长度限制
        /// <summary>
        /// RSA的加密函数,该加密方式有长度限制的
        /// </summary>
        /// <param name="xmlPublicKey">公钥</param>
        /// <param name="encryptString">待加密的字符串</param>
        /// <returns></returns>
        public string RSAEncryptLimitLength(string xmlPublicKey, string encryptString)
        {
            try
            {
                RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
                rsa.FromXmlString(xmlPublicKey);
                byte[] plainTextBArray = (new UnicodeEncoding()).GetBytes(encryptString);
                byte[] cypherTextBArray = rsa.Encrypt(plainTextBArray, false);
                return Convert.ToBase64String(cypherTextBArray);

            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }

        /// <summary>
        /// RSA的解密函数
        /// </summary>
        /// <param name="xmlPrivateKey">私钥</param>
        /// <param name="decryptString">待解密的字符串</param>
        /// <returns></returns>
        public string RSADecryptLimitLength(string xmlPrivateKey, string decryptString)
        {
            try
            {
                RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
                rsa.FromXmlString(xmlPrivateKey);
                byte[] plainTextBArray = Convert.FromBase64String(decryptString);
                byte[] dypherTextBArray = rsa.Decrypt(plainTextBArray, false);
                return (new UnicodeEncoding()).GetString(dypherTextBArray);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw ex;
            }
        }
        #endregion


    }

文章参考：http://www.cnblogs.com/linzheng/archive/2011/02/20/1959123.html

              http://www.cnblogs.com/sydeveloper/archive/2012/08/11/2633624.html