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Verschlüsseln von Daten

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Symmetrische Verschlüsselung und asymmetrische Verschlüsselung werden mit unterschiedlichen Prozesse ausgeführt. Die symmetrische Verschlüsselung wird für Streams ausgeführt und ist daher für die Verschlüsselung großer Datenmengen geeignet. Die asymmetrische Verschlüsselung wird für eine kleine Anzahl von Bytes ausgeführt und ist daher nur für kleine Datenmengen geeignet.

Symmetrische Verschlüsselung

Die verwalteten symmetrischen Kryptografieklassen werden mit einer speziellen Streamklasse namens CryptoStream verwendet, die Daten verschlüsselt, die in den jeweiligen Stream eingelesen wurden. Die CryptoStream-Klasse wird mit einer verwalteten Streamklasse, mit einer Klasse, die die ICryptoTransform-Schnittstelle (erstellt aus einer Klasse, durch die ein Kryptografiealgorithmus implementiert wird) implementiert, und mit einer CryptoStreamMode-Enumeration initialisiert, die den zulässigen Typ des Zugriffs auf CryptoStream beschreibt. Die CryptoStream -Klasse kann mit jeder Klasse initialisiert werden, die aus der Stream -Klasse abgeleitet wurde. Dazu zählen auch die Klassen FileStream, MemoryStreamund NetworkStream. Mit diesen Klassen können Sie die unterschiedlichsten Streamobjekte symmetrisch verschlüsseln.

Im folgenden Beispiel wird veranschaulicht, wie Sie eine neue Instanz der Standardimplementierungsklasse für den Aes-Algorithmus erstellen. Die Instanz wird verwendet, um die Verschlüsselung für eine CryptoStream-Klasse durchzuführen. In diesem Beispiel wird die CryptoStream -Klasse mit einem Streamobjekt namens fileStream initialisiert, bei dem es sich um einen beliebigen Typ eines verwalteten Streams handeln kann. Der CreateEncryptor-Methode der Aes-Klasse werden der Schlüssel und der Initialisierungsvektor (IV) übergeben, die für die Verschlüsselung benötigt werden. In diesem Fall werden der Standardschlüssel und der IV verwendet, die von aes erzeugt wurden.

Dim aes As Aes = Aes.Create()
Dim cryptStream As New CryptoStream(
    fileStream, aes.CreateEncryptor(key, iv), CryptoStreamMode.Write)

Aes aes = Aes.Create();
CryptoStream cryptStream = new CryptoStream(
    fileStream, aes.CreateEncryptor(key, iv), CryptoStreamMode.Write);

Nach der Ausführung dieses Codes werden alle in das CryptoStream-Objekt geschriebenen Daten mit dem AES-Algorithmus verschlüsselt.

Das folgende Beispiel veranschaulicht den gesamten Prozess: das Erzeugen und Verschlüsseln des Streams, das Schreiben in den Stream und das Schließen des Streams. In diesem Beispiel wird ein Dateistream erzeugt, der mit der CryptoStream-Klasse und der Aes-Klasse verschlüsselt wird. Der generierte IV wird an den Anfang von FileStream geschrieben, sodass er gelesen und für die Entschlüsselung verwendet werden kann. Anschließend wird mit der StreamWriter-Klasse eine Nachricht in den verschlüsselten Stream geschrieben. Derselbe Schlüssel kann zwar mehrmals zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Daten verwendet werden, es wird jedoch empfohlen, jedes Mal einen neuen zufälligen IV zu generieren. Auf diese Weise unterscheiden sich die verschlüsselten Daten immer, auch wenn Nur-Text gleich ist.

using System.Security.Cryptography;

try
{
    using (FileStream fileStream = new("TestData.txt", FileMode.OpenOrCreate))
    {
        using (Aes aes = Aes.Create())
        {
            byte[] key =
            {
                0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08,
                0x09, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16
            };
            aes.Key = key;

            byte[] iv = aes.IV;
            fileStream.Write(iv, 0, iv.Length);

            using (CryptoStream cryptoStream = new(
                fileStream,
                aes.CreateEncryptor(),
                CryptoStreamMode.Write))
            {
                // By default, the StreamWriter uses UTF-8 encoding.
                // To change the text encoding, pass the desired encoding as the second parameter.
                // For example, new StreamWriter(cryptoStream, Encoding.Unicode).
                using (StreamWriter encryptWriter = new(cryptoStream))
                {
                    encryptWriter.WriteLine("Hello World!");
                }
            }
        }
    }

    Console.WriteLine("The file was encrypted.");
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"The encryption failed. {ex}");
}

Imports System
Imports System.IO
Imports System.Security.Cryptography

Module Module1
    Sub Main()
        Try
            ' Create a file stream
            Using fileStream As New FileStream("TestData.txt", FileMode.OpenOrCreate)

                ' Create a new instance of the default Aes implementation class  
                ' and configure encryption key.
                Using aes As Aes = Aes.Create()
                    'Encryption key used to encrypt the stream.
                    'The same value must be used to encrypt and decrypt the stream.
                    Dim key As Byte() = {
                        &H1, &H2, &H3, &H4, &H5, &H6, &H7, &H8,
                        &H9, &H10, &H11, &H12, &H13, &H14, &H15, &H16
                    }

                    aes.Key = key

                    ' Stores IV at the beginning of the file.
                    ' This information will be used for decryption.
                    Dim iv As Byte() = aes.IV
                    fileStream.Write(iv, 0, iv.Length)

                    ' Create a CryptoStream, pass it the FileStream, and encrypt
                    ' it with the Aes class.
                    Using cryptoStream As New CryptoStream(fileStream, aes.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write)

                        ' By default, the StreamWriter uses UTF-8 encoding.
                        ' To change the text encoding, pass the desired encoding as the second parameter.
                        ' For example, New StreamWriter(cryptoStream, Encoding.Unicode).
                        Using sWriter As New StreamWriter(cryptoStream)

                            'Write to the stream.
                            sWriter.WriteLine("Hello World!")
                        End Using
                    End Using
                End Using
            End Using

            'Inform the user that the message was written  
            'to the stream.  
            Console.WriteLine("The text was encrypted.")
        Catch
            'Inform the user that an exception was raised.  
            Console.WriteLine("The encryption failed.")
            Throw
        End Try
    End Sub
End Module

Der Code verschlüsselt den Stream mithilfe des symmetrischen AES-Algorithmus und schreibt den IV und dann die verschlüsselte Zeichenfolge „Hello World!“ in den Stream. Wenn der Code erfolgreich ausgeführt wird, erstellt er eine verschlüsselte Datei mit dem Namen TestData.txt und zeigt den folgenden Text in der Konsole an:

The file was encrypted.

Sie können die Datei entschlüsseln, indem Sie das Beispiel für die symmetrische Entschlüsselung unter Entschlüsseln von Daten verwenden. In beiden Beispielen wird derselbe Schlüssel angegeben.

Wenn jedoch eine Ausnahme ausgelöst wurde, wird in der Konsole folgender Text angezeigt:

The encryption failed.

Asymmetrische Verschlüsselung

Asymmetrische Algorithmen werden in der Regel zum Verschlüsseln kleiner Datenmengen verwendet, beispielsweise zum Verschlüsseln eines symmetrischen Schlüssels und eines Initialisierungsvektors (IV). Üblicherweise verwendet eine Person, die eine asymmetrische Verschlüsselung ausführt, einen öffentlichen Schlüssel, den eine andere Person erzeugt hat. Zu diesem Zweck wird von .NET die RSA-Klasse bereitgestellt.

Im folgenden Beispiel werden die Informationen eines öffentlichen Schlüssels verwendet, um einen symmetrischen Schlüssel und eine IV zu verschlüsseln. Zwei Bytearrays werden initialisiert, die den öffentlichen Schlüssel eines Drittanbieters darstellen. Ein RSAParameters -Objekt wird mit diesen Werten initialisiert. Anschließend wird das RSAParameters-Objekt (zusammen mit dem öffentlichen Schlüssel, den es darstellt) mithilfe der RSA.ImportParameters-Methode in eine RSA-Instanz importiert. Zum Schluss werden der von einer Aes-Klasse erstellte private Schlüssel und IV verschlüsselt. Für dieses Beispiel ist ein System erforderlich, auf dem 128-Bit-Verschlüsselung installiert ist.

Imports System
Imports System.Security.Cryptography

Module Module1

    Sub Main()
        'Initialize the byte arrays to the public key information.
        Dim modulus As Byte() = {214, 46, 220, 83, 160, 73, 40, 39, 201, 155, 19, 202, 3, 11, 191, 178, 56, 74, 90, 36, 248, 103, 18, 144, 170, 163, 145, 87, 54, 61, 34, 220, 222, 207, 137, 149, 173, 14, 92, 120, 206, 222, 158, 28, 40, 24, 30, 16, 175, 108, 128, 35, 230, 118, 40, 121, 113, 125, 216, 130, 11, 24, 90, 48, 194, 240, 105, 44, 76, 34, 57, 249, 228, 125, 80, 38, 9, 136, 29, 117, 207, 139, 168, 181, 85, 137, 126, 10, 126, 242, 120, 247, 121, 8, 100, 12, 201, 171, 38, 226, 193, 180, 190, 117, 177, 87, 143, 242, 213, 11, 44, 180, 113, 93, 106, 99, 179, 68, 175, 211, 164, 116, 64, 148, 226, 254, 172, 147}

        Dim exponent As Byte() = {1, 0, 1}

        'Create values to store encrypted symmetric keys.
        Dim encryptedSymmetricKey() As Byte
        Dim encryptedSymmetricIV() As Byte

        'Create a new instance of the default RSA implementation class.
        Dim rsa As RSA = RSA.Create()

        'Create a new instance of the RSAParameters structure.
        Dim rsaKeyInfo As New RSAParameters()

        'Set rsaKeyInfo to the public key values.
        rsaKeyInfo.Modulus = modulus
        rsaKeyInfo.Exponent = exponent

        'Import key parameters into rsa
        rsa.ImportParameters(rsaKeyInfo)

        'Create a new instance of the default Aes implementation class.
        Dim aes As Aes = Aes.Create()

        'Encrypt the symmetric key and IV.
        encryptedSymmetricKey = rsa.Encrypt(aes.Key, RSAEncryptionPadding.Pkcs1)
        encryptedSymmetricIV = rsa.Encrypt(aes.IV, RSAEncryptionPadding.Pkcs1)
    End Sub

End Module

using System;
using System.Security.Cryptography;

class Class1
{
    static void Main()
    {
        //Initialize the byte arrays to the public key information.
        byte[] modulus =
        {
            214,46,220,83,160,73,40,39,201,155,19,202,3,11,191,178,56,
            74,90,36,248,103,18,144,170,163,145,87,54,61,34,220,222,
            207,137,149,173,14,92,120,206,222,158,28,40,24,30,16,175,
            108,128,35,230,118,40,121,113,125,216,130,11,24,90,48,194,
            240,105,44,76,34,57,249,228,125,80,38,9,136,29,117,207,139,
            168,181,85,137,126,10,126,242,120,247,121,8,100,12,201,171,
            38,226,193,180,190,117,177,87,143,242,213,11,44,180,113,93,
            106,99,179,68,175,211,164,116,64,148,226,254,172,147
        };

        byte[] exponent = { 1, 0, 1 };

        //Create values to store encrypted symmetric keys.
        byte[] encryptedSymmetricKey;
        byte[] encryptedSymmetricIV;

        //Create a new instance of the RSA class.
        RSA rsa = RSA.Create();

        //Create a new instance of the RSAParameters structure.
        RSAParameters rsaKeyInfo = new RSAParameters();

        //Set rsaKeyInfo to the public key values.
        rsaKeyInfo.Modulus = modulus;
        rsaKeyInfo.Exponent = exponent;

        //Import key parameters into rsa.
        rsa.ImportParameters(rsaKeyInfo);

        //Create a new instance of the default Aes implementation class.
        Aes aes = Aes.Create();

        //Encrypt the symmetric key and IV.
        encryptedSymmetricKey = rsa.Encrypt(aes.Key, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
        encryptedSymmetricIV = rsa.Encrypt(aes.IV, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
    }
}

Siehe auch