C#入门实践：Windows桌面加密器 CryptoSharp

Step 1 BASE64/编码/DLL

by Pixel Frame

GitHub: CryptoSharp
源码在文中基本不再出现。

0x00 前期准备

本着由浅入深、由简入繁、Top Down的原则，首先为Visual Studio选择一个好看的配色方案和合适的字体（什么狗P逻辑）。
个人还是比较喜欢深色配色，奈何Color Theme Editor插件中没有Monokai配色，自己改一个又太累了（），所以直接选择了Dark with Light Editor。
字体上的话，用Font Link把Consolas和微软雅黑链接是一个简单快捷的选择。思源的等宽字体感觉太宽了，和中文混排看起来十分诡异。原生的中英文混排等宽字体其实非常少，比如说新宋体（）。首推的还是Belleve大的更纱黑体，还有一个经典选择自然是文泉驿等宽微米黑和文泉驿等宽正黑。

0x01 BASE64与编码

作为一个加密器自然需要考虑各种各样的编码问题，虽然说也有很多场合把BASE64称作加密，但其本质只是把不可显示的ASCII码转换到了可显示部分。C#的Convert类中自带了BASE64转换，所以可以直接调用（本篇完，下面没有了）。

然而，要自己实现一遍~（我写的比库函数好得多.png）。

C#所有文本都是Unicode(UTF-16LE)，即对应C++中的16位字符wchar_t，不能和C++一样将工程设置为多字节(UTF-8/ANSI等)。这对于进行加解密操作其实是不太方便的，BASE64是针对8位的byte(unsigned char)进行操作的，因此我们需要自己构建一个C++的std::string来方便操作。当然，加密算法中大量bit级的操作其实都不适合软件编程，相比之下用HDL作专用硬件会方便很多。关于位操作的问题会在DES中更多涉及。

ByteString

一个好用的string类需要哪些东西是很显然的，动态分配/截取/查找/运算符重载...当然，我的目标是够用就行，需要新的功能时再行添加。C#的List<>和数组十分强大，可以直接通过AddRange(), ToArray(), ToList()等一系列方法进行转换和增加，因此其实就是对List<byte>做一个二次封装。
用List<byte>保存字符数据，重载+运算符，构造函数，定义索引器[]，外加Set/GetBytes()和ToString()方法。这样一个简单可用的ByteString类就完成了。
在之后可能还会加入移位等的功能，在遇到时再行讨论。

BASE64

BASE64的加解密并不复杂，简单来说就是每三个bytes进行一次替换，不足的地方用=替换。那么，这里就直接从一份C++代码进行改写。将C++中的char全部改为byte类型，通过Encoding获取字符的ASCII码，这里只要采用多字节代码页(ANSI/UTF-8/GBK/BIG5)都是没有问题的，结果都是相同的ASCII码。当然Encoding会损失一定的性能，通过硬编码将对应ASCII码写入程序能提高一定的性能，当然既然选择了C#对性能也不做过分的追求了。
一般而言会将查找表设为全局常量，然而并没有找到如何声明一个const数组，那么就只好使用static readonly，效果似乎是相同的。

static readonly byte[]  base64Table = Encoding.UTF8.GetBytes("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789 +/");
static readonly byte    base64Pad = Encoding.UTF8.GetBytes("=")[0];
static readonly byte[]  base64PadD = Encoding.UTF8.GetBytes("==");
static readonly int[]   decodeTable =
    {
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -1, -1, -2, -2, -1, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -1, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, 62, -2, -2, -2, 63,
    52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2,  0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14,
    15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,
    41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,
    -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2
    };

加解密过程就不作详细解释了，再来说说编码的问题。基本的加密方法的输入是byte[]输出是string(UTF-16LE)，但一般而言输入会是一个字符串并且会有各种编码的可能（当然作为C#程序一般获取到的都会是UTF-16LE）。高级语言的好处就在于各种功能都有现成的封装，相比C++的MultiByteToWideChar()函数和USES_CONVERSION宏，C#的Encoding类要方便很多，支持的编码可以在微软的开发文档中找到。核心的Encrypt和Decrypt方法使用byte[]作为输入/输出，再进行string的重载并且添加指定编码参数。

public static String Encrypt(byte[] bPlain);

public static String Encrypt(String strPlain, String coding);

public static String Encrypt(String strPlain, int coding);

public static byte[] Decode(String strEnc);

public static String DecodeEncoding(String strEnc, String coding);

public static String DecodeEncoding(String strEnc, int coding);

0x02 解决方案与DLL

为了方便管理，将各个加密算法作为DLL项目添加至解决方案中。DLL的接口方法会逐渐完善。最终CryptoSharp将只需要调用DLL的接口，本身则是WinForm UI为主。
C#中同一解决方案项目、.NET库、外部DLL都只需要在添加引用即可，包括C++ COM组件DLL也是可以直接使用的。

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次回予告：DES AND SHIFTING

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