C#中AES加密的实现

AES算法简介

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael为名投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijndael的发音近于"Rhine doll"）

AES加密过程

AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“体（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支持更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：

1. AddRoundKey—矩阵中的每一个字节都与该次回合密钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
2. SubBytes—通过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
3. ShiftRows—将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
4. MixColumns—为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每内联的四个字节。最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。

C#代码实现

定义默认密钥向量

private static byte[] _aesKetByte = { 0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x90, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x90, 0xAB, 0xCD, 0xEF };
private static string _aesKeyStr = Encoding.UTF8.GetString(_aesKetByte);

随机生成密钥

public static byte[] GetIv(int n)
{
    char[] arrChar = new char[]{
       'a','b','d','c','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','p','r','q','s','t','u','v','w','z','y','x',
       '0','1','2','3','4','5','6','7','8','9',
       'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','Q','P','R','T','S','V','U','W','X','Y','Z'
    };

    StringBuilder num = new StringBuilder();

    Random rnd = new Random(DateTime.Now.Millisecond);
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        num.Append(arrChar[rnd.Next(0, arrChar.Length)].ToString());
    }

    _aesKetByte = Encoding.UTF8.GetBytes(num.ToString());
    return _aesKetByte;
}

AES加密

/// <summary>
/// AES加密
/// </summary>
/// <param name="Data">被加密的明文</param>
/// <param name="Key">密钥</param>
/// <param name="Vector">向量</param>
/// <returns>密文</returns>
public static String AESEncrypt(String Data, String Key, String Vector)
{
    Byte[] plainBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(Data);

    Byte[] bKey = new Byte[32];
    Array.Copy(Encoding.UTF8.GetBytes(Key.PadRight(bKey.Length)), bKey, bKey.Length);
    Byte[] bVector = new Byte[16];
    Array.Copy(Encoding.UTF8.GetBytes(Vector.PadRight(bVector.Length)), bVector, bVector.Length);

    Byte[] Cryptograph = null; // 加密后的密文

    Rijndael Aes = Rijndael.Create();
    try
    {
        // 开辟一块内存流
        using (MemoryStream Memory = new MemoryStream())
        {
            // 把内存流对象包装成加密流对象
            using (CryptoStream Encryptor = new CryptoStream(Memory,
            Aes.CreateEncryptor(bKey, bVector),
            CryptoStreamMode.Write))
            {
                // 明文数据写入加密流
                Encryptor.Write(plainBytes, 0, plainBytes.Length);
                Encryptor.FlushFinalBlock();

                Cryptograph = Memory.ToArray();
            }
        }
    }
    catch
    {
        Cryptograph = null;
    }

    return Convert.ToBase64String(Cryptograph);
}

AES解密

/// <summary>
/// AES解密
/// </summary>
/// <param name="Data">被解密的密文</param>
/// <param name="Key">密钥</param>
/// <param name="Vector">向量</param>
/// <returns>明文</returns>
public static String AESDecrypt(String Data, String Key, String Vector)
{
    Byte[] encryptedBytes = Convert.FromBase64String(Data);
    Byte[] bKey = new Byte[32];
    Array.Copy(Encoding.UTF8.GetBytes(Key.PadRight(bKey.Length)), bKey, bKey.Length);
    Byte[] bVector = new Byte[16];
    Array.Copy(Encoding.UTF8.GetBytes(Vector.PadRight(bVector.Length)), bVector, bVector.Length);

    Byte[] original = null; // 解密后的明文

    Rijndael Aes = Rijndael.Create();
    try
    {
        // 开辟一块内存流，存储密文
        using (MemoryStream Memory = new MemoryStream(encryptedBytes))
        {
            // 把内存流对象包装成加密流对象
            using (CryptoStream Decryptor = new CryptoStream(Memory,
            Aes.CreateDecryptor(bKey, bVector),
            CryptoStreamMode.Read))
            {
                // 明文存储区
                using (MemoryStream originalMemory = new MemoryStream())
                {
                    Byte[] Buffer = new Byte[1024];
                    Int32 readBytes = 0;
                    while ((readBytes = Decryptor.Read(Buffer, 0, Buffer.Length)) > 0)
                    {
                        originalMemory.Write(Buffer, 0, readBytes);
                    }

                    original = originalMemory.ToArray();
                }
            }
        }
    }
    catch
    {
        original = null;
    }
    return Encoding.UTF8.GetString(original);
}

使用默认向量加解密

/// <summary>
/// AES加密(无向量)
/// </summary>
/// <param name="Data">被加密的明文</param>
/// <param name="Key">密钥</param>
/// <returns>密文</returns>
public static string AESEncrypt(String Data, String Key)
{
    return AESEncrypt(Data, Key, _aesKeyStr);

}
/// <summary>
/// AES解密(无向量)
/// </summary>
/// <param name="Data">被加密的明文</param>
/// <param name="Key">密钥</param>
/// <returns>明文</returns>
public static string AESDecrypt(String Data, String Key)
{
    return AESDecrypt(Data, Key, _aesKeyStr);
}

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