C# 的RSA加密解密簽名，就爲了支持 PEM PKCS#8 格式密鑰對的導入導出

時間  2019-11-17
標籤 c# rsa 加密 解密 簽名 爲了 支持 pem pkcs#8 pkcs 格式 密鑰 導入 導出 欄目 C# 简体版
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差點造了一整個輪子

.Net Framework 4.5 裏面的RSA功能，並未提供簡單對PEM密鑰格式的支持（.Net Core有咩？），差點（還遠着）造了一整個輪子，就爲了支持PEM PKCS#八、PKCS#1格式密鑰對的導入導出。html

Github: github.com/xiangyuecn/…git

本文內容來自README，主要介紹了PEM PKCS#八、PKCS#1公鑰和私鑰格式，並以此爲基礎寫的C#函數方法。github

前言、自述、還有啥

在寫一個小轉換工具時加入了RSA加密解密支持（見圖RSA工具），祕鑰輸入框支持填寫XML和PEM格式，操做類型裏面支持XML->PEM、PEM->XML的轉換。算法

實現相應功能發現原有RSA操做類不能良好工做，PEM->XML沒問題，只要能經過PEM建立RSA，就能用RSACryptoServiceProvider自帶方法導出XML。但XML->PEM沒有找到相應的簡單實現方法，大部分博客寫的用BouncyCastle庫來操做，代碼是少，但BouncyCastle就有好幾兆大小，個人小工具啊才100K；因此本身實現了一個支持導出PKCS#1、PKCS#8格式PEM密鑰的方法RSA_PEM.ToPEM。安全

操做過程當中發現原有RSA操做類不支持用PKCS#8格式PEM密鑰來建立RSA對象（用的RSACryptoServiceProviderExtension的擴展方法來支持PEM密鑰），僅支持PKCS#1，因此又本身實現了一個從PEM密鑰來建立RSACryptoServiceProvider的方法RSA_PEM.FromPEM。bash

在實現導入導出PEM密鑰過程當中，對PKCS#1、PKCS#8格式的PEM密鑰有了必定的瞭解，主要參考了：ide

《RSA公鑰文件（PEM）解析》：公鑰字節碼分解。svn

《RSA私鑰文件（PEM）解析》：私鑰字節碼分解。函數

《iOS安全相關 - RSA中公鑰的DER格式組成》：1字節和2字節長度表述方法，和爲何有些字段前面要加0x00。工具

跑起來

clone下來用vs應該可以直接打開，經目測看起來沒什麼卵用的文件都svn:ignore掉了（svn滑稽。

主要支持

  • 經過XML格式密鑰對建立RSA
  • 經過PEM格式密鑰對建立RSA
  • RSA加密、解密
  • RSA簽名、驗證
  • 導出XML格式公鑰、私鑰
  • 導出PEM格式公鑰、私鑰
  • PEM格式祕鑰對和XML格式祕鑰對互轉

PEM密鑰編碼格式

長度表述方法

PEM格式中，每段數據基本上都是flag+長度數據佔用位數+長度數值+數據這種格式。

長度數據佔用位數有0x81和0x82兩個值，分別表明長度數值佔用了1字節和2字節。

但長度數據佔用位數不必定存在，若是長度數值<0x80時（理由應該和下面這個加0x00一致），長度數值直接在flag後面用1位來表述，變成了flag+長度數值(<0x80)+數據。

什麼狀況下內容前面要加0x00

若是內容的bit流的前4 bit十六進制值>=8就要在內容前面加0x00，其餘不用加。

一個大整數，最高位爲符號位，其爲1時，就是負數，因此要在最高位填充0x00以保證不爲負。

PEM公鑰編碼格式

PKCS#1、PKCS#8公鑰編碼都是統一的格式。

/*****1024字節公鑰*****/
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYw9+M3+REzDtYqwBrs/as/Oy8
GRE5OmnqOV0EfkEiCIjiczbVEFnZ3qRjLbDATfmBxNQ6c6Fga8nX28glEH/aL/RG
2KdpI8KMUqKAszNydsHSeh9MSKcd5zgS4NuE0u+eR7CB8kOWipiLDQmY38kpM36p
RWdNQlpIaTDo5IhJJwIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

/*****二進制表述*****/
30819F300D06092A864886F70D010101050003818D003081890281810098C3DF8CDFE444CC3B58AB006BB3F6ACFCECBC1911393A69EA395D047E41220888E27336D51059D9DEA4632DB0C04DF981C4D43A73A1606BC9D7DBC825107FDA2FF446D8A76923C28C52A280B3337276C1D27A1F4C48A71DE73812E0DB84D2EF9E47B081F243968A988B0D0998DFC929337EA945674D425A486930E8E48849270203010001


/*****二進制分解*****/

/*
後續（到結尾）內容長度爲0x9F字節，至關於整個文件長度-當前這4字節。
格式：tag[+長度數據佔用位數(可選)]+後續長度數值，
	此處tag=0x30，
	長度數據佔用1位（參考前面長度表述方法），
	後續長度數值=0x9F個字節
*/
30 81 9F

/*
固定內容 encoded OID sequence for PKCS #1 rsaEncryption szOID_RSA_RSA = "1.2.840.113549.1.1.1"（其實不懂是啥玩意）
*/
30 0D 06092A864886F70D0101010500

/*後續內容長度，後面內容長度爲0x8D字節，和開頭格式一致*/
03 81 8D

/*固定內容*/
00

/*後續內容長度，後面內容長度爲0x89字節，和開頭格式一致*/
30 81 89

/*
RSA Modulus內容
格式：tag[+長度數據佔用位數(可選)]+內容長度數值+內容，
	此處tag=0x02，全部RSA相關參數都是用02，
	長度數據佔用位數爲1字節，
	內容長度數值=0x81個字節，
	內容爲0x00-0x27這一段（參考前面什麼狀況下要加0x00）。
*/
02 81 81
0098C3DF8CDFE444CC3B58AB006BB3F6ACFCECBC1911393A69EA395D047E41220888E27336D51059D9DEA4632DB0C04DF981C4D43A73A1606BC9D7DBC825107FDA2FF446D8A76923C28C52A280B3337276C1D27A1F4C48A71DE73812E0DB84D2EF9E47B081F243968A988B0D0998DFC929337EA945674D425A486930E8E4884927

/*RSA Exponent內容，和Modulus同樣，但此處長度數據佔用位數不存在*/
02 03 010001
複製代碼

PEM PKCS#1私鑰編碼格式

/*****1024字節PKCS#1私鑰*****/
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----

/*****二進制表述*****/
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

/*****二進制分解（大部分和公鑰格式相同）*****/

/*後續內容長度，後面內容長度爲0x025C個字節，和公鑰開頭格式一致，參考公鑰部分*/
30 82 025C

/*固定版本號*/
02 01 00

/*#####從這裏開始後面就是內容了 注：KCS#8僅僅是在此處插入部份內容#####*/

/*RSA Modulus內容，和公鑰開頭格式一致，參考公鑰部分*/
02 81 81 
0098C3DF8CDFE444CC3B58AB006BB3F6ACFCECBC1911393A69EA395D047E41220888E27336D51059D9DEA4632DB0C04DF981C4D43A73A1606BC9D7DBC825107FDA2FF446D8A76923C28C52A280B3337276C1D27A1F4C48A71DE73812E0DB84D2EF9E47B081F243968A988B0D0998DFC929337EA945674D425A486930E8E4884927

/*RSA Exponent*/
02 03 010001

/*RSA D*/
02 81 80
706352591AF29E26BED689DFE25CE0F2FD94D10184295D2F44D174FC744248DE8C8E45032717437345181D9B24B925E49533108BFC3BD26B1A710351A8EB0D937D8EEAF54FC6BE0D7D355A215E7D26FF59E525C6891991657791C3492C29874EC1A0C926EF73113347668305266F2CABFB4624F4023CD7ACA19459B2C2FB9A39

/*RSA P*/
02 41
00CE23A8CAB7AD1BBEEE955EFB50A325146F2323F5E08E05AB52E3D8D1BEFDF6E9331CF79D5EF5371B9C3D1CC49AD5D4DEB2222FBEF9E8F07DA81B7987FEF8DEB5

/*RSA Q*/
02 41
00BDB73C2939416C8F533309D5910A6CB7E724826DE0A510E101F43F2EDEEBF20D8A007B09BFEC1B0090A0BBC3E0A8CF6642357167EEFCF9A2C443E879AEF315EB

/*RSA DP*/
02 40 63573DFDCB7C8A157E66CFAA2F57200473F6AC5ACEC7C2A5A8C192F8A9A13C3F6FD972DF0D270152B5FDA18281D7B0C94D713A2F3FC2693B352B606B108E20CD

/*RSA DQ*/
02 41
009210B3D7216807C749CD6FF2E85AD85DB72EDAE4F222E49DF8BD2EB04D9DE79D18F549C5B5E878D9B480AC50217697482A0DAFA4CFD221F97996B73488C84BC5

/*RSA InverseQ*/
02 40
06F0F9DD96248A27FAFB94B0A93676D653A99C7C7B9DCDADE65414C6889284B924F26A23AFFA86AF3FD804453B73FDFEA9310CC909BFC9928D5F757198B1075D
複製代碼

PEM PKCS#8私鑰編碼格式

/*****1024字節PKCS#8私鑰*****/
-----BEGIN PRIVATE KEY-----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-----END PRIVATE KEY-----

/*****二進制表述*****/
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


/*****二進制分解（和PKCS#1只是多了一段數據，詳細結構參考PKCS#1的）*****/

/*後續內容長度*/
30 82 0276

/*固定版本號*/
02 01 00

/*#####相對於KCS#1僅僅是在此處開始插入部分數據 Begin#####*/

/*
固定內容 encoded OID sequence for PKCS #1 rsaEncryption szOID_RSA_RSA = "1.2.840.113549.1.1.1"（其實不懂是啥玩意）
*/
30 0D 06092A864886F70D0101010500

/*後續內容長度，後面內容長度爲0x0260字節，和開頭格式一致*/
04 82 0260

/*後續內容長度，後面內容長度爲0x025C字節，和開頭格式一致*/
30 82 025C

/*固定版本號*/
02 01 00

/*#####相對於KCS#1僅僅是在此處結束插入部分數據 End#####*/

/*RSA Modulus內容*/
02 81 81 
0098C3DF8CDFE444CC3B58A...

...後續內容省略...
複製代碼

C# RSA操做類

主要文件

RSA.cs

此文件依賴RSA_PEM.cs，用於進行加密、解密、簽名、驗證、祕鑰導入導出操做。

[構造函數] new RSA(1024)

經過指定密鑰長度來建立RSA，會生成新密鑰。

[構造函數] new RSA("<xml>")

經過XML格式密鑰對建立RSA，xml能夠是公鑰或私鑰，XML格式如：

<RSAKeyValue><Modulus>mMPfjN/kRMw7WKsAa7P2rPzsvBkROTpp6jldBH5BIgiI4nM21RBZ2d6kYy2wwE35gcTUOnOhYGvJ19vIJRB/2i/0RtinaSPCjFKigLMzcnbB0nofTEinHec4EuDbhNLvnkewgfJDloqYiw0JmN/JKTN+qUVnTUJaSGkw6OSISSc=</Modulus><Exponent>AQAB</Exponent></RSAKeyValue>
複製代碼

[構造函數] new RSA("PEM", any)

經過PEM格式密鑰對建立RSA，PEM能夠是公鑰或私鑰，支持PKCS#1、PKCS#8格式，PEM格式如：

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYw9+M3+REzDtYqwBrs/as/Oy8
GRE5OmnqOV0EfkEiCIjiczbVEFnZ3qRjLbDATfmBxNQ6c6Fga8nX28glEH/aL/RG
2KdpI8KMUqKAszNydsHSeh9MSKcd5zgS4NuE0u+eR7CB8kOWipiLDQmY38kpM36p
RWdNQlpIaTDo5IhJJwIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
複製代碼

[方法] .ToXML([false]是否僅僅導出公鑰)

導出XML格式祕鑰對。若是RSA包含私鑰，默認會導出私鑰，設置僅僅導出公鑰時只會導出公鑰；不包含私鑰只會導出公鑰。

[方法] .ToPEM_PKCS1|.ToPEM_PKCS8([false]是否僅僅導出公鑰)

導出PEM格式祕鑰對，兩個方法分別導出PKCS#1、PKCS#8格式。若是RSA包含私鑰，默認會導出私鑰，設置僅僅導出公鑰時只會導出公鑰；不包含私鑰只會導出公鑰。

[方法] .Encode("字符串"|bytes)

加密操做，支持任意長度數據。

[方法] .DecodeOrNull("Base64字符串"|bytes)

解密操做，解密失敗返回null，支持任意長度數據。

[方法] .Sign("hash", "字符串"|bytes)

經過hash算法（MD五、SHA1等）來對數據進行簽名。

[方法] .Verify("hash", "sign", "字符串")

經過hash算法（MD五、SHA1等）來驗證字符串是否和sign簽名一致。

RSA_PEM.cs

此文件不依賴任何文件，能夠單獨copy來用（RSA_Unit裏面的方法能夠忽略）

[靜態方法] .FromPEM("PEM")

經過PEM格式祕鑰對來建立RSACryptoServiceProvider，PEM能夠是公鑰或私鑰。

[靜態方法] .ToPEM(RSACryptoServiceProvider, exportPublicOnly, usePKCS8)

將RSA中的密鑰對導出成PEM格式，usePKCS8=false時返回PKCS#1格式，不然返回PKCS#8格式。若是RSA包含私鑰，默認會導出私鑰，設置僅僅導出公鑰時只會導出公鑰；不包含私鑰只會導出公鑰。

次要文件

RSA_Unit.cs

封裝的一些通用方法，如：base64。沒有此文件也能夠，引用的地方用別的代碼實現。

Program.cs

控制檯入口文件，用來測試的，裏面包含了主要的使用用例。

圖例

RSA工具：

RSA工具

控制檯運行：

控制檯運行
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