详解c#与js的rsa加密互通

2024-04-02 19:04:59 753人浏览八月长安

摘要

目录ASN.1密钥结构类型PKCS#1PKCS#8密钥编码类型der格式pem格式证书类型X.509证书PKCS#12证书PKCS#7证书证书后缀证书与密钥关系密钥生成后端加/解密方

ASN.1

抽象语法表示（标记）ASN.1（Abstract Syntax Notation One ）一种数据定义语言，描述了对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。网络管理系统中的管理信息库（MIB)、应用程序的数据结构、协议数据单元(PDU)都是用ASN.1定义的。

可以理解为ASN.1是对密钥结构定义的一种规范

密钥结构类型

PKCS#1


RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
  modulus      INTEGER, -- n
  publicExponent  INTEGER  -- e
}

RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
 version      Version,
 modulus      INTEGER, -- n
 publicExponent  INTEGER, -- e
 privateExponent  INTEGER, -- d
 prime1      INTEGER, -- p
 prime2      INTEGER, -- q
 exponent1     INTEGER, -- d mod (p-1)
 exponent2     INTEGER, -- d mod (q-1)
 coefficient    INTEGER, -- (inverse of q) mod p
 otherPrimeInfos  OtherPrimeInfos OPTIONAL
}

PKCS#8


PublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
 alGorithm    AlgorithmIdentifier,
 PublicKey    BIT STRING ; 其中的BIT STRING是某个算法自己指定的二进制格式
               ; RSA算法的话，就是上面的RSAPublicKey
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
 algorithm    OBJECT IDENTIFIER,
 parameters   ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

PrivateKeyInfo ::= SEQUENCE {
 version     Version,
 algorithm    AlgorithmIdentifier,
 PrivateKey   BIT STRING
}

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {
 algorithm    OBJECT IDENTIFIER,
 parameters   ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL
}

密钥编码类型

der格式

二进制格式

pem格式

把der格式的数据用base64编码后，然后再在头尾加上一段“-----”开始的标记

证书类型

X.509证书

X.509只包含公钥，没有私钥，这种证书一般公开发布，可用于放在客服端使用，用于加密、验签

PKCS#12证书

因为X.509证书只包含公钥，但有些时候我们需要把私钥和公钥合并成一个证书，放在服务端使用，用于解密、签名。

PKCS#12就定义了这样一种证书，它既包含了公钥有包含了私钥。典型的入pfx、p12证书就是PKCS#12证书。

PKCS#7证书

当你收到一个网站的证书后，你需要验证其真实性。因为一个X.509证书包含了公钥、持有人信息、签名。为了验证其真实性，你需要签证其签名，而验证签名则需要签发的CA机构的公钥证书。同样原理，当你拿到CA机构的公钥证书后，你也需要验证该CA机构的真实性，而验证该CA机构的证书，你需要该CA上级机构的CA公钥证书...以此类推，你需要一直验证到根证书为止。所以为了验证一个网站证书的真实性，你需要的不仅一张证书，而是一个证书链。而PKCS#7就定义了这样一个证书链的类型结构。典型如p7b后缀名的证书就是这样的格式。

证书后缀

.cer/.crt：存放公钥，没有私钥，就是一个X.509证书,二进制形式存放

.pfx/.p12：存放公钥和私钥，通常包含保护密码，二进制方式

证书与密钥关系

数字证书和私钥是匹配的关系。就好比钥匙牌和钥匙的关系。在数字证书签发的时候，数字证书签发系统（CA系统），在生成数字证书的同时，还会随机生成一对密钥，一个私钥，一个公钥。数字证书标示用户身份，相匹配的私钥和公钥，则是用来保障用户身份的可认证性。就好比咱们拿着一串钥匙，每个钥匙上都标明有时某某房间的钥匙，但是否是真的，还需要看能不能打开相应的房门。

密钥生成


/// <summary>
    /// 取得私钥和公钥 XML 格式,返回数组第一个是私钥,第二个是公钥.
    /// </summary>
    /// <param name="size">密钥长度,默认1024,可以为2048</param>
    /// <returns></returns>
    public static string[] CreateXmlKey(int size = 1024)
    {
      //密钥格式要生成pkcs#1格式的 而不是pkcs#8格式的
      RSACryptoServiceProvider sp = new RSACryptoServiceProvider(size);
      string privateKey = sp.ToXmlString(true);//private key
      string publicKey = sp.ToXmlString(false);//public key
      return new string[] { privateKey, publicKey };
    }

    /// <summary>
    /// 取得私钥和公钥 CspBlob 格式,返回数组第一个是私钥,第二个是公钥.
    /// </summary>
    /// <param name="size"></param>
    /// <returns></returns>
    public static string[] CreateCspBlobKey(int size = 1024)
    {
      //密钥格式要生成pkcs#1格式的 而不是pkcs#8格式的
      RSACryptoServiceProvider sp = new RSACryptoServiceProvider(size);
      string privateKey = System.Convert.ToBase64String(sp.ExportCspBlob(true));//private key
      string publicKey = System.Convert.ToBase64String(sp.ExportCspBlob(false));//public key 

      return new string[] { privateKey, publicKey };
    }
    /// <summary>
    /// 导出PEM PKCS#1格式密钥对，返回数组第一个是私钥,第二个是公钥.
    /// </summary>
    public static string[] CreateKey_PEM_PKCS1(int size = 1024)
    {
      RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(size);
      string privateKey = RSA_PEM.ToPEM(rsa, false, false);
      string publicKey = RSA_PEM.ToPEM(rsa, true, false);
      return new string[] { privateKey, publicKey };
    }

    /// <summary>
    /// 导出PEM PKCS#8格式密钥对，返回数组第一个是私钥,第二个是公钥.
    /// </summary>
    public static string[] CreateKey_PEM_PKCS8(int size = 1024, bool convertToPublic = false)
    {
      RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(size);
      string privateKey = RSA_PEM.ToPEM(rsa, false, true);
      string publicKey = RSA_PEM.ToPEM(rsa, true, true);
      return new string[] { privateKey, publicKey };

    }

后端加/解密方法使用


/// <summary>
    /// RSA加密
    /// </summary>
    /// <param name="Data">原文</param>
    /// <param name="PublicKeyString">公钥</param>
    /// <param name="KeyType">密钥类型XML/PEM</param>
    /// <returns></returns>
    public static string RSAEncrypt(string Data,string PublicKeyString,string KeyType)
    {
      byte[] data = Encoding.GetEncoding("UTF-8").GetBytes(Data);
      RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
      switch (KeyType)
      {
        case "XML":
          rsa.FromXmlString(PublicKeyString);
          break;
        case "PEM":
          rsa = RSA_PEM.FromPEM(PublicKeyString);
          break;
        default:
          throw new Exception("不支持的密钥类型");
      }
      //加密块最大长度限制，如果加密数据的长度超过 秘钥长度/8-11，会引发长度不正确的异常，所以进行数据的分块加密
      int MaxBlockSize = rsa.KeySize / 8 - 11;
      //正常长度
      if (data.Length <= MaxBlockSize)
      {
        byte[] hashvalueEcy = rsa.Encrypt(data, false); //加密
        return System.Convert.ToBase64String(hashvalueEcy);
      }
      //长度超过正常值
      else
      {
        using (MemoryStream PlaiStream = new MemoryStream(data))
        using (MemoryStream CrypStream = new MemoryStream())
        {
          Byte[] Buffer = new Byte[MaxBlockSize];
          int BlockSize = PlaiStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);
          while (BlockSize > 0)
          {
            Byte[] ToEncrypt = new Byte[BlockSize];
            Array.Copy(Buffer, 0, ToEncrypt, 0, BlockSize);

            Byte[] Cryptograph = rsa.Encrypt(ToEncrypt, false);
            CrypStream.Write(Cryptograph, 0, Cryptograph.Length);
            BlockSize = PlaiStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);
          }
          return System.Convert.ToBase64String(CrypStream.ToArray(), Base64FORMattingOptions.None);
        }
      }
    }

    /// <summary>
    /// RSA解密
    /// </summary>
    /// <param name="Data">密文</param>
    /// <param name="PrivateKeyString">私钥</param>
    /// <param name="KeyType">密钥类型XML/PEM</param>
    /// <returns></returns>
    public static string RSADecrypt(string Data,string PrivateKeyString, string KeyType)
    {
      RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
      switch (KeyType)
      {
        case "XML":
          rsa.FromXmlString(PrivateKeyString);
          break;
        case "PEM":
          rsa = RSA_PEM.FromPEM(PrivateKeyString);
          break;
        default:
          throw new Exception("不支持的密钥类型");
      }
      int MaxBlockSize = rsa.KeySize / 8;  //解密块最大长度限制
      //正常解密
      if (Data.Length <= MaxBlockSize)
      {
        byte[] hashvalueDcy = rsa.Decrypt(System.Convert.FromBase64String(Data), false);//解密
        return Encoding.GetEncoding("UTF-8").GetString(hashvalueDcy);
      }
      //分段解密
      else
      {
        using (MemoryStream CrypStream = new MemoryStream(System.Convert.FromBase64String(Data)))
        using (MemoryStream PlaiStream = new MemoryStream())
        {
          Byte[] Buffer = new Byte[MaxBlockSize];
          int BlockSize = CrypStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);

          while (BlockSize > 0)
          {
            Byte[] ToDecrypt = new Byte[BlockSize];
            Array.Copy(Buffer, 0, ToDecrypt, 0, BlockSize);

            Byte[] Plaintext = rsa.Decrypt(ToDecrypt, false);
            PlaiStream.Write(Plaintext, 0, Plaintext.Length);
            BlockSize = CrypStream.Read(Buffer, 0, MaxBlockSize);
          }
          string output = Encoding.GetEncoding("UTF-8").GetString(PlaiStream.ToArray());
          return output;
        }
      }
    }

前端加密方法

注：jsencrypt默认PKCS#1结构，生成密钥时需要注意


<script src="Http://passport.cnblogs.com/scripts/jsencrypt.min.js"></script>
 var encryptor = new JSEncrypt() // 创建加密对象实例
 //之前ssl生成的公钥，复制的时候要小心不要有空格
 var pubKey = '-----BEGIN PUBLIC KEY-----MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQC1QQRl0HlrVv6kGqhgonD6A9SU6ZJpnEN+Q0blT/ue6Ndt97WRfxtS'+
 'As0QoquTreaDtfC4RRX4o+CU6BTuHLUm+eSvxZS9TzbwoYZq7ObbQAZAY+SYDgAA5PHf1wNN20dGMFFgVS/y0ZWvv1UNa2laEz0I8Vmr5ZlzIn88GkmSiQIDAQAB-----END PUBLIC KEY-----'
 encryptor.setPublicKey(pubKey)//设置公钥
 var rsaPassWord = encryptor.encrypt('要加密的内容') // 对内容进行加密

c#pem格式转换

注：c#的RSACryptoServiceProvider默认只支持xml格式的密钥解析


public class RSA_Unit
  {
    static public string Base64EncodeBytes(byte[] byts)
    {
      return System.Convert.ToBase64String(byts);
    }
    static public byte[] Base64DecodeBytes(string str)
    {
      try
      {
        return System.Convert.FromBase64String(str);
      }
      catch
      {
        return null;
      }
    }
    /// <summary>
    /// 把字符串按每行多少个字断行
    /// </summary>
    static public string TextBreak(string text, int line)
    {
      var idx = 0;
      var len = text.Length;
      var str = new StringBuilder();
      while (idx < len)
      {
        if (idx > 0)
        {
          str.Append('\n');
        }
        if (idx + line >= len)
        {
          str.Append(text.Substring(idx));
        }
        else
        {
          str.Append(text.Substring(idx, line));
        }
        idx += line;
      }
      return str.ToString();
    }

  }
  static public class Extensions
  {
    /// <summary>
    /// 从数组start开始到指定长度复制一份
    /// </summary>
    static public T[] sub<T>(this T[] arr, int start, int count)
    {
      T[] val = new T[count];
      for (var i = 0; i < count; i++)
      {
        val[i] = arr[start + i];
      }
      return val;
    }
    static public void writeAll(this Stream stream, byte[] byts)
    {
      stream.Write(byts, 0, byts.Length);
    }
  }
点击并拖拽以移动
 public class RSA_PEM
  {
    public static RSACryptoServiceProvider FromPEM(string pem)
    {
      var rsaParams = new CspParameters();
      rsaParams.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
      var rsa = new RSACryptoServiceProvider(rsaParams);

      var param = new RSAParameters();

      var base64 = _PEMCode.Replace(pem, "");
      var data = RSA_Unit.Base64DecodeBytes(base64);
      if (data == null)
      {
        throw new Exception("PEM内容无效");
      }
      var idx = 0;

      //读取长度
      Func<byte, int> readLen = (first) =>
      {
        if (data[idx] == first)
        {
          idx++;
          if (data[idx] == 0x81)
          {
            idx++;
            return data[idx++];
          }
          else if (data[idx] == 0x82)
          {
            idx++;
            return (((int)data[idx++]) << 8) + data[idx++];
          }
          else if (data[idx] < 0x80)
          {
            return data[idx++];
          }
        }
        throw new Exception("PEM未能提取到数据");
      };
      //读取块数据
      Func<byte[]> readBlock = () =>
      {
        var len = readLen(0x02);
        if (data[idx] == 0x00)
        {
          idx++;
          len--;
        }
        var val = data.sub(idx, len);
        idx += len;
        return val;
      };
      //比较data从idx位置开始是否是byts内容
      Func<byte[], bool> eq = (byts) =>
      {
        for (var i = 0; i < byts.Length; i++, idx++)
        {
          if (idx >= data.Length)
          {
            return false;
          }
          if (byts[i] != data[idx])
          {
            return false;
          }
        }
        return true;
      };




      if (pem.Contains("PUBLIC KEY"))
      {
        
        //读取数据总长度
        readLen(0x30);
        if (!eq(_SeqOID))
        {
          throw new Exception("PEM未知格式");
        }
        //读取1长度
        readLen(0x03);
        idx++;//跳过0x00
           //读取2长度
        readLen(0x30);

        //Modulus
        param.Modulus = readBlock();

        //Exponent
        param.Exponent = readBlock();
      }
      else if (pem.Contains("PRIVATE KEY"))
      {
        
        //读取数据总长度
        readLen(0x30);

        //读取版本号
        if (!eq(_Ver))
        {
          throw new Exception("PEM未知版本");
        }

        //检测PKCS8
        var idx2 = idx;
        if (eq(_SeqOID))
        {
          //读取1长度
          readLen(0x04);
          //读取2长度
          readLen(0x30);

          //读取版本号
          if (!eq(_Ver))
          {
            throw new Exception("PEM版本无效");
          }
        }
        else
        {
          idx = idx2;
        }

        //读取数据
        param.Modulus = readBlock();
        param.Exponent = readBlock();
        param.D = readBlock();
        param.P = readBlock();
        param.Q = readBlock();
        param.DP = readBlock();
        param.DQ = readBlock();
        param.InverseQ = readBlock();
      }
      else
      {
        throw new Exception("pem需要BEGIN END标头");
      }

      rsa.ImportParameters(param);
      return rsa;
    }
    static private Regex _PEMCode = new Regex(@"--+.+?--+|\s+");
    static private byte[] _SeqOID = new byte[] { 0x30, 0x0D, 0x06, 0x09, 0x2A, 0x86, 0x48, 0x86, 0xF7, 0x0D, 0x01, 0x01, 0x01, 0x05, 0x00 };
    static private byte[] _Ver = new byte[] { 0x02, 0x01, 0x00 };


    /// <summary>
    /// 将RSA中的密钥对转换成PEM格式，usePKCS8=false时返回PKCS#1格式，否则返回PKCS#8格式，如果convertToPublic含私钥的RSA将只返回公钥，仅含公钥的RSA不受影响
    /// </summary>
    public static string ToPEM(RSACryptoServiceProvider rsa, bool convertToPublic, bool usePKCS8)
    {
      //https://www.jianshu.com/p/25803dd9527d
      //https://www.cnblogs.com/ylz8401/p/8443819.html
      //https://blog.csdn.net/jiayanhui2877/article/details/47187077
      //https://blog.csdn.net/xuanshao_/article/details/51679824
      //https://blog.csdn.net/xuanshao_/article/details/51672547

      var ms = new MemoryStream();
      //写入一个长度字节码
      Action<int> writeLenByte = (len) =>
      {
        if (len < 0x80)
        {
          ms.WriteByte((byte)len);
        }
        else if (len <= 0xff)
        {
          ms.WriteByte(0x81);
          ms.WriteByte((byte)len);
        }
        else
        {
          ms.WriteByte(0x82);
          ms.WriteByte((byte)(len >> 8 & 0xff));
          ms.WriteByte((byte)(len & 0xff));
        }
      };
      //写入一块数据
      Action<byte[]> writeBlock = (byts) =>
      {
        var addZero = (byts[0] >> 4) >= 0x8;
        ms.WriteByte(0x02);
        var len = byts.Length + (addZero ? 1 : 0);
        writeLenByte(len);

        if (addZero)
        {
          ms.WriteByte(0x00);
        }
        ms.Write(byts, 0, byts.Length);
      };
      //根据后续内容长度写入长度数据
      Func<int, byte[], byte[]> writeLen = (index, byts) =>
      {
        var len = byts.Length - index;

        ms.SetLength(0);
        ms.Write(byts, 0, index);
        writeLenByte(len);
        ms.Write(byts, index, len);

        return ms.ToArray();
      };


      if (rsa.PublicOnly || convertToPublic)
      {
        
        var param = rsa.ExportParameters(false);


        //写入总字节数，不含本段长度，额外需要24字节的头，后续计算好填入
        ms.WriteByte(0x30);
        var index1 = (int)ms.Length;

        //固定内容
        // encoded OID sequence for PKCS #1 rsaEncryption szOID_RSA_RSA = "1.2.840.113549.1.1.1"
        ms.writeAll(_SeqOID);

        //从0x00开始的后续长度
        ms.WriteByte(0x03);
        var index2 = (int)ms.Length;
        ms.WriteByte(0x00);

        //后续内容长度
        ms.WriteByte(0x30);
        var index3 = (int)ms.Length;

        //写入Modulus
        writeBlock(param.Modulus);

        //写入Exponent
        writeBlock(param.Exponent);


        //计算空缺的长度
        var byts = ms.ToArray();

        byts = writeLen(index3, byts);
        byts = writeLen(index2, byts);
        byts = writeLen(index1, byts);


        return "-----BEGIN PUBLIC KEY-----\n" + RSA_Unit.TextBreak(RSA_Unit.Base64EncodeBytes(byts), 64) + "\n-----END PUBLIC KEY-----";
      }
      else
      {
        
        var param = rsa.ExportParameters(true);

        //写入总字节数，后续写入
        ms.WriteByte(0x30);
        int index1 = (int)ms.Length;

        //写入版本号
        ms.writeAll(_Ver);

        //PKCS8 多一段数据
        int index2 = -1, index3 = -1;
        if (usePKCS8)
        {
          //固定内容
          ms.writeAll(_SeqOID);

          //后续内容长度
          ms.WriteByte(0x04);
          index2 = (int)ms.Length;

          //后续内容长度
          ms.WriteByte(0x30);
          index3 = (int)ms.Length;

          //写入版本号
          ms.writeAll(_Ver);
        }

        //写入数据
        writeBlock(param.Modulus);
        writeBlock(param.Exponent);
        writeBlock(param.D);
        writeBlock(param.P);
        writeBlock(param.Q);
        writeBlock(param.DP);
        writeBlock(param.DQ);
        writeBlock(param.InverseQ);


        //计算空缺的长度
        var byts = ms.ToArray();

        if (index2 != -1)
        {
          byts = writeLen(index3, byts);
          byts = writeLen(index2, byts);
        }
        byts = writeLen(index1, byts);


        var flag = " PRIVATE KEY";
        if (!usePKCS8)
        {
          flag = " RSA" + flag;
        }
        return "-----BEGIN" + flag + "-----\n" + RSA_Unit.TextBreak(RSA_Unit.Base64EncodeBytes(byts), 64) + "\n-----END" + flag + "-----";
      }
    }
  }

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本文标题: 详解c#与js的rsa加密互通

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