.NET非对称加密RSA算法的密钥保存

2023年10月28日 398次阅读来源: 加密算法

.NET中非对称加密RSA算法的密钥保存

前面介绍了如何在.NET中使用RSA算法进行数据加密和签名，很多时候，我们需要重复的使用一组密钥，因此就需要将这组密钥保存起来。接下来，我给大家介绍3种在.Net中保存密钥的方法。

第一种方法：将密钥导出保存为本地文件。

首先要强调的是，出于安全性考虑，不建议使用这种方法保存私钥，如果使用，请在密钥导出的时候只导出公钥。

RSACryptoServiceProvider对象提供了一个ToXmlString(bool includePrivateParameters)方法，我们可以使用此方法将密钥导出为一个xml格式的string，然后将其保存到一个文件中，这个方法的参数为true时会导出私钥，否则不导出私钥。需要的时候，我们可以使用FromXmlString(string xmlString)方法，将保存的密钥信息加载到RSACryptoServiceProvider对象中。下面的代码实现了导出和导入操作：

 1: static void SaveKey2File(RSACryptoServiceProvider rsa, string fileName)

 2: {

 3:     FileStream fs = new FileStream(fileName, FileMode.Create, FileAccess.Write);

 4:     string key = rsa.ToXmlString(false);

 5:     fs.Write(Encoding.UTF8.GetBytes(key), 0, key.Length);

 6:     fs.Close();

 7:     fs.Dispose();

 8: }

9:

 10: static void LoadKeyFromFile(RSACryptoServiceProvider rsa, string fileName)

 11: {

 12:     FileStream fs = new FileStream(fileName, FileMode.Open, FileAccess.Read);

 13:     byte[] data = new byte[fs.Length];

 14:     fs.Read(data, 0, (int)fs.Length);

 15:     fs.Close();

 16:     fs.Dispose();

 17:     rsa.FromXmlString(Encoding.UTF8.GetString(data));

 18: }

实际的工作中，出于安全性考虑，很少会用的上面的方法保存密钥，但如果你想看看密钥长什么样子，这个方法还是挺有用的~~

第二种方法：将密钥保存到密钥容器。

什么是密钥容器（key container）呢？Window系统提供两种密钥库（key store）用来保存密钥（User Key Store和Machine Key Store），而密钥容器就是用来保存密钥的一个单位，每个密钥容器都包含了一组密钥对（公钥和私钥）和一些其它的信息，例如是否允许导出密钥，密钥的种类（Exchange或Signatrue）等等，我们可以通过密钥容器的名称来访问它们。

使用CspParameters对象创建或使用密钥容器：

 1: //实例化CspParameters对象

 2: CspParameters cspPara = new CspParameters();

 3: //指定CspParameters对象实例的名称

 4: cspPara.KeyContainerName = "key_container_test";

 5: //设置密钥类型为Exchange

 6: cspPara.KeyNumber = 1;

 7: //设置密钥容器保存到计算机密钥库（默认为用户密钥库）

 8: cspPara.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;

 9: //实例化RSA对象的时候，将CspParameters对象作为构造函数的参数传递给RSA对象，

 10: //如果名称为key_container_test的密钥容器不存在，RSA对象会创建这个密钥容器；

 11: //如果名称为key_container_test的密钥容器已经存在，RSA对象会使用这个密钥容器中的密钥进行实例化

 12: RSACryptoServiceProvider rsaPro = new RSACryptoServiceProvider(cspPara);

13:

删除密钥容器：当我们不再需要某个密钥容器的时候，可以使用下面的方法进行删除。

 1: CspParameters cspPara = new CspParameters();

 2: cspPara.KeyContainerName = "key_container_test";

 3: cspPara.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;

 4: RSACryptoServiceProvider rsaPro = new RSACryptoServiceProvider(cspPara);

 5: //不在密钥库中保存此密钥容器

 6: rsaPro.PersistKeyInCsp = false;

 7: //释放rsaPro占用的所有资源，包括密钥容器。

 8: rsaPro.Clear();

除非知道密钥容器的名称，否则无法从密钥库中提取到这个密钥容器，所以在本机使用的密钥（尤其是私钥）保存在密钥容器中是比较安全的做法。

注：实际当我们实例化一个RSACryptoServiceProvider 对象的时候，如果不指定具体的CspParameters 对象，RSACryptoServiceProvider 对象会生成一个临时的密钥容器，并且在RSACryptoServiceProvider 对象销毁的时候自动删除这个临时的密钥容器。

第三种方法：使用数字证书。

如果你的密钥需要在不同的机器上使用，那么将密钥保存在数字证书中是一个不错的选择。实际上，说将密钥保存在数字证书中并不准确，应该是先生成一个数字证书，然后在使用数字证书中的密钥。

如何生成一个数字证书呢？正式的数字证书需要到CA去申请，当然还要奉上一笔银子。还好我们可以使用.Net SDK提供的MakeCert.exe来生成临时的数字证书。具体如何生成请访问证书创建工具。

.Net中用来访问证书的对象是X509Certificate2，我们可以用它来加载一个数字证书并获得数字证书中的密钥。

如果证书是以文件的形式保存在本地的话，可以用下面的方法加载：

 1: static byte[] EncryptDataByCert(byte[] data)

 2: {

 3:     //实例化一个X509Certificate2对象，并加载证书testCertificate.cer

 4:     X509Certificate2 cert = new X509Certificate2(@"c:\testCertificate.cer");

 5:     //将证书的公钥强制转换成一个RSACryptoServiceProvider对象，然后可以使用这个对象执行加密操作

 6:     RSACryptoServiceProvider rsa = (RSACryptoServiceProvider)cert.PublicKey.Key;

 7:     byte[] enData = rsa.Encrypt(data, false);

 8:     return enData;

 9: }

一般情况下，对于数字证书来说，保存公钥的证书使用.cer做扩展名，而保存了私钥的证书会使用.pfx做扩展名，当我们加载一个私钥的数字证书时，需要提供私钥的保护密码，代码如下：

 1: static string DecryptByCert(byte[] endata)

 2: {

 3:     //实例化一个X509Certificate2对象，并加载证书testCertificate.pfx。

 4:     //由于证书testCertificate.pfx包含私钥，所以需要提供私钥的保护密码（第二个参数）

 5:     X509Certificate2 cert = new X509Certificate2(@"c:\testCertificate.pfx", "123456");

 6:     //将证书testCertificate.pfx的私钥强制转换为一个RSACryptoServiceProvider对象，用于解密操作

 7:     RSACryptoServiceProvider rsa = (RSACryptoServiceProvider)cert.PrivateKey;

 8:     byte[] data = rsa.Decrypt(endata, false);

 9:     return data;

 10: }

如果证书保存在计算机的证书存储区（Certificate Store）中，我们就需要使用另一个对象X509Store来访问证书存储区。根据访问权限，证书存储区分为当前用户（Current User）和本地计算机（Local Machine）两个部分，前者用来保存当前登录的用户所能使用的数字证书，而后者用来保存登录到本机所能使用的数字证书。不管是当前用户还是本地计算机，都包含多个逻辑存储区，它们通过不同的名称来区分，每个逻辑存储区可以保存多个数字证书。更详细的介绍，可以参考证书。具体的访问证书存储区的代码如下：

 1: private X509Certificate2 GetCertificate(string CertName)

 2: {

 3:     //声明X509Store对象，指定存储区的名称和存储区的类型

 4:     //StoreName中定义了系统默认的一些存储区的逻辑名称

 5:     X509Store store = new X509Store(StoreName.My, StoreLocation.CurrentUser);

 6:     //以只读的方式打开这个存储区，OpenFlags定义的打开的方式

 7:     store.Open(OpenFlags.ReadOnly);

 8:     //获取这个存储区中的数字证书的集合

 9:     X509Certificate2Collection certCol = store.Certificates;

 10:     //查找满足证书名称的证书并返回

 11:     foreach (X509Certificate2 cert in certCol)

 12:     {

 13:         if (cert.SubjectName.Name == "CN="  + CertName)

 14:         {

 15:             store.Close();

 16:             return cert;

 17:         }

 18:     }

 19:     store.Close();

 20:     return null;

 21: }

我们也可以通过X509Certificate2Collection 对象在当前存储区中添加删除证书，详细的信息可以参考证书存储区。

上面的介绍是我自己对密钥保存的一些理解，大家可以根据的具体情况，去选择具体的方法，希望对大家有所帮助。如果哪位大神有更好的方法，希望留下你的方法共我们学习。