C# RSA 非对称加密实践

一、前提

背景：项目的登录页面最初设计为使用前端 MD5 加密用户密码。后端服务通过匹配数据库中存储的 MD5 加密字符串来验证密码的正确性。

加固前登录接口表单.png

安全漏洞：安全审计报告指出，攻击者能够在局域网内嗅探网络流量，并捕获请求数据包。由于 MD5 加密算法的安全性不足，攻击者可以轻松解密并还原出明文密码。

密码 md5 加密后被还原.png

加固建议：报告建议采用更安全的传输加密措施，例如使用 HTTPS 或升级至更安全的加密算法。建议的算法包括不可逆的 Hash 算法结合盐值、安全对称加密算法或非对称加密算法。

实施方案：为了保证用户体验，决定保留现有的前端 MD5 加密逻辑。在此基础上，前端将对 MD5 加密后的密码字符串进行一次 RSA 加密，然后传输至后端。后端在验证密码前，将先对 RSA 加密的字符串进行解密。

加固后登录接口表单.png

二、概念

非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。

通过分析，当前需求场景为发送者用接收者的公钥加密，接受者用自己的私钥解密。具体原理图如下：

非对称加密原理图.png

三、实践

使用到的工具类和第三方库

后端 C# RSACryptoServiceProvider 类
后端 NuGet 包 XC.RSAUtil
前端 jsencrypt.js 库

具体操作步骤

后端生成密钥：

using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))//2048 是指定密钥加密位数
{
    // 公钥 
    string pubkey = rsa.ToXmlString(false);
    // 私钥 
    string prikey = rsa.ToXmlString(true);
}

注意： $\color{red}{生成的密钥是 xml 字符串！}$
关于安全保留私钥，微软官方的建议是使用安全密钥容器。为了方便存储和读取，我偷懒把私钥和公钥都保存在了配置文件里。

前端接收公钥
前端新增一个获取公钥的接口，加载页面时自动获取 RAS 公钥。
注意：由于前端 $\color{red}{jsencrypt 库支持的密钥是 Pkcs8 格式}$ ，接口输出的公钥需先在后端将格式 xml 转换为 Pkcs8 格式。进行数据格式转换后端需安装 NuGet 包 XC.RSAUtil 。

NuGet 程序包上的 XC.RSAUtil.png

//公钥XML格式转Pkcs8格式
RsaKeyConvert.PublicKeyXmlToPem(xmlPublicKeyString);

前端通过公钥加密
前端页面引入 jsencrypt.js 库，大家可以根据需要自行选择安装方式，我这里用的是比较简单的文件引入。

<script src="~/Content/js/jsencrypt.min.js"></script>

在登录接口中，使用在步骤 2 获取到的公钥，对登录参数进行一次 RSA 加密后，再传输到后端。

// publickey 公钥
// username 账号
// password 密码 md5 加密后字符串
const encrypt = new JSEncrypt();
encrypt.setPublicKey(publickey);
var encryptedUsername = encrypt.encrypt(username);
var encryptedPassword = encrypt.encrypt(password);

后端通过私钥解密
在后端登录验证方法中，读取在步骤 1 时保存于配置文件的私钥，先对登录参数进行一次 RSA 解密成明文，再验证登录信息。

using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))// 2048 是指定密钥加密位数
{
    try
    {
        rsa.FromXmlString(privateKey);// 导入私钥
        var encrypted = Convert.FromBase64String(encryptedText);// encryptedText 加密的密文
        var bytes = rsa.Decrypt(encrypted, false);
        return Encoding.UTF8.GetString(bytes);
    }
    finally
    {
        rsa.PersistKeyInCsp = false;
    }
}

辅助类

为方便使用，以上后端代码统一整理成了一个辅助类 RSAHelper.cs ，使用时注意修改命名空间

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;
using XC.RSAUtil;

namespace xxxxxxx.Util
{
    /// <summary>
    /// 描 述：RSA 非对称加密和解密辅助类
    /// </summary>
    public class RSAHelper
    {
        /// <summary>
        ///  RSA 解密文本
        /// </summary>
        /// <param name="encryptedText">加密的密文</param>
        /// <param name="privateKey">私钥</param>
        /// <returns>未加密数据的字符串</returns>
        public static string RSADecrypt(string encryptedText, string privateKey)
        {
            using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))//2048是加密位数
            {
                try
                {
                    rsa.FromXmlString(privateKey);
                    var encrypted = Convert.FromBase64String(encryptedText);
                    var bytes = rsa.Decrypt(encrypted, false);
                    return Encoding.UTF8.GetString(bytes);
                }
                finally
                {
                    rsa.PersistKeyInCsp = false;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// RSA私钥生成 (XML字符串)
        /// </summary>
        public static ValueTuple<string, string> GenerateKey()
        {
            using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))//2048是加密位数
            {
                // 公钥 
                string pubkey = rsa.ToXmlString(false);
                // 私钥 
                string prikey = rsa.ToXmlString(true);
                return new ValueTuple<string, string>(pubkey, prikey);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 公钥XML格式转Pkcs8格式
        /// </summary>
        /// <param name="xmlPublicKeyString">xml格式公钥字符串</param>
        /// <returns>Pkcs8格式公钥字符串</returns>
        public static string PublicKeyXmlToPem(string xmlPublicKeyString)
        {
            return RsaKeyConvert.PublicKeyXmlToPem(xmlPublicKeyString);
        }

    }
}

C# RSA 非对称加密实践