在数字通信中，确保信息的安全传输至关重要。本文将介绍如何使用AES（高级加密标准）和Diffie-Hellman算法来安全地交换密钥和加密解密信息。
在开始之前，让先解释一些关键术语：
Diffie-Hellman算法允许双方在不安全的通道上安全地交换密钥。以下是使用代码实现该算法的步骤。
打开Visual Studio，选择 "文件 > 新建 > 项目" 并选择 "类库"。给项目命名（例如 "SecureKeyExchange"），然后点击 "确定"。项目创建后，将 "Class1.cs" 文件重命名为 "DiffieHellman.cs"。
需要添加三个字段：一个包含对Aes类的引用，第二个字段存储对ECDiffieHellmanCng类的引用，最后一个字段存储公钥。Aes引用将用于加密/解密消息。ECDiffieHellmanCng引用将用于在两方之间创建派生密钥。
private Aes aes = null;
private ECDiffieHellmanCng diffieHellman = null;
private readonly byte[] publicKey;
构造函数现在应该初始化这些字段：
public DiffieHellman()
{
this.aes = new AesCryptoServiceProvider();
this.diffieHellman = new ECDiffieHellmanCng
{
KeyDerivationFunction = ECDiffieHellmanKeyDerivationFunction.Hash,
HashAlgorithm = CngAlgorithm.Sha256
};
// 这是将发送给另一方的公钥
this.publicKey = this.diffieHellman.PublicKey.ToByteArray();
}
让通过属性公开公钥和IV。分别添加以下属性：
public byte[] PublicKey
{
get
{
return this.publicKey;
}
}
public byte[] IV
{
get
{
return this.aes.IV;
}
}
将创建一个方法，该方法接受对方的公钥以及秘密消息进行加密。将使用对方的公钥生成派生密钥（见上面的“共同秘密”比喻），该密钥将用于加密消息。
public byte[] Encrypt(byte[] publicKey, string secretMessage)
{
byte[] encryptedMessage;
var key = CngKey.Import(publicKey, CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
var derivedKey = this.diffieHellman.DeriveKeyMaterial(key);
// "共同秘密"
this.aes.Key = derivedKey;
using (var cipherText = new MemoryStream())
{
using (var encryptor = this.aes.CreateEncryptor())
{
using (var cryptoStream = new CryptoStream(cipherText, encryptor, CryptoStreamMode.Write))
{
byte[] ciphertextMessage = Encoding.UTF8.GetBytes(secretMessage);
cryptoStream.Write(ciphertextMessage, 0, ciphertextMessage.Length);
}
}
encryptedMessage = cipherText.ToArray();
}
return encryptedMessage;
}
Decrypt函数将接受三个参数：对方的公钥和IV以及秘密消息。让添加该函数：
public string Decrypt(byte[] publicKey, byte[] encryptedMessage, byte[] iv)
{
string decryptedMessage;
var key = CngKey.Import(publicKey, CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
var derivedKey = this.diffieHellman.DeriveKeyMaterial(key);
this.aes.Key = derivedKey;
this.aes.IV = iv;
using (var plainText = new MemoryStream())
{
using (var decryptor = this.aes.CreateDecryptor())
{
using (var cryptoStream = new CryptoStream(plainText, decryptor, CryptoStreamMode.Write))
{
cryptoStream.Write(encryptedMessage, 0, encryptedMessage.Length);
}
}
decryptedMessage = Encoding.UTF8.GetString(plainText.ToArray());
}
return decryptedMessage;
}
仍然需要添加的最后一部分代码是实现IDisposable接口以清理非托管资源。
public class DiffieHellman : IDisposable
并添加实现：
public void Dispose()
{
Dispose(true);
GC.SuppressFinalize(this);
}
protected virtual void Dispose(bool disposing)
{
if (disposing)
{
if (this.aes != null)
this.aes.Dispose();
if (this.diffieHellman != null)
this.diffieHellman.Dispose();
}
}
右键单击解决方案，选择 "添加 > 新项目 > 单元测试项目" 并给项目命名（例如 "SecureKeyExchange.Tests"）。将 "UnitTest1.cs" 重命名为 "DiffieHellmanTests.cs" 并添加对 "SecureKeyExchange" 项目的引用。要做到这一点，右键单击测试项目下的 "引用" 节点，然后选择 "添加引用 > 项目 > 选择项目 > 确定"。
[TestMethod]
public void Encrypt_Decrypt()
{
string text = "Hello World!";
using (var bob = new DiffieHellman())
{
using (var alice = new DiffieHellman())
{
// Bob使用Alice的公钥加密他的消息。
byte[] secretMessage = bob.Encrypt(alice.PublicKey, text);
// Alice使用Bob的公钥和IV来解密秘密消息。
string decryptedMessage = alice.Decrypt(bob.PublicKey, secretMessage, bob.IV);
}
}
}