C# 的RSA加密解密簽名，就為了支援 PEM PKCS#8 格式金鑰對的匯入匯出

xiangyuecn發表於2018-11-07

差點造了一整個輪子

.Net Framework 4.5 裡面的RSA功能，並未提供簡單對PEM金鑰格式的支援（.Net Core有咩？），差點（還遠著）造了一整個輪子，就為了支援PEM PKCS#8、PKCS#1格式金鑰對的匯入匯出。

本文內容來自README，主要介紹了PEM PKCS#8、PKCS#1公鑰和私鑰格式，並以此為基礎寫的C#函式方法。

前言、自述、還有啥

在寫一個小轉換工具時加入了RSA加密解密支援（見圖RSA工具），祕鑰輸入框支援填寫XML和PEM格式，操作型別裡面支援XML->
PEM、PEM->
XML的轉換。

實現相應功能發現原有RSA操作類不能良好工作，PEM->
XML沒問題，只要能通過PEM建立RSA，就能用RSACryptoServiceProvider自帶方法匯出XML。但XML->
PEM沒有找到相應的簡單實現方法，大部分部落格寫的用BouncyCastle庫來操作，程式碼是少，但BouncyCastle就有好幾兆大小，我的小工具啊才100K；所以自己實現了一個支援匯出PKCS#1、PKCS#8格式PEM金鑰的方法RSA_PEM.ToPEM。

操作過程中發現原有RSA操作類不支援用PKCS#8格式PEM金鑰來建立RSA物件（用的RSACryptoServiceProviderExtension的擴充套件方法來支援PEM金鑰），僅支援PKCS#1，所以又自己實現了一個從PEM金鑰來建立RSACryptoServiceProvider的方法RSA_PEM.FromPEM。

在實現匯入匯出PEM金鑰過程中，對PKCS#1、PKCS#8格式的PEM金鑰有了一定的瞭解，主要參考了：

《RSA公鑰檔案（PEM）解析》：公鑰位元組碼分解。

《RSA私鑰檔案（PEM）解析》：私鑰位元組碼分解。

《iOS安全相關 – RSA中公鑰的DER格式組成》：1位元組和2位元組長度表述方法，和為什麼有些欄位前面要加0x00。

跑起來

clone下來用vs應該能夠直接開啟，經目測看起來沒什麼卵用的檔案都svn:ignore掉了（svn滑稽。

主要支援

通過XML格式金鑰對建立RSA
通過PEM格式金鑰對建立RSA
RSA加密、解密
RSA簽名、驗證
匯出XML格式公鑰、私鑰
匯出PEM格式公鑰、私鑰
PEM格式祕鑰對和XML格式祕鑰對互轉

PEM金鑰編碼格式

長度表述方法

PEM格式中，每段資料基本上都是flag+長度資料佔用位數+長度數值+資料這種格式。

長度資料佔用位數有0x81和0x82兩個值，分別代表長度數值佔用了1位元組和2位元組。

但長度資料佔用位數不一定存在，如果長度數值<
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)+資料。

什麼情況下內容前面要加0x00

如果內容的bit流的前4 bit十六進位制值>
=8就要在內容前面加0x00，其他不用加。

一個大整數，最高位為符號位，其為1時，就是負數，所以要在最高位填充0x00以保證不為負。

PEM公鑰編碼格式

PKCS#1、PKCS#8公鑰編碼都是統一的格式。

/*****1024位元組公鑰*****/-----BEGIN PUBLIC KEY-----MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYw9+M3+REzDtYqwBrs/as/Oy8GRE5OmnqOV0EfkEiCIjiczbVEFnZ3qRjLbDATfmBxNQ6c6Fga8nX28glEH/aL/RG2KdpI8KMUqKAszNydsHSeh9MSKcd5zgS4NuE0u+eR7CB8kOWipiLDQmY38kpM36pRWdNQlpIaTDo5IhJJwIDAQAB-----END PUBLIC KEY-----/*****二進位制表述*****/30819F300D06092A864886F70D010101050003818D003081890281810098C3DF8CDFE444CC3B58AB006BB3F6ACFCECBC1911393A69EA395D047E41220888E27336D51059D9DEA4632DB0C04DF981C4D43A73A1606BC9D7DBC825107FDA2FF446D8A76923C28C52A280B3337276C1D27A1F4C48A71DE73812E0DB84D2EF9E47B081F243968A988B0D0998DFC929337EA945674D425A486930E8E48849270203010001/*****二進位制分解*****//*後續（到結尾）內容長度為0x9F位元組，相當於整個檔案長度-當前這4位元組。格式：tag[+長度資料佔用位數(可選)]+後續長度數值， 此處tag=0x30， 長度資料佔用1位（參考前面長度表述方法）， 後續長度數值=0x9F個位元組*/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，後面內容長度為0x8D位元組，和開頭格式一致*/03 81 8D/*固定內容*/00/*後續內容長度，後面內容長度為0x89位元組，和開頭格式一致*/30 81 89/*RSA Modulus內容格式：tag[+長度資料佔用位數(可選)]+內容長度數值+內容， 此處tag=0x02，所有RSA相關引數都是用02， 長度資料佔用位數為1位元組， 內容長度數值=0x81個位元組， 內容為0x00-0x27這一段（參考前面什麼情況下要加0x00）。*/02 81 810098C3DF8CDFE444CC3B58AB006BB3F6ACFCECBC1911393A69EA395D047E41220888E27336D51059D9DEA4632DB0C04DF981C4D43A73A1606BC9D7DBC825107FDA2FF446D8A76923C28C52A280B3337276C1D27A1F4C48A71DE73812E0DB84D2EF9E47B081F243968A988B0D0998DFC929337EA945674D425A486930E8E4884927/*RSA Exponent內容，和Modulus一樣，但此處長度資料佔用位數不存在*/02 03 010001複製程式碼

PEM PKCS#1私鑰編碼格式

/*****1024位元組PKCS#1私鑰*****/-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----/*****二進位制表述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二進位制分解（大部分和公鑰格式相同）*****//*後續內容長度，後面內容長度為0x025C個位元組，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/*#####從這裡開始後面就是內容了 注：KCS#8僅僅是在此處插入部分內容#####*//*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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nverseQ*/02 4006F0F9DD96248A27FAFB94B0A93676D653A99C7C7B9DCDADE65414C6889284B924F26A23AFFA86AF3FD804453B73FDFEA9310CC909BFC9928D5F757198B1075D複製程式碼

PEM PKCS#8私鑰編碼格式

/*****1024位元組PKCS#8私鑰*****/-----BEGIN PRIVATE KEY-----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-----END PRIVATE KEY-----/*****二進位制表述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二進位制分解（和PKCS#1只是多了一段資料，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資料 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，後面內容長度為0x0260位元組，和開頭格式一致*/04 82 0260/*後續內容長度，後面內容長度為0x025C位元組，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資料 End#####*//*RSA Modulus內容*/02 81 81 0098C3DF8CDFE444CC3B58A......後續內容省略...複製程式碼

C# RSA操作類

主要檔案

RSA.cs

此檔案依賴RSA_PEM.cs，用於進行加密、解密、簽名、驗證、祕鑰匯入匯出操作。

[建構函式] new RSA(`1024`)

通過指定金鑰長度來建立RSA，會生成新金鑰。

[建構函式] new RSA(`"< xml> "`)

通過XML格式金鑰對建立RSA，xml可以是公鑰或私鑰，XML格式如：

<
RSAKeyValue>
<
Modulus>
mMPfjN/kRMw7WKsAa7P2rPzsvBkROTpp6jldBH5BIgiI4nM21RBZ2d6kYy2wwE35gcTUOnOhYGvJ19vIJRB/2i/0RtinaSPCjFKigLMzcnbB0nofTEinHec4EuDbhNLvnkewgfJDloqYiw0JmN/JKTN+qUVnTUJaSGkw6OSISSc=<
/Modulus>
<
Exponent>
AQAB<
/Exponent>
<
/RSAKeyValue>
複製程式碼

[建構函式] new RSA(`"PEM"`, `any`)

通過PEM格式金鑰對建立RSA，PEM可以是公鑰或私鑰，支援PKCS#1、PKCS#8格式，PEM格式如：

[方法] .ToXML(`[false]是否僅僅匯出公鑰`)

匯出XML格式祕鑰對。如果RSA包含私鑰，預設會匯出私鑰，設定僅僅匯出公鑰時只會匯出公鑰；不包含私鑰只會匯出公鑰。

[方法] .ToPEM_PKCS1|.ToPEM_PKCS8(`[false]是否僅僅匯出公鑰`)

匯出PEM格式祕鑰對，兩個方法分別匯出PKCS#1、PKCS#8格式。如果RSA包含私鑰，預設會匯出私鑰，設定僅僅匯出公鑰時只會匯出公鑰；不包含私鑰只會匯出公鑰。

[方法] .Encode(`"字串"|bytes`)

加密操作，支援任意長度資料。

[方法] .DecodeOrNull(`"Base64字串"|bytes`)

解密操作，解密失敗返回null，支援任意長度資料。

[方法] .Sign(`"hash"`, `"字串"|bytes`)

通過hash演算法（MD5、SHA1等）來對資料進行簽名。

[方法] .Verify(`"hash"`, `"sign"`, `"字串"`)

通過hash演算法（MD5、SHA1等）來驗證字串是否和sign簽名一致。

RSA_PEM.cs

此檔案不依賴任何檔案，可以單獨copy來用（RSA_Unit裡面的方法可以忽略）

[靜態方法] .FromPEM(`"PEM"`)

通過PEM格式祕鑰對來建立RSACryptoServiceProvider，PEM可以是公鑰或私鑰。

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

將RSA中的金鑰對匯出成PEM格式，usePKCS8=false時返回PKCS#1格式，否則返回PKCS#8格式。如果RSA包含私鑰，預設會匯出私鑰，設定僅僅匯出公鑰時只會匯出公鑰；不包含私鑰只會匯出公鑰。

次要檔案

RSA_Unit.cs

封裝的一些通用方法，如：base64。沒有此檔案也可以，引用的地方用別的程式碼實現。

Program.cs

控制檯入口檔案，用來測試的，裡面包含了主要的使用用例。

圖例

RSA工具：

控制檯執行：

來源：https://juejin.im/post/5be292b5518825170e4a9871

C# Rsa加密（私鑰加密、公鑰解密、金鑰格式轉換、支援超大長度分段加密）
2024-08-16
C#加密解密
C#通過java生成的RSA公鑰加密和解密
2018-09-04
C#Java加密解密
python實現aes加密解密，RSA簽名和驗籤，RSA加密解密，並呼叫介面
2014-09-29
Python加密解密
資訊保安第一次作業，AES CBC加密，RSA金鑰簽名
2013-05-02
加密
RSA加密解密及數字簽名Java實現
2015-10-16
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