Mittwoch, 25. Februar 2015

AES (Rijndael) Verschlüsselung

In diesem Post möchte ich erklären, wie man mit C# die Rijndael Verschlüsselung benutzt. Diese ist eine symmetrische Blockchiffre, die nach DES als Verschlüsselungsstandard AES (Advanced Encryption Standard) eingeführt wurde. Bei einer symmetrischen Verschlüsselung wird zur Ver- und Entschlüsselung jeweils der gleiche Schlüssel eingesetzt.
Verschiedene Verschlüsselungsalgorithmen stehen in .Net in der Klasse System.Security.Cryptography zur Verfügung. Die Ver- oder Entschlüsselung erfolgt dann über einen CryptoStream, welcher ver- oder entschlüsselt und das Ergebnis in einen MemoryStream schreibt.
Zur Verschlüselung brauchen wir natürlich einen Schlüssel (Key). AES unterstützt die Schlüssellängen 128, 192 und 256 Bit. Der Schlüssel wird als Byte Array übergeben, ich werde jedoch im Beispielprogramm einfach einen String nehmen und diesen mittels System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes() in ein Byte Array umwandeln. Dies ist insofern problematisch, als dass je nach Zeichen UTF8 1 - 4 Bytes zur Kodierung verwendet und keine fixe Größe, je nach Zeichenfolge kann der Schlüssel also eine ungültige Länge haben. Deswegen gibt es bessere Methoden, einen Schlüssel zu erzeugen, hier soll diese aber genügen, da die Standardzeichen alle durch 1 Byte dargestellt werden.
Blockchiffren brauchen außerdem noch einen Initialisierungsvekor (IV). Dies kommt daher, dass der zu verschlüsselnde Text in Blöcke gleicher Größe aufgeteilt wird, die dann separat verschlüsselt werden. Damit man aus dieser Struktur keine Informationen ableiten kann, wird ein IV verwendet, um den ersten Block zu maskieren und aufbauend darauf die Verschlüsselung der weiteren zu randomisieren (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Betriebsmodus_(Kryptographie)). Für AES erlaubte Blockgrößen sind ebenfalls 128, 192 und 256 Bit. Die Länge des IV muss eine Blockgröße durch 8 dividiert sein.
Nehmen wir hier die kleinste Schlüssellänge, 128 Bit. Angenommen, jedes Zeichen wird mit einem Byte kodiert, also brauchen wir einen Schlüssel der Länge 16. Als IV nehmen wir ebenfalls einen String der Länge 16.
Nun zum Code, welcher nach den vorigen Erklärungen meiner Meinung nach recht gut verständlich sein sollte:


using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

using System.Security.Cryptography;
using System.IO;

namespace AES
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            // legal key sizes are 128, 192 or 256 bit
            // legal block sizes are 128, 192 or 256 bit
            // IV has to be of length blocksize / 8

            string Key = "1234567812345678";
            string IV = "0000000000000000";

            byte[] Ciphertext = Encode("This is a secret.", Key, IV);
            string Plaintext = Decode(Ciphertext, Key, IV);

            textBox1.Text = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(Ciphertext);
            textBox2.Text = Plaintext;
        }

        public string Decode(byte[] encryptedBytes, string key, string IV)
        {
            Rijndael AESCrypto = Rijndael.Create();
            AESCrypto.Key = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(key);
            AESCrypto.IV = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(IV);

            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, AESCrypto.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write);

            cs.Write(encryptedBytes, 0, encryptedBytes.Length);
            cs.Close();

            byte[] DecryptedBytes = ms.ToArray();
            return System.Text.Encoding.UTF8.GetString(DecryptedBytes);
        }

        public byte[] Encode(string plaintext, string key, string IV)
        {
            Rijndael AESCrypto = Rijndael.Create();
            AESCrypto.Key = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(key);
            AESCrypto.IV = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(IV);

            MemoryStream ms = new MemoryStream();
            CryptoStream cs = new CryptoStream(ms, AESCrypto.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write);

            byte[] PlainBytes = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(plaintext);
            cs.Write(PlainBytes, 0, PlainBytes.Length);
            cs.Close();

            byte[] EncryptedBytes = ms.ToArray();
            return EncryptedBytes;
        }

    }
}

Eine Anmerkung noch: Die Funktion Encode() gibt ein Byte Array und keinen String zurück. Dies liegt daran, dass die entstandenen Bytes Sonderzeichen ergeben und somit bei der Konvertierung nach String und zurück zu Byte Array ihre Größe ändern und somit den String für den Algorithmus unleserlich machen.

1 Kommentar:

  1. weil ich gerade erst auf die lösung gekommen bin und dass hier zufällig gesehen hab..
    Für alle die sich jetzt fragen wie man ein string zurück gibt den man wieder benutzen kann:
    Zauberwort heißt base64..
    Beispiel MSDN: https://msdn.microsoft.com/de-de/library/ms172831.aspx

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