1、網(wǎng)絡(luò)和通信程序設(shè)計(jì)(C#)語(yǔ)言第五章 字符串與字符編碼5.1 String類在C#中，字符串類型將一組字符視為一個(gè)整體進(jìn)行處理。C#使用關(guān)鍵字string來(lái)定義字符串類型，對(duì)應(yīng)著.NET類庫(kù)的System.String類。常用字符串操作方法方法作用Compare比較兩個(gè)指定的String對(duì)象CompareTo將此實(shí)例與指定的對(duì)象String進(jìn)行比較，并返回二者相對(duì)值的指示Concat連接String的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例，或Object的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例的值的String表示形式Contains返回一個(gè)值，該值指示指定的 String 對(duì)象是否出現(xiàn)在此字符串中。Copy創(chuàng)建一個(gè)與指定的String具有

2、相同值的String的新實(shí)例CopyTo將指定數(shù)目的字符從此實(shí)例中的指定位置復(fù)制到Unicode字符數(shù)組中的指定位置Equals確定兩個(gè)String對(duì)象是否具有相同的值Format將指定的String中的每個(gè)格式項(xiàng)替換為相應(yīng)對(duì)象的值的文本等效項(xiàng)IndexOf報(bào)告String或一個(gè)或多個(gè)字符在此字符串中的第一個(gè)匹配項(xiàng)的索引IndexOfAny報(bào)告指定Unicode字符數(shù)組中的任意字符在此實(shí)例中第一個(gè)匹配項(xiàng)的索引Insert在此實(shí)例中的指定索引位置插入一個(gè)指定的String實(shí)例LastIndexOf報(bào)告指定的Unicode字符或String在此實(shí)例中的最后一個(gè)匹配項(xiàng)的索引位置op_Equality

3、確定兩個(gè)指定的String對(duì)象是否具有同一值op_Inequality確定兩個(gè)指定的String對(duì)象是否具有不同的值常用字符串操作方法PadLeft右對(duì)齊字符，在左邊用空格或指定的Unicode字符填充以達(dá)定的總長(zhǎng)度PadRight左對(duì)齊字符，在右邊用空格或指定的Unicode字符填充以達(dá)到指定的總長(zhǎng)度ReferenceEquals確定指定的Object實(shí)例是否是相同的實(shí)例。（從Object繼承）Remove從此實(shí)例中刪除指定個(gè)數(shù)的字符Replace將指定Unicode字符或String的所有匹配項(xiàng)替換為其他指定的Unicode字符或StringStartsWith確定String實(shí)例的開(kāi)頭是

4、否與指定的字符串匹配Substring從此實(shí)例檢索子字符串ToCharArray將此實(shí)例中的字符復(fù)制到 Unicode 字符數(shù)組ToLower返回此String轉(zhuǎn)換為小寫(xiě)形式的副本ToString將此實(shí)例的值轉(zhuǎn)換為StringToUpper返回此String轉(zhuǎn)換為大寫(xiě)形式的副本Trim從此實(shí)例的開(kāi)始位置和末尾移除一組指定字符的所有匹配項(xiàng)TrimEnd從此實(shí)例的結(jié)尾移除數(shù)組中指定的一組字符的所有匹配項(xiàng)TrimStart從此實(shí)例的開(kāi)頭移除數(shù)組中指定的一組字符的所有匹配項(xiàng)5.2 StringBuilder類與String的區(qū)別與聯(lián)系String對(duì)象串聯(lián)操作總是用現(xiàn)有字符串和新數(shù)據(jù)創(chuàng)建新的對(duì)象Stri

5、ngBuilder對(duì)象維護(hù)一個(gè)緩沖區(qū)，以便容納新數(shù)據(jù)的串聯(lián)主要方法Remove方法Replace方法Insert方法Append方法AppendLine方法AppendFormat方法5.3 字符集與字符編碼計(jì)算機(jī)的字符集主要字符集ASCII 字符集，單字節(jié)美國(guó)，1967年關(guān)于：GB2312 字符集，雙字節(jié)中國(guó)，1981年BIG5 字符集，雙字節(jié)中國(guó)臺(tái)灣五公司，1984年GB18030 字符集，單/雙/四字節(jié)中國(guó)，2000年Unicode字符集，0-0 x10FFFFUnicode 學(xué)術(shù)學(xué)會(huì)，1994年UTF-8，8位變長(zhǎng)UTF-16，16位無(wú)符號(hào)UTF-32，32位無(wú)符號(hào)ASCII碼表Enc

6、oding類.NET Framework 提供以下Encoding類的實(shí)現(xiàn)以支持當(dāng)前 Unicode 編碼和其他編碼ASCIIEncoding 將 Unicode 字符編碼為單個(gè) 7 位 ASCII 字符。UTF7Encoding 使用 UTF-7 編碼對(duì) Unicode 字符進(jìn)行編碼。UTF8Encoding 使用 UTF-8 編碼對(duì) Unicode 字符進(jìn)行編碼。UnicodeEncoding 使用 UTF-16 編碼對(duì) Unicode 字符進(jìn)行編碼。UTF32Encoding 使用 UTF-32 編碼對(duì) Unicode 字符進(jìn)行編碼。/zh-cn/library/system.text.

7、encoding(VS.80).aspx字符與字符編碼的轉(zhuǎn)換將文符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組Encoding.ASCII.GetBytes(String)將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串Encoding.ASCII.GetString(Byte)/散列值、密文直接轉(zhuǎn)換將出現(xiàn)亂碼5.4 字節(jié)(數(shù)組)可視化處理方法Base64編碼是一種基于64個(gè)（26=64）可打印字符來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示方法。常用于處理文本數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，表示、傳輸、存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如加解密及網(wǎng)絡(luò)編碼?？梢詫?3*8 bit 表示為 4*6 bit。關(guān)于：實(shí)現(xiàn)Convert.ToBase64String(Byte)Convert.FromBase64

8、String(String)字節(jié)的16進(jìn)制顯示：（散列值常用的表示法）tmpi.ToString(X2)/tmp為字節(jié)數(shù)組任務(wù)4：1.從身份證號(hào)碼中提取信息輸入身份證號(hào)從中提取出地區(qū)碼、出生日期、性別等信息2.設(shè)計(jì)字符編碼轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)字符與Base64字符的互轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)字符的16進(jìn)制顯示及其相互轉(zhuǎn)換基于不同的字符編碼，將字符轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制顯示并比較3.選擇一張照片，將其顯示為Base64文本 *第六章 密碼術(shù)基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)編程6.1 密碼術(shù)基礎(chǔ) 網(wǎng)絡(luò)信息安全信息存儲(chǔ)安全和信息傳輸安全。信息傳輸安全是指如何保證信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程中不被泄露與不被攻擊。保證網(wǎng)絡(luò)中信息安全的主要技術(shù)是數(shù)據(jù)的加密與解密。加密與

9、解密在密碼學(xué)中，將源信息稱為明文；對(duì)明文進(jìn)行某種變換后生成的隱藏了其真實(shí)內(nèi)容的信息稱為密文；將明文變換為密文的過(guò)程稱為加密；將密文經(jīng)過(guò)逆變換恢復(fù)成明文的過(guò)程稱為解密。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)鏈路加密鏈路加密是目前常用的一種加密方法，通常用硬件在網(wǎng)絡(luò)層以下的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層中實(shí)現(xiàn)，它用于保護(hù)通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)。 節(jié)點(diǎn)加密 節(jié)點(diǎn)加密是鏈路加密的改進(jìn)，其目的是克服鏈路加密在節(jié)點(diǎn)處易遭非法存取的缺點(diǎn)。在協(xié)議傳輸層上進(jìn)行加密，是對(duì)源點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)。 端-端加密網(wǎng)絡(luò)層以上的加密，通常稱為端-端加密。端-端加密是面向網(wǎng)絡(luò)高層主體進(jìn)行的加密，即在協(xié)議表示層上對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，而不對(duì)下層協(xié)議

10、信息加密。協(xié)議信息以明文形式傳輸，用戶數(shù)據(jù)在中間節(jié)點(diǎn)不需要加密。 數(shù)據(jù)加密模型消息源加密器解密器消息宿密鑰源傳輸或存儲(chǔ)安全信道數(shù)據(jù)加密表達(dá)式加密：C=En(Ke，P)P：信息明文K：密鑰En：算法C：信息密文解密：P=Dn(Kd，C)傳統(tǒng)加密技術(shù)替代密碼（字符操作）定義：明文中的每一個(gè)字符被替換成密文中的另外一個(gè)字符簡(jiǎn)單替代密碼 凱撒密碼（循環(huán)移位密碼）：把明文中所有的字母都用它右邊的第k 個(gè)字母替代，并認(rèn)為Z后邊又是A ROT13：用字母表里am的字符來(lái)代替nz，用nz的字符來(lái)代替 am字符Eg: “v ybir lbh!” ? 多表替代密碼(明文：how are you，密碼：your)P

11、=HOWAREYOU K=YOURYOURY Ek (P)=FCQRPSSFS 傳統(tǒng)密碼技術(shù)簡(jiǎn)單異或（按位操作）00=0 01=1 10=1 11=0 加密：1001 1100 = 0101解密：0101 1100 = 1001對(duì)稱密碼技術(shù)非對(duì)稱密碼技術(shù)密碼個(gè)數(shù)1個(gè)2個(gè)算法速度較快較慢算法對(duì)稱性對(duì)稱，解密密鑰可以從加密密鑰中推算出來(lái)不對(duì)稱，解密密鑰不能從加密密鑰中推算出來(lái)主要應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)的加密和解密對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名、確認(rèn)、鑒定、密鑰管理和數(shù)字封裝等對(duì)稱加密技術(shù)加密和解密過(guò)程均采用同一密鑰 DES與AES非對(duì)稱加密技術(shù)加密和解密過(guò)程采用不同的密鑰RSA與ECC現(xiàn)代加密技術(shù)對(duì)稱加密技術(shù)DES（數(shù)

12、據(jù)加密算法，1976）64位分組加密AES（高級(jí)加密算法，2001）128位分組加密128/192/256位密鑰初始變換64位的密文逆初始變換64位明文64位的密鑰加密變換16輪子密鑰生成DES原理：接收者將一對(duì)密碼中的一個(gè)（公鑰）公開(kāi)，另一個(gè)秘密保存發(fā)送者使用接收者的公鑰加密信息接收者使用私鑰解密出原文數(shù)學(xué)模型：C=E(Kp, P)P=D(Ks, C)特點(diǎn)：加密密碼(公鑰)Kp是公開(kāi)信息，而解密密鑰(私鑰) Ks是保密的。公鑰和私鑰相互關(guān)聯(lián)，但不可能根據(jù)公鑰計(jì)算出私鑰。 非對(duì)稱加密技術(shù)HTTPS：電子信封技術(shù)的具體應(yīng)用一對(duì)矛盾對(duì)稱加密：速度快，密鑰管理困難非對(duì)稱加密：速度慢，解決密鑰管理問(wèn)題

13、電子信封技術(shù)HTTPS（安全的HTTP通道，在HTTP下加入SSL層）：客戶端向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求（包括版本、算法等）服務(wù)器向客戶端發(fā)送響應(yīng)以及證書(shū)（含公鑰）客戶端產(chǎn)生對(duì)稱密鑰，用服務(wù)器公鑰加密后發(fā)送服務(wù)器用私鑰解密，得到對(duì)稱密鑰雙方確認(rèn)該對(duì)稱密鑰后，進(jìn)行保密通信（保密性）數(shù)據(jù)的完整性驗(yàn)證：報(bào)文鑒別技術(shù) Hash函數(shù)也稱消息摘要（MD：Message Digest），將可變長(zhǎng)度的報(bào)文M作為單向散列函數(shù)的輸入，然后得出一個(gè)固定長(zhǎng)度的標(biāo)志 H（M），稱為Hash值（哈希值）表達(dá)式：MD=H（M）Hash算法MD算法（MD5，128位）SHA算法（SHA-1，160位）HMAC算法報(bào)文鑒別碼 MAC (

14、Message Authentication Code)用一個(gè)密鑰生成的一個(gè)小的數(shù)據(jù)塊追加在報(bào)文的后面。表達(dá)式：MAC = F（K，M）數(shù)據(jù)的不可抵賴性：數(shù)字簽名技術(shù)數(shù)字簽名就是為了達(dá)到簽名的效果，附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)。數(shù)字簽名的要素：簽名信息能被接收者讀取發(fā)送者事后不能抵賴（信息內(nèi)容及簽名事實(shí)）接受者不能偽造簽名數(shù)字簽名的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生信息原文的摘要用私鑰對(duì)摘要進(jìn)行加密(簽名)將原文和簽名一起傳輸接收者用發(fā)送者的公鑰解密簽名得到摘要產(chǎn)生信息原文的摘要并與上述簽名摘要比較數(shù)字簽名技術(shù)示意圖6.2 .NET密碼術(shù)編程基礎(chǔ) 提供包括安全的數(shù)據(jù)加密與解密、確保數(shù)據(jù)的完整性，以及處理數(shù)字簽名和證書(shū)等加

15、密服務(wù)核心加密類分為三層，如右圖6.2.1 哈希(散列)算法及編程哈希函數(shù)是現(xiàn)代密碼系統(tǒng)的基礎(chǔ)。哈希函數(shù)將任意長(zhǎng)度的二進(jìn)制字符串映射為固定長(zhǎng)度的小二進(jìn)制字符串（稱為哈希值/散列值）。哈希值用作表示大量數(shù)據(jù)的固定大小的唯一值。哈希函數(shù)通常用于數(shù)字簽名和保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性等。哈希函數(shù)的特點(diǎn)：在計(jì)算時(shí)不可能將兩個(gè)不同的輸入通過(guò)哈希算法獲取相同的值。如果相應(yīng)的數(shù)據(jù)匹配，則兩個(gè)數(shù)據(jù)集的哈希應(yīng)該匹配。數(shù)據(jù)的少量更改會(huì)在哈希值中產(chǎn)生不可預(yù)知的大量更改。哈希算法的編程實(shí)現(xiàn).NET 哈希算法類都繼承自HashAlgorithm抽象類。類說(shuō)明KeyedHashAlgorithm顯示所有加密哈希算法實(shí)現(xiàn)均必須從中派生的

16、抽象類。MD5CryptoServiceProvider使用加密服務(wù)提供程序 (CSP) 提供的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的 MD5 哈希值。SHA1CryptoServiceProvider使用加密服務(wù)提供程序 (CSP) 提供的實(shí)現(xiàn)計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的 SHA1 哈希值。MD5表示MD5哈希算法的所有實(shí)現(xiàn)均從中繼承的抽象類。RIPEMD160表示 MD160 哈希算法的所有實(shí)現(xiàn)均從中繼承的抽象類。SHA1計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的SHA1哈希值。SHA256計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的SHA256哈希值。SHA384計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的SHA384哈希值。SHA512計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的SHA512哈希值。哈希(散列)編程實(shí)例/獲取字符編碼

17、byte aaa = Encoding.UTF8.GetBytes(str);/使用MD5CryptoServiceProvider類創(chuàng)建md5對(duì)象MD5CryptoServiceProvider md = new MD5CryptoServiceProvider();/也可以使用MD5類創(chuàng)建md5對(duì)象/MD5 md = MD5.Create();/計(jì)算md5值byte bbb = md.ComputeHash(aaa);/顯示處理StringBuilder sb = new StringBuilder();foreach (byte tmp in bbb) sb.Append(tmp.ToS

18、tring(X2);return sb.ToString();6.2.2 對(duì)稱加密算法及編程特點(diǎn):算法公開(kāi)、計(jì)算量小、加密速度快、加密效率高。主要算法：DES、3DES、RC5、AES等分組密碼的工作模式電子密碼本 (electronic codebook mode,ECB )密碼分組鏈接 (cipher block chaining, CBC )密碼反饋 (cipher feedback, CFB)輸出反饋 (output feedback, OFB)計(jì)數(shù)器 (counter, CTR )算法工作模式中的初始向量 IVSymmetricAlgorithm類 (留意CBC,Key,IV)/zh

19、-cn/library/system.security.cryptography.symmetricalgorithm(v=VS.80).aspx對(duì)稱加密的主要算法（一）DEA/DES數(shù)據(jù)加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA），數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（Data Encryption Standard，DES）使用一個(gè)56位的密鑰以及附加的8位奇偶校驗(yàn)位，產(chǎn)生最大64位的分組大小3DES，Triple DES三重?cái)?shù)據(jù)加密算法（Triple Data Encryption Algorithm，TDEA），用雙長(zhǎng)度（128位）密鑰K=(KL|KR)將64位明文數(shù)據(jù)塊（分組）進(jìn)行

20、3次DES加密/解密。加密：Y = DES(KL)DES-1(KR)DES(KLX)解密：X = DES-1(KL)DES (KR) DES-1(KLY)對(duì)稱加密的主要算法（二）AES加密算法高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard），又稱Rijndael加密法，是美國(guó)聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。AES加密數(shù)據(jù)塊分組長(zhǎng)度必須為128位，密鑰長(zhǎng)度可以是128、192或256位加解密處理的參數(shù)密鑰的長(zhǎng)度與填充初始化向量的長(zhǎng)度與填充：長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)塊分組長(zhǎng)度一致SymmetricAlgorithm 的主要成員屬性描述BlockSize 獲取或設(shè)置加密操作的塊大小（以位為

21、單位）FeedbackSize 獲取或設(shè)置加密操作的反饋大?。ㄒ晕粸閱挝唬㊣V 獲取或設(shè)置對(duì)稱算法的初始化向量 (IV)Key 獲取或設(shè)置對(duì)稱算法的密鑰KeySize 獲取或設(shè)置對(duì)稱算法所用密鑰的大?。ㄒ晕粸閱挝唬㎜egalBlockSizes 獲取對(duì)稱算法支持的塊大?。ㄒ晕粸閱挝唬㎜egalKeySizes 獲取對(duì)稱算法支持的密鑰大?。ㄒ晕粸閱挝唬㎝ode 獲取或設(shè)置對(duì)稱算法的運(yùn)算模式Padding 獲取或設(shè)置對(duì)稱算法中使用的填充模式方法描述Clear 釋放由 SymmetricAlgorithm 類使用的所有資源Create 創(chuàng)建用于執(zhí)行對(duì)稱算法的加密實(shí)例CreateDecryptor 用

22、指定的密鑰和初始化向量創(chuàng)建一個(gè)對(duì)稱解密器對(duì)象 CreateEncryptor 用指定的密鑰和初始化向量創(chuàng)建一個(gè)對(duì)稱加密器對(duì)象 GenerateIV 為對(duì)稱加密算法生成一個(gè)隨機(jī)的初始化向量（IV），并重寫(xiě)IV屬性中所存儲(chǔ)的值 GenerateKey 為對(duì)稱加密算法生成一個(gè)隨機(jī)密鑰（Key），并重寫(xiě)Key屬性的值 ValidKeySize 確定指定的密鑰大小對(duì)當(dāng)前算法是否有效 對(duì)稱加密算法及編程.NET 在 SymmetricAlgorithm 類的基礎(chǔ)上，給出了抽象算法實(shí)現(xiàn)類DES、RC2、TripleDES和Rijndael，并在此基礎(chǔ)上給出了具體加密方案實(shí)現(xiàn)類。AES加密編程實(shí)現(xiàn)Byte bKey = Encoding.UTF8.GetBytes(Keystr.PadRight(32); Byte bIV = Encoding.UTF8.GetBytes(IVstr.PadRight(16); Byte Data = Encoding.UTF8.GetBytes(Datastr); /創(chuàng)建內(nèi)存流MemoryStream ms = new MemoryStream();/創(chuàng)建AES對(duì)象，并內(nèi)存流對(duì)象包裝成加密器對(duì)象R