使用 RSA 加密/解密时间歇性发生 CryptographicException

Question

我正在尝试在 C# 中使用 RSA 加密和解密数据。我有以下 MSTest 单元测试：

const string rawPassword = "mypass";

// Encrypt
string publicKey, privateKey;
string encryptedPassword = RSAUtils.Encrypt(rawPassword, out publicKey, out privateKey);
Assert.AreNotEqual(rawPassword, encryptedPassword,
    "Raw password and encrypted password should not be equal");

// Decrypt
string decryptedPassword = RSAUtils.Decrypt(encryptedPassword, privateKey);
Assert.AreEqual(rawPassword, decryptedPassword,
    "Did not get expected decrypted password");

它在解密过程中失败，但只是有时。似乎每当我设置断点并逐步完成测试时，它都会通过。这让我觉得也许有些事情没有及时完成以使解密成功发生，并且我在调试时放慢了逐步完成它的速度，这给了它足够的时间来完成。当它失败时，它似乎失败的行是decryptedBytes = rsa.Decrypt(bytesToDecrypt, false);，方法如下：

public static string Decrypt(string textToDecrypt, string privateKeyXml)
{
    if (string.IsNullOrEmpty(textToDecrypt))
    {
        throw new ArgumentException(
            "Cannot decrypt null or blank string"
        );
    }
    if (string.IsNullOrEmpty(privateKeyXml))
    {
        throw new ArgumentException("Invalid private key XML given");
    }
    byte[] bytesToDecrypt = ByteConverter.GetBytes(textToDecrypt);
    byte[] decryptedBytes;
    using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider())
    {
        rsa.FromXmlString(privateKeyXml);
        decryptedBytes = rsa.Decrypt(bytesToDecrypt, false); // fail here
    }
    return ByteConverter.GetString(decryptedBytes);
}

此异常失败：

System.Security.Cryptography.CryptographicException：错误数据

我的Encrypt方法如下：

public static string Encrypt(string textToEncrypt, out string publicKey,
    out string privateKey)
{
    byte[] bytesToEncrypt = ByteConverter.GetBytes(textToEncrypt);
    byte[] encryptedBytes;
    using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider())
    {
        encryptedBytes = rsa.Encrypt(bytesToEncrypt, false);
        publicKey = rsa.ToXmlString(false);
        privateKey = rsa.ToXmlString(true);
    }
    return ByteConverter.GetString(encryptedBytes);
}

通篇使用的ByteConverter 如下：

public static readonly UnicodeEncoding ByteConverter = new UnicodeEncoding();

我在 StackOverflow 上看到了一些关于使用 .NET 进行 RSA 加密和解密的问题。 This one 是由于使用私钥加密并尝试使用公钥解密，但我认为我没有这样做。 This question 和我有同样的例外，但选择的答案是使用 OpenSSL.NET，我不想这样做。

我做错了什么？

Answer 1

您能否将ByteConverter.GetBytes 替换为Convert.FromBase64String 并将ByteConverter.GetString 替换为Convert.ToBase64String，看看是否有帮助。 Bad Data 异常通常意味着您的数据中有无效字符，或者长度不是解密的正确长度。我认为使用 Convert 函数可能会解决您的问题。

  public static readonly UnicodeEncoding ByteConverter = new UnicodeEncoding();

  public static string Encrypt(string textToEncrypt, out string publicKey,
    out string privateKey)
  {
     byte[] bytesToEncrypt = ByteConverter.GetBytes(textToEncrypt);
     byte[] encryptedBytes;
     using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider())
     {
        encryptedBytes = rsa.Encrypt(bytesToEncrypt, false);
        publicKey = rsa.ToXmlString(false);
        privateKey = rsa.ToXmlString(true);
     }
     return Convert.ToBase64String(encryptedBytes);
  }

  public static string Decrypt(string textToDecrypt, string privateKeyXml)
  {
     if (string.IsNullOrEmpty(textToDecrypt))
     {
        throw new ArgumentException(
            "Cannot decrypt null or blank string"
        );
     }
     if (string.IsNullOrEmpty(privateKeyXml))
     {
        throw new ArgumentException("Invalid private key XML given");
     }
     byte[] bytesToDecrypt = Convert.FromBase64String(textToDecrypt);
     byte[] decryptedBytes;
     using (RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider())
     {
        rsa.FromXmlString(privateKeyXml);
        decryptedBytes = rsa.Decrypt(bytesToDecrypt, false); // fail here
     }
     return ByteConverter.GetString(decryptedBytes);
  }

Answer 2

您的问题在于从字节到字符串的转换。并非所有字节序列都是有效的 UTF-16 编码，并且您使用的 UnicodeEncoding 会默默地忽略无效字节。如果你用过

public static readonly UnicodeEncoding ByteConverter = new UnicodeEncoding(false, false, true);

相反，您的代码在尝试转换字节而不是用0xFFFD 静默替换无效字节对时会失败。

测试在调试时工作的事实是巧合。您使用的是随机 RSA 密钥对，因此有时您会得到一个有效的 UTF-16 编码的加密。

正如 SwDevMan81 建议的那样，修复方法是使用可以转换所有可能的字节数组的编码。 F.x. Base64 编码。

Answer 3

我会推荐使用这个类，可惜我不记得原作者了..

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

namespace Encryption
{

class AsymmetricED
{
    private static RSAParameters param = new RSAParameters();
    /// <summary>
    /// Get Parameters
    /// </summary>
    /// <param name="pp">Export private parameters?</param>
    /// <returns></returns>
    public static RSAParameters GenerateKeys(bool pp)
    {
        RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
        if (param.Equals(new RSAParameters()))
        {
            param = RSA.ExportParameters(true);
        }
        RSA.ImportParameters(param);
        return RSA.ExportParameters(pp);
    }
    static public byte[] RSAEncrypt(byte[] DataToEncrypt, RSAParameters RSAKeyInfo, bool DoOAEPPadding)
    {
        try
        {
            //Create a new instance of RSACryptoServiceProvider.
            RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();

            //Import the RSA Key information. This only needs
            //toinclude the public key information.
            RSA.ImportParameters(RSAKeyInfo);

            //Encrypt the passed byte array and specify OAEP padding.  
            //OAEP padding is only available on Microsoft Windows XP or
            //later.  
            return RSA.Encrypt(DataToEncrypt, DoOAEPPadding);
        }
        //Catch and display a CryptographicException  
        //to the console.
        catch (CryptographicException e)
        {
            Console.WriteLine(e.Message);

            return null;
        }

    }

    static public byte[] RSADecrypt(byte[] DataToDecrypt, RSAParameters RSAKeyInfo, bool DoOAEPPadding)
    {
        try
        {
            //Create a new instance of RSACryptoServiceProvider.
            RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();

            //Import the RSA Key information. This needs
            //to include the private key information.
            RSA.ImportParameters(RSAKeyInfo);

            //Decrypt the passed byte array and specify OAEP padding.  
            //OAEP padding is only available on Microsoft Windows XP or
            //later.  
            return RSA.Decrypt(DataToDecrypt, DoOAEPPadding);
        }
        //Catch and display a CryptographicException  
        //to the console.
        catch (CryptographicException e)
        {
            ConsoleColor col = Console.BackgroundColor;
            Console.BackgroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine(e.ToString());
            Console.BackgroundColor = col;
            return null;
        }

    }
}
}

用作：

Encryption.AsymmetricED.RSAEncrypt(Data, GenerateKeys(false), false);

Encryption.AsymmetricED.RSADecrypt(Data, GenerateKeys(true), false);

编辑： 我还建议您不要将其用于大数据加密。通常您会使用对称算法（AES 等）加密实际数据，然后使用 RSA 算法加密对称密钥（随机生成），然后发送 rsa 加密的对称密钥和对称密钥数据。 您还应该查看 RSA 签名，以确保数据来自它所说的位置..