1. 程式人生 > 程式設計 >.NET進階篇04-Serialize序列化、加密解密

.NET進階篇04-Serialize序列化、加密解密

知識需要不斷積累、總結和沉澱,思考和寫作是成長的催化劑 這篇很輕鬆,沒有什麼費腦子的,所以解析較少,程式碼較多,為數不多的拿來即用篇 整個章節分佈請移步 .NET開篇總括

一、概述

序列化是把一個記憶體中的物件的資訊轉化成一個可以持久化儲存(二進位制資料)的形式,以便於儲存或傳輸,序列化的主要作用是不同平臺之間進行通訊,常用的有序列化有json、xml、檔案等,反序列化是將進位制資料還原為物件,記憶體中的物件稍縱即逝,序列化反序列化就是為了保持物件的持久化。就像用DV錄影,用播放器播放一樣。

加密是通過對訊息進行編碼,建立一種安全的交流方式,使得只有你和你所期望的接收者能夠理解。

二、序列化

1、二進位制檔案

內建的BinaryFormatter二進位制序列化器用於將物件序列化和反序列化二進位制檔案。要引用System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary。 假設我們有以下物件

[Serializable]  //必須新增序列化特性
public class Person
{
   [NonSerialized]
   public int Id = 1;
   public string Name { get; set; }
   public string Sex { get; set; }
}
複製程式碼

建立一個BinaryFormatter例項,呼叫例項Serialize方法將物件寫入檔案流中

string fileName = Path.Combine("D:\\",@"BinarySerialize.txt");//檔名稱與路徑
using (Stream fStream = new FileStream(fileName,FileMode.Create,FileAccess.ReadWrite))
{
    Person p = new Person() { Id = 1,Name = "jack",Sex = "男" };//物件
    BinaryFormatter binFormat = new BinaryFormatter();//建立二進位制序列化器
    binFormat.Serialize(fStream,p);
}
複製程式碼

通過呼叫例項Deserialize方法把二進位制文字反序列化為物件

using (Stream fStream = new FileStream(fileName,FileMode.Open,FileAccess.ReadWrite))
{
    BinaryFormatter binFormat = new BinaryFormatter();//建立二進位制序列化器
    fStream.Position = 0;//重置流位置
    Person p = (Person)binFormat.Deserialize(fStream);//反序列化物件
}
複製程式碼

但注意我們必須在類上面標記Serializable特性,才能序列化該物件,預設屬性欄位都可序列化了,當然我們通過標記NonSerialized可以要求某個欄位不序列化,但這樣反序列後該欄位就會沒有值(或預設值)

結合咱們前天學到的泛型,我們包裝一下BinarySerializeHelper幫助類

 public class BinarySerializeHelper
 {

    /// <summary>
    /// 將物件序列化為字串
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="t">例項</param>
    /// <returns>字串</returns>
    public static string ObjectToString<T>(T t)
    {
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        using (MemoryStream stream = new MemoryStream())
        {
            formatter.Serialize(stream,t);
            string result = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(stream.ToArray());
            return result;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 將物件序列化為檔案
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="t">例項</param>
    /// <param name="path">存放路徑</param>
    public static void ObjectToFile<T>(T t,string path)
    {
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        using (FileStream stream = new FileStream(path,FileMode.OpenOrCreate))
        {
            formatter.Serialize(stream,t);
            stream.Flush();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 將字串反序列為型別
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="s">字串</param>
    /// <returns>物件</returns>
    public static T StringToObject<T>(string s) where T : class
    {
        byte[] buffer = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(s);
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        using (MemoryStream stream = new MemoryStream(buffer))
        {
            T result = formatter.Deserialize(stream) as T;
            return result;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 將檔案反序列化為物件
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="path">路徑</param>
    /// <returns>物件</returns>
    public static T FileToObject<T>(string path) where T : class
    {
        using (FileStream stream = new FileStream(path,FileMode.Open))
        {
            BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
            T result = formatter.Deserialize(stream) as T;
            return result;
        }
    }
}

複製程式碼

2、XML

在沒有JSON(JavaScript Object Notation)之前,XML(Extensible Markup Language)作為規範,輕量的資料儲存格式得到大量應用,常用來作為配置檔案和資料傳輸。.NET內建了XmlSerializer類來將物件序列化為xml,將XML反序列化為物件。 用法和上面BinaryFormatter一樣,先例項化然後呼叫序列化、反序列化方法

string fileName = Path.Combine("D:\\",@"XmlSerialize.txt");//檔名稱與路徑
using (Stream fStream = new FileStream(fileName,Sex = "男" };//物件
    XmlSerializer xmlFormat = new XmlSerializer(typeof(Person));//建立XML序列化器,需要指定物件的型別
    xmlFormat.Serialize(fStream,p);
}
using (Stream fStream = new FileStream(fileName,FileAccess.ReadWrite))
{
    XmlSerializer xmlFormat = new XmlSerializer(typeof(Person));//建立XML序列化器,需要指定物件的型別
    fStream.Position = 0;//重置流位置
    Person p = (Person)xmlFormat.Deserialize(fStream);//反序列化物件
}
複製程式碼

不同的是例項化XmlSerializer時候需要指定待序列化物件的型別,而且物件無需標記Serializable特性

我們也可以像上面一樣封裝成泛型以共用

public class XmlSerializeHelper
{
    /// <summary>
    /// 將物件序列化為xml檔案
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="t">物件</param>
    /// <param name="path">xml存放路徑</param>
    public static void ObjectToXml<T>(T t,string path) where T : class
    {
        XmlSerializer formatter = new XmlSerializer(typeof(T));
        using (FileStream stream = new FileStream(path,t);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 將物件序列化為xml字串
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="t">物件</param>
    public static string ObjectToXml<T>(T t) where T : class
    {
        XmlSerializer formatter = new XmlSerializer(typeof(T));
        using (MemoryStream stream = new MemoryStream())
        {
            formatter.Serialize(stream,t);
            string result = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(stream.ToArray());
            return result;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 將xml檔案反序列化為物件
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T">型別</typeparam>
    /// <param name="t">物件</param>
    /// <param name="path">xml路徑</param>
    /// <returns>物件</returns>
    public static T XmlToObject<T>(T t,FileMode.OpenOrCreate))
        {
            XmlReader xmlReader = new XmlTextReader(stream);
            T result = formatter.Deserialize(xmlReader) as T;
            return result;
        }
    }
}
複製程式碼

關於XML,在以前也被濃墨重彩的使用,.NET對其解析用到的類庫在System.Xml下,包括XmlDocument,XmlElement,XmlNode等類可以實現對xml檔案的完全控制。

3、JSON

JSON(JavaScript Object Notation)相比較XML更加輕量,傳輸有效減少頻寬,可讀性也差不多,在網際網路尤其移動網際網路中得到廣泛應用。.NET後面的框架配置也多基於JSON格式。

.NE提供了DataContractJsonSerializer和JavaScriptSerializer兩個類來進行JSON的轉換,兩者大致相同,DataContractJsonSerializer(名稱空間System.Runtime.Serialization.Json)在wcf時代應用較多,你必須在DataContract和DataMember來特性標記成員。JavaScriptSerializer更多用在Web中通訊,可以序列化任何型別,包括匿名型別。這裡以JavaScriptSerializer為例,簡單使用一下子。(名稱空間System.Web.Script.Serialization)

這次我們先直接封裝個泛型方法,後面兩個方法我們用了比較常用的Newtonsoft.Json第三方的JSON轉換庫

public class JsonSerializeHelper
{
    #region Json
    /// <summary>
    /// 將物件序列化為Json字串
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    /// <param name="obj"></param>
    /// <returns></returns>
    public static string ObjectToString<T>(T obj)
    {
        JavaScriptSerializer jss = new JavaScriptSerializer();
        return jss.Serialize(obj);
    }

    /// <summary>
    /// 將Json字串反序列化為物件
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    /// <param name="content"></param>
    /// <returns></returns>
    public static T StringToObject<T>(string content)
    {
        JavaScriptSerializer jss = new JavaScriptSerializer();
        return jss.Deserialize<T>(content);
    }

    /// <summary>
    /// 使用Newtonsoft.Json序列化物件為json字串
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    /// <param name="obj"></param>
    /// <returns></returns>
    public static string ToJson<T>(T obj)
    {
        return JsonConvert.SerializeObject(obj);
    }

    /// <summary>
    /// 使用Newtonsoft.Json將json字串反序列化為物件
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    /// <param name="content"></param>
    /// <returns></returns>
    public static T ToObject<T>(string content)
    {
        return JsonConvert.DeserializeObject<T>(content);
    }
    #endregion Json
}
複製程式碼

三、加解密

字面意思,加密解密,我們經常需要對不想要別人輕鬆看見的東西加密,之所以說是不能輕鬆看見,因為安全都是相對的,沒有絕對的安全,我們加密只是提高別人破解的難度,勸退大多數人。 加密是通過對訊息進行編碼,建立一種安全的交流方式,使得只有你和你所期望的接收者能夠理解。 那麼怎麼樣才能叫安全呢?訊息在接收方和傳送方進行安全傳遞,一般要滿足下面三個要點:

  1. 訊息的傳送方能夠確定訊息只有預期的接收方可以解密(不保證第三方無法獲得,但保證第三方無法解密)。
  2. 訊息的接收方可以確定訊息是由誰傳送的(訊息的接收方可以確定訊息的傳送方)。
  3. 訊息的接收方可以確定訊息在途中沒有被篡改過(必須確認訊息的完整性)。確保訊息由A發出沒有被篡改到達預期的B手中。

加密通常分為三種方式:不可逆加密、對稱可逆加密和非對稱可逆加密

1、不可逆加密MD5

MD5(單向雜湊演演算法)的全稱是Message-Digest Algorithm 5(資訊-摘要演演算法),經MD2、MD3和MD4發展而來。MD5演演算法的使用不需要支付任何版權費用。

MD5特點: 輸入任意長度的資訊,經過處理,輸出為128位的資訊(數字指紋); 不同的輸入得到的不同的結果(唯一性); 根據128位的輸出結果不可能反推出輸入的資訊(不可逆);

MD5是不可逆的,就是根據加密後資訊得不到加密前的。

1、防止被篡改 比如一個電子檔案,傳送過程中如果被篡改,則前後的md5不一樣 2、防止直接看到明文 比如使用者密碼訊息,如果資料庫中儲存的明文,則洩漏後別人就直接登入。用MD5加密後儲存,即使洩密得到的也是加密後的,無法還原加密前的密碼,但現在網上有很多MD5解密的,都是通過撞庫實現,因為密碼一般也就數字生日字母等組合,目前已知的MD5庫已經有幾百億樣本了,如果簡單密碼還是容易通過撞庫破解的,所以一般還會在使用者密碼基礎上再加上一些自定義的資訊後再MD5(俗稱加鹽)。 3、防止抵賴(數字簽名) A寫了一個檔案,然後在第三方認證機構備案,第三方利用MD5形成摘要資訊,如果日後A抵賴不是他寫的,第三方就對檔案重新MD5然後與記錄在冊的比對。 4、急速秒傳 網盤應用,記錄第一次上傳檔案的MD5,然後別人再上傳,匹配MD5,一致時就可不用上傳,直接給個軟連線,達到急速秒傳。

以下是C#版本MD5加密

   public class MD5Encrypt
    {
        /// <summary>
        /// MD5加密,和動網上的16/32位MD5加密結果相同,
        /// 使用的UTF8編碼
        /// </summary>
        /// <param name="source">待加密字串</param>
        /// <param name="length">16或32值之一,其它則採用.net預設MD5加密演演算法</param>
        /// <returns>加密後的字串</returns>
        public static string Encrypt(string source,int length = 32)//預設引數
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(source)) return string.Empty;
            HashAlgorithm provider = CryptoConfig.CreateFromName("MD5") as HashAlgorithm;
            byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(source);//這裡需要區別編碼的
            byte[] hashValue = provider.ComputeHash(bytes);
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            switch (length)
            {
                case 16://16位密文是32位密文的9到24位字元
                    for (int i = 4; i < 12; i++)
                    {
                        sb.Append(hashValue[i].ToString("x2"));//轉換為小寫的16進位制
                    }
                    break;
                case 32:
                    for (int i = 0; i < 16; i++)
                    {
                        sb.Append(hashValue[i].ToString("x2"));
                    }
                    break;
                default:
                    for (int i = 0; i < hashValue.Length; i++)
                    {
                        sb.Append(hashValue[i].ToString("x2"));
                    }
                    break;
            }
            return sb.ToString();
        }

        /// <summary>
        /// 獲取檔案的MD5摘要
        /// </summary>
        /// <param name="fileName"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string AbstractFile(string fileName)
        {
            using (FileStream file = new FileStream(fileName,FileMode.Open))
            {
                return AbstractFile(file);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 根據stream獲取檔案摘要
        /// </summary>
        /// <param name="stream"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string AbstractFile(Stream stream)
        {
            MD5 md5 = new MD5CryptoServiceProvider();
            byte[] retVal = md5.ComputeHash(stream);

            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < retVal.Length; i++)
            {
                sb.Append(retVal[i].ToString("x2"));
            }
            return sb.ToString();
        }
    }
複製程式碼

2、對稱可逆加密

借用一下這張圖。對稱加密的思路非常簡單,就是含有一個稱為金鑰(密碼學中發音yao)的東西,在訊息傳送前使用金鑰對訊息進行加密,在對方收到訊息之後,使用相同的金鑰進行解密。加密速度快,但金鑰安全是個問題,金鑰放在保密的地方。

在這裡插入圖片描述
對稱加密很明顯的問題就是要確保金鑰的安全,金鑰如果被第三方獲取,接受者便無法區分正確的傳送者。

以DES AES Blowfish為代表。DES(Data Encryption Standard),像加密狗一般就是利用對稱可逆加密

C#語言版本的DES加解密如下所示,注意金鑰長度是8位

   public class DesEncrypt
    {
        /// <summary>
        /// 金鑰key
        /// </summary>
        private static byte[] _rgbKey = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes("miyaokey");
        /// <summary>
        /// 偏移量 為瞭解決原文中有重複生成的密文中也有重複現象
        /// </summary>
        private static byte[] _rgbIV = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes("miyaokey".Insert(0,"w").Substring(0,8));

        /// <summary>
        /// DES 加密
        /// </summary>
        /// <param name="text">需要加密的值</param>
        /// <returns>加密後的結果</returns>
        public static string Encrypt(string text)
        {
            DESCryptoServiceProvider dsp = new DESCryptoServiceProvider();
            using (MemoryStream memStream = new MemoryStream())
            {
                CryptoStream crypStream = new CryptoStream(memStream,dsp.CreateEncryptor(_rgbKey,_rgbIV),CryptoStreamMode.Write);
                StreamWriter sWriter = new StreamWriter(crypStream);
                sWriter.Write(text);
                sWriter.Flush();
                crypStream.FlushFinalBlock();
                memStream.Flush();
                return Convert.ToBase64String(memStream.GetBuffer(),0,(int)memStream.Length);
            }
        }

        /// <summary>
        /// DES解密
        /// </summary>
        /// <param name="encryptText"></param>
        /// <returns>解密後的結果</returns>
        public static string Decrypt(string encryptText)
        {
            DESCryptoServiceProvider dsp = new DESCryptoServiceProvider();
            byte[] buffer = Convert.FromBase64String(encryptText);

            using (MemoryStream memStream = new MemoryStream())
            {
                CryptoStream crypStream = new CryptoStream(memStream,dsp.CreateDecryptor(_rgbKey,CryptoStreamMode.Write);
                crypStream.Write(buffer,buffer.Length);
                crypStream.FlushFinalBlock();
                return ASCIIEncoding.UTF8.GetString(memStream.ToArray());
            }
        }
    }
複製程式碼

3、非對稱可逆加密

非對稱加密的接收者和傳送者都持有兩個金鑰,一個是對外公開的,稱為公鑰,一個是自行保管的,稱為私鑰。非對稱加密的規則是由某人A的公鑰加密的訊息,只能由A的私鑰進行解密;由A的私鑰加密的訊息只能由A的公鑰解密。

在這裡插入圖片描述
可以使用接收方公鑰加密,接受方私鑰解密,這樣可以確保只有預期的接收方能接受訊息,但無法保證傳送方是誰,因為誰都可以拿接收方的公鑰來加密,這其實就是加密模式

在這裡插入圖片描述
如果使用傳送方的私鑰加密,傳送方的公鑰解密,可以確保訊息是由傳送方A發出的,但拿到傳送方公鑰的都可以解密,這就是認證模式。因為無論加密模式,認證模式都無法同時滿足加解密的三要點,然後引入了數字簽名

數字簽名就是上面非對稱加密的認證模式基礎上做了改進,加入了像MD5的雜湊演演算法,多一條路對原始資訊進行雜湊加密,訊息仍以明文傳遞,最後比較接收到的訊息的雜湊值和接受到原始訊息雜湊值,確定訊息是否被中間篡改。但很明顯,明文傳遞,不安全,第三方可以直接檢視訊息

在這裡插入圖片描述
就像上圖所示,我們再對明文訊息進行加密,確保被期望的接收方接受。那結合加密模式,傳送方用接收方的公鑰加密資訊,然後接收方只能用接收方自己的私鑰來解密。所以整個過程利用4個金鑰,加金鑰既可以是公鑰也可以是私鑰。

C#版本的RSA(Rivest Shamir Ad1eman)加解密如下所示

    public class RsaEncrypt
    {
        /// <summary>
        /// 獲取加密/解密對
        /// 給你一個,是無法推算出另外一個的
        /// Encrypt   Decrypt
        /// </summary>
        /// <returns>Encrypt   Decrypt</returns>
        public static KeyValuePair<string,string> GetKeyPair()
        {
            RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
            string publicKey = RSA.ToXmlString(false);
            string privateKey = RSA.ToXmlString(true);
            return new KeyValuePair<string,string>(publicKey,privateKey);
        }

        /// <summary>
        /// 加密:內容+加密key
        /// </summary>
        /// <param name="content"></param>
        /// <param name="encryptKey">加密key</param>
        /// <returns></returns>
        public static string Encrypt(string content,string encryptKey)
        {
            RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider();
            rsa.FromXmlString(encryptKey);
            UnicodeEncoding ByteConverter = new UnicodeEncoding();
            byte[] DataToEncrypt = ByteConverter.GetBytes(content);
            byte[] resultBytes = rsa.Encrypt(DataToEncrypt,false);
            return Convert.ToBase64String(resultBytes);
        }

        /// <summary>
        /// 解密  內容+解密key
        /// </summary>
        /// <param name="content"></param>
        /// <param name="decryptKey">解密key</param>
        /// <returns></returns>
        public static string Decrypt(string content,string decryptKey)
        {
            byte[] dataToDecrypt = Convert.FromBase64String(content);
            RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
            RSA.FromXmlString(decryptKey);
            byte[] resultBytes = RSA.Decrypt(dataToDecrypt,false);
            UnicodeEncoding ByteConverter = new UnicodeEncoding();
            return ByteConverter.GetString(resultBytes);
        }


        /// <summary>
        /// 可以合併在一起的,,每次產生一組新的金鑰
        /// </summary>
        /// <param name="content"></param>
        /// <param name="encryptKey">加密key</param>
        /// <param name="decryptKey">解密key</param>
        /// <returns>加密後結果</returns>
        private static string Encrypt(string content,out string publicKey,out string privateKey)
        {
            RSACryptoServiceProvider rsaProvider = new RSACryptoServiceProvider();
            publicKey = rsaProvider.ToXmlString(false);
            privateKey = rsaProvider.ToXmlString(true);

            UnicodeEncoding ByteConverter = new UnicodeEncoding();
            byte[] DataToEncrypt = ByteConverter.GetBytes(content);
            byte[] resultBytes = rsaProvider.Encrypt(DataToEncrypt,false);
            return Convert.ToBase64String(resultBytes);
        }
    }
複製程式碼

4、一些組合應用

1、CA證書

CA(Certification Authority)證書是由CA權威機構(國內像阿里),我們在網際網路裡要信任一個東西,如果有個權威機構來背書,我們可能更加信任。CA證書自己也可以頒發,就看大家認不認了。

在這裡插入圖片描述
像上圖所示。我們網站需要去CA機構申請一個證書,CA機構根據我們提供的網站一些資訊,然後CA機構對這些資訊用CA機構的私鑰加密,形成CA證書(包括加密後的基本資訊和數字簽名)安裝到IIS等伺服器上,瀏覽器內建了CA解金鑰,瀏覽器訪問伺服器時,伺服器把證書給瀏覽器,,通過發證機關找到次機關的解金鑰(瀏覽器也內建了發證機關的CA證書(根證書,包含CA機構和解密公鑰)),然後瀏覽器通過解金鑰就獲得圖中百度公司的MD5資訊,通過對比伺服器端傳遞過來的基本資訊生成MD5後比較解密了數字證書後的MD5一致性,確保證書沒問題,沒有被篡改。

2、單邊認證https

在這裡插入圖片描述

上面驗證了證書,然後得到百度的公鑰(申請證書時提供的公鑰,包含在證書中),用此百度公鑰加密一個訊息給伺服器,伺服器如果有正確的私鑰解密返回正確的訊息,則驗證伺服器是百度。確認之後,瀏覽器則隨機提供一個加金鑰,記得用百度公鑰加密後傳輸(避免被中間擷取),然後百度伺服器得到這個新生成的加金鑰,以後雙方就通過這個加金鑰加密傳輸資料,只有瀏覽器和伺服器知道的。

3、雙邊認證

在這裡插入圖片描述
上面單邊認證只是證明瞭伺服器是那個伺服器,雙邊認證就再證明瀏覽器是那個瀏覽器,一般銀行經常會用U盾,K寶等,和單邊認證類似,將證書發給伺服器

下期見~拜了個拜拜(づ ̄3 ̄)づ╭❤~

在這裡插入圖片描述
如果手機在手邊,也可以關注下vx:xishaobb,互動或獲取更多訊息。當然這裡也一直更新de,下期見,拜了個拜拜。
在這裡插入圖片描述