ASP.NET 加密解密完全指南：對稱、非對稱、雜湊與最佳實務

前言：資料安全的三大支柱

在 ASP.NET 應用中，資料保護主要仰賴三類密碼學原語：對稱加密（效能高、適合大量資料）、非對稱加密（金鑰管理彈性、適合金鑰交換與數位簽章）、雜湊函數（單向、驗證完整性）。.NET Framework 在 System.Security.Cryptography 命名空間提供完整實作，本文系統梳理演算法選型、程式碼範例與落地陷阱。

一、演算法選型速查表

二、.NET 核心類別對照

• 對稱：AesManaged、TripleDESCryptoServiceProvider
• 非對稱：RSACryptoServiceProvider、DSACryptoServiceProvider、ECDsaCng (.NET Core 3.0+)
• 雜湊：SHA256Managed、HMACSHA256、MD5CryptoServiceProvider（僅相容）
• 密碼雜湊：Rfc2898DeriveBytes (PBKDF2)、ASP.NET Core 內建 IPasswordHasher<TUser> (BCrypt/PBKDF2)
• 隨機數：RandomNumberGenerator (CSPRNG)，嚴禁 使用 System.Random

三、實戰程式碼範例

1. AES-GCM 認證加密（.NET Core 3.0+ 推薦）

public static (byte[] ciphertext, byte[] nonce, byte[] tag) EncryptAesGcm(byte[] plaintext, byte[] key) {
    using var aes = new AesGcm(key);
    var nonce = RandomNumberGenerator.GetBytes(12); // 96-bit nonce
    var tag = new byte[16];
    var ciphertext = new byte[plaintext.Length];
    aes.Encrypt(nonce, plaintext, ciphertext, tag);
    return (ciphertext, nonce, tag);
}

public static byte[] DecryptAesGcm(byte[] ciphertext, byte[] nonce, byte[] tag, byte[] key) {
    using var aes = new AesGcm(key);
    var plaintext = new byte[ciphertext.Length];
    aes.Decrypt(nonce, ciphertext, tag, plaintext);
    return plaintext;
}

2. RSA 非對稱加解密（金鑰交換場景）

// 加密（公開金鑰）
public static byte[] RsaEncrypt(byte[] data, RSA publicKey) {
    return publicKey.Encrypt(data, RSAEncryptionPadding.OaepSHA256);
}

// 解密（私有金鑰）
public static byte[] RsaDecrypt(byte[] ciphertext, RSA privateKey) {
    return privateKey.Decrypt(ciphertext, RSAEncryptionPadding.OaepSHA256);
}

// 簽章/驗簽
public static byte[] RsaSign(byte[] data, RSA privateKey) {
    return privateKey.SignData(data, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);
}
public static bool RsaVerify(byte[] data, byte[] signature, RSA publicKey) {
    return publicKey.VerifyData(data, signature, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);
}

3. 密碼雜湊：PBKDF2 (Rfc2898DeriveBytes) 與 BCrypt

// PBKDF2 範例（.NET Framework 內建）
public static (string hash, string salt) HashPasswordPbkdf2(string password, int iterations = 100_000) {
    var salt = RandomNumberGenerator.GetBytes(16);
    using var pbkdf2 = new Rfc2898DeriveBytes(password, salt, iterations, HashAlgorithmName.SHA256);
    var hash = pbkdf2.GetBytes(32);
    return (Convert.ToBase64String(hash), Convert.ToBase64String(salt));
}

public static bool VerifyPasswordPbkdf2(string password, string hashB64, string saltB64, int iterations = 100_000) {
    var hash = Convert.FromBase64String(hashB64);
    var salt = Convert.FromBase64String(saltB64);
    using var pbkdf2 = new Rfc2898DeriveBytes(password, salt, iterations, HashAlgorithmName.SHA256);
    var computed = pbkdf2.GetBytes(32);
    return CryptographicOperations.FixedTimeEquals(hash, computed);
}

// ASP.NET Core 專案直接使用內建服務
// services.AddIdentityCore<User>().AddPasswordHasher<PasswordHasher<User>>();
// var hasher = new PasswordHasher<User>();
// var hash = hasher.HashPassword(user, password);
// var result = hasher.VerifyHashedPassword(user, hash, password);

4. QueryString 加密傳遞（Base64 + URL Encode）

// 加密端
string encrypted = Convert.ToBase64String(Encoding.UTF8.GetBytes("sensitive_id=123"));
string urlSafe = HttpUtility.UrlEncode(encrypted); // 將 + / = 轉義
Response.Redirect($"Target.aspx?token={urlSafe}");

// 解密端
string token = HttpUtility.UrlDecode(Request.QueryString["token"]);
string decrypted = Encoding.UTF8.GetString(Convert.FromBase64String(token));

四、關鍵落地陷阱與防禦清單

1. 金鑰管理：勿硬編碼金鑰，使用 Azure Key Vault / AWS KMS / HashiCorp Vault，或至少存於環境變數 / appsettings.json（生產環境加密）。
2. IV/Nonce 唯一性：同一金鑰下 Nonce 絕不可重複（AES-GCM 重複會洩露明文），使用 CSPRNG 產生並隨密文儲存。
3. 認證加密：優先用 AES-GCM / ChaCha20-Poly1305，避免「加密後再 HMAC」的組合錯誤（Encrypt-then-MAC 需嚴格實作）。
4. 填充模式：RSA 必須用 OAEP，禁用 PKCS#1 v1.5（Bleichenbacher 攻擊）。
5. 時序攻擊防禦：比對雜湊/簽章時使用 CryptographicOperations.FixedTimeEquals。
6. 演算法淘汰：建立演算法清單與淘汰時間表，定期輪換金鑰並遷移舊資料。
7. 錯誤訊息不洩露細節：解密失敗統一回傳「驗證失敗」，避免 Padding Oracle 攻擊。

五、遷移建議：從舊專案到現代化

• FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile → IPasswordHasher (BCrypt/PBKDF2)
• DES/3DES/RC2 → AES-GCM
• MD5/SHA1 → SHA-256/HMAC-SHA256
• RSACryptoServiceProvider (CAPI) → RSA (CNG) / ECDsa
• 自訂加密工具類 → 使用 Microsoft.AspNetCore.DataProtection 統一管理金鑰輪換、用途隔離

結語

加密不是買一套庫就能「設定後忘記」的功能，而是包含金鑰生命週期、演算法治理、事件響應的系統工程。建議團隊建立密碼學策略文件，明確各資料類型的保護等級、演算法、金鑰輪換週期與事故處理流程，並納入程式碼審查與滲透測試範圍。安全是成本，但洩露是毀滅性打擊——投資正確的加密架構，永遠划算。