ASP.NET 實作 RSA 非對稱加密完整指南

RSA 是資訊安全領域最經典的非對稱加密演算法，廣泛應用於金鑰交換、數位簽章、資料加密等場景。.NET Framework 內建 System.Security.Cryptography.RSACryptoServiceProvider 提供完整的 RSA 實作，開發者無需自行實作複雜的數學運算即可安全使用。本文系統說明金鑰產生、加解密、XML 序列化儲存等核心操作，並附上可直接套用的程式碼範例。

核心類別與結構

金鑰對應關係：

• 公鑰：Modulus + Exponent（加密、驗簽）
• 私鑰：完整八個參數（解密、簽章）

1. 產生金鑰對

using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048)) // 2048 bits 建議最小長度
{
    // 公鑰參數
    RSAParameters publicParams = rsa.ExportParameters(false);
    // 私鑰參數（含公鑰參數）
    RSAParameters privateParams = rsa.ExportParameters(true);
}

2. 使用公鑰加密 / 私鑰解密

/// 
公鑰加密
public byte[] EncryptWithPublicKey(byte[] data, RSAParameters publicKey)
{
    using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider())
    {
        rsa.ImportParameters(publicKey);
        // 第二個參數 false = PKCS#1 v1.5 padding；true = OAEP padding (建議)
        return rsa.Encrypt(data, false);
    }
}

/// 
私鑰解密
public byte[] DecryptWithPrivateKey(byte[] encryptedData, RSAParameters privateKey)
{
    using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider())
    {
        rsa.ImportParameters(privateKey);
        return rsa.Decrypt(encryptedData, false);
    }
}

注意：RSA 直接加密的資料長度受限於金鑰長度（2048 bits 约可加密 245 bytes）。實務上通常採用「混合加密」：用 AES 加密大量資料，再用 RSA 加密 AES 金鑰。

3. 金鑰 XML 序列化與儲存

using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))
{
    // 儲存私鑰 (含公鑰)
    string privateKeyXml = rsa.ToXmlString(true);
    System.IO.File.WriteAllText(@"D:\Keys\PrivateKey.xml", privateKeyXml);

    // 僅儲存公鑰
    string publicKeyXml = rsa.ToXmlString(false);
    System.IO.File.WriteAllText(@"D:\Keys\PublicKey.xml", publicKeyXml);
}

4. 從 XML 載入金鑰

// 載入公鑰
using (var rsaPub = new RSACryptoServiceProvider())
{
    string publicKeyXml = System.IO.File.ReadAllText(@"D:\Keys\PublicKey.xml");
    rsaPub.FromXmlString(publicKeyXml);
    // 可進行加密、驗簽
}

// 載入私鑰
using (var rsaPri = new RSACryptoServiceProvider())
{
    string privateKeyXml = System.IO.File.ReadAllText(@"D:\Keys\PrivateKey.xml");
    rsaPri.FromXmlString(privateKeyXml);
    // 可進行解密、簽章
}

5. 實務應用建議

• 金鑰長度：現代標準建議 ≥ 2048 bits，敏感系統建議 3072 或 4096 bits。
• Padding 模式：優先使用 OAEP (Encrypt(data, true)) 而非 PKCS#1 v1.5，抵禦選擇密文攻擊。
• 私鑰保護：私鑰 XML 檔案嚴禁洩露，生產環境應存放於 HSM、Azure Key Vault、AWS KMS 或受保護的金鑰容器 (CspParameters.KeyContainerName)。
• 效能：RSA 運算較慢，避免在高頻率迴路中直接加解密大量資料，採用混合加密架構。
• .NET Core / 5+：建議改用 System.Security.Cryptography.RSA 抽象基類與 RSA.Create() 工廠模式，支援跨平台與硬體加速。

完整範例：混合加密流程示意

// 1. 產生隨機 AES 金鑰
using (var aes = Aes.Create())
{
    aes.KeySize = 256;
    aes.GenerateKey();
    aes.GenerateIV();
    byte[] aesKey = aes.Key;
    byte[] aesIV  = aes.IV;

    // 2. 用 RSA 公鑰加密 AES 金鑰
    byte[] encryptedAesKey = EncryptWithPublicKey(aesKey, publicParams);

    // 3. 用 AES 加密實際資料
    byte[] encryptedData;
    using (var encryptor = aes.CreateEncryptor())
    using (var ms = new MemoryStream())
    using (var cs = new CryptoStream(ms, encryptor, CryptoStreamMode.Write))
    {
        cs.Write(plainData, 0, plainData.Length);
        cs.FlushFinalBlock();
        encryptedData = ms.ToArray();
    }

    // 4. 傳輸：encryptedAesKey + aesIV + encryptedData
    // 接收端：私鑰解密 AES Key → AES 解密資料
}