C# 常用加密演算法標準庫實作：DES、SHA1、RSA 完整範例

.NET Framework 內建完整的加密服務提供者（CSP），無需自行實作演算法。本文整理 對稱加密 DES、雜湊 SHA1、非對稱加密 RSA 三種最常見演算法的標準庫用法，提供可直接複製的封裝方法，並說明金鑰管理、IV、填充模式等關鍵細節。

命名空間

using System.Security.Cryptography;
using System.Text;

1. DES 對稱加密/解密

特性：金鑰 8 位元組 (64 位，含 8 位奇偶校驗)、區塊 8 位元組、速度快、適合大量資料。

private static readonly byte[] DefaultIV = { 0xEF, 0xAB, 0x56, 0x78, 0x90, 0x34, 0xCD, 0x12 };

/// 
DES 加密，回傳 Base64 字串
public static string EncryptDES(string plainText, string key)
{
    try
    {
        byte[] keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 8));
        byte[] iv = DefaultIV;
        byte[] input = Encoding.UTF8.GetBytes(plainText);

        using (var des = DES.Create())
        using (var ms = new MemoryStream())
        using (var cs = new CryptoStream(ms, des.CreateEncryptor(keyBytes, iv), CryptoStreamMode.Write))
        {
            cs.Write(input, 0, input.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            return Convert.ToBase64String(ms.ToArray());
        }
    }
    catch { return plainText; } // 或拋出自訂例外
}

/// 
DES 解密
public static string DecryptDES(string cipherText, string key)
{
    try
    {
        byte[] keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 8));
        byte[] iv = DefaultIV;
        byte[] input = Convert.FromBase64String(cipherText);

        using (var des = DES.Create())
        using (var ms = new MemoryStream())
        using (var cs = new CryptoStream(ms, des.CreateDecryptor(keyBytes, iv), CryptoStreamMode.Write))
        {
            cs.Write(input, 0, input.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            return Encoding.UTF8.GetString(ms.ToArray());
        }
    }
    catch { return cipherText; }
}

⚠ 重要提醒

• DES 已不安全（56 位有效金鑰可暴力破解），新專案請改用 AES (Aes.Create())。
• 金鑰與 IV 應透過 Rfc2898DeriveBytes (PBKDF2) 從密碼衍生，勿硬編碼。
• 模式預設 CBC，填充預設 PKCS7，跨平台互通需確認一致。

2. SHA1 雜湊 (單向，不可逆)

用途：檔案完整性驗證、密碼雜湊 (需加鹽)、數位簽名輸入。

public static string HashSHA1(string input)
{
    using (var sha1 = SHA1.Create())
    {
        byte[] hash = sha1.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(input));
        var sb = new StringBuilder(hash.Length * 2);
        foreach (byte b in hash) sb.AppendFormat("{0:x2}", b);
        return sb.ToString(); // 40 字元十六進位
    }
}

注意：SHA1 碰撞攻擊已實用化，新專案請改用 SHA256 或 SHA512。

3. RSA 非對稱加密/解密 (含混合加密範例)

原理：公開金鑰加密、私鑰解密；金鑰長度建議 ≥ 2048 位。RSA 速度慢，實務採「混合加密」：RSA 加密隨機產生的 AES 金鑰，AES 加密實際資料。

核心類別 (簡化自 MSDN 範例)

public sealed class RsaCryptographer
{
    private readonly RSACryptoServiceProvider _rsa = new(2048);
    private readonly RC2CryptoServiceProvider _rc2 = new() { KeySize = 128 }; // 示範用 RC2，實務改 AES

    // 匯出公開金鑰參數供他人加密
    public RSAParameters ExportPublicKey() => _rsa.ExportParameters(false);

    // 匯入他人公開金鑰
    public void ImportPublicKey(RSAParameters pubKey) => _rsa.ImportParameters(pubKey);

    // 加密：產生隨機 RC2 金鑰 -> RSA 加密 RC2 金鑰 -> RC2 加密資料
    public (byte[] CipherData, byte[] EncryptedKey, byte[] IV) Encrypt(string plainText)
    {
        byte[] data = Encoding.Unicode.GetBytes(plainText);
        _rc2.GenerateKey(); _rc2.GenerateIV();

        return (
            CipherData: Transform(data, _rc2.CreateEncryptor()),
            EncryptedKey: _rsa.Encrypt(_rc2.Key, false), // false = PKCS#1 v1.5
            IV: _rc2.IV
        );
    }

    // 解密：RSA 解密 RC2 金鑰 -> RC2 解密資料
    public string Decrypt(byte[] cipherData, byte[] encryptedKey, byte[] iv)
    {
        _rc2.IV = iv;
        _rc2.Key = _rsa.Decrypt(encryptedKey, false);
        byte[] plain = Transform(cipherData, _rc2.CreateDecryptor());
        return Encoding.Unicode.GetString(plain);
    }

    private static byte[] Transform(byte[] input, ICryptoTransform transformer)
    {
        using (var ms = new MemoryStream())
        using (var cs = new CryptoStream(ms, transformer, CryptoStreamMode.Write))
        {
            cs.Write(input, 0, input.Length);
            cs.FlushFinalBlock();
            return ms.ToArray();
        }
    }
}

使用流程

// Alice 產生金鑰對
var alice = new RsaCryptographer();
var alicePub = alice.ExportPublicKey();

// Bob 取得 Alice 公開鑰加密訊息
var bob = new RsaCryptographer();
bob.ImportPublicKey(alicePub);
var (cipher, encKey, iv) = bob.Encrypt("Hello Alice!");

// Alice 用私鑰解密
string msg = alice.Decrypt(cipher, encKey, iv); // "Hello Alice!"

現代 .NET 建議 ( .NET Core 3.0+ / .NET 5+ )

結語

.NET 加密標準庫功能完備，核心在於正確選擇演算法、安全管理金鑰/IV、使用高層封裝 (CryptoStream) 避免手動處理區塊/填充。新專案請全面採用 AES-GCM、SHA256+、RSA-OAEP，並參考 Microsoft 官方加密模型指引。