.NET進階篇04-Serialize序列化、加密解密
- 2019 年 10 月 26 日
- 筆記
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
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內容目錄
一、概述二、序列化1、二進位文件2、XML3、JSON三、加解密1、不可逆加密MD52、對稱可逆加密3、非對稱可逆加密4、一些組合應用1、CA證書2、單邊認證https3、雙邊認證
一、概述
序列化是把一個記憶體中的對象的資訊轉化成一個可以持久化保存（二進位數據）的形式，以便於保存或傳輸，序列化的主要作用是不同平台之間進行通訊，常用的有序列化有json、xml、文件等，反序列化是將進位數據還原為對象，記憶體中的對象稍縱即逝，序列化反序列化就是為了保持對象的持久化。就像用DV錄像，用播放器播放一樣。
加密是通過對消息進行編碼，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、二進位文件
內置的BinaryFormatter二進位序列化器用於將對象序列化和反序列化二進位文件。要引用System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary。
假設我們有以下對象
[Serializable] //必須添加序列化特性
public class Person
{
[NonSerialized]
public int Id = 1;
public string Name { get; set; }
public string Sex { get; set; }
}
創建一個BinaryFormatter實例，調用實例Serialize方法將對象寫入文件流中
string fileName = Path.Combine("D:\", @"BinarySerialize.txt");//文件名稱與路徑
using (Stream fStream = new FileStream(fileName, FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite))
{
Person p = new Person() { Id = 1, Name = "jack", Sex = "男" };//對象
BinaryFormatter binFormat = new BinaryFormatter();//創建二進位序列化器
binFormat.Serialize(fStream, p);
}
通過調用實例Deserialize方法把二進位文本反序列化為對象
using (Stream fStream = new FileStream(fileName, FileMode.Open, FileAccess.ReadWrite))
{
BinaryFormatter binFormat = new BinaryFormatter();//創建二進位序列化器
fStream.Position = 0;//重置流位置
Person p = (Person)binFormat.Deserialize(fStream);//反序列化對象
}
但注意我們必須在類上面標記Serializable特性，才能序列化該對象，默認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（或默認值）
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>
/// 將對象序列化為字元串
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="t">實例</param>
/// <returns>字元串</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>
/// 將對象序列化為文件
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="t">實例</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>
/// 將字元串反序列為類型
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="s">字元串</param>
/// <returns>對象</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>
/// 將文件反序列化為對象
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="path">路徑</param>
/// <returns>對象</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;
}
}
}
2、XML
在沒有JSON(JavaScript Object Notation)之前，XML（Extensible Markup Language）作為規範，輕量的數據存儲格式得到大量應用，常用來作為配置文件和數據傳輸。.NET內置了XmlSerializer類來將對象序列化為xml，將XML反序列化為對象。
用法和上面BinaryFormatter一樣，先實例化然後調用序列化、反序列化方法
string fileName = Path.Combine("D:\", @"XmlSerialize.txt");//文件名稱與路徑
using (Stream fStream = new FileStream(fileName, FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite))
{
Person p = new Person() { Id = 1, Name = "jack", Sex = "男" };//對象
XmlSerializer xmlFormat = new XmlSerializer(typeof(Person));//創建XML序列化器，需要指定對象的類型
xmlFormat.Serialize(fStream, p);
}
using (Stream fStream = new FileStream(fileName, FileMode.Open, FileAccess.ReadWrite))
{
XmlSerializer xmlFormat = new XmlSerializer(typeof(Person));//創建XML序列化器，需要指定對象的類型
fStream.Position = 0;//重置流位置
Person p = (Person)xmlFormat.Deserialize(fStream);//反序列化對象
}
不同的是實例化XmlSerializer時候需要指定待序列化對象的類型，而且對象無需標記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>
/// 將對象序列化為xml文件
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="t">對象</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, FileMode.OpenOrCreate))
{
formatter.Serialize(stream, t);
}
}
/// <summary>
/// 將對象序列化為xml字元串
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="t">對象</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文件反序列化為對象
/// </summary>
/// <typeparam name="T">類型</typeparam>
/// <param name="t">對象</param>
/// <param name="path">xml路徑</param>
/// <returns>對象</returns>
public static T XmlToObject<T>(T t, string path) where T : class
{
XmlSerializer formatter = new XmlSerializer(typeof(T));
using (FileStream stream = new FileStream(path, FileMode.OpenOrCreate))
{
XmlReader xmlReader = new XmlTextReader(stream);
T result = formatter.Deserialize(xmlReader) as T;
return result;
}
}
}
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文檔的完全控制。
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，在互聯網尤其移動互聯網中得到廣泛應用。.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（命名空間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，可以序列化任何類型，包括匿名類型。這裡以JavaScriptSerializer為例，簡單使用一下子。（命名空間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>
/// 將對象序列化為Json字元串
/// </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字元串反序列化為對象
/// </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序列化對象為json字元串
/// </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字元串反序列化為對象
/// </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
}
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。加密是通過對消息進行編碼，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？消息在接收方和發送方進行安全傳遞，一般要滿足下面三個要點：
- 消息的發送方能夠確定消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)。
- 消息的接收方可以確定消息是由誰發送的（消息的接收方可以確定消息的發送方）。
- 消息的接收方可以確定消息在途中沒有被篡改過（必須確認消息的完整性）。確保消息由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（單向散列演算法）的全稱是Message-Digest Algorithm 5（資訊-摘要演算法），經MD2、MD3和MD4發展而來。MD5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
比如一個電子文檔，發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
比如用戶密碼消息，如果資料庫中存儲的明文，則泄漏後別人就直接登錄。用MD5加密後存儲，即使泄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，所以一般還會在用戶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寫了一個文件，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，第三方就對文件重新MD5然後與記錄在冊的比對。4、急速秒傳
網盤應用，記錄第一次上傳文件的MD5，然後別人再上傳，匹配MD5，一致時就可不用上傳，直接給個軟連接，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默認MD5加密演算法</param>
/// <returns>加密後的字串</returns>
public static string Encrypt(string source, int length = 32)//默認參數
{
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
}
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>
/// 獲取文件的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獲取文件摘要
/// </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();
}
}
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，就是含有一個稱為密鑰（密碼學中發音yao）的東西，在消息發送前使用密鑰對消息進行加密，在對方收到消息之後，使用相同的密鑰進行解密。加密速度快，但密鑰安全是個問題，密鑰放在保密的地方。
對稱加密很明顯的問題就是要確保密鑰的安全，密鑰如果被第三方獲取，接受者便無法區分正確的發送者。
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，注意密鑰長度是8位
public class DesEncrypt
{
/// <summary>
/// 密鑰key
/// </summary>
private static byte[] _rgbKey = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes("miyaokey");
/// <summary>
/// 偏移量 為了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, _rgbIV), CryptoStreamMode.Write);
crypStream.Write(buffer, 0, buffer.Length);
crypStream.FlushFinalBlock();
return ASCIIEncoding.UTF8.GetString(memStream.ToArray());
}
}
}
3、非對稱可逆加密
非對稱加密的接收者和發送者都持有兩個密鑰，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的公鑰加密的消息，只能由A的私鑰進行解密；由A的私鑰加密的消息只能由A的公鑰解密。
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消息，但無法保證發送方是誰，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。
如果使用發送方的私鑰加密，發送方的公鑰解密，可以確保消息是由發送方A發出的，但拿到發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的散列演算法，多一條路對原始資訊進行散列加密，消息仍以明文傳遞，最後比較接收到的消息的散列值和接受到原始消息散列值，確定消息是否被中間篡改。但很明顯，明文傳遞，不安全，第三方可以直接查看消息
就像上圖所示，我們再對明文消息進行加密，確保被期望的接收方接受。那結合加密模式，發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個密鑰，加密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，，每次產生一組新的密鑰
/// </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);
}
}
4、一些組合應用
1、CA證書
CA（Certification Authority）證書是由CA權威機構（中國像阿里），我們在互聯網裡要信任一個東西，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。
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，瀏覽器內置了CA解密鑰，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密鑰（瀏覽器也內置了發證機關的CA證書（根證書，包含CA機構和解密公鑰）），然後瀏覽器通過解密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
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消息給伺服器，伺服器如果有正確的私鑰解密返回正確的消息，則驗證伺服器是百度。確認之後，瀏覽器則隨機提供一個加密鑰，記得用百度公鑰加密後傳輸（避免被中間截取），然後百度伺服器得到這個新生成的加密鑰，以後雙方就通過這個加密鑰加密傳輸數據，只有瀏覽器和伺服器知道的。
3、雙邊認證
上面單邊認證只是證明了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
如果手機在手邊，也可以關注下vx：xishaobb，互動或獲取更多消息。當然這裡也一直更新de，下期見，拜了個拜拜。
