C实现AES-CBC加密工具类含完整源码及使用教程

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2025-03-11 约 1446 字预计阅读 3 分钟

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C#实现AES-CBC加密工具类（含完整源码及使用教程）

一、AES-CBC加密应用场景

AES（Advanced Encryption Standard）作为全球公认的安全加密标准，广泛使用在以下场景：

API通信加密 ：保护HTTP接口传输的敏感数据（如身份令牌、支付信息）
文件安全存储 ：加密本地配置文件、数据库连接字符串等
用户隐私保护 ：加密存储密码、身份证号等PII（个人身份信息）
跨平台数据交换 ：与Java/Python等其他语言实现的加密系统互通
物联网设备通信 ：保障设备与控制端的数据传输安全

其中CBC模式（密码块链模式）通过引入初始化向量（IV），能有效防止相同明文生成相同密文的问题，安全性优于ECB模式。

二、工具类完整实现代码

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

/// <summary>
/// AES-CBC加密工具类（128/192/256位密钥）
/// </summary>
public static class AesCbcHelper
{
    /// <summary>
    /// AES加密（输出Base64字符串）
    /// </summary>
    /// <param name="plainText">明文</param>
    /// <param name="key">密钥（16/24/32字节）</param>
    /// <param name="iv">初始化向量（16字节）</param>
    public static string Encrypt(string plainText, byte[] key, byte[] iv)
    {
        // 参数校验
        ValidateKeyAndIV(key, iv);
        
        using (Aes aesAlg = Aes.Create())
        {
            // 配置加密参数
            aesAlg.Key = key;
            aesAlg.IV = iv;
            aesAlg.Mode = CipherMode.CBC;     // 设置为CBC模式[4,9](@ref)
            aesAlg.Padding = PaddingMode.PKCS7; // 使用PKCS#7填充[3,6](@ref)

            // 创建加密器
            ICryptoTransform encryptor = aesAlg.CreateEncryptor();
            
            // 执行加密
            using (MemoryStream msEncrypt = new MemoryStream())
            {
                using (CryptoStream csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write))
                {
                    using (StreamWriter swEncrypt = new StreamWriter(csEncrypt))
                    {
                        swEncrypt.Write(plainText);
                    }
                    return Convert.ToBase64String(msEncrypt.ToArray());
                }
            }
        }
    }

    /// <summary>
    /// AES解密（输入Base64字符串）
    /// </summary>
    public static string Decrypt(string cipherText, byte[] key, byte[] iv)
    {
        ValidateKeyAndIV(key, iv);
        
        using (Aes aesAlg = Aes.Create())
        {
            aesAlg.Key = key;
            aesAlg.IV = iv;
            aesAlg.Mode = CipherMode.CBC;
            aesAlg.Padding = PaddingMode.PKCS7;

            ICryptoTransform decryptor = aesAlg.CreateDecryptor();
            
            using (MemoryStream msDecrypt = new MemoryStream(Convert.FromBase64String(cipherText)))
            {
                using (CryptoStream csDecrypt = new CryptoStream(msDecrypt, decryptor, CryptoStreamMode.Read))
                {
                    using (StreamReader srDecrypt = new StreamReader(csDecrypt))
                    {
                        return srDecrypt.ReadToEnd();
                    }
                }
            }
        }
    }

    /// <summary>
    /// 密钥与IV校验
    /// </summary>
    private static void ValidateKeyAndIV(byte[] key, byte[] iv)
    {
        if (!IsValidKeySize(key.Length))
            throw new ArgumentException("密钥长度应为16/24/32字节");
        
        if (iv.Length != 16)
            throw new ArgumentException("IV长度必须为16字节");
    }

    /// <summary>
    /// 验证密钥长度
    /// </summary>
    private static bool IsValidKeySize(int keySize)
    {
        return keySize == 16 || keySize == 24 || keySize == 32; // 支持128/192/256位[9](@ref)
    }
}

三、使用教程（控制台示例）

class Program
{
    static void Main()
    {
        try
        {
            // 原始数据
            string original = "CSDN开发者社区2023";
            
            // 生成密钥和IV（生产环境应从安全存储获取）
            byte[] key = Encoding.UTF8.GetBytes("ThisIsASecretKey16"); // 16字节密钥
            byte[] iv = Encoding.UTF8.GetBytes("16ByteInitVector");     // 16字节IV

            // 加密
            string encrypted = AesCbcHelper.Encrypt(original, key, iv);
            Console.WriteLine($"加密结果：{encrypted}");

            // 解密
            string decrypted = AesCbcHelper.Decrypt(encrypted, key, iv);
            Console.WriteLine($"解密结果：{decrypted}");
        }
        catch (CryptographicException ex)
        {
            Console.WriteLine($"加解密失败：{ex.Message}");
        }
    }
}

四、关键功能说明

1. 参数验证机制

• 密钥长度强制校验（16/24/32字节）

• IV长度必须为16字节

• 自动处理Base64编解码

2. 安全增强特性

• 使用CBC模式防止模式攻击

• 采用PKCS#7填充标准

• 通过 using 语句确保资源释放

3. 异常处理建议

• 捕获 CryptographicException 处理加解密失败

• 使用 ArgumentException 提示参数错误

• 建议在生产环境中记录操作日志

五、注意事项

密钥管理 ：切勿硬编码密钥，应使用密钥管理系统（如Azure Key Vault）
IV生成规则 ：每次加密应生成随机IV（示例为演示固定值）
性能优化 ：对大数据流建议采用分块加密
跨平台互通 ：与其他语言对接需统一字符编码（推荐UTF-8）