Verschlüsselung

xd-franky-5 · 10. August 2016, 16:29

Hallo Leute,
ich würde in mein Programm gerne eine Verschlüsselung einbauen, mit Passwortschutz. Heißt das Programm soll
1. eine Datei mit einem Passwort verschlüsseln
2. eine Verschlüsselung bei einer Datei erkennen und
3. mit dem RICHTIG eingegebenen Passwort eine Datei wieder entschlüsseln bzw. für den Moment lesbar machen (Die Datei ist eine XML-Datei).
Ich weiß aber nicht ob das machbar ist, sicher ist und wie man das dann überhaupt machen würde. Eine Datei verschlüsseln hätte ich mit AES gemacht und das Passwort gehasht und gesaltet (wobei ich auch nicht ganz weiß wie das in VB.NET geht). Wie man so eine Datei erkennt weiß ich nicht vor Allem weiß ich nicht wie man entschlüsselt und entsaltet.
Wenn mir das jemand erklären könnte wäre das toll

mfG Frank

nafets · 10. August 2016, 16:44

Du hast einerseits deinen symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmus (d.h. gleiches Passwort zum Ver- & Entschlüsseln) und auf der anderen Seite einen Schlüsselableitungsalgorithmus, welcher den Schlüssel für den Verschlüsselungsalgorithmus erstellt. Dabei ist der Ablauf folgender:
Bei Verschlüsselung: Der Schlüsselableitungsalgorithmus (bspw. PBKDF2 oder eine einfache Hashfunktion) erhält das eingegebene Passwort und einen zufälligen Salt (oft auch eine zufällige Iterationszahl, d.h. wie oft der Algorithmus laufen soll; höher ist generell besser) und generiert dir eine Bytefolge, welche du nun bei deinem Verschlüsselungsalgorithmus (bspw. AES) als Key verwenden kannst (im Fall von AES kannst du dir mit dem Schlüsselableitungsalgorithmus auch den IV generieren lassen). Diesen Verschlüsselungsalgorithmus lässt du dann auf die Daten laufen und speicherst zusätzlich eine Checksumme der Originaldaten und die Iterationszahl und den Salt für den Schlüsselableitungsalgorithmus in der Datei.
Bei der Entschlüsselung liest du dann die Iterationszahl und den Salt aus der Datei aus, leitest dir dann damit und dem vom Nutzer eingegebenen Passwort mit dem Schlüsselableitungsalgorithmus wieder Key & IV ab und entschlüsselst mit dem gleichen Verschlüsselungsalgorithmus die Daten, welche du dann mit der Checksumme validieren kannst (Überprüfen, ob das korrekte Passwort eingegeben wurde).

Grüße
Stefan

Niko Ortner · 10. August 2016, 19:47

Wie eine symmetrische Verschlüsselung grundsätzlich funktioniert: AES Verschlüsselung
Hier ist ganz praktisch: Man kann den CryptoStream direkt auf einen FileStream (Zieldatei) draufsetzen und von einem anderen FileStream (Quelldatei) Daten blockweise reinschaufeln. Das spart RAM.
Ein paar Details zu den Dateien: Wenn Du einfach nur die verschlüsselten Daten in die Zieldatei schreibst, dann kann man:
1. später nicht erkennen, dass es sich um eine verschlüsselte Datei handelt (verstehe ich richtig, dass Du mit dem zweiten Punkt im Startpost meinst, dass das Programm erkennen können soll, ob eine Datei mit Deinem Programm verschlüsselt wurde?) und
2. die Datei nicht mehr entschlüsseln, weil man den Salt nicht mehr hat.
Du solltest Dir deshalb ein minimalistisches Dateiformat überlegen.
Mein Vorschlag wäre folgender:

Die ersten Bytes der Datei sind eine "Magic Number". Die ist für alle Dateien, die Dein Programm erstellt, gleich. Das könnte z.B. eine GUID sein, die Du einmal generierst und dann fix im Code stehen hast. Wenn Du dann eine Datei wieder entschlüsseln willst, kannst Du prüfen, ob die ersten Bytes der Datei passen. Wenn nein, dann ist die Datei definitiv nicht mit Deinem Programm erstellt worden. Wenn ja, dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Datei mit Deinem Programm erstellt wurde, sehr hoch. Es ist unwahrscheinlich, dass ein anderes Programm zufällig genau die gleichen Bytes am Anfang einer Datei geschrieben hat. Aber nur für den Fall der Fälle solltest Du auf Exceptions beim Entschlüsseln vorbereitet sein.
Alternative zum obrigen Punkt:
Du speicherst alle verschlüsselten Dateien mit einer eigenen Dateiendung. Einfach an den originalen Dateinamen die eigene Dateiendung hinten dran hängen. Hat eine Datei diese Dateiendung, wurde sie mit Deinem Programm erstellt. Beim Entschlüsseln die Endung wieder entfernen. (Auch hier kann wieder zufällig ein anderes Programm die gleiche Dateiendung erstellt haben, deshalb auch hier beim Entschlüsseln auf Exceptions vorbereitet sein.)
Die nächsten Bytes in der Datei sind der Salt. Dieser ist üblicherweise immer gleich lang, also ist es kein Problem, den einfach in die Datei zu packen.
Dann kommen die verschlüsselten Daten.

Zwei wichtige Hinweise noch:
Wenn es sicher sein soll, dann Verschlüsselungen nicht selber basteln.
Verschlüsselungen arbeiten immer auf rohen Bytes, nicht auf Strings. Deshalb sind alle Daten als Bytes zu behandeln.

xd-franky-5 · 11. August 2016, 17:58

@nafets & @Niko Ortner Okay danke für eure Hilfe erstmal. Also die Verschlüsselung muss nicht 100% sicher sein also ich weiß nicht ob ich überhaupt salten muss. Und nun zum Code:

1. Passwort hashen hab ich so gemacht (ohne salt, SHA-256 als Algo):

VB.NET-Quellcode

Dim sha256Obj As New SHA256CryptoServiceProvider
Dim bytesToHash() As Byte = Encoding.ASCII.GetBytes(Text)
bytesToHash = sha256Obj.ComputeHash(bytesToHash)

2. Datei in Bytes umwandeln

VB.NET-Quellcode

Dim fbytes() As Byte = File.ReadAllBytes(FileName)

3. Checksumme der Originaldatei ermitteln

VB.NET-Quellcode

Dim fsha256Obj As New SHA256CryptoServiceProvider
Dim fbytesToHash() As Byte = fsha256Obj.ComputeHash(fbytes)

5. AES einrichten

VB.NET-Quellcode

Dim AES As New AesCryptoServiceProvider()
With AES
.Key = bytesToHash
.IV = bytesToHash
End With

6. Encrypten

VB.NET-Quellcode

Dim fsInput As New FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)
Dim fsEncrypted As New FileStream(FileName & "e", FileMode.Create, FileAccess.Write)
Using cryptostream As New CryptoStream(fsEncrypted, AES.CreateEncryptor, CryptoStreamMode.Write)
Dim bytearrayinput(fsInput.Length - 1) As Byte
fsInput.Read(bytearrayinput, 0, bytearrayinput.Length)
cryptostream.Write(bytearrayinput, 0, bytearrayinput.Length)
End Using

7. Bytes zusammenführen

VB.NET-Quellcode

fbytes = File.ReadAllBytes(FileName & "e")
Dim startIndex As Integer = fbytes.Length
Array.Resize(fbytes, fbytes.Length + fbytesToHash.Length)
fbytesToHash.CopyTo(fbytes, startIndex)
File.WriteAllBytes(FileName & "e", fbytes)

Ich weiß nicht, ob das alles so richtig ist und ob es funktioniert, hab's noch nicht getestet. Bitte korrigiert mich

mfG Frank

EDIT: Bis auf den IV hat alles geklappt, hab's getestet

nafets · 11. August 2016, 18:27

xd-franky-5 schrieb:

5. AES einrichten

Visual Basic-Quellcode

Dim AES As New AesCryptoServiceProvider()

With AES

.Key = bytesToHash

.IV = bytesToHash

End With

Zwei Anmerkungen dazu: der IV hat die falsche Länge wenn ich mich recht entsinne und du solltest nicht für beides die gleichen Werte verwenden. Nutz für die Key- & IV-Generation doch einfach einen dafür gemachten Algorithmus wie PBKDF2 (wie ich es übrigens schon oben erwähnt hatte).

xd-franky-5 schrieb:

6. Encrypten

Visual Basic-Quellcode

Dim fsInput As New FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)

Dim fsEncrypted As New FileStream(FileName & "e", FileMode.Create, FileAccess.Write)

Using cryptostream As New CryptoStream(fsEncrypted, AES.CreateEncryptor, CryptoStreamMode.Write)

Dim bytearrayinput(fsInput.Length - 1) As Byte

fsInput.Read(bytearrayinput, 0, bytearrayinput.Length)

cryptostream.Write(bytearrayinput, 0, bytearrayinput.Length)

End Using

Ein paar Anmerkungen hierzu:
-Mach die FileStreams auch mit einem Using-Block
-Du musst nicht die gesamten Daten in einem Byte-Array puffern - du kannst direkt von einem in den anderen Stream lesen

xd-franky-5 schrieb:

7. Bytes zusammenführen

Visual Basic-Quellcode

fbytes = File.ReadAllBytes(FileName & "e")

Dim startIndex As Integer = fbytes.Length

Array.Resize(fbytes, fbytes.Length + fbytesToHash.Length)

fbytesToHash.CopyTo(fbytes, startIndex)

File.WriteAllBytes(FileName & "e", fbytes)

Das hier passt gar nicht - schreib den Hash direkt in den fsEncrypted-Stream, sobald er erstellt wurde. Dann kannst du dir den Code hier sparen.

Grüße
Stefan

xd-franky-5 · 11. August 2016, 21:52

@nafets
Wie soll das dann aussehen, ich kenne nur den md5 und sha Alogrithmus, so wie ich ihn benutzt hab'. Wenn ich den IV weg lasse, wird er auch automatisch generiert, ist das O.K. ?
Und wie ist das gemeint mit "von einem in den anderen Stream lesen" ? Welchen Stream in welchen ?

mfG Frank

EDIT: Meinst du so ?

VB.NET-Quellcode

Using fsInput As New FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)
Using fsEncrypted As New FileStream(FileName & "_e", FileMode.Create, FileAccess.Write)
fsEncrypted.Write(fbytesToHash, 0, fbytesToHash.Length)
Using cryptostream As New CryptoStream(fsEncrypted, AES.CreateEncryptor, CryptoStreamMode.Write)
fsInput.CopyTo(cryptostream)
End Using
End Using
End Using

nafets · 11. August 2016, 23:31

Zum Beispiel: Ja, das sollte soweit passen.
Zum Hash: Ich hatte doch schon in meinem ersten Post bei PBKDF2 extra einen Link zur MSDN hinterlegt, wo es auch ein Beispiel gibt, da die Benennung der Klasse anders ist. Damit sollte es für dich doch möglich sein, deinen Key & IV zu generieren, oder?
Und ich meinte, dass du nicht CopyTo verwenden musst, sondern auch blockweise lesen kannst.

xd-franky-5 · 12. August 2016, 02:04

Hab's jetzt noch mal versucht, wie findest du es so:

Spoiler anzeigen

VB.NET-Quellcode

Imports System.IO
Imports System.Security.Cryptography
Imports System.Text
Public Class Crypt
Dim MagicBytes() As Byte
Sub New(ByVal MagicString As String)
MagicBytes = Encoding.Unicode.GetBytes(MagicString)
End Sub
Private Function CreateSalt() As String
Dim chars As String = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789!@#$%^&*()_+=][}{<>"
Dim salt As String = ""
Dim rnd As New Random
For i As Integer = 1 To 64
Dim x As Integer = rnd.Next(0, chars.Length - 1)
salt &= (chars.Substring(x, 1))
Next
Return salt
End Function
Private Function CreateChecksum(ByVal Bytes() As Byte) As Byte()
Dim result() As Byte
Dim sha As New SHA512Managed()
result = sha.ComputeHash(Bytes)
Return result
End Function
Public Sub EncryptFile(ByVal FileName As String, ByVal Key As String)
Dim salt() As Byte = Encoding.Unicode.GetBytes(CreateSalt())
Dim checksum() As Byte = CreateChecksum(File.ReadAllBytes(FileName))
Dim AES As New AesCryptoServiceProvider()
Dim rfc As New Rfc2898DeriveBytes(Key, salt)
AES.Key = rfc.GetBytes(32)
AES.IV = rfc.GetBytes(16)
Using fsInput As New FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)
Using fsEncrypted As New FileStream(FileName & "_e", FileMode.Create, FileAccess.Write)
fsEncrypted.Write(MagicBytes, 0, MagicBytes.Length)
fsEncrypted.Write(salt, 0, salt.Length)
fsEncrypted.Write(checksum, 0, checksum.Length)
Using cryptostream As New CryptoStream(fsEncrypted, AES.CreateEncryptor, CryptoStreamMode.Write)
fsInput.CopyTo(cryptostream)
End Using
End Using
End Using
File.Delete(FileName)
File.Move(FileName & "_e", FileName)
End Sub
Public Function DecryptFile(ByVal FileName As String, ByVal Key As String) As Boolean
Try
Dim salt(127) As Byte
Dim mag(MagicBytes.Length - 1) As Byte
Dim checksum(63) As Byte
Using fshash As New FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)
fshash.Read(mag, 0, mag.Length)
fshash.Read(salt, 0, salt.Length)
fshash.Read(checksum, 0, checksum.Length)
Dim AES As New AesCryptoServiceProvider()
Dim rfc As New Rfc2898DeriveBytes(Key, salt)
AES.Key = rfc.GetBytes(32)
AES.IV = rfc.GetBytes(16)
Using cryptostream As New CryptoStream(fshash, AES.CreateDecryptor, CryptoStreamMode.Read)
Using fs As New FileStream(FileName & "_d", FileMode.Create)
cryptostream.CopyTo(fs)
End Using
End Using
End Using
If checksum.SequenceEqual(CreateChecksum(File.ReadAllBytes(FileName & "_d"))) Then
File.Delete(FileName)
File.Move(FileName & "_d", FileName)
Return True
Else
File.Delete(FileName & "_d")
Return False
End If
Catch ex As Exception
File.Delete(FileName & "_d")
Return False
End Try
End Function
Public Function IsEncrypted(ByVal FileName As String) As Boolean
Dim mag(MagicBytes.Length - 1) As Byte
Using fshash As New FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)
fshash.Read(mag, 0, mag.Length)
End Using
Return mag.SequenceEqual(MagicBytes)
End Function
End Class

Hab jetzt noch eins: ich muss immer salt und magicbytes auslesen sonst liest der Stream falsch, kann ich das auch schöner lösen ?

EDIT: Hab' den Code nochmal überarbeitet

C#-Quellcode

using Microsoft.VisualBasic;
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Data;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;
public class Crypt
{
byte[] MagicBytes;
public Crypt(string MagicString)
{
MagicBytes = Encoding.Unicode.GetBytes(MagicString);
}
private string CreateSalt()
{
string chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789!@#$%^&*()_+=][}{<>";
string salt = "";
Random rnd = new Random();
for (int i = 1; i <= 64; i++) {
int x = rnd.Next(0, chars.Length - 1);
salt += (chars.Substring(x, 1));
}
return salt;
}
private byte[] CreateChecksum(byte[] Bytes)
{
byte[] result = null;
SHA512Managed sha = new SHA512Managed();
result = sha.ComputeHash(Bytes);
return result;
}
public void EncryptFile(string FileName, string Key)
{
byte[] salt = Encoding.Unicode.GetBytes(CreateSalt());
byte[] checksum = CreateChecksum(File.ReadAllBytes(FileName));
AesCryptoServiceProvider AES = new AesCryptoServiceProvider();
Rfc2898DeriveBytes rfc = new Rfc2898DeriveBytes(Key, salt);
AES.Key = rfc.GetBytes(32);
AES.IV = rfc.GetBytes(16);
using (FileStream fsInput = new FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)) {
using (FileStream fsEncrypted = new FileStream(FileName + "_e", FileMode.Create, FileAccess.Write)) {
fsEncrypted.Write(MagicBytes, 0, MagicBytes.Length);
fsEncrypted.Write(salt, 0, salt.Length);
fsEncrypted.Write(checksum, 0, checksum.Length);
using (CryptoStream cryptostream = new CryptoStream(fsEncrypted, AES.CreateEncryptor, CryptoStreamMode.Write)) {
fsInput.CopyTo(cryptostream);
}
}
}
File.Delete(FileName);
File.Move(FileName + "_e", FileName);
}
public bool DecryptFile(string FileName, string Key)
{
try {
byte[] salt = new byte[128];
byte[] mag = new byte[MagicBytes.Length];
byte[] checksum = new byte[64];
using (FileStream fshash = new FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)) {
fshash.Read(mag, 0, mag.Length);
fshash.Read(salt, 0, salt.Length);
fshash.Read(checksum, 0, checksum.Length);
AesCryptoServiceProvider AES = new AesCryptoServiceProvider();
Rfc2898DeriveBytes rfc = new Rfc2898DeriveBytes(Key, salt);
AES.Key = rfc.GetBytes(32);
AES.IV = rfc.GetBytes(16);
using (CryptoStream cryptostream = new CryptoStream(fshash, AES.CreateDecryptor, CryptoStreamMode.Read)) {
using (FileStream fs = new FileStream(FileName + "_d", FileMode.Create)) {
cryptostream.CopyTo(fs);
}
}
}
if (checksum.SequenceEqual(CreateChecksum(File.ReadAllBytes(FileName + "_d")))) {
File.Delete(FileName);
File.Move(FileName + "_d", FileName);
return true;
} else {
File.Delete(FileName + "_d");
return false;
}
} catch (Exception ex) {
File.Delete(FileName + "_d");
return false;
}
}
public bool IsEncrypted(string FileName)
{
byte[] mag = new byte[MagicBytes.Length];
using (FileStream fshash = new FileStream(FileName, FileMode.Open, FileAccess.Read)) {
fshash.Read(mag, 0, mag.Length);
}
return mag.SequenceEqual(MagicBytes);
}
}

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