Пример асимметричной криптографии на C#

Мне нужно отправить конфиденциальные данные на сервер через TCP-соединение. Я проделал большую исследовательскую работу и понимаю теоретическую часть. На основе того, что я изучил, я хочу сделать следующее:

Заметим, что есть сервер и клиент: (мы предполагаем, что открытые ключи клиента или сервера может получить любой)

1. Клиент создает свой открытый и закрытый ключ. Он может шифровать с помощью своего закрытого ключа и расшифровывать с помощью своего открытого ключа.

2. сервер создает свой открытый и закрытый ключи. закрытый ключ используется для расшифровки сообщений, а открытый - для шифрования. (обратите внимание, что с клиентом все наоборот)

3. клиент получает открытый ключ сервера. клиент может шифровать сообщения с помощью этого ключа, а расшифровать сообщение может только закрытый ключ сервера.

4. поскольку сервер должен быть уверен, что сообщение пришло от конкретного клиента, клиент будет шифровать свое имя (подпись) своим закрытым ключом.

5. таким образом, сообщение клиента будет содержать: данные для отправки, открытый ключ клиента, имя клиента, зашифрованное закрытым ключом клиента.

6. клиент зашифрует сообщение открытым ключом от сервера. затем клиент отправит это сообщение на сервер.

7. сервер расшифрует только что полученное сообщение своим закрытым ключом.

8. после расшифровки сообщения оно будет содержать данные (информацию), зашифрованную подпись, открытый ключ клиента.

9. наконец, сервер расшифрует подпись клиента с помощью открытого ключа, который содержался в сообщении, чтобы убедиться, что сообщение от этого клиента.

Итак, вот как работает асимметричная криптография. Я также исследовал классы, которые позволяют создавать такие пары ключей с помощью .NET framework. Классы, которые я исследовал, позволяют создавать пары открытых и закрытых ключей, следующие:

System.Security.Cryptography.DES
System.Security.Cryptography.DSACryptoServiceProvider 
System.Security.Cryptography.ECDsa 
System.Security.Cryptography.ECDsaCng 
System.Security.Cryptography.ECDiffieHellman 
System.Security.Cryptography.ECDiffieHellmanCng 
System.Security.Cryptography.RSA 
System.Security.Cryptography.RSACryptoServiceProvider 

теперь мои проблемы заключаются в том, как мне использовать один из этих классов, чтобы сделать это с помощью C#? Я понимаю, как работает теоретическая часть, но как мне сделать то, что я только что описал, с помощью кода. Я нашел несколько примеров, но мне трудно их понять.

Вот один пример, который я нашел, который, как я полагаю, делает то, что я описал:

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

namespace Example
{
    class Program
    {
        static CngKey aliceKey;
        static CngKey bobKey;
        static byte[] alicePubKeyBlob;
        static byte[] bobPubKeyBlob;

        static void Main()
        {
            CreateKeys();
            byte[] encrytpedData = AliceSendsData("secret message");
            BobReceivesData(encrytpedData);

            Console.Read();

        }

        private static void CreateKeys()
        {
            aliceKey = CngKey.Create(CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP256);
            bobKey = CngKey.Create(CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP256);
            alicePubKeyBlob = aliceKey.Export(CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
            bobPubKeyBlob = bobKey.Export(CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
        }

        private static byte[] AliceSendsData(string message)
        {
            Console.WriteLine("Alice sends message: {0}", message);
            byte[] rawData = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
            byte[] encryptedData = null;

            using (var aliceAlgorithm = new ECDiffieHellmanCng(aliceKey))
            using (CngKey bobPubKey = CngKey.Import(bobPubKeyBlob,
                  CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob))
            {
                byte[] symmKey = aliceAlgorithm.DeriveKeyMaterial(bobPubKey);
                Console.WriteLine("Alice creates this symmetric key with " +
                      "Bobs public key information: {0}",
                      Convert.ToBase64String(symmKey));

                using (var aes = new AesCryptoServiceProvider())
                {
                    aes.Key = symmKey;
                    aes.GenerateIV();
                    using (ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor())
                    using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
                    {
                        // create CryptoStream and encrypt data to send
                        var cs = new CryptoStream(ms, encryptor, CryptoStreamMode.Write);

                        // write initialization vector not encrypted
                        ms.Write(aes.IV, 0, aes.IV.Length);
                        cs.Write(rawData, 0, rawData.Length);
                        cs.Close();
                        encryptedData = ms.ToArray();
                    }
                    aes.Clear();
                }
            }
            Console.WriteLine("Alice: message is encrypted: {0}",
                  Convert.ToBase64String(encryptedData)); ;
            Console.WriteLine();
            return encryptedData;
        }

        private static void BobReceivesData(byte[] encryptedData)
        {
            Console.WriteLine("Bob receives encrypted data");
            byte[] rawData = null;

            var aes = new AesCryptoServiceProvider();

            int nBytes = aes.BlockSize >> 3;
            byte[] iv = new byte[nBytes];
            for (int i = 0; i < iv.Length; i++)
                iv[i] = encryptedData[i];

            using (var bobAlgorithm = new ECDiffieHellmanCng(bobKey))
            using (CngKey alicePubKey = CngKey.Import(alicePubKeyBlob,
                  CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob))
            {
                byte[] symmKey = bobAlgorithm.DeriveKeyMaterial(alicePubKey);
                Console.WriteLine("Bob creates this symmetric key with " +
                      "Alices public key information: {0}",
                      Convert.ToBase64String(symmKey));

                aes.Key = symmKey;
                aes.IV = iv;

                using (ICryptoTransform decryptor = aes.CreateDecryptor())
                using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
                {
                    var cs = new CryptoStream(ms, decryptor, CryptoStreamMode.Write);
                    cs.Write(encryptedData, nBytes, encryptedData.Length - nBytes);
                    cs.Close();

                    rawData = ms.ToArray();

                    Console.WriteLine("Bob decrypts message to: {0}",
                          Encoding.UTF8.GetString(rawData));
                }
                aes.Clear();
            }
        }
    }
}

В этой программе я полагаю, что клиент - Алиса, а сервер - Боб. Я должен разделить эту программу на две части. Мне трудно ее понять, но если я попробую, то, скорее всего, у меня все получится. В любом случае, как я могу разделить эту программу на код на стороне сервера и код на стороне клиента. Я знаю, как передавать байты между сервером и клиентом. Но я не хочу заставить его работать, не понимая, что происходит. Может быть, вы, ребята, можете показать мне более простой пример?

EDIT

Мне удалось разделить код: вот код сервера (ip-адрес моего компьютера 192.168.0.120) :

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
using System.Security.Cryptography;
using System.IO;


namespace ServerListener
{
    class Program
    {
        static TcpListener server;


        //static CngKey aliceKey;
        static CngKey bobKey;
        static byte[] alicePubKeyBlob;
        static byte[] bobPubKeyBlob;

        static void Main(string[] args)
        {

            CreateKeys();

            IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse("192.168.0.120");
            server = new TcpListener(ipAddress, 54540);
            server.Start();
            var client = server.AcceptTcpClient();
            var stream = client.GetStream();

            alicePubKeyBlob = new byte[bobPubKeyBlob.Length];
            stream.Read(alicePubKeyBlob, 0, alicePubKeyBlob.Length);

            stream.Write(bobPubKeyBlob, 0, bobPubKeyBlob.Length);

            byte[] encrytpedData = new byte[32];

            stream.Read(encrytpedData, 0, encrytpedData.Length);

            BobReceivesData(encrytpedData);


        }

        private static void CreateKeys()
        {
            //aliceKey = CngKey.Create(CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP256);
            bobKey = CngKey.Create(CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP256);
            //alicePubKeyBlob = aliceKey.Export(CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
            bobPubKeyBlob = bobKey.Export(CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
        }


        private static void BobReceivesData(byte[] encryptedData)
        {
            Console.WriteLine("Bob receives encrypted data");
            byte[] rawData = null;

            var aes = new AesCryptoServiceProvider();

            int nBytes = aes.BlockSize >> 3;
            byte[] iv = new byte[nBytes];
            for (int i = 0; i < iv.Length; i++)
                iv[i] = encryptedData[i];

            using (var bobAlgorithm = new ECDiffieHellmanCng(bobKey))
            using (CngKey alicePubKey = CngKey.Import(alicePubKeyBlob,
                  CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob))
            {
                byte[] symmKey = bobAlgorithm.DeriveKeyMaterial(alicePubKey);
                Console.WriteLine("Bob creates this symmetric key with " +
                      "Alices public key information: {0}",
                      Convert.ToBase64String(symmKey));

                aes.Key = symmKey;
                aes.IV = iv;

                using (ICryptoTransform decryptor = aes.CreateDecryptor())
                using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
                {
                    var cs = new CryptoStream(ms, decryptor, CryptoStreamMode.Write);
                    cs.Write(encryptedData, nBytes, encryptedData.Length - nBytes);
                    cs.Close();

                    rawData = ms.ToArray();

                    Console.WriteLine("Bob decrypts message to: {0}",
                          Encoding.UTF8.GetString(rawData));
                }
                aes.Clear();
            }
        }
    }
}

и вот код клиента:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
using System.Security.Cryptography;
using System.IO;

namespace ClientAlice
{
    class Program
    {
        static CngKey aliceKey;
        //static CngKey bobKey;
        static byte[] alicePubKeyBlob;
        static byte[] bobPubKeyBlob;

        static void Main(string[] args)
        {

            CreateKeys();
            bobPubKeyBlob = new byte[alicePubKeyBlob.Length];

            TcpClient alice = new TcpClient("192.168.0.120", 54540);

            var stream = alice.GetStream();
            stream.Write(alicePubKeyBlob, 0, alicePubKeyBlob.Length);

            stream.Read(bobPubKeyBlob, 0, bobPubKeyBlob.Length);


            byte[] encrytpedData = AliceSendsData(":)");

            stream.Write(encrytpedData, 0, encrytpedData.Length);


        }


        private static void CreateKeys()
        {
            aliceKey = CngKey.Create(CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP256);
            //bobKey = CngKey.Create(CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP256);
            alicePubKeyBlob = aliceKey.Export(CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
            //bobPubKeyBlob = bobKey.Export(CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob);
        }

        private static byte[] AliceSendsData(string message)
        {
            Console.WriteLine("Alice sends message: {0}", message);
            byte[] rawData = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
            byte[] encryptedData = null;

            using (var aliceAlgorithm = new ECDiffieHellmanCng(aliceKey))
            using (CngKey bobPubKey = CngKey.Import(bobPubKeyBlob,
                  CngKeyBlobFormat.EccPublicBlob))
            {
                byte[] symmKey = aliceAlgorithm.DeriveKeyMaterial(bobPubKey);
                Console.WriteLine("Alice creates this symmetric key with " +
                      "Bobs public key information: {0}",
                      Convert.ToBase64String(symmKey));

                using (var aes = new AesCryptoServiceProvider())
                {
                    aes.Key = symmKey;
                    aes.GenerateIV();
                    using (ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor())
                    using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
                    {
                        // create CryptoStream and encrypt data to send
                        var cs = new CryptoStream(ms, encryptor, CryptoStreamMode.Write);

                        // write initialization vector not encrypted
                        ms.Write(aes.IV, 0, aes.IV.Length);
                        cs.Write(rawData, 0, rawData.Length);
                        cs.Close();
                        encryptedData = ms.ToArray();
                    }
                    aes.Clear();
                }
            }
            Console.WriteLine("Alice: message is encrypted: {0}",
                  Convert.ToBase64String(encryptedData)); ;
            Console.WriteLine();
            return encryptedData;
        }
    }
}

Я думаю, что это довольно безопасно. Каждый раз он посылает разный массив байтов, хотя посылает одну и ту же информацию!