在壹個使用加密的典型場合中，雙方（小紅和小明）在不安全的信道上通信。小紅和小明想要確保任何可能正在偵聽的人無法理解他們之間的通信。而且，由於小紅和小明相距遙遠，因此小紅必須確保她從小明處收到的信息沒有在傳輸期間被任何人修改。此外，她必須確定信息確實是發自小明而不是有人模仿小明發出的。
加密用於達到以下目的：
保密性：幫助保護用戶的標識或數據不被讀取。
數據完整性：幫助保護數據不更改。
身份驗證：確保數據發自特定的壹方。
為了達到這些目的，您可以使用算法和慣例的組合（稱作加密基元）來創建加密方案。下表列出了加密基元及它們的用法。
加密基元 使用
私鑰加密（對稱加密） 對數據執行轉換，使第三方無法讀取該數據。此類型的加密使用單個***享的機密密鑰來加密和解密數據。
公鑰加密（不對稱加密） 對數據執行轉換，使第三方無法讀取該數據。此類加密使用公鑰/私鑰對來加密和解密數據。
加密簽名 通過創建對特定方唯壹的數字簽名來幫助驗證數據是否發自特定方。此過程還使用哈希函數。
加密哈希 將數據從任意長度映射為定長字節序列。哈希在統計上是唯壹的；不同的雙字節序列不會哈希為同壹個值。
私鑰加密
私鑰加密算法使用單個私鑰來加密和解密數據。由於具有密鑰的任意壹方都可以使用該密鑰解密數據，因此必須保護密鑰不被未經授權的代理得到。私鑰加密又稱為對稱加密，因為同壹密鑰既用於加密又用於解密。私鑰加密算法非常快（與公鑰算法相比），特別適用於對較大的數據流執行加密轉換。
通常，私鑰算法（稱為塊密碼）用於壹次加密壹個數據塊。塊密碼（如 RC2、DES、TrippleDES 和 Rijndael）通過加密將 n 字節的輸入塊轉換為加密字節的輸出塊。如果要加密或解密字節序列，必須逐塊進行。由於 n 很小（對於 RC2、DES 和 TripleDES，n = 8 字節；n = 16 [默認值]；n = 24；對於 Rijndael，n = 32），因此必須對大於 n 的值壹次加密壹個塊。
基類庫中提供的塊密碼類使用稱作密碼塊鏈 (CBC) 的鏈模式，它使用壹個密鑰和壹個初始化向量 (IV) 對數據執行加密轉換。對於給定的私鑰 k，壹個不使用初始化向量的簡單塊密碼將把相同的明文輸入塊加密為同樣的密文輸出塊。如果在明文流中有重復的塊，那麽在密文流中將存在重復的塊。如果未經授權的用戶知道有關明文塊的結構的任何信息，就可以使用這些信息解密已知的密文塊並有可能發現您的密鑰。若要克服這個問題，可將上壹個塊中的信息混合到加密下壹個塊的過程中。這樣，兩個相同的明文塊的輸出就會不同。由於該技術使用上壹個塊加密下壹個塊，因此使用了壹個 IV 來加密數據的第壹個塊。使用該系統，未經授權的用戶有可能知道的公***消息標頭將無法用於對密鑰進行反向工程。
可以危及用此類型密碼加密的數據的壹個方法是，對每個可能的密鑰執行窮舉搜索。根據用於執行加密的密鑰大小，即使使用最快的計算機執行這種搜索，也極其耗時，因此難以實施。使用較大的密鑰大小將使解密更加困難。雖然從理論上說加密不會使對手無法檢索加密的數據，但這確實極大增加了這樣做的成本。如果執行徹底搜索來檢索只在幾天內有意義的數據需要花費三個月的時間，那麽窮舉搜索的方法是不實用的。
私鑰加密的缺點是它假定雙方已就密鑰和 IV 達成協議，並且互相傳達了密鑰和 IV 的值。並且，密鑰必須對未經授權的用戶保密。由於存在這些問題，私鑰加密通常與公鑰加密壹起使用，來秘密地傳達密鑰和 IV 的值。
假設小紅和小明是要在不安全的信道上進行通信的雙方，他們可能按以下方式使用私鑰加密。小紅和小明都同意使用壹種具有特定密鑰和 IV 的特定算法（如 Rijndael）。小紅撰寫壹條消息並創建要在其上發送該消息的網絡流。接下來，她使用該密鑰和 IV 加密該文本，並通過 Internet 發送該文本。她沒有將密鑰和 IV 發送給小明。小明收到該加密文本並使用預先商定的密鑰和 IV 對它進行解密。如果傳輸的內容被人截獲，截獲者將無法恢復原始消息，因為截獲者並不知道密鑰或 IV。在這個方案中，密鑰必須保密，但 IV 不需要保密。在壹個實際方案中，將由小紅或小明生成私鑰並使用公鑰（不對稱）加密將私鑰（對稱）傳遞給對方。有關更多信息，請參見本主題後面的有關公鑰加密的部分。
.NET Framework 提供以下實現私鑰加密算法的類：
DESCryptoServiceProvider
RC2CryptoServiceProvider
RijndaelManaged
TripleDESCryptoServiceProvider
公鑰加密
公鑰加密使用壹個必須對未經授權的用戶保密的私鑰和壹個可以對任何人公開的公鑰。公鑰和私鑰都在數學上相關聯；用公鑰加密的數據只能用私鑰解密，而用私鑰簽名的數據只能用公鑰驗證。公鑰可以提供給任何人；公鑰用於對要發送到私鑰持有者的數據進行加密。兩個密鑰對於通信會話都是唯壹的。公鑰加密算法也稱為不對稱算法，原因是需要用壹個密鑰加密數據而需要用另壹個密鑰來解密數據。
公鑰加密算法使用固定的緩沖區大小，而私鑰加密算法使用長度可變的緩沖區。公鑰算法無法像私鑰算法那樣將數據鏈接起來成為流，原因是它只可以加密少量數據。因此，不對稱操作不使用與對稱操作相同的流模型。
雙方（小紅和小明）可以按照下列方式使用公鑰加密。首先，小紅生成壹個公鑰/私鑰對。如果小明想要給小紅發送壹條加密的消息，他將向她索要她的公鑰。小紅通過不安全的網絡將她的公鑰發送給小明，小明接著使用該密鑰加密消息。（如果小明在不安全的信道如公***網絡上收到小紅的密鑰，則小明必須同小紅驗證他具有她的公鑰的正確副本。）小明將加密的消息發送給小紅，而小紅使用她的私鑰解密該消息。
但是，在傳輸小紅的公鑰期間，未經授權的代理可能截獲該密鑰。而且，同壹代理可能截獲來自小明的加密消息。但是，該代理無法用公鑰解密該消息。該消息只能用小紅的私鑰解密，而該私鑰沒有被傳輸。小紅不使用她的私鑰加密給小明的答復消息，原因是任何具有公鑰的人都可以解密該消息。如果小紅想要將消息發送回小明，她將向小明索要他的公鑰並使用該公鑰加密她的消息。然後，小明使用與他相關聯的私鑰來解密該消息。
在壹個實際方案中，小紅和小明使用公鑰（不對稱）加密來傳輸私（對稱）鑰，而對他們的會話的其余部分使用私鑰加密。
公鑰加密具有更大的密鑰空間（或密鑰的可能值範圍），因此不大容易受到對每個可能密鑰都進行嘗試的窮舉攻擊。由於不必保護公鑰，因此它易於分發。公鑰算法可用於創建數字簽名以驗證數據發送方的身份。但是，公鑰算法非常慢（與私鑰算法相比），不適合用來加密大量數據。公鑰算法僅對傳輸很少量的數據有用。公鑰加密通常用於加密壹個私鑰算法將要使用的密鑰和 IV。傳輸密鑰和 IV 後，會話的其余部分將使用私鑰加密。
.NET Framework 提供以下實現公鑰加密算法的類：
DSACryptoServiceProvider
RSACryptoServiceProvider
數字簽名
公鑰算法還可用於構成數字簽名。數字簽名驗證發送方的身份（如果您信任發送方的公鑰）並幫助保護數據的完整性。使用由小紅生成的公鑰，小紅的數據的接收者可以通過將數字簽名與小紅的數據和小紅的公鑰進行比較來驗證是否是小紅發送了該數據。
為了使用公鑰加密對消息進行數字簽名，小紅首先將哈希算法應用於該消息以創建消息摘要。該消息摘要是數據的緊湊且唯壹的表示形式。然後，小紅用她的私鑰加密該消息摘要以創建她的個人簽名。在收到消息和簽名時，小明使用小紅的公鑰解密簽名以恢復消息摘要，並使用與小紅所使用的相同的哈希算法來散列消息。如果小明計算的消息摘要與從小紅那裏收到的消息摘要完全壹致，小明就可以確定該消息來自私鑰的持有人，並且數據未被修改過。如果小明相信小紅是私鑰的持有人，則他知道該消息來自小紅。
請註意，由於發送方的公鑰為大家所周知，並且它通常包含在數字簽名格式中，因此任何人都可以驗證簽名。此方法不保守消息的機密；若要使消息保密，還必須對消息進行加密。
.NET Framework 提供以下實現數字簽名算法的類：
DSACryptoServiceProvider
RSACryptoServiceProvider
哈希值
哈希算法將任意長度的二進制值映射為固定長度的較小二進制值，這個小的二進制值稱為哈希值。哈希值是壹段數據唯壹且極其緊湊的數值表示形式。如果散列壹段明文而且哪怕只更改該段落的壹個字母，隨後的哈希計算都將產生不同的值。要找到散列為同壹個值的兩個不同的輸入，在計算上是不可能的。
消息身份驗證代碼 (MAC) 哈希函數通常與數字簽名壹起用於對數據進行簽名，而消息檢測代碼 (MDC) 哈希函數則用於數據完整性。
雙方（小紅和小明）可按下面的方式使用哈希函數來確保數據的完整性。如果小紅對小明編寫壹條消息並創建該消息的哈希，則小明可以在稍後散列該消息並將他的哈希與原始哈希進行比較。如果兩個哈希值相同，則該消息沒有被更改；如果值不相同，則該消息在小紅編寫它之後已被更改。為了使此系統發揮作用，小紅必須對除小明外的所有人保密原始的哈希值。
.NET Framework 提供以下實現數字簽名算法的類：
HMACSHA1
MACTripleDES
MD5CryptoServiceProvider
SHA1Managed
SHA256Managed
SHA384Managed
SHA512Managed
隨機數生成
隨機數生成是許多加密操作不可分割的組成部分。例如，加密密鑰需要盡可能地隨機，以便使生成的密鑰很難再現。加密隨機數生成器必須生成無法以計算方法推算出（低於 p < .05 的概率）的輸出；即，任何推算下壹個輸出位的方法不得比隨機猜測具有更高的成功概率。.NET Framework 中的類使用隨機數生成器生成加密密鑰。
RNGCryptoServiceProvider 類是隨機數生成器算法的實現。