【C语言实战(59)】C语言打造你的专属密码管家

一、引言
二、密码管理器需求与安全设计
- [2.1 核心功能](#2.1 核心功能)
- - [2.1.1 添加密码](#2.1.1 添加密码)
  - [2.1.2 查询密码](#2.1.2 查询密码)
  - [2.1.3 修改密码](#2.1.3 修改密码)
  - [2.1.4 删除密码](#2.1.4 删除密码)
- [2.2 安全设计](#2.2 安全设计)
- - [2.2.1 密码存储加密](#2.2.1 密码存储加密)
  - [2.2.2 数据存储](#2.2.2 数据存储)
三、核心功能实现
- [3.1 密码加密](#3.1 密码加密)
- [3.2 密码管理功能](#3.2 密码管理功能)
- - [3.2.1 添加密码](#3.2.1 添加密码)
  - [3.2.2 查询密码](#3.2.2 查询密码)
  - [3.2.3 修改 / 删除](#3.2.3 修改 / 删除)
四、实战与安全优化
- [4.1 主密钥验证](#4.1 主密钥验证)
- [4.2 密码强度检测](#4.2 密码强度检测)
- [4.3 测试](#4.3 测试)
五、总结

一、引言

在当今数字化时代，人们的生活与互联网紧密相连，我们拥有众多的在线账户，如社交媒体、电子邮件、网上银行、购物平台等。每个账户都需要设置密码来保护个人信息安全，随着账户数量的增加，管理这些密码变得愈发困难。使用简单重复的密码虽然方便记忆，但安全性极低，一旦某个账户密码泄露，其他账户也将面临风险；而使用复杂且各不相同的密码又难以记忆，容易遗忘。

密码管理器应运而生，它能帮助我们安全、高效地管理众多密码。通过一个主密码来保护所有其他密码的存储和访问，用户只需记住这一个主密码，即可轻松管理大量的账户密码。同时，密码管理器还能生成高强度的随机密码，进一步提高账户的安全性。

本文将详细介绍如何使用 C 语言实现一个简易的密码管理器，涵盖从功能需求分析、安全设计到核心功能实现以及实战优化等多个方面。通过这个项目，不仅可以深入了解密码管理的原理和实现方法，还能提升 C 语言编程能力，特别是在文件操作、字符串处理和加密算法应用等方面。

二、密码管理器需求与安全设计

2.1 核心功能

密码管理器作为保障用户账户安全的关键工具，其核心功能的设计至关重要。这些功能不仅要满足用户日常管理密码的需求，还要在操作的便捷性和数据的安全性上达到平衡。接下来，我们将详细探讨密码管理器的各项核心功能。

2.1.1 添加密码

添加密码功能是密码管理器的基础功能之一。当用户使用这一功能时，系统会提示用户依次输入网站或 APP 的名称、对应的账号以及密码。用户输入完成后，系统会将这些信息收集起来。为了确保用户数据的完整性和一致性，在收集信息过程中，会对用户输入进行基本的格式检查，比如检查网站名是否为空，账号是否符合常见的命名规则等。若输入不符合要求，系统会及时提示用户重新输入。

在确认输入无误后，这些信息将被存储起来，为后续的查询、修改和删除操作提供数据基础。为了保证数据的安全性，存储前会对密码进行加密处理，这一过程我们将在安全设计部分详细介绍。

2.1.2 查询密码

查询密码功能为用户提供了快速获取特定账户密码的途径。用户在使用时，只需输入想要查询的网站名。系统接收到输入后，会在存储的密码数据中进行查找。查找过程类似于在一个大型的信息库中进行精准定位，通过逐一比对存储的网站名与用户输入的网站名，找到匹配的记录。

一旦找到对应的记录，系统会将该记录中的账号和密码信息提取出来。由于存储的密码是加密状态，此时需要使用之前设置的密钥对密码进行解密操作，将密文转换为用户能够识别的明文形式，然后将账号和密码显示给用户，方便用户查看和使用。

2.1.3 修改密码

修改密码功能允许用户对已存储的密码进行更新，以提高账户的安全性或适应新的密码策略。当用户选择修改密码时，首先需要输入要修改密码的网站名，系统根据这个网站名定位到对应的密码记录。

找到记录后，系统提示用户输入新的密码。同样，为了保证密码的安全性，新密码需要满足一定的强度要求，如长度不少于 8 位，且包含字母、数字和特殊字符等。用户输入新密码并确认后，系统会对新密码进行加密处理，然后用加密后的新密码替换原来存储的密码，完成密码的修改操作。

2.1.4 删除密码

删除密码功能用于帮助用户清理不再需要的密码记录，以保持密码管理器数据的简洁性和安全性。用户使用该功能时，输入要删除密码的网站名，系统会在存储的数据中查找对应的记录。

找到记录后，系统会再次向用户确认是否真的要删除该记录，以防止用户误操作。在得到用户的确认后，系统将该记录从存储介质中删除，释放相应的存储空间，确保密码管理器中只保留用户需要的有效密码信息。

2.2 安全设计

在数字化时代，数据安全至关重要，对于密码管理器来说更是如此。它存储着用户众多账户的关键信息，一旦泄露，将给用户带来极大的损失。因此，精心设计的安全机制是密码管理器的核心所在，下面将详细介绍本密码管理器在安全设计方面的关键措施。

2.2.1 密码存储加密

为了确保密码在存储过程中的安全性，防止被窃取或破解，我们采用加密技术对密码进行处理。这里我们可以选择两种常见的加密方式：AES 加密算法或简单异或加密结合密钥。

AES（Advanced Encryption Standard）加密算法，即高级加密标准，是一种广泛应用的对称加密算法。它具有极高的安全性，被众多行业视为保护敏感数据的可靠选择。AES 加密过程基于替换 - 置换网络（SPN），使用相同的密钥进行加密和解密。其加密过程包括多个轮次，每一轮都涉及字节替换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）等操作。通过这些复杂的操作，将明文数据转换为密文，使得未经授权的访问者难以从密文中获取原始密码信息。例如，在一些金融机构的用户密码存储中，AES 加密算法被广泛应用，有效保障了用户资金和个人信息的安全。

简单异或加密结合密钥也是一种可行的加密方式。异或加密的原理是对数据的每个字节与密钥的对应字节进行异或运算。其运算规则为：如果两个对应位相同，结果为 0；如果不同，结果为 1。比如，对于字节01010101和密钥字节10101010进行异或运算，得到的结果是11111111。在实际应用中，将密码字符串中的每个字符与用户设置的主密钥中的对应字符进行异或运算，从而生成加密后的密文。这种方式实现相对简单，在一些对安全性要求不是特别高，或者资源有限的场景下较为适用。

在本密码管理器中，考虑到实现的难易程度和对安全性的基本要求，我们选择简单异或加密结合密钥的方式。这种方式既能满足对密码基本的加密保护需求，又便于在 C 语言环境中实现，降低开发难度和资源消耗。

2.2.2 数据存储

选择合适的数据存储方式对于保障密码数据的安全同样重要。我们采用二进制文件来存储加密后的密码数据。二进制文件以字节为单位存储数据，与文本文件相比，它具有更高的存储效率和更好的保密性。

使用二进制文件存储有以下优势：首先，二进制文件不会像文本文件那样以明文形式显示数据，即使文件被非法获取，攻击者也难以直接从文件内容中读取密码信息，大大降低了密码明文泄露的风险。其次，二进制文件在存储和读取数据时更加高效，因为它不需要进行字符编码转换等额外操作，这对于频繁进行数据读写的密码管理器来说，可以提高系统的整体性能。

在存储过程中，我们将加密后的密码数据以及相关的网站名、账号等信息按照一定的结构组织起来，写入二进制文件。在读取数据时，再按照相同的结构从文件中读取并解析，确保数据的准确性和完整性。

三、核心功能实现

在明确了密码管理器的需求与安全设计之后，接下来就进入到核心功能的实现阶段。这部分将详细阐述如何使用 C 语言编写代码，实现密码的加密以及各项密码管理功能，包括添加、查询、修改和删除密码。

3.1 密码加密

我们选择简单异或加密结合密钥的方式来实现密码加密功能。在 C 语言中，实现这个加密过程可以通过编写一个加密函数来完成。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 加密函数，使用异或加密
void encrypt(char *password, const char *key) {
    int keyLen = strlen(key);
    for (int i = 0; password[i] != '\0'; i++) {
        password[i] ^= key[i % keyLen];
    }
}

在这个函数中，encrypt接收两个参数，password是需要加密的密码字符串，key是用户设置的主密钥。函数首先获取密钥的长度keyLen，然后通过一个循环遍历密码字符串的每一个字符。在循环中，使用异或运算符^将密码字符与密钥字符进行异或运算，运算结果覆盖原来的密码字符。由于使用了取模运算i % keyLen，使得密钥可以循环使用，以适配不同长度的密码。这样，经过异或运算后的密码字符串就变成了密文，实现了密码的加密过程。

3.2 密码管理功能

3.2.1 添加密码

添加密码功能的实现涉及用户输入信息的获取、密码加密以及将加密后的信息存储到二进制文件中。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 定义结构体来存储密码信息
typedef struct {
    char website[100];
    char account[50];
    char password[50];
} PasswordInfo;

// 加密函数，使用异或加密
void encrypt(char *password, const char *key) {
    int keyLen = strlen(key);
    for (int i = 0; password[i] != '\0'; i++) {
        password[i] ^= key[i % keyLen];
    }
}

// 添加密码函数
void addPassword(const char *key) {
    PasswordInfo newPassword;
    FILE *file;

    // 获取用户输入的网站、账号和密码
    printf("请输入网站/APP名: ");
    scanf("%s", newPassword.website);
    printf("请输入账号: ");
    scanf("%s", newPassword.account);
    printf("请输入密码: ");
    scanf("%s", newPassword.password);

    // 加密密码
    encrypt(newPassword.password, key);

    // 以追加模式打开二进制文件
    file = fopen("passwords.dat", "ab");
    if (file == NULL) {
        perror("无法打开文件");
        exit(1);
    }

    // 将加密后的密码信息写入文件
    fwrite(&newPassword, sizeof(PasswordInfo), 1, file);
    fclose(file);

    printf("密码添加成功！\n");
}

在addPassword函数中，首先定义了一个PasswordInfo结构体类型的变量newPassword，用于存储用户输入的网站、账号和密码信息。接着，通过printf函数提示用户输入相应信息，并使用scanf函数获取用户输入。获取密码后，调用之前定义的encrypt函数对密码进行加密。然后，使用fopen函数以追加模式打开名为passwords.dat的二进制文件，如果文件打开失败，使用perror函数输出错误信息并通过exit函数终止程序。若文件打开成功，使用fwrite函数将加密后的newPassword结构体信息写入文件，最后关闭文件，并提示用户密码添加成功。

3.2.2 查询密码

查询密码功能需要根据用户输入的网站名在文件中查找对应的记录，并将解密后的账号和密码显示出来。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 定义结构体来存储密码信息
typedef struct {
    char website[100];
    char account[50];
    char password[50];
} PasswordInfo;

// 加密函数，使用异或加密
void encrypt(char *password, const char *key) {
    int keyLen = strlen(key);
    for (int i = 0; password[i] != '\0'; i++) {
        password[i] ^= key[i % keyLen];
    }
}

// 查询密码函数
void searchPassword(const char *key) {
    PasswordInfo currentPassword;
    FILE *file;
    char searchWebsite[100];
    int found = 0;

    // 获取用户输入的要查询的网站名
    printf("请输入要查询的网站/APP名: ");
    scanf("%s", searchWebsite);

    // 以读取模式打开二进制文件
    file = fopen("passwords.dat", "rb");
    if (file == NULL) {
        perror("无法打开文件");
        exit(1);
    }

    // 逐行读取文件内容，查找匹配的网站名
    while (fread(&currentPassword, sizeof(PasswordInfo), 1, file) == 1) {
        if (strcmp(currentPassword.website, searchWebsite) == 0) {
            found = 1;
            // 解密密码
            encrypt(currentPassword.password, key);
            printf("账号: %s\n", currentPassword.account);
            printf("密码: %s\n", currentPassword.password);
            break;
        }
    }

    fclose(file);

    if (!found) {
        printf("未找到该网站/APP的密码记录。\n");
    }
}

在searchPassword函数中，定义了PasswordInfo结构体类型的变量currentPassword用于存储从文件中读取的密码信息，以及一个字符数组searchWebsite用于存储用户输入的要查询的网站名。通过printf和scanf函数获取用户输入。然后以读取模式打开二进制文件passwords.dat，如果打开失败则进行相应处理。在读取文件内容时，使用fread函数逐行读取文件中的密码信息结构体。通过strcmp函数比较读取到的网站名与用户输入的网站名是否一致，如果一致，则表示找到了匹配的记录，将found标志置为 1 。接着调用encrypt函数对密码进行解密（因为加密和解密是同一个异或操作，所以这里再次调用加密函数实现解密），然后输出账号和密码信息，并跳出循环。如果循环结束后found仍为 0，则表示未找到匹配的记录，提示用户未找到。最后关闭文件。

3.2.3 修改 / 删除

修改和删除功能都需要先根据用户输入的网站名查找对应的记录，然后分别执行更新或删除操作。

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 定义结构体来存储密码信息
typedef struct {
    char website[100];
    char account[50];
    char password[50];
} PasswordInfo;

// 加密函数，使用异或加密
void encrypt(char *password, const char *key) {
    int keyLen = strlen(key);
    for (int i = 0; password[i] != '\0'; i++) {
        password[i] ^= key[i % keyLen];
    }
}

// 修改密码函数
void modifyPassword(const char *key) {
    PasswordInfo currentPassword;
    FILE *file, *tempFile;
    char searchWebsite[100];
    int found = 0;

    // 获取用户输入的要修改的网站名
    printf("请输入要修改密码的网站/APP名: ");
    scanf("%s", searchWebsite);

    // 以读取模式打开原文件，以写入模式打开临时文件
    file = fopen("passwords.dat", "rb");
    tempFile = fopen("temp.dat", "wb");
    if (file == NULL || tempFile == NULL) {
        perror("无法打开文件");
        if (file != NULL) fclose(file);
        if (tempFile != NULL) fclose(tempFile);
        exit(1);
    }

    // 逐行读取原文件内容，查找匹配的网站名
    while (fread(&currentPassword, sizeof(PasswordInfo), 1, file) == 1) {
        if (strcmp(currentPassword.website, searchWebsite) == 0) {
            found = 1;
            // 获取新的账号和密码
            printf("请输入新的账号: ");
            scanf("%s", currentPassword.account);
            printf("请输入新的密码: ");
            scanf("%s", currentPassword.password);
            // 加密新密码
            encrypt(currentPassword.password, key);
        }
        // 将当前记录写入临时文件
        fwrite(&currentPassword, sizeof(PasswordInfo), 1, tempFile);
    }

    fclose(file);
    fclose(tempFile);

    if (!found) {
        printf("未找到该网站/APP的密码记录。\n");
        remove("temp.dat");
        return;
    }

    // 删除原文件，将临时文件重命名为原文件名
    remove("passwords.dat");
    rename("temp.dat", "passwords.dat");

    printf("密码修改成功！\n");
}

// 删除密码函数
void deletePassword(const char *key) {
    PasswordInfo currentPassword;
    FILE *file, *tempFile;
    char searchWebsite[100];
    int found = 0;

    // 获取用户输入的要删除的网站名
    printf("请输入要删除密码的网站/APP名: ");
    scanf("%s", searchWebsite);

    // 以读取模式打开原文件，以写入模式打开临时文件
    file = fopen("passwords.dat", "rb");
    tempFile = fopen("temp.dat", "wb");
    if (file == NULL || tempFile == NULL) {
        perror("无法打开文件");
        if (file != NULL) fclose(file);
        if (tempFile != NULL) fclose(tempFile);
        exit(1);
    }

    // 逐行读取原文件内容，查找匹配的网站名，不写入匹配的记录到临时文件
    while (fread(&currentPassword, sizeof(PasswordInfo), 1, file) == 1) {
        if (strcmp(currentPassword.website, searchWebsite) != 0) {
            fwrite(&currentPassword, sizeof(PasswordInfo), 1, tempFile);
        } else {
            found = 1;
        }
    }

    fclose(file);
    fclose(tempFile);

    if (!found) {
        printf("未找到该网站/APP的密码记录。\n");
        remove("temp.dat");
        return;
    }

    // 删除原文件，将临时文件重命名为原文件名
    remove("passwords.dat");
    rename("temp.dat", "passwords.dat");

    printf("密码删除成功！\n");
}

在modifyPassword函数中，首先获取用户输入的要修改密码的网站名。然后以读取模式打开原文件passwords.dat，以写入模式打开临时文件temp.dat 。在读取原文件内容时，查找匹配的网站名。如果找到匹配记录，提示用户输入新的账号和密码，对新密码进行加密，然后将更新后的记录写入临时文件。如果未找到匹配记录，提示用户并删除临时文件。读取完成后关闭两个文件。最后删除原文件，将临时文件重命名为原文件名，完成密码修改操作。

deletePassword函数的实现思路与modifyPassword类似，也是先获取用户输入的要删除密码的网站名，打开原文件和临时文件。在读取原文件内容时，将不匹配的记录写入临时文件，跳过匹配的记录。如果未找到匹配记录，进行相应提示并删除临时文件。最后删除原文件，重命名临时文件，完成密码删除操作。

四、实战与安全优化

4.1 主密钥验证

在启动密码管理器工具时，主密钥验证机制立即发挥作用。程序会弹出一个输入提示框，要求用户输入预先设置好的主密钥。这一过程类似于进入一个安全保险库前需要输入正确的密码。

用户输入主密钥后，程序会将输入的密钥与之前存储的主密钥信息进行比对。存储主密钥信息时，可以采用一些额外的安全措施，如对主密钥进行哈希处理后再存储。哈希函数会将主密钥映射为一个固定长度的哈希值，这个哈希值具有唯一性，即使原始主密钥有微小变化，生成的哈希值也会截然不同。例如，使用常见的 SHA - 256 哈希函数，将主密钥作为输入，得到一个 256 位的哈希值存储起来。在验证时，对用户输入的主密钥同样进行 SHA - 256 哈希计算，然后将计算得到的哈希值与存储的哈希值进行精确比对。

如果比对结果一致，说明用户输入的主密钥正确，程序判定验证通过，允许用户访问密码数据，用户可以顺利执行添加、查询、修改和删除密码等操作。若比对失败，程序会提示用户主密钥错误，并根据设定的策略决定是否再次给予用户输入机会，或者直接终止程序访问，以防止暴力破解尝试。通过这种主密钥验证机制，大大提高了密码管理器中密码数据的安全性，只有持有正确主密钥的用户才能访问和管理其中的密码信息。

4.2 密码强度检测

当用户在添加密码时，密码强度检测功能开始工作。它会从多个方面对用户输入的密码进行检查，以确保密码具有足够的强度，降低被破解的风险。

首先是密码长度检查，要求密码长度不少于 8 位。这是因为较短的密码更容易通过暴力破解方法被猜测出来。例如，一个 4 位的纯数字密码，通过简单的穷举法，在短时间内就可以尝试完所有可能的组合。而 8 位及以上长度的密码，其组合数量呈指数级增长，大大增加了破解难度。

其次，密码需要包含字母、数字和特殊字符。包含多种类型的字符可以增加密码的复杂度。字母分为大写和小写，它们的不同组合可以提供更多的变化。数字和特殊字符进一步丰富了密码的组成。特殊字符如!、@、#、$等，在密码中起到关键的混淆作用。比如，密码Password123!就比单纯的password或123456要安全得多。在检测时，程序会遍历密码字符串，判断其中是否包含这三种类型的字符。如果缺少其中任何一种，就提示用户密码强度不足，建议重新设置。通过这种密码强度检测机制，引导用户设置更安全的密码，从而提高整个密码管理器系统的安全性。

4.3 测试

为了验证密码管理器的功能正确性和安全性，需要进行全面的测试。我们模拟添加多个网站密码的场景，来检验加密存储与解密查询的准确性。

首先，使用addPassword函数添加多个不同网站的密码，例如为社交媒体平台Facebook添加账号user123和密码P@ssw0rd1，为电子邮箱Gmail添加账号example@gmail.com和密码Gm@ilPwd2024，为网上银行ABC Bank添加账号123456789和密码B@nkPw#123等。在添加过程中，观察程序是否正确接收用户输入，是否对密码进行了正确的加密处理，以及是否成功将加密后的密码信息存储到二进制文件passwords.dat中。

接着，使用searchPassword函数进行查询测试。分别输入已添加的网站名，如Facebook，检查程序是否能准确找到对应的记录，并将解密后的账号和密码正确显示出来。验证解密后的账号是否为user123，密码是否为P@ssw0rd1 。同样地，对其他添加的网站密码进行查询验证。

然后，对修改和删除功能进行测试。使用modifyPassword函数修改某个网站的密码，比如将Gmail的密码修改为NewGm@ilPwd，检查文件中的密码记录是否被正确更新。再使用deletePassword函数删除ABC Bank的密码记录，验证文件中是否已成功删除该记录，再次查询时是否提示未找到记录。

通过这样一系列的测试，可以全面验证密码管理器各项核心功能的正确性，以及加密存储与解密查询的可靠性，确保密码管理器在实际使用中能够安全、稳定地运行。

五、总结

通过本次使用 C 语言实现简易密码管理器的实践，我们深入了解了密码管理系统的设计与开发过程。从功能需求分析入手，明确了添加、查询、修改和删除密码等核心功能，这些功能满足了用户基本的密码管理需求。在安全设计方面，采用简单异或加密结合密钥以及二进制文件存储的方式，有效保障了密码数据的安全性。

在核心功能实现阶段，通过编写加密函数和各项密码管理功能函数，掌握了 C 语言在文件操作、字符串处理和加密算法应用等方面的编程技巧。实战与安全优化部分，进一步完善了密码管理器的功能，如主密钥验证确保只有授权用户能够访问密码数据，密码强度检测引导用户设置更安全的密码。

然而，这个简易密码管理器还有许多可以完善和优化的地方。例如，在加密算法方面，可以考虑使用更高级、更安全的加密算法，如 AES 加密算法，以提高密码的安全性。在用户界面方面，可以引入图形化界面（GUI），提升用户体验，使用户操作更加直观和便捷。在数据存储方面，可以采用数据库来代替二进制文件存储，以提高数据管理的效率和灵活性。希望读者能够在这个基础上，进一步探索和实践，不断完善和优化密码管理器，使其能够更好地满足实际使用需求。

【C语言实战(59)】C语言打造你的专属密码管家

目录

一、引言

二、密码管理器需求与安全设计

2.1 核心功能

2.1.1 添加密码

2.1.2 查询密码

2.1.3 修改密码

2.1.4 删除密码

2.2 安全设计

2.2.1 密码存储加密

2.2.2 数据存储

三、核心功能实现

3.1 密码加密

3.2 密码管理功能

3.2.1 添加密码

3.2.2 查询密码

3.2.3 修改 / 删除

四、实战与安全优化

4.1 主密钥验证

4.2 密码强度检测

4.3 测试

五、总结