1105.2011天:RSA密码算法破解之素数分解

RSA密码算法是非对称密码算法的一种,其依靠的数学计算困难问题在于大素数的分解。也就是说把一个数分解成两个素数。比如35这个数,分解之后的结果是57;比如141,可以分解为1113。当这些数比较小的时候,我们几乎可以通过口算的方式来分解,当数比较大的时候,通过口算的方式就不可能了。当这些数再大一些的时候,通过计算机来分解也很困难,需要的时间很长。甚至需要几年、几十年直至几百年。几百年后,这些加密的数据应该没有什么意义了吧。

素数分解之常规暴力攻击

就是从从2开始直到n/2,x \in\{3,5,7,11……[2/n]\},x为素数,用n除以x,如果可以整除,则说明n可以被分解。n越大,计算的时间越长。这种暴力攻击的方法,用在n较小的场景下。

素数分解之循环攻击法

  1. 循环攻击法

设攻击者已知某个密文c (c=m^e mod\ N ),则攻击者可以计算c^e mod\ N,c^{ e^2 } mod N,c^{e^3} mod\ N ,… ,其中N是RSA公钥密码体制中的模数。

c^{e^t} mod N \in \{0,1,…… ,N-1 \},因此经过有限步后,c必然再次出现。不妨设c^{e^{t}} mod N = c ,则c^{e^{t-1}} mod \ N 即明文m

2.推广的循环攻击法

攻击者先寻找满足gcd(c^{e^u}-c,N)>1的最小正整数u
c^{e^u}\equiv c \ mod\ pc^{e^u}\neq c \ mod\ q,则gcd(c^{e^u}-c,N)=p
类似地,
c^{e^u}\neq c\ mod\ pc^{e^u} \equiv c\ mod \ q,则gcd(c^{e^u}-c,N)=p
两种情况下,N都可以被分解。

实际上,这种循环攻击法并不能对RSA的安全性构成威胁。若p和q是随机选择的具有相同比特长度的素数,则推广的循环攻击法获得成功的平均穷举次数至少为N^\frac{1}{6}。相关文献证明了若p-1和q-1都有大素数因子,则上述循环攻击法很不容易成功。

举个例子

在RSA中,已知c=95,e=13,n=2537,求明文m。

我们先不考虑直接分解2537为两个素数,首先使用循环攻击法,对密文不断加密:
c^{e^1} mod\ N=95^{13^1}mod\ 2537=1950
c^{e^2} mod\ N=95^{13^2}mod\ 2537=2503
c^{e^3} mod\ N=95^{13^3}mod\ 2537=961
c^{e^4} mod\ N=95^{13^4}mod\ 2537=310
……
c^{e^{13}} mod\ N=95^{13^{13}}mod\ 2537=1520
c^{e^{14}} mod\ N=95^{13^{14}}mod\ 2537=95
当计算结果和c相等时,m=c^{e^{t-1}} mod \ N ==95^{13^13}mod\ 2537=1520

N=2537
e=13
c=95
for i in range(1,N):
    a=pow(c,pow(e,i),N)
    if a == c :
       print(i-1,pow(c,pow(e,i-1),N))
       break

输出结果:
13 1520

接下来验证一下。

根据已知条件,n=2537,e=13,可知n=pq=43*59\phi(n)=2436,d=937
如果m=1520,则c=m^e modN=1520^{13} mod 2537=95


循环攻击法的计算量也很大,另外就是当N足够大时,循环到c=c^{e^i }mod N时,i也会很大,和暴力攻击相差无几。

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