密码学1-rsa加密算法

发展历史

在1976年以前,所有的加密方法都是同一种模式:加密、解密使用同一种算法。在交互数据的时候,彼此通信的双方就必须将规则告诉对方,否则没法解密。那么加密和解密的规则(简称密钥),它保护就显得尤其重要。传递密钥就成为了最大的隐患。这种加密方式被成为对称加密算法(symmetric encryption algorithm)

1976年,两位美国计算机学家 迪菲(W.Diffie)、赫尔曼( M.Hellman ) 提出了一种崭新构思,可以在不直接传递密钥的情况下,完成密钥交换。这被称为“迪菲赫尔曼密钥交换”算法。开创了密码学研究的新方向

1977年三位麻省理工学院的数学家 罗纳德·李维斯特(Ron Rivest)、阿迪·萨莫尔(Adi Shamir)和伦纳德·阿德曼(Leonard Adleman)一起设计了一种算法,可以实现非对称加密。其加密方式比较特殊,需要两个密钥:公开密钥简称公钥(publickey)和私有密钥简称私钥(privatekey)。公钥加密,私钥解密;私钥加密,公钥解密。这个算法用他们三个人的名字命名,叫做RSA算法。

RSA的数学原理

RSA加密算法是通过欧拉定理、费马小定理、模反元素推导出来的

互质关系:如果两个正整数,除了1以外,没有其他公因数,我们就称这两个数是互质关系

任意给定正整数n,请问在小于等于n的正整数之中,有多少个与n构成互质关系?计算这个值的方式叫做欧拉函数,使用:Φ(n)表示

如:

计算8的欧拉函数,和8互质的 1、2、3、4、5、6、7、8

φ(8) = 4

计算7的欧拉函数,和7互质的 1、2、3、4、5、6、7

φ(7) = 6

计算56的欧拉函数

φ(56) =  φ(8) *  φ(7) = 4 * 6 = 24

欧拉函数特点

一、当n是质数的时候,φ(n)=n-1。

二、如果n可以分解成两个互质的整数之积,如n=A*B则:

φ(A*B)=φ(A)* φ(B)

根据以上两点得到:

如果N是两个质数P1 和 P2的乘积则

φ(N)=φ(P1)* φ(P2)=(P1-1)*(P2-1)


欧拉定理:如果两个正整数m和n互质,那么m的φ(n)次方减去1,可以被n整除。m^φ(n)  mod  n  ≡  1

费马小定理:欧拉定理的特殊情况:如果两个正整数m和n互质,而且n为质数!那么φ(n)结果就是n-1。m^(n-1)  mod  n  ≡  1

模反元素:如果两个正整数e和x互质,那么一定可以找到整数d,使得 ed-1 被x整除。

那么d就是e对于x的“模反元素”

公式转换:


公式转换

明文m经过一系列的运算之后又变成了m  如果可以发公式拆分 第一步运算得到一个中间值c  c经过第二步运算得到m 那么c就可以当成m的密文  第一步就是加密过程 第二步就是解密过程


迪菲赫尔曼秘钥交换

迪菲赫尔曼秘钥交换:场景为客户端和服务器需要生成一个对称加密的秘钥用于数据传输,如果直接发送秘钥给客户端,第三方很容易窃取到,迪菲赫尔曼通过拆分前面公式找到了解决方案,服务器和客户端约定使用3和17  1.服务端生成一个随机数15 使用公式得到6 发送给客户端 2.客户端生成一个随机数13 通过公式得到12 发送给服务器 3.客户端通过自己生成的随机数13 和 服务器返回的6 得到秘钥10  服务器通过自己生成的随机数15 和客户端发送的6 也可以得到秘钥10而黑客只能截取到 6  和 12 无法推导出秘钥10  就算黑客知道3 和 17 但是得不到 13 和 15 也是很难得到秘钥10的

原理:


迪菲赫尔曼秘钥交换原理

RSA算法:

m^e mod n = c 加密

c^d mod n = m 解密

公钥:n和e

私钥:n和d

明文:m

密文:c

说明:

1、n会非常大,长度一般为1024个二进制位。(目前人类已经分解的最大整数,232个十进制位,768个二进制位)

2、由于需要求出φ(n),所以根据欧函数特点,最简单的方式n 由两个质数相乘得到: 质数:p1、p2

Φ(n) = (p1 -1) * (p2 - 1)

3、最终由φ(n)得到e 和 d 。

总共生成6个数字:p1、p2、n、φ(n)、e、d

关于RSA的安全:

除了公钥用到了n和e 其余的4个数字是不公开的。

目前破解RSA得到d的方式如下:

1、要想求出私钥 d  。由于e*d = φ(n)*k + 1。要知道e和φ(n);

2、e是知道的,但是要得到 φ(n),必须知道p1 和 p2。

3、由于 n=p1*p2。只有将n因数分解才能算出。

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