基于RSA的公钥加密
一、实习目的
1．理解公钥密码算法，熟悉常用密码算法：RSA、椭圆曲线密码体制；
2．以RSA加密算法为例，掌握公钥密码算法加解密过程的实现。
二、实习内容
1．[基本要求]
以RSA为例，利用java中的相关类实现对指定字符串的加解密。
2．[实现提示]
(1) 可以利用java中的KeypairGenerator类创建公钥密钥对，工厂类KeypairGenerator的静态方法getInstance()可以获得KeypairGenerator类型对象。
(2) 方法getInstance()的参数为字符串类型，指定加密算法的名称如：RSA。
(3) 利用工厂类Cipher的对象创建密码器。同样的，getInstance()的参数为字符串类型，指定加密算法的名称。
(4) JSDK1.2中只是实现了RSA密钥创建，没有实现RSA算法，因此需要安装其他加密软件提供者的软件包，才能直接使用Cipher类执行加解密。
(5) RSA算法是使用整数进行加密运算的，RSA的公钥中包含两个信息：公钥对应的整数e 和用于取模的整数n。对于明文m计算密文的公式是m e mod n。java中的BigInteger类中定义的modPow()方法可以计算m e mod n。
(6) RSA的私钥中包含两个信息：私钥对应的整数d和用于取模的整数n。计算明文的公式是：
C e mod n。
三、算法分析和流程图
RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。
RSA的算法涉及三个参数，n、e1、e2。
其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。
e1和e2是一对相关的值，e1可以任意取，但要求e1与(p-1）*(q-1）互质；再选择e2，要求（e2*e1）mod((p-1）*(q-1））=1。
（n，e1）,(n，e2）就是密钥对。其中(n，e1）为公钥，(n，e2）为私钥。
RSA加解密的算法完全相同，设A为明文，B为密文，则：A=B^e2 mod n；B=A^e1 mod n；（公钥加密体制中，一般用公钥加密，私钥解密）
e1和e2可以互换使用，即：
A=B^e1 mod n；B=A^e2 mod n;
RSA的安全性依赖于大数分解，但是否等同于大数分解一直未能得到理论上的证明，因为没有证明破解RSA就一定需要作大数分解。假设存在一种无须分解大数的算法，那它肯定可以修改成为大数
分解算法。RSA 的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。人们已能分解多个十进制位的大素数。因此，模数n必须选大一些，因具体适用情况而定。
a
四、测试数据和预期结果
1不能加密汉字
2 改为数字英语后
五、源程序
import java.security.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*;
import java.security.interfaces.*;
import java.math.*;
import java.io.*;
public class DEC_RSA {
public static void main(String args[]) throws Exception{ BufferedReader in=
new BufferedReader(new InputStreamReader(
new FileInputStream("Enc_RSA.dat")));
String ctext=in.readLine();
BigInteger c=new BigInteger(ctext);
FileInputStream f=new
FileInputStream("Skey_RSA_priv.dat");
ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
RSAPrivateKey prk=(RSAPrivateKey)b.readObject();
BigInteger d=prk.getPrivateExponent();
BigInteger n=prk.getModulus();
System.out.println("d= "+d);
System.out.println("n "+n);
BigInteger m=c.modPow(d,n);
System.out.println("m= "+m);
byte[] mt=m.toByteArray();
System.out.println("PlainText is ");
for(int i=0;i System.out.print((char) mt[i]); } } } import java.security.*; import java.security.spec.*; import javax.crypto.*; import javax.crypto.spec.*; import javax.crypto.interfaces.*; import java.security.interfaces.*; import java.math.*; public class Enc_RSA{ public static void main(String args[]) throws Exception{ String s="Hello,至臻小妹~"; FileInputStream f=new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat"); ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f); RSAPublicKey pbk=(RSAPublicKey)b.readObject( ); BigInteger e=pbk.getPublicExponent(); BigInteger n=pbk.getModulus(); System.out.println("e= " +e); System.out.println("n= "+n); byte ptext[]=s.getBytes("UTF8"); BigInteger m=new BigInteger(ptext); BigInteger c=m.modPow(e,n); System.out.println("c= "+c); String cs=c.toString( ); BufferedWriter out= new BufferedWriter(new OutputStreamWriter( new FileOutputStream("Enc_RSA.dat"))); out.write(cs,0,cs.length( )); out.close( ); } } import java.security.*; import javax.crypto.*; import javax.crypto.spec.*; public class Skey_RSA{ public static void main(String args[]) throws Exception{ KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); kpg.initialize(1024); KeyPair kp=kpg.genKeyPair(); PublicKey pbkey=kp.getPublic(); PrivateKey prkey=kp.getPrivate(); FileOutputStream f1=new FileOutputStream("Skey_RSA_pub.dat"); ObjectOutputStream b1=new ObjectOutputStream(f1); b1.writeObject(pbkey); FileOutputStream f2=new FileOutputStream("Skey_RSA_priv.dat"); ObjectOutputStream b2=new ObjectOutputStream(f2); b2.writeObject(prkey); } } 六、实习体会 基于RSA的公钥加密的时间比较长，刚开始在网上找到了类似的实习报告，本来是想参考一下代码，但是那个代码敲进my eclipse中后，出了好多错，调试不过来了，最后还是决定自己做，通过本次实验，对RSA的公钥加密有了更深的了解，此外，也明白RSA 的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。人们已能分解多个十进制位的大素数。因此，模数n必须选大一些，因具体适用情况而定。总之，这次实习的收获很大。 RSA算法 1978年就出现了这种算法，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也很流行。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。但RSA的安全性一直未能得到理论上的证明。 RSA的安全性依赖于大数难于分解这一特点。公钥和私钥都是两个大素数（大于100个十进制位）的函数。据猜测，从一个密钥和密文推断出明文的难度等同于分解两个大素数的积。 密钥对的产生。选择两个大素数，p 和q 。计算：n = p * q 然后随机选择加密密钥e，要求e 和( p - 1 ) * ( q - 1 )互质。最后，利用Euclid 算法计算解密密钥d, 满足e * d = 1 ( mod ( p - 1 ) * ( q - 1 ) )其中n和d也要互质。数e和n是公钥，d是私钥。两个素数p和q 不再需要，应该丢弃，不要让任何人知道。加密信息m（二进制表示）时，首先把m分成等长数据块m1 ,m2,..., mi ，块长s，其中2^s <= n, s 尽可能的大。对应的密文是：ci = mi^e ( mod n ) ( a ) 解密时作如下计算：mi = ci^d ( mod n ) ( b ) RSA 可用于数字签名，方案是用( a ) 式签名，( b )式验证。具体操作时考虑到安全性和m信息量较大等因素，一般是先作HASH 运算。RSA 的安全性。RSA的安全性依赖于大数分解，但是否等同于大数分解一直未能得到理论上的证明，因为没有证明破解RSA 就一定需要作大数分解。假设存在一种无须分解大数的算法，那它肯定可以修改成为大数分解算法。目前，RSA的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。现在，人们已能分解140多个十进制位的大素数。因此，模数n必须选大一些，因具体适用情况而定。 由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上100倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。 */ #include RSA公钥加密算法及其安全性讨论 RSA algorithm for public-key encryption and its security 摘要：RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。但是，RSA的安全性依赖于大数的因子分解，却并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价，即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能到底如何。随着计算能力的不断进步和各种攻击方法的出现，RSA算法是否真的安全。 关键词：RSA，公钥，加密，大数分解，攻击，安全性 1 RSA加密算法 1.1公钥简介 密码体制按密钥类型分为对称密钥和不对称密钥。对称密钥即加密、解密用的是同一个密钥，又称为私钥。不对称密钥即公钥加密，加密、解密用的是不同的密钥，一个密钥“公开”，即公钥，另一个自己秘密持有，即私钥，加密方用公钥加密，只有用私钥才能解密——史称公钥加密体系：PKI。 1.2 RSA算法简介 RSA加密算法是一种非对称加密算法。RSA加密算法是Ron Rivest、Adi Shamirh和Len Adleman于1977年在美国麻省理工学院开发出来的，次年首次对外公开宣布，是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。RSA是建立在“大整数的素因子分解是困难问题”基础上的，其安全性取决于大数分解，也就是大数分解质因数的困难性。换言之，对一极大整数做因式分解愈困难，RSA演算法愈可靠。假如有人找到一种快速因式分解的演算法的话，那么用RSA加密的信息的可靠性肯定会急剧下降，但找到这样的演算法的可能性是非常小的，今天只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。到2008年为止，世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。只要其钥匙的长度足够长，用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。但在分布式计算和量子计算机理论日趋成熟的今天，RSA加密安全性受到了挑战。 1.3 RSA算法 1.3.1公钥和私钥的产生 假设Alice想要通过一个不可靠的媒体接收Bob的一条私人讯息。她可以用以下的方式来产生一个公钥和一个私钥： （1）选两个保密的足够大的素数p和q。同时对p, q严加保密，不让任何人知道。 （2）计算N=p×q。 （3）计算f(n)=(p-1)(q-1)。 （4）找一个与f(n)互质的数e，且1 RSA加密算法的基本原理 1978年RSA加密算法是最常用的非对称加密算法，CFCA 在证书服务中离不了它。但是有不少新来的同事对它不太了解，恰好看到一本书中作者用实例对它进行了简化而生动的描述，使得高深的数学理论能够被容易地理解。我们经过整理和改写特别推荐给大家阅读，希望能够对时间紧张但是又想了解它的同事有所帮助。 RSA是第一个比较完善的公开密钥算法，它既能用于加密，也能用于数字签名。RSA以它的三个发明者Ron Rivest,Adi Shamir,Leonard Adleman的名字首字母命名，这个算法经受住了多年深入的密码分析，虽然密码分析者既不能证明也不能否定RSA的安全性，但这恰恰说明该算法有一定的可信性，目前它已经成为最流行的公开密钥算法。 RSA的安全基于大数分解的难度。其公钥和私钥是一对大素数（100到200位十进制数或更大）的函数。从一个公钥和密文恢复出明文的难度，等价于分解两个大素数之积（这是公认的数学难题）。 RSA的公钥、私钥的组成，以及加密、解密的公式可见于下表： 可能各位同事好久没有接触数学了，看了这些公式不免一头雾水。别急，在没有正式讲解RSA加密算法以前，让我们先复习一下数学上的几个基本概念，它们在后面的介绍中要用到： 一、什么是“素数”？ 素数是这样的整数，它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。例如，15＝3＊5，所以15不是素数；又如，12＝6＊2＝4＊3，所以12也不是素数。另一方面，13除了等于13＊1以外，不能表示为其它任何两个整数的乘积，所以13是一个素数。素数也称为“质数”。 二、什么是“互质数”（或“互素数”）？ 小学数学教材对互质数是这样定义的：“公约数只有1的两个数，叫做互质数。”这里所说的“两个数”是指自然数。 判别方法主要有以下几种（不限于此）： （1）两个质数一定是互质数。例如，2与7、13与19。 （2）一个质数如果不能整除另一个合数，这两个数为互质数。例如，3与10、5与26。（3）1不是质数也不是合数，它和任何一个自然数在一起都是互质数。如1和9908。（4）相邻的两个自然数是互质数。如15与16。 （5）相邻的两个奇数是互质数。如49与51。 （6）大数是质数的两个数是互质数。如97与88。 （7）小数是质数，大数不是小数的倍数的两个数是互质数。如7和16。 （8）两个数都是合数（二数差又较大），小数所有的质因数，都不是大数的约数，这两个数是互质数。如357与715，357=3×7×17，而3、7和17都不是715的约数， 实验报告 实验八、RSA公钥密码 实验目的： 熟练掌握RSA公钥密码算法原理及实现。 实验内容： 1、写出RSA公钥密码算法及其实现。 2、当取两素数分别为17、23，加密密钥为35时，写出其明文空间，并求出下列明文的密 文：1、15、17、23、48、235。 3、当取两素数分别为17、23，加密密钥为35时，求相应的解密密钥。 实验结果： 1.算法： Step1：选取两个大素数p和q，p和q保密 Step2：计算n=pq，f（n）=（p-1）（q-1），n公开，f（n）保密 Step3：随机选取正整数1 n=p*q; t=(p-1)*(q-1); cout<<"请输入加密密钥e:"; cin>>e; cout<<"输入明文M:"; cin>>M; C=1; for(i=0;i 一、RSA加密算法的原理 (1)、RSA算法描述 RSA公钥密码体制的基本原理：根据数论，寻求两个大素数比较简单，而将他们的乘积分解开则极为困难。 (2)、RSA算法密钥计算过程： 1.用户秘密选取两个大素数p 和q，计算n=pq，n称为 RSA算法的模数，公开。 2.计算出n的欧拉函数Φ(n) = (p-1)×(q-1)，保密。 3.从(1, Φ(n))中随机地选择一个与Φ(n)互素的数e作为加 密密钥，公开。 4.计算出满足下式的d 作为解密密钥，保密。 ed=1 mod Φ(n) (3)、RSA算法密钥： 加密密钥PK = |e, n| 公开 解密密钥SK = |d, n| 保密 (4)、RSA算法加密解密过程： RSA算法属于分组密码，明文在加密前要进行分组，分组 的值m 要满足：0 < m < n 加密算法：C = E(m) ≡me mod n 解密算法：m = D(c) ≡cd mod n (5)、RSA算法的几点说明： 1．对于RSA算法，相同的明文映射出相同的密文。 2.RSA算法的密钥长度：是指模数n的长度，即n的二进 制位数，而不是e或d的长度。 3.RSA的保密性基于大数进行因式分解很花时间，因此， 进行RSA加密时，应选足够长的密钥。512bit已被证明 不安全，1024bit也不保险。 4.RSA最快情况也比DES慢100倍，仅适合少量数据的加 密。公钥e取较小值的方案不安全。 二．RSA公钥加密算法的编程实现 以下程序是java编写的实现RSA加密及解密的算法 import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.security.SecureRandom; import java.security.interfaces.RSAPrivateKey; import java.security.interfaces.RSAPublicKey; import javax.crypto.Cipher; //RSATest类即为测试类 public class RSATest { //主函数 public static void main(String[] args) { try { RSATest encrypt = new RSATest(); String encryptText = "encryptText";//输入的明文 KeyPair keyPair = encrypt.generateKey();//调用函数生成密钥对，函数见下 RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(); RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic(); byte[] e = encrypt.encrypt(publicKey, encryptText.getBytes()); //调用自己编写的encrypt函数实现加密， byte[] de = encrypt.decrypt(privateKey, e); //调用自己编写的decrypt函数实现解密， System.out.println(toHexString(e)); //输出结果，采用ASSIC码形式 常见公钥加密算法有哪些 什么是公钥加密公钥加密，也叫非对称（密钥）加密（public key encrypTIon），属于通信科技下的网络安全二级学科，指的是由对应的一对唯一性密钥（即公开密钥和私有密钥）组成的加密方法。它解决了密钥的发布和管理问题，是目前商业密码的核心。在公钥加密体制中，没有公开的是私钥，公开的是公钥。 常见算法RSA、ElGamal、背包算法、Rabin（Rabin的加密法可以说是RSA方法的特例）、Diffie-Hellman （D-H）密钥交换协议中的公钥加密算法、EllipTIc Curve Cryptography （ECC，椭圆曲线加密算法）。使用最广泛的是RSA算法（由发明者Rivest、Shmir和Adleman 姓氏首字母缩写而来）是著名的公开金钥加密算法，ElGamal是另一种常用的非对称加密算法。 非对称是指一对加密密钥与解密密钥，这两个密钥是数学相关，用某用户密钥加密后所得的信息，只能用该用户的解密密钥才能解密。如果知道了其中一个，并不能计算出另外一个。因此如果公开了一对密钥中的一个，并不会危害到另外一个的秘密性质。称公开的密钥为公钥；不公开的密钥为私钥。 如果加密密钥是公开的，这用于客户给私钥所有者上传加密的数据，这被称作为公开密钥加密（狭义）。例如，网络银行的客户发给银行网站的账户操作的加密数据。 如果解密密钥是公开的，用私钥加密的信息，可以用公钥对其解密，用于客户验证持有私钥一方发布的数据或文件是完整准确的，接收者由此可知这条信息确实来自于拥有私钥的某人，这被称作数字签名，公钥的形式就是数字证书。例如，从网上下载的安装程序，一般都带有程序制作者的数字签名，可以证明该程序的确是该作者（公司）发布的而不是第三方伪造的且未被篡改过（身份认证/验证）。 对称密钥密码体制 所谓对称密钥密码体制，即加密密钥与解密密钥是相同的密码体制。 数据加密标准DES属于对称密钥密码体制。它是由IBM公司研制出，于1977年被美国 密码学课程报告《RSA加密解密算法》 专业：信息工程（信息安全） 班级：1132102 学号：201130210214 姓名：周林 指导老师：阳红星 时间：2014年1月10号 一、课程设计的目的 当前最著名、应用最广泛的公钥系统RSA是在1978年，由美国麻省理工学院(MIT)的Rivest、Shamir和Adleman在题为《获得数字签名和公开钥密码系统的方法》的论文中提出的。 RSA算法是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法，因此它为公用网络上信息的加密和鉴别提供了一种基本的方法。它通常是先生成一对RSA 密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册，人们用公钥加密文件发送给个人，个人就可以用私钥解密接受。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。 公钥加密算法中使用最广的是RSA。RSA算法研制的最初理念与目标是努力使互联网安全可靠，旨在解决DES算法秘密密钥的利用公开信道传输分发的难题。而实际结果不但很好地解决了这个难题；还可利用RSA来完成对电文的数字签名以抗对电文的否认与抵赖；同时还可以利用数字签名较容易地发现攻击者对电文的非法篡改，以保护数据信息的完整性。此外，RSA加密系统还可应用于智能IC卡和网络安全产品。 二、RSA算法的编程思路 1.确定密钥的宽度。 2.随机选择两个不同的素数p与q，它们的宽度是密钥宽度的1/2。 3.计算出p和q的乘积n 。 4.在2和Φ(n)之间随机选择一个数e , e 必须和Φ(n)互素，整数e 用做加密密钥（其中Φ(n)=(p-1)*(q-1)）。 5.从公式ed ≡ 1 mod Φ(n)中求出解密密钥d 。 6.得公钥（e ，n ）, 私钥 (d , n) 。 7.公开公钥，但不公开私钥。 8.将明文P (假设P是一个小于n的整数)加密为密文C，计算方法为： C = Pe mod n 9.将密文C解密为明文P，计算方法为：P = Cd mod n 然而只根据n和e（不是p和q）要计算出d是不可能的。因此，任何人都可对明文进行加密，但只有授权用户（知道d）才可对密文解密 三、程序实现流程图： 1、密钥产生模块： 可能各位同事好久没有接触数学了，看了这些公式不免一头雾水。别急，在没有正式讲解RSA加密算法以前，让我们先复习一下数学上的几个基本概念，它们在后面的介绍中要用到： 一、什么是“素数”？ 素数是这样的整数，它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。例如，15＝3＊5，所以15不是素数；又如，12＝6＊2＝4＊3，所以12也不是素数。另一方面，13除了等于13＊1以外，不能表示为其它任何两个整数的乘积，所以13是一个素数。素数也称为“质数”。 二、什么是“互质数”（或“互素数”）？ 小学数学教材对互质数是这样定义的：“公约数只有1的两个数，叫做互质数。”这里所说的“两个数”是指自然数。 判别方法主要有以下几种（不限于此）： （1）两个质数一定是互质数。例如，2与7、13与19。 （2）一个质数如果不能整除另一个合数，这两个数为互质数。例如，3与10、5与26。（3）1不是质数也不是合数，它和任何一个自然数在一起都是互质数。如1和9908。（4）相邻的两个自然数是互质数。如15与16。 （5）相邻的两个奇数是互质数。如49与51。 （6）大数是质数的两个数是互质数。如97与88。 （7）小数是质数，大数不是小数的倍数的两个数是互质数。如7和16。 （8）两个数都是合数（二数差又较大），小数所有的质因数，都不是大数的约数，这两个数是互质数。如357与715，357=3×7×17，而3、7和17都不是715的约数，这两个数为互质数。等等。 三、什么是模指数运算？ 指数运算谁都懂，不必说了，先说说模运算。模运算是整数运算，有一个整数m，以n 为模做模运算，即m mod n。怎样做呢？让m去被n整除，只取所得的余数作为结果，就 数学文化课程报告题目：RSA公钥加密算法及实现 RSA公钥加密算法及实现 摘要 公钥密码是密码学界的一项重要发明，现代计算机与互联网中所使用的密码技术都得益于公钥密码。公钥密码是基于数学的上的困难问题来保证其性。其中RSA加密算法是一项重要的密码算法，RSA利用大整数的质数分解的困难性，从而保证了其相对安全性。但如果发现了一种快速进行质数分解的算法，则RSA算法便会失效。本文利用C 语言编程技术进行了RSA算法的演示[1]。 关键词：C语言编程、RSA算法、应用数学。 RSA public key encryption algorithm Abstract Public key cryptography is an important invention in cryptography, thanks to public key cryptography, and it is used in modern computer and Internet password technology. Public key cryptography is based on the mathematics difficult problem to ensure its confidentiality. The RSA public key encryption algorithm is an important cryptographic algorithm, RSA using the difficulty that large integer is hard to be factorized into prime Numbers to ensure it safety. But if you can find a kind of fast algorithm to do the factorization, RSA algorithm will be failure. In this paper we used C language programming technology to demonstrate the RSA algorithm. Keywords：C language programming、RSA algorithm、Applied mathematics 实验五公钥加密算法—RSA 一、实验目的 通过使用RSA算法对实验数据进行加密和解密，掌握公钥加密算法的基本原理，熟练掌握RSA算法各功能模块的工作原理和具体运算过程。 二、实验原理 RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。 1. RSA的密钥生成 RSA的算法涉及三个参数，n、e、d。 其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。鉴于现代对于大整数分解的水平不断增强，一般P、Q的取值都要求在1024位以上。 e和d是一对相关的值，e可以任意取，但要求e与(p-1)*(q-1)互质；再选择d，要求： (e*d)mod((p-1)*(q-1))=1。 RSA加密算法 RSA是第一个比较完善的公开密钥算法，它既能用于加密，也能用于数字签名。RSA以它的三个发明者Ron Rivest, Adi Shamir, Leonard Adleman的名字首字母命名，这个算法经受住了多年深入的密码分析，虽然密码分析者既不能证明也不能否定RSA的安全性，但这恰恰说明该算法有一定的可信性，目前它已经成为最流行的公开密钥算法。 RSA的安全基于大数分解的难度。其公钥和私钥是一对大素数（100到200位十进制数或更大）的函数。从一个公钥和密文恢复出明文的难度，等价于分解两个大素数之积（这是公认的数学难题）。 RSA的公钥、私钥的组成，以及加密、解密的公式可见于下表： 可能各位同事好久没有接触数学了，看了这些公式不免一头雾水。别急，在没有正式讲解RSA加密算法以前，让我们先复习一下数学上的几个基本概念，它们在后面的介绍中要用到： 一、什么是“素数”？ 素数是这样的整数，它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。例如，15＝3＊5，所以15不是素数；又如，12＝6＊2＝4＊3，所以12也不是素数。另一方面，13除了等于13＊1以外，不能表示为其它任何两个整数的乘积，所以13是一个素数。素数也称为“质数”。 二、什么是“互质数”（或“互素数”）？ 小学数学教材对互质数是这样定义的：“公约数只有1的两个数，叫做互质数。”这里所说的“两个数”是指自然数。 判别方法主要有以下几种（不限于此）： （1）两个质数一定是互质数。例如，2与7、13与19。 （2）一个质数如果不能整除另一个合数，这两个数为互质数。例如，3与10、5与 26。 （3）1不是质数也不是合数，它和任何一个自然数在一起都是互质数。如1和9908。 （4）相邻的两个自然数是互质数。如 15与 16。 （5）相邻的两个奇数是互质数。如 49与 51。 （6）大数是质数的两个数是互质数。如97与88。 （7）小数是质数，大数不是小数的倍数的两个数是互质数。如 7和 16。（8）两个数都是合数（二数差又较大），小数所有的质因数，都不是大数的约数，这两个数是互质数。如357与715，357=3×7×17，而3、7和17都不是715的约数，这两个数为互质数。等等。 RSA加密算法是最常用的非对称加密算法，CFCA在证书服务中离不了它。但是有不少新来的同事对它不太了解，恰好看到一本书中作者用实例对它进行了简化而生动的描述，使得高深的数学理论能够被容易地理解。我们经过整理和改写特别推荐给大家阅读，希望能够对时间紧张但是又想了解它的同事有所帮助。 RSA是第一个比较完善的公开密钥算法，它既能用于加密，也能用于数字签名。RSA以它的三个发明者Ron Rivest, Adi Shamir, Leonard Adleman的名字首字母命名，这个算法经受住了多年深入的密码分析，虽然密码分析者既不能证明也不能否定RSA的安全性，但这恰恰说明该算法有一定的可信性，目前它已经成为最流行的公开密钥算法。 RSA的安全基于大数分解的难度。其公钥和私钥是一对大素数（100到200位十进制数或更大）的函数。从一个公钥和密文恢复出明文的难度，等价于分解两个大素数之积（这是公认的数学难题）。 RSA的公钥、私钥的组成，以及加密、解密的公式可见于下表： 可能各位同事好久没有接触数学了，看了这些公式不免一头雾水。别急，在没有正式讲解RSA加密算法以前，让我们先复习一下数学上的几个基本概念，它们在后面的介绍中要用到： 一、什么是“素数”？ 素数是这样的整数，它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。例如，15＝3＊5，所以15不是素数；又如，12＝6＊2＝4＊3，所以12也不是素数。另一方面，13除了等于13＊1以外，不能表示为其它任何两个整数的乘积，所以13是一个素数。素数也称为“质数”。 二、什么是“互质数”（或“互素数”）？ 小学数学教材对互质数是这样定义的：“公约数只有1的两个数，叫做互质数。”这里所说的“两个数”是指自然数。 判别方法主要有以下几种（不限于此）： （1）两个质数一定是互质数。例如，2与7、13与19。 （2）一个质数如果不能整除另一个合数，这两个数为互质数。例如，3与10、5与26。 （3）1不是质数也不是合数，它和任何一个自然数在一起都是互质数。如1和9908。 （4）相邻的两个自然数是互质数。如15与16。 （5）相邻的两个奇数是互质数。如49与51。 （6）大数是质数的两个数是互质数。如97与88。 （7）小数是质数，大数不是小数的倍数的两个数是互质数。如7和16。 （8）两个数都是合数（二数差又较大），小数所有的质因数，都不是大数的约数，这两个数是互质数。如357与715，357=3×7×17，而3、7和17都不是715的约数，这两个数为互质数。等等。 三、什么是模指数运算？ 指数运算谁都懂，不必说了，先说说模运算。模运算是整数运算，有一个整数m，以n为模做模运算，即m mod n。怎样做呢？让m去被n整除，只取所得的余数作为结果，就叫做模运算。例如，10 mod 3=1； 26 mod 6=2；28 mod 2 =0等等。 RSA加密算法的编程实现 学号：0806580114 姓名：管睿 RSA算法是世界上第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的非对称性加密算法。它易于理解和操作，所以流行甚广。算法的名字以发明者的名字命名，他们是：Ron Rivest，Adi Shamir 和Leonard Adleman。虽然RSA的安全性一直未能得到理论上的证实，但它经历了各种攻击，至今未被完全攻破。 在RSA算法中，先要获得两个不同的质数P和Q做为算法因子，再找出一个正整数E，使得E与 ( P - 1 ) * ( Q - 1 ) 的值互质，这个E就是私钥。找到一个整数D，使得( E * D ) mod ( ( P - 1 ) * ( Q - 1 ) ) = 1成立1[1]，D就是公钥1。设N为P和Q的乘积，N则为公钥2。加密时先将文转换为一个或一组小于N的整数I，并计算I D mod N的值M，M就密文。解密时将密文M E mod N，也就是M的E次方再除以N所得的余数就是明文。 因为私钥E与( P - 1 ) * ( Q - 1 )互质，而公钥D使( E * D ) mod ( ( P - 1 ) * ( Q - 1 ) ) = 1成立。破解者可以得到D和N，如果想要得到E，必须得出( P - 1 ) * ( Q - 1 )，因而必须先对N进行因数分解。如果N很大那么因数分解就会非常困难，所以要提高加密强度P和Q的数值大小起着决定性的因素。一般来讲当P和Q都大于2128时，按照目前的机算机处理速度破解基本已经不大可能了。 RSA的安全性依赖于大数难于分解这一特点。公钥和私钥都是两个大素数（大于100个十进制位）的函数。据猜测，从一个密钥和密文推断出明文的难度等同于分解两个大素数的积。 RSA 可用于数字签名，方案是用 ( a ) 式签名， ( b )式验证。具体操作时考虑到安全性和 m信息量较大等因素，一般是先作HASH 运算。RSA 的安全性。RSA的安全性依赖于大数分解，但是否等同于大数分解一直未能得到理论上的证明，因为没有证明破解RSA就一定需要作大数分解。假设存在一种无须分解大数的算法，那它肯定可以修改成为大数分解算法。目前，RSA的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。现在，人们已能分解140多个十进制位的大素数。因此，模数n必须选大一些，因具体适用情况而定。 由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上100倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。*/ #include RSA1978年，MIT的Rivest、Shamir、Adleman提出RSA算法 非对称加密（公开密钥加密）密码学的一次革命，定义：KA≠KB ，KA、E和D公开 特点： 基于数论原理(大数分解难题) 是目前应用最广泛的公钥加密算法 属于块加密算法 在数论，对正整数n，欧拉函数是少于或等于n的数中与n互质的数的数目。此函数以其首名研究者欧拉命名，它又称为Euler's totient function、φ函数、欧拉商数等。 RSA算法原理 l 定义：RSA加密算法 确定密钥： 1. 找到两个大质数，p,q 2. Let n=pq 3. let m=(p-1)(q-1);Choose e and d such that de=1(%m). 4. Publish n and e as public key. Keep d and n as secret key. 加密： C=M^e(%n) 解密： M=(C^d)%n 其中C=M^e(%n) 为C%n=(M^e)%n 存在的主要问题是大数计算和大数存储的问题。 什么是RSA RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。 RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价。即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NPC问题。 RSA的缺点主要有：A)产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。B)分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要600 bits以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。目前，SET(Secure Electronic Transaction)协议中要求CA采用2048比特长的密钥，其他实体使用1024比特的密钥。 这种算法1978年就出现了，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也很流行。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。 RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。 RSA的算法涉及三个参数，n、e1、e2。 其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。 e1和e2是一对相关的值，e1可以任意取，但要求e1与(p-1)*(q-1)互质；再选择e2，要求(e2*e1)mod((p-1)*(q-1))=1。 (n及e1),(n及e2)就是密钥对。 RSA加解密的算法完全相同,设A为明文，B为密文，则：A=B^e1 mod n；B=A^e2 mod n； e1和e2可以互换使用，即： A=B^e2 mod n；B=A^e1 mod n； 一、RSA 的安全性 RSA的安全性依赖于大数分解，但是否等同于大数分解一直未能得到理论上的证明，因为没有证明破解RSA就一定需要作大数分解。假设存在一种无须分解大数的算法，那它肯定可以修改成为大数分解算法。目前，RSA 的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。现在，人们已能分解多个十进制位的大素数。因此，模数n 必须选大一些，因具体适用情况而定。 二、RSA的速度 由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。 三、RSA的选择密文攻击 RSA在选择密文攻击面前很脆弱。一般攻击者是将某一信息作一下伪装( Blind)，让拥有私钥的实体签署。然后，经过计算就可得到它所想要的信息。实际上，攻击利用的都是同一个弱点，即存在这样一个事实：乘幂保留了输入的乘法结构： 用java编程实现RSA加密算法 RSA加密算法是目前应用最广泛的公钥加密算法，特别适用于通过Internet传送的数据，常用于数字签名和密钥交换。那么我今天就给大家介绍一下如何利用Java编程来实现RSA 加密算法。 一、RSA加密算法描述 RSA加密算法是1978年提出的。经过多年的分析和研究，在众多的公开密钥加密算法中，RSA加密算法最受推崇，它也被推荐为公开密钥数据加密标准。 由数论知识可知，若将一个具有大素数因子的合数进行分解是很困难的，或者说这个问题的计算量是令人望而生畏的，而RSA加密算法正是建立在这个基础上的。 在RSA加密算法中，—个用户A可根据以下步骤来选择密钥和进行密码转换： （1）随机的选取两个不同的大素数p和q（一般为100位以上的十进制数），予以保密；（2）计算n=p*q，作为用户A的模数，予以公开； （3）计算欧拉（Euler）函数z=（p-1）*（q-1），予以保密； （4）随机的选取d与z互质，作为A的公开密钥； （5）利用Euclid算法计算满足同余方程e*d≡1modz的解d，作为用户A的保密密钥；（6）任何向用户A发送信息M的用户，可以用A的公开模数D和公开密钥e根据C=Me mod n得到密文C； RSA加密算法的安全性是基于大素数分解的困难性。攻击者可以分解已知的n，得到p和q，然后可得到z；最后用Euclid算法，由e和z得到d。然而要分解200位的数，需要大约40亿年。 二、用Java语言描述RSA加密算法的原理 假设我们需要将信息从机器A传到机器B，首先由机器B随机确定一个private_kcy（我们称之为密钥），可将这个private_key始终保存在机器B中而不发出来。然后，由这个private_key计算出public_key（我们称之为公钥）。这个public_key的特性是：几乎不可能通过该public_key计算生成它的priyate_key。接下来通过网络把这个public_key传给机器A，机器A收到public_key后，利用public_key将信息加密，并把加密后的信息通过网络发送到机器B，最后机器B利用已知的pri.rate_key，就可以解开加密信息。 步骤： （1）首先选择两个大素数p和q，计算n=p*q；m=（p-1）（q一1）； （2）而后随机选择加密密钥public_key，要求和m互质（比如public_key=m-1）；（3）利用Euclid算法计算解密密钥priyate_key，使private_key满足public_key*private_key—1(mod m)，其中public_key，n是作为公钥已知，priVate_key 是密钥； （4）加密信息text时，利用公式secretWord=texI^Public_key (mod n)得到密文8ecretword； （5）解密时利用公式word=text^priVate_key(mod n)得到原文word=text。 RSA加密算法的研究与实现 摘要：在信息时代，如何保证信息的安全是个十分重要的问题。在多年的发展中,人们提出了许多不同类型的加密算法。其中RSA加密算法是公认的最经典的非对称密码算法之一。本文首先介绍了课题研究的背景和意义，再介绍了使用的研究工具，然后使用Verilog 硬件描述语言设计了一个RSA的加密系统，最后通过Modelsim进行了仿真测试。结果证明本文通过硬件实现的RSA加密算法可以有效的加密数据。 关键词：RSA；Verilog；Modelsim；硬件仿真； Abstract：In the information age, the security of information is a very important issue. In the years of development, people have proposed many different types of encryption algorithms. RSA encryption algorithm is one of the most classical asymmetric cryptographic algorithms. This paper first introduces the background and significance of the research, then introduces the research tools, then designs a RSA encryption system using Verilog hardware description language, and finally performs simulation tests through Modelsim. The result proves that the RSA encryption algorithm implemented in hardware can be effective and efficient. Keywords：RSA; Verilog; Modelsim; Hardware simulation;RSA加密算法_源代码__C语言实现
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