• RSA算法详解


    什么是RSA

    前面文章我们讲了AES算法,AES算法是一种是对称加密算法,本文我们来介绍一个十分常用的非对称加密算法RSA。

    非对称加密算法也叫公钥密码算法,通过生成的公私钥来对明文密文进行加密解密。 RSA的名字是由它的三个开发者Ron Rivest, Adi Shamir和 Leonard Adleman的首字母而来的。

    RSA公司在1983年为RSA算法申请了专利。

    RSA的加密

    RSA的加密可以用下面的公式来表示:

    =E mod N密文=明文^E mod N

    通过公式我们可以知道RSA的密文是通过明文的E次方再对N进行mod运算得到的。这个加密过程只用到了阶乘和取模运算,可以算是非常简单明了了。

    简洁的才是最好的,这可能也是RSA算法这么通用的原因吧。

    如果知道了E和N,那么就可以得到密文,所以我们把E和N的组合称为公钥,可以这样表示 公钥{E,N}。

    如何选择E和N是一个复杂的数学过程,我们会在后面讲到。

    RSA的解密

    先看一下RSA解密的公式:

     = D mod N明文 = 密文^D mod N

    通过公式可以看到,明文是通过密文的D次方,再和N取模得到的。这里的N和加密的N是同一个数字。

    D和N的组合表示为私钥{D,N}。

    N,E,D的生成

    知道了RSA的加密和解密原理之后,接下来我们就要探讨一下加密和解密过程中的N,E,D是怎么生成的。

    生成过程如下:

    1. 生成N

    生成N的公式如下:

    N=pqN=p*q

    p和q是两个很大的质数,太小的话容易被破译,太大的话会影响计算速度。通常p和q的大小为1024比特。这两个数是通过伪随机数生成器生成的。伪随机数生成器不能直接生成质数,它是通过不断的重试得到的。

    2. 求L

    L是一个中间数,它和p,q一样,不会出现在RSA的加密和解密过程。

    L的计算公式如下:

    L=lcm(p1,q1)L=lcm(p-1, q-1)

    L是p-1和q-1的最小公倍数

    3. 求E

    E就是用来加密的公钥了,E是一个比1大,比L小的数。并且E和L必须互质。只有E和L互质才能计算出D值。

    1<E<L1< E < L

    gcd(E,L)=1gcd(E,L)=1

    这里E也是通过伪随机数生成器来生成的。

    找到了E和N,我们的公钥就生成了。

    4. 求D

    计算D的公式如下:

    1<D<E1<D<E

    ED mod L=1E*D mod L=1

    破解RSA

    如果想破解RSA, 对于密码破解者来说,他知道了公钥{E,N}, 知道了密文,根据公式:

    =E mod N密文=明文^E mod N

    有没有可能直接通过已知的三个变量,求出未知变量明文呢?

    这个求解其实是一个离散对数的问题。目前还没有发现求离散对数的高效的方法。可以说是非常困难的。

    那么有没有可能通够暴力破解来得出密钥中的D呢?

    目前RSA算法中p和q的长度一般为1024比特以上,生成的N的长度为2048比特以上,E和D的长度和N差不多,如果要暴力破解2048比特的D是非常困难的。

    由公式:

    ED mod L=1E*D mod L=1

    可知,如果破解者知道了L的值,那么就可以轻易的求出D。而L是通过p和q计算出来的,所以p和q一定要保密,否则跟密码泄露是一样的。

    因为 N= p * q , 而p和q都是质数, N又是已知的,那么我们可不可以通过质因数分解来得到 p和q呢?

    目前来说,还没有有效的对大整数进行质因素分解的高效算法,所以目前来说RSA算法还是很安全的,但是一旦有这样的算法出现,那么RSA将会很容易被攻破。

    所以官方推荐:1024比特的RSA算法不应该被用于新的用途。2048比特的RSA算法可以用到2030年,4096比特的算法可以用到2031年。

    更多教程请参考 flydean的博客

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