C++RSA密码系统的实现

1.问题描述
RSA密码系统可具体描述为:取两个大素数p和q,令n=pq,N=(p-1)(q-1),随机选择整数d,满足gcd(d,N)=1,ed=1 modN。
公开密钥:k1=(n,e)
私有密钥:k2=(p,q,d)
加密算法:对于待加密消息m,其对应的密文为c=E(m)=me(modn)
解密算法:D©=cd(modn)
2.基本要求
p,q,d,e参数选取合理,程序要求界面友好,自动化程度高。
4. 实现提示
要实现一个真实的RSA密码系统,主要考虑对大整数的处理。P和q是1024位的,n取2048位。

BigInteger.h

#ifndef BIGINT_H_INCLUDED
#define BIGINT_H_INCLUDED
#include 
#include 
#include 
#include
#include //reverse函数所需添加的头文件
using namespace std;
/*
大整数类
*/
class BigInt
{
private:
    inline int compare(string s1, string s2)
    {
        if(s1.size() < s2.size())
            return -1;
        else if(s1.size() > s2.size())
            return 1;
        else
            return s1.compare(s2);
    }
public:
    bool flag;//true表示正数,false表示负数,0默认为正数
    string values;//保存所有位上的数字
    BigInt():values("0"),flag(true){};//构造函数
    BigInt(string str)//类型转换构造函数(默认为正整数)
    {
        values = str;
        flag = true;
    }
public:
    friend ostream& operator << (ostream& os, const BigInt& bigInt);//重载输出操作符
    friend istream& operator>>(istream& is, BigInt& bigInt);//输入操作符重载
    BigInt operator+(const BigInt& rhs);//加法操作重载
    BigInt operator-(const BigInt& rhs);//减法操作重载
    BigInt operator*(const BigInt& rhs);//乘法操作重载
    BigInt operator/(const BigInt& rhs);//除法操作重载
    BigInt operator%(const BigInt& rhs);//求余操作重载
};
/*
重载流提取运算符'>>',输出一个整数
*/
ostream& operator << (ostream& os, const BigInt& bigInt)
{
    if (!bigInt.flag)
    {
        os << '-';
    }
    os << bigInt.values;
    return os;
}
/*
重载流插入运算符'>>',输入一个正整数
*/
istream& operator >> (istream& is, BigInt& bigInt)
{
    string str;
    is >> str;
    bigInt.values = str;
    bigInt.flag = true;
    return is;
}
/*
两个正整数相加
*/
BigInt BigInt::operator+(const BigInt& rhs)
{
    BigInt ret;
    ret.flag = true;//正整数相加恒为正数
    string lvalues(values), rvalues(rhs.values);
    //处理特殊情况
    if (lvalues == "0")
    {
        ret.values = rvalues;
        return ret;
    }
    if (rvalues == "0")
    {
        ret.values = lvalues;
        return ret;
    }
    //调整s1与s2的长度
    unsigned int i, lsize, rsize;
    lsize = lvalues.size();
    rsize = rvalues.size();
    if (lsize < rsize)
    {
        for (i = 0; i < rsize - lsize; i++)//在lvalues左边补零
        {
            lvalues = "0" + lvalues;
        }
    }
    else
    {
        for (i = 0; i < lsize - rsize; i++)//在rvalues左边补零
        {
            rvalues = "0" + rvalues;
        }
    }
    //处理本质情况
    int n1, n2;
    n2 = 0;
    lsize = lvalues.size();
    string res = "";
    reverse(lvalues.begin(), lvalues.end());//颠倒字符串,以方便从低位算起计算
    reverse(rvalues.begin(), rvalues.end());
    for (i = 0; i < lsize; i++)
    {
        n1 = (lvalues[i] - '0' + rvalues[i] - '0' + n2) % 10;//n1代表当前位的值
        n2 = (lvalues[i] - '0' + rvalues[i] - '0' + n2) / 10;//n2代表进位
        res = res + char(n1 + '0');
    }

    if (n2 == 1)
    {
        res = res + "1";
    }
    reverse(res.begin(), res.end());

    ret.values = res;
    return ret;
}
/*
两个整数相减
*/
BigInt BigInt::operator-(const BigInt& rhs)
{
    BigInt ret;
    string lvalues(values), rvalues(rhs.values);
    //负数减负数
    if(flag==false&&rhs.flag==false)
    {
        string tmp = lvalues;
        lvalues = rvalues;
        rvalues = tmp;
    }
    //负数减正数
    if(flag==false&&rhs.flag==true)
    {
        BigInt res(lvalues);
        ret=res+rhs;
        ret.flag = false;
        return ret;
    }
    if(flag==true&&rhs.flag==false)
    {
        BigInt rel(lvalues),res(rhs.values);
        ret=rel+res;
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
        //处理特殊情况
    if (rvalues == "0")
    {
        ret.values = lvalues;
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    if (lvalues == "0")
    {
        ret.values = rvalues;
        ret.flag = false;
        return ret;
    }
    //调整s1与s2的长度
    unsigned int i, lsize, rsize;
    lsize = lvalues.size();
    rsize = rvalues.size();
    if (lsize < rsize)
    {
        for (i = 0; i < rsize - lsize; i++)//在lvalues左边补零
        {
            lvalues = "0" + lvalues;
        }
    }
    else
    {
        for (i = 0; i < lsize - rsize; i++)//在rvalues左边补零
        {
            rvalues = "0" + rvalues;
        }
    }
    //调整使‘-’号前边的数大于后边的数
    int t = lvalues.compare(rvalues);//相等返回0,str1str2返回正数
    if (t < 0)
    {
        ret.flag = false;
        string tmp = lvalues;
        lvalues = rvalues;
        rvalues = tmp;
    }
    else if (t == 0)
    {
        ret.values = "0";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    else
    {
        ret.flag = true;
    }
    //处理本质情况
    unsigned int j;
    lsize = lvalues.size();
    string res = "";
    reverse(lvalues.begin(), lvalues.end());//颠倒字符串,以方便从低位算起计算
    reverse(rvalues.begin(), rvalues.end());
    for (i = 0; i < lsize; i++)
    {
        if (lvalues[i] < rvalues[i])//不足,向前借一维
        {
            j = 1;
            while(lvalues[i+j] == '0')
            {
                lvalues[i+j] = '9';
                j++;
            }
            lvalues[i+j] -= 1;
            res = res + char(lvalues[i] + ':' - rvalues[i]);
        }
        else
        {
            res = res + char(lvalues[i] - rvalues[i] + '0');
        }
    }
    reverse(res.begin(), res.end());
    res.erase(0, res.find_first_not_of('0'));//去掉前导零

    ret.values = res;
    return ret;
}

/*
两个整数相乘
*/
BigInt BigInt::operator*(const BigInt& rhs)
{
    BigInt ret;
    string lvalues(values), rvalues(rhs.values);
    //处理0或结果正负
    if (lvalues == "0" || rvalues == "0")
    {
        ret.values = "0";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    if(flag==false||rhs.flag==false)
    {
        ret.flag=false;
    }
    //处理特殊情况
    unsigned int lsize, rsize;
    lsize = lvalues.size();
    rsize = rvalues.size();
    string temp;
    BigInt res, itemp;
    //让lvalues的长度最长
    if (lvalues < rvalues)
    {
        temp = lvalues;
        lvalues = rvalues;
        rvalues = temp;
        lsize = lvalues.size();
        rsize = rvalues.size();
    }
    //处理本质情况
    int i, j, n1, n2, n3, t;
    reverse(lvalues.begin(), lvalues.end());//颠倒字符串
    reverse(rvalues.begin(), rvalues.end());

    for (i = 0; i < rsize; i++)
    {
        temp = "";
        n1 = n2 = n3 = 0;
        for (j = 0; j < i; j++)
        {
            temp = temp + "0";
        }
        n3 = rvalues[i] - '0';
        for (j = 0; j < lsize; j++)
        {
            t = (n3*(lvalues[j] - '0') + n2);
            n1 = t % 10;//n1记录当前位置的值
            n2 = t / 10;//n2记录进位的值
            temp = temp + char(n1 + '0');
        }
        if (n2)
        {
            temp = temp + char(n2 + '0');
        }
        reverse(temp.begin(), temp.end());
        itemp.values = temp;
        res = res + itemp;
    }

    ret.values = res.values;
    return ret;
}
/*
两个正整数相除
*/
BigInt BigInt::operator/(const BigInt& rhs)
{
    BigInt ret;
    string lvalues(values), rvalues(rhs.values);
    string quotient;
    string temp;
    //处理特殊情况
    if(rvalues == "0")
    {
        ret.values = "error";//输出错误
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    if(lvalues == "0")
    {
        ret.values = "0";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }

    if(compare(lvalues, rvalues) < 0)
    {
        ret.values = "0";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    else if(compare(lvalues, rvalues) == 0)
    {
        ret.values = "1";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    else
    {
        //处理本质情况

        unsigned int lsize, rsize;
        lsize = lvalues.size();
        rsize = rvalues.size();
        int i;
        if(rsize > 1) temp.append(lvalues, 0, rsize-1);
        for(i = rsize - 1; i < lsize; i++)
        {
            temp = temp + lvalues[i];
            //试商
            for(char c = '9'; c >= '0'; c--)
            {
                BigInt t = (BigInt)rvalues * (BigInt)string(1, c);
                BigInt s = (BigInt)temp - t;

                if(s.flag == true)
                {
                    temp = s.values;
                    quotient = quotient + c;
                    break;
                }
            }
        }
    }
    //去除前导零
    quotient.erase(0, quotient.find_first_not_of('0'));
    ret.values = quotient;
    ret.flag = true;
    return ret;
}
/*
两个正整数取余
*/
BigInt BigInt::operator%(const BigInt& rhs)
{
    BigInt ret,kj(values),ki(rhs.values);
    string lvalues(values), rvalues(rhs.values);
    string quotient;
    string temp;
    //处理特殊情况
    if(rvalues == "0")
    {
        ret.values = "error";//输出错误
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    if(lvalues == "0")
    {
        ret.values = "0";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }

    if(compare(lvalues, rvalues) < 0)
    {
        if(flag==false)
        {
            ret.values=(ki-kj).values;
            ret.flag = true;
            return ret;
        }else{
            ret.values = lvalues;
            ret.flag = true;
            return ret;
        }
    }
    else if(compare(lvalues, rvalues) == 0)
    {
        ret.values = "0";
        ret.flag = true;
        return ret;
    }
    else
    {
        //处理本质情况
        unsigned int lsize, rsize;
        lsize = lvalues.size();
        rsize = rvalues.size();
        int i;
        if(rsize > 1) temp.append(lvalues, 0, rsize-1);
        for(i = rsize - 1; i < lsize; i++)
        {
            if(temp=="0"){
                temp=lvalues[i];
            }else{
                temp = temp + lvalues[i];
            }
            //试商
            for(char c = '9'; c >= '0'; c--)
            {
                BigInt t = (BigInt)rvalues * (BigInt)string(1, c);
                BigInt s = (BigInt)temp - t;

                if(s.flag == true)
                {
                    //cout<m;
long long Random( long long n )			//生成[ 0 , n ]的随机数
{
	return ((double)rand( ) / RAND_MAX*n + 0.5);
}
long long q_mul( long long a, long long b, long long mod ) //快速计算 (a*b) % mod
{
	long long ans = 0;
	while(b)
	{
		if(b & 1)
		{
			b--;
			ans =(ans+ a)%mod;
		}
		b /= 2;
		a = (a + a) % mod;

	}
	return ans;
}

long long q_pow( long long a, long long b, long long mod ) //快速计算 (a^b) % mod
{
	long long ans = 1;
	while(b)
	{
		if(b & 1)
		{
			ans = q_mul( ans, a, mod );
		}
		b /= 2;
		a = q_mul( a, a, mod );
	}
	return ans;
}

bool witness( long long a, long long n )
{//用检验算子a来检验n是不是素数
	long long tem = n - 1;
	int j = 0;
	while(tem % 2 == 0)
	{
		tem /= 2;
		j++;
	}
	//将n-1拆分为a^r * s

	long long x = q_pow( a, tem, n ); //得到a^r mod n
	if(x == 1 || x == n - 1) return true;	//余数为1则为素数
	while(j--) //否则试验条件2看是否有满足的 j
	{
		x = q_mul( x, x, n );
		if(x == n - 1) return true;
	}
	return false;
}

bool miller_rabin( long long n )  //检验n是否是素数
{

	if(n == 2)
		return true;
	if(n < 2 || n % 2 == 0)
		return false;				//如果是2则是素数,如果<2或者是>2的偶数则不是素数

	for(int i = 1; i <= times; i++)  //做times次随机检验
	{
		long long a = Random( n - 2 ) + 1; //得到随机检验算子 a
		if(!witness( a, n ))						//用a检验n是否是素数
			return false;
	}
	return true;
}

#endif // BIGINT_H_INCLUDED

main.cpp

#include"BigInteger.h"
#include 
int main()
{
    DWORD star_time = GetTickCount();
    BigInt p("2305843009213693951"),q("415924872698612520126277439911"),N,n,a("1"),b("2");
    //BigInt p("11"),q("17"),N,n,a("1"),b("2");
    BigInt d,e;
    BigInt m,s;
    N=p*q;
    s=gcd(p-a,q-a);
    n=s*((p-a)/s)*((q-a)/s);
    //cout<>e;
        cout<<"gcd(e,n): "<>m;
            BigInt t;
            cout<<"加密:"<

你可能感兴趣的:(C++RSA密码系统的实现)