RSA 算法介绍

RSA 算法介绍


RSA 算法的安全性是建立在乘法不可逆或者大数因子很难分解的基础上。RSA 的推导和实现涉及到了欧拉函数和费马定理及模反元素的概念,有兴趣的读者可以自行百度。


RSA 算法是统治世界的最重要算法之一,而且从目前来看,RSA 也是 HTTPS 体系中最重要的算法,没有之一。


RSA 的计算步骤如下:


1、随机挑选两个质数 p, q,假设 p = 13, q = 19。 n = p * q = 13 * 19 = 247;


2、∅(n) 表示与整数 n 互质数的个数。如果 n 等于两个质数的积,则∅(n)=(p-1)(q-1) 挑选一个数 e,满足 1< e <∅(n) 并且 e 与互质,假设 e = 17;


3、计算 e 关于 n 的模反元素, ed=1 mod ∅(n) , 由 e = 17 ,∅(n) =216 可得 d = 89;


4、求出了 e,和 d,假设明文 m = 135,密文用 c 表示。那么加解密计算如下:


RSA 算法介绍_第1张图片


实际应用中,(n,e) 组成了公钥对,(n,d)组成了私钥对,其中 n 和 d 都是一个接近 22048的大数。即使现在性能很强的 CPU,想要计算 m≡c^d mod(n),也需要消耗比较大的计算资源和时间。


公钥对 (n, e) 一般都注册到了证书里,任何人都能直接查看,比如百度证书的公钥对如下图,其中最末 6 个数字(010001)换算成 10 进制就是 65537,也就是公钥对中的 e。e 取值比较小的好处有两个:


1、由 c=m^e mod(n) 可知,e 较小,客户端 CPU 计算消耗的资源较少。


2、加大 server 端的破解难度。e 比较小,私钥对中的 d 必然会非常大。所以 d 的取值空间也就非常大,增加了破解难度。


那为什么 (n,e) 能做为公钥公开,甚至大家都能直接从证书中查看到,这样安全吗?分析如下:


由于 ed≡1 mod ∅(n),知道了 e 和 n,想要求出私钥 d,就必须知道∅(n)。而∅(n)=(p-1)*(q-1),必须计算出 p 和 q 才能确定私钥 d。但是当 n 大到一定程度时(比如接近 2^2048),即使现在最快的 CPU 也无法进行这个因式分解,即无法知道 n 是由哪个数 p 和 q 乘出来的。所以就算知道了公钥,整个加解密过程还是非常安全的。

RSA 算法介绍_第2张图片

RSA 密钥协商握手过程图示如下:


RSA 算法介绍_第3张图片


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