RAS加密的数学原理

概述

RSA算法是现今使用最广泛的公钥密码算法,也是号称地球上最安全的加密算法。在了解RSA算法之前,先熟悉下几个术语根据密钥的使用方法,可以将密码分为对称密码和公钥密码

对称加密:加密和解密使用同一种密钥的方式

非对称加密:加密和解密使用不同的密码的方式,因此公钥密码通常也称为非对称密码。

好多人都知道RSA加密的数学公式,但是不知道其的内部运作,那么我们以下就详细分析一波!

离散对数问题

图1
图2

图1,mod就是取余的意思,上面公式的意思是3的多少次方除以17余数为12。由图2可知道3的13次方的时候就满足图1的公式。由图2的可知,公式后面的余数都是不一样的,而且是1-16。当我们好奇试试3^17%17时候,结果就是3,好明显等于了3^1%17的结果,那么我们称3为17的原根

欧拉函数

思考: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

计算8的欧拉函数,和8互质的 1、2、3、4、5、6、7、8    所以 φ(8) = 4

计算7的欧拉函数,和7互质的 1、2、3、4、5、6、7  所以 φ(7) = 6

计算56的欧拉函数:φ(56) = φ(8)*  φ(7) = 4 * 6 = 24

关于互质关系

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(coprime)。

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。如图3所示:

图3

我们可以设置互质的数如m=5和n=3,那么φ(3) = 3-1=2,5^2%3=1。所以上面的公式是成立的。(有兴趣的可以试多一点数字,注意是互质的两个数)

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。如图4所示:

图4

公式转换

图5

注意:满足第3步的时候,m必须要小于n。

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”。如图6所示:

图6

迪菲赫尔曼密钥交换

图7
图8


图9

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。

你可能感兴趣的:(RAS加密的数学原理)