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,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:
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:
公式转换
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:
迪菲赫尔曼密钥交换
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。