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RSA 算法 |
1978年就出現了這種算法，它是第一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的算法。
它易於理解和操作，也很流行。算法的名字以發明者的名字命名：Ron Rivest, Adi
Shamir 和Leonard Adleman。但RSA的安全性一直未能得到理論上的證明。
RSA的安全性依賴於大數分解。公鑰和私鑰都是兩個大素數（ 大於 100
個十進制位）的函數。據猜測，從一個密鑰和密文推斷出明文的難度等同於分解兩個
大素數的積。
密鑰對的產生。選擇兩個大素數，p 和q 。計算：
n = p * q
然後隨機選擇加密密鑰e，要求 e 和 ( p - 1 ) * ( q - 1 ) 互質。最後，利用
Euclid 算法計算解密密鑰d, 滿足
e * d = 1 ( mod ( p - 1 ) * ( q - 1 ) )
其中n和d也要互質。數e和
n是公鑰，d是私鑰。兩個素數p和q不再需要，應該丟棄，不要讓任何人知道。
加密信息 m（二進制表示）時，首先把m分成等長數據塊 m1 ,m2,..., mi ，塊長s
，其中 2^s <= n, s 儘可能的大。對應的密文是：
ci = mi^e ( mod n ) ( a )
解密時作如下計算：
mi = ci^d ( mod n ) ( b )
RSA 可用於數字簽名，方案是用 ( a ) 式簽名， ( b )
式驗證。具體操作時考慮到安全性和 m信息量較大等因素，一般是先作 HASH 運算。
RSA 的安全性。
RSA的安全性依賴於大數分解，但是否等同於大數分解一直未能得到理論上的證明，因
爲沒有證明破解
RSA就一定需要作大數分解。假設存在一種無須分解大數的算法，那它肯定可以修改成
爲大數分解算法。目前， RSA
的一些變種算法已被證明等價於大數分解。不管怎樣，分解n是最顯然的攻擊方法。現
在，人們已能分解140多個十進制位的大素數。因此，模數n
必須選大一些，因具體適用情況而定。
RSA的速度。
由於進行的都是大數計算，使得RSA最快的情況也比DES慢上100倍，無論是軟件還是硬
件實現。速度一直是RSA的缺陷。一般來說只用於少量數據加密。
RSA的選擇密文攻擊。
RSA在選擇密文攻擊面前很脆弱。一般攻擊者是將某一信息作一下僞裝(
Blind)，讓擁有私鑰的實體簽署。然後，經過計算就可得到它所想要的信息。實際上
，攻擊利用的都是同一個弱點，即存在這樣一個事實：乘冪保留了輸入的乘法結構：
( XM )^d = X^d *M^d mod n
前面已經提到，這個固有的問題來自於公鑰密碼系統的最有用的特徵--每個人都能使
用公鑰。但從算法上無法解決這一問題，主要措施有兩條：一條是採用好的公鑰協議
，保證工作過程中實體不對其他實體任意產生的信息解密，不對自己一無所知的信息
簽名；另一條是決不對陌生人送來的隨機文檔簽名，簽名時首先使用One-Way Hash
Function
對文檔作HASH處理，或同時使用不同的簽名算法。在中提到了幾種不同類型的攻擊方
法。
RSA的公共模數攻擊。
若系統中共有一個模數，只是不同的人擁有不同的e和d，系統將是危險的。最普遍的
情況是同一信息用不同的公鑰加密，這些公鑰共模而且互質，那末該信息無需私鑰就
可得到恢復。設P爲信息明文，兩個加密密鑰爲e1和e2，公共模數是n，則：
C1 = P^e1 mod n
C2 = P^e2 mod n
密碼分析者知道n、e1、e2、C1和C2，就能得到P。
因爲e1和e2互質，故用Euclidean算法能找到r和s，滿足：
r * e1 + s * e2 = 1
假設r爲負數，需再用Euclidean算法計算C1^(-1)，則
( C1^(-1) )^(-r) * C2^s = P mod n
另外，還有其它幾種利用公共模數攻擊的方法。總之，如果知道給定模數的一對e和d
，一是有利於攻擊者分解模數，一是有利於攻擊者計算出其它成對的e’和d’，而無
需分解模數。解決辦法只有一個，那就是不要共享模數n。
RSA的小指數攻擊。 有一種提高
RSA速度的建議是使公鑰e取較小的值，這樣會使加密變得易於實現，速度有所提高。
但這樣作是不安全的，對付辦法就是e和d都取較大的值。
RSA算法是第一個能同時用於加密和數字簽名的算法，也易於理解和操作。RSA是被研
究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現在已近二十年，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸爲
人們接受，普遍認爲是目前最優秀的公鑰方案之一。RSA
的安全性依賴於大數的因子分解，但並沒有從理論上證明破譯RSA的難度與大數分解難
度等價。即RSA的重大缺陷是無法從理論上把握它的保密性能如何，而且密碼學界多數
人士傾向於因子分解不是NPC問題。
RSA的缺點主要有：A)產生密鑰很麻煩，受到素數產生技術的限制，因而難以做到一次
一密。B)分組長度太大，爲保證安全性，n 至少也要 600 bits
以上，使運算代價很高，尤其是速度較慢，較對稱密碼算法慢幾個數量級；且隨着大
數分解技術的發展，這個長度還在增加，不利於數據格式的標準化。目前，SET(
Secure Electronic Transaction
)協議中要求CA採用2048比特長的密鑰，其他實體使用1024比特的密鑰。
DSS/DSA算法
Digital Signature Algorithm
(DSA)是Schnorr和ElGamal簽名算法的變種，被美國NIST作爲DSS(Digital Signature
Standard)。算法中應用了下述參數：
p：L bits長的素數。L是64的倍數，範圍是512到1024；
q：p - 1的160bits的素因子；
g：g = h^((p-1)/q) mod p，h滿足h < p - 1, h^((p-1)/q) mod p > 1；
x：x < q，x爲私鑰 ；
y：y = g^x mod p ，( p, q, g, y )爲公鑰；
H( x )：One-Way Hash函數。DSS中選用SHA( Secure Hash Algorithm )。
p, q,
g可由一組用戶共享，但在實際應用中，使用公共模數可能會帶來一定的威脅。簽名及
驗證協議如下：
1. P產生隨機數k，k < q；
2. P計算 r = ( g^k mod p ) mod q
s = ( k^(-1) (H(m) + xr)) mod q
簽名結果是( m, r, s )。
3. 驗證時計算 w = s^(-1)mod q
u1 = ( H( m ) * w ) mod q
u2 = ( r * w ) mod q
v = (( g^u1 * y^u2 ) mod p ) mod q
若v = r，則認爲簽名有效。
DSA是基於整數有限域離散對數難題的，其安全性與RSA相比差不多。DSA的一個重要特
點是兩個素數公開，這樣，當使用別人的p和q時，即使不知道私鑰，你也能確認它們
是否是隨機產生的，還是作了手腳。RSA算法卻作不到。
