RSA加解密算法原理和示例

1. 什麼是RSA

RSA算法是現今使用最廣泛的公鑰密碼算法,也是號稱地球上最安全的加密算法。在瞭解RSA算法之前,先熟悉下幾個術語
根據密鑰的使用方法,可以將密碼分爲對稱密碼和公鑰密碼
對稱密碼:加密和解密使用同一種密鑰的方式
公鑰密碼:加密和解密使用不同的密碼的方式,因此公鑰密碼通常也稱爲非對稱密碼。

2. RSA加密

RSA的加密過程可以使用一個通式來表達

也就是說RSA加密是對明文的E次方後除以N後求餘數的過程。就這麼簡單?對,就是這麼簡單。
從通式可知,只要知道E和N任何人都可以進行RSA加密了,所以說E、N是RSA加密的密鑰,也就是說E和N的組合就是公鑰,我們用(E,N)來表示公鑰

不過E和N不併不是隨便什麼數都可以的,它們都是經過嚴格的數學計算得出的,關於E和N擁有什麼樣的要求及其特性後面會講到。順便囉嗦一句E是加密(Encryption)的首字母,N是數字(Number)的首字母

3. RSA解密

RSA的解密同樣可以使用一個通式來表達

也就是說對密文進行D次方後除以N的餘數就是明文,這就是RSA解密過程。知道D和N就能進行解密密文了,所以D和N的組合就是私鑰

從上述可以看出RSA的加密方式和解密方式是相同的,加密是求“E次方的mod N”;解密是求“D次方的mod N”
此處D是解密(Decryption)的首字母;N是數字(Number)的首字母。

小結下

   
公鑰 (E,N)
私鑰 (D,N)
密鑰對 (E,D,N)

此處D是解密(Decryption)的首字母;N是數字(Number)的首字母。

4. 生成密鑰對

既然公鑰是(E,N),私鑰是(D,N)所以密鑰對即爲(E,D,N)但密鑰對是怎樣生成的?步驟如下:

  1. 求N
  2. 求L(L爲中間過程的中間數)
  3. 求E
  4. 求D

4.1 求N

準備兩個質數p,q。這兩個數不能太小,太小則會容易破解,將p乘以q就是N

N = p * q

4.2 求L

L 是 p-1 和 q-1的最小公倍數,可用如下表達式表示

L=lcm(p-1,q-1)

4.3 求E

E必須滿足兩個條件:E是一個比1大比L小的數,E和L的最大公約數爲1
用gcd(X,Y)來表示X,Y的最大公約數則E條件如下:

1 < E < L

gcd(E,L)=1

之所以需要E和L的最大公約數爲1是爲了保證一定存在解密時需要使用的數D。現在我們已經求出了E和N也就是說我們已經生成了密鑰對中的公鑰了。

4.4 求D

數D是由數E計算出來的。D、E和L之間必須滿足以下關係:

1 < D < L

E*D mod L = 1

只要D滿足上述2個條件,則通過E和N進行加密的密文就可以用D和N進行解密。
簡單地說條件2是爲了保證密文解密後的數據就是明文。
現在私鑰自然也已經生成了,密鑰對也就自然生成了。
小結下:

   
求N N= p * q ;p,q爲質數
求L L=lcm(p-1,q-1) ;L爲p-1、q-1的最小公倍數
求E 1 < E < L,gcd(E,L)=1;E,L最大公約數爲1(E和L互質)
求D 1 < D < L,E*D mod L = 1

5 實踐下吧

我們用具體的數字來實踐下RSA的密鑰對對生成,及其加解密對全過程。爲方便我們使用較小數字來模擬。

5.1 求N

我們準備兩個很小對質數,
p = 17
q = 19
N = p * q = 323

5.2 求L

L = lcm(p-1, q-1)= lcm(16,18) = 144
144爲16和18對最小公倍數

5.3 求E

求E必須要滿足2個條件:1 < E < L ,gcd(E,L)=1
即1 < E < 144,gcd(E,144) = 1
E和144互爲質數,5顯然滿足上述2個條件
故E = 5

此時公鑰=(E,N)= (5,323)

5.4 求D

求D也必須滿足2個條件:1 < D < L,E*D mod L = 1
即1 < D < 144,5 * D mod 144 = 1
顯然當D= 29 時滿足上述兩個條件
1 < 29 < 144
5*29 mod 144 = 145 mod 144 = 1
此時私鑰=(D,N)=(29,323)

5.5 加密

準備的明文必須時小於N的數,因爲加密或者解密都要mod N其結果必須小於N
假設明文 = 123
密文=明文^E mod N=123^5%323=225

5.6 解密

明文=密文^D mod N=225^29%323=123
解密後的明文爲123。

參考鏈接:RSA算法原理-阮一峯
https://www.cnblogs.com/hiflora/archive/2013/07/04/3171775.html
http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/07/rsa_algorithm_part_two.html

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