前幾天看到一句話，「我們中的很多人把一生中最燦爛的笑容大部分都獻給了手機和電腦屏幕」。心中一驚，這說明了什麼？手機和電腦已經成為了我們生活中的一部分，所以才會有最懂你的不是你，也不是你男朋友，而是大數據。
如此重要的個人數據，怎樣才能保證其在互聯網上的安全傳輸呢？當然要靠各種加密演算法。說起加密演算法，大家都知道有哈希、對稱加密和非對稱加密了。哈希是一個散列函數，具有不可逆操作；對稱加密即加密和解密使用同一個密鑰，而非對稱加密加密和解密自然就是兩個密鑰了。稍微深入一些的，還要說出非對稱加密演算法有DES、3DES、RC4等，非對稱加密演算法自然就是RSA了。那麼當我們聊起RSA時，我們又在聊些什麼呢？今天筆者和大家一起探討一下，有不足的地方，還望各位朋友多多提意見，共同進步。
RSA簡介：1976年由麻省理工學院三位數學家共同提出的，為了紀念這一里程碑式的成就，就用他們三個人的名字首字母作為演算法的命名。即 羅納德·李維斯特 （Ron Rivest）、 阿迪·薩莫爾 （Adi Shamir）和 倫納德·阿德曼 （Leonard Adleman）。
公鑰：用於加密，驗簽。
私鑰：解密，加簽。
通常知道了公鑰和私鑰的用途以後，即可滿足基本的聊天需求了。但是我們今天的主要任務是來探究一下RSA加解密的原理。
說起加密演算法的原理部分，肯定與數學知識脫不了關系。
我們先來回憶幾個數學知識：
φn = φ(A*B)=φ(A)*φ(B)=(A-1)*(B-1)。
這個公式主要是用來計算給定一個任意的正整數n，在小於等於n的正整數中，有多少個與n構成互質的關系。
其中n=A*B，A與B互為質數，但A與B本身並不要求為質數，可以繼續展開，直至都為質數。
在最終分解完成後，即 φ(N) = φ(p1)*φ(p2)*φ(p3)... 之後，p1，p2，p3都是質數。又用到了歐拉函數的另一個特點，即當p是質數的時候，φp = p - 1。所以有了上面給出的歐拉定理公式。
舉例看一下：
計算15的歐拉函數，因為15比較小，我們可以直接看一下，小於15的正整數有 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14。和15互質的數有1、2、4、7、8、11、13、14一共四個。
對照我們剛才的歐拉定理： 。
其他感興趣的，大家可以自己驗證。
之所以要在這里介紹歐拉函數，我們在計算公鑰和私鑰時候，會用到。
如果兩個正整數m 和 n 互質，那麼m 的 φn 次方減1，可以被n整除。
其中 .
其中當n為質數時，那麼 上面看到的公式就變成了
mod n 1.
這個公式也就是著名的 費馬小定理 了。
如果兩個正整數e和x互為質數，那麼一定存在一個整數d，不止一個，使得 e*d - 1 可以被x整除，即 e * d mode x 1。則稱 d 是 e 相對於 x的模反元素。
了解了上面所講的歐拉函數、歐拉定理和模反元素後，就要來一些化學反應了，請看圖：
上面這幅圖的公式變化有沒有沒看明白的，沒看明白的咱們評論區見哈。
最終我們得到了最重要的第5個公式的變形，即紅色箭頭後面的：
mod n m。
其中有幾個關系，需要搞明白，m 與 n 互為質數，φn = x，d 是e相對於x的模反元素。
有沒有看到一些加解密的雛形。
從 m 到 m。 這中間涵蓋了從加密到解密的整個過程，但是缺少了我們想要的密文整個過程。
OK，下面引入本文的第四個數學公式：
我們來看一下整個交換流程：
1、客戶端有一個數字13，服務端有一個數字15;
2、客戶端通過計算 3的13次方 對 17 取余，得到數字12; 將12發送給服務端；同時服務端通過計算3的15次方，對17取余，得到數字6，將6發送給客戶端。至此，整個交換過程完成。
3、服務端收到數字12以後，繼續計算，12的15次方 對 17取余，得到 數字10。
4、客戶端收到數字 6以後，繼續計算，6的13次方 對 17 取余，得到數字 10。
有沒有發現雙方，最終得到了相同的內容10。但是這個數字10從來沒有在網路過程中出現過。
好，講到這里，可能有些人已經恍然大悟，這就是加密過程了，但是也有人會產生疑問，為什麼要取數字3 和 17 呢，這里還牽涉到另一個數學知識，原根的問題。即3是17的原根。看圖
有沒有發現規律，3的1~16次方，對17取余，得到的整數是從1~16。這時我們稱3為17的原根。也就是說上面的計算過程中有一組原根的關系。這是最早的迪菲赫爾曼秘鑰交換演算法。
解決了為什麼取3和17的問題後，下面繼續來看最終的RSA是如何產生的：
還記得我們上面提到的歐拉定理嗎，其中 m 與 n 互為質數，n為質數，d 是 e 相對於 φn的模反元素。
當迪菲赫爾曼密鑰交換演算法碰上歐拉定理會產生什麼呢？
我們得到下面的推論：
好，到這里我們是不是已經看到了整個的加密和解密過程了。
其中 m 是明文；c 是密文； n 和 e 為公鑰；d 和 n 為私鑰 。
其中幾組數字的關系一定要明確：
1、d是e 相對於 φn 的模反元素，φn = n-1，即 e * d mod n = 1.
2、m 小於 n，上面在講迪菲赫爾曼密鑰交換演算法時，提到原根的問題，在RSA加密演算法中，對m和n並沒有原根條件的約束。只要滿足m與n互為質數，n為質數，且m < n就可以了。
OK，上面就是RSA加密演算法的原理了，經過上面幾個數學公式的狂轟亂炸，是不是有點迷亂了，給大家一些時間理一下，後面會和大家一起來驗證RSA演算法以及RSA為什麼安全。
⑵ 公鑰密碼系統及RSA公鑰演算法
公鑰密碼系統及RSA公鑰演算法
本文簡單介紹了公開密鑰密碼系統的思想和特點，並具體介紹了RSA演算法的理論基礎，工作原理和具體實現過程，並通過一個簡單例子說明了該演算法是如何實現。在本文的最後，概括說明了RSA演算法目前存在的一些缺點和解決方法。
關鍵詞：公鑰密碼體制 ， 公鑰 ，私鑰 ，RSA
§1引言
隨著計算機聯網的逐步實現，Internet前景越來越美好，全球經濟發展正在進入信息經濟時代，知識經濟初見端倪。計算機信息的保密問題顯得越來越重要，無論是個人信息通信還是電子商務發展，都迫切需要保證Internet網上信息傳輸的安全，需要保證信息安全。信息安全技術是一門綜合學科，它涉及資訊理論、計算機科學和密碼學等多方面知識，它的主要任務是研究計算機系統和通信網路內信息的保護方法以實現系統內信息的安全、保密、真實和完整。其中，信息安全的核心是密碼技術。密碼技術是集數學、計算機科學、電子與通信等諸多學科於一身的交叉學科。它不僅能夠保證機密性信息的加密，而且能夠實現數字簽名、身份驗證、系統安全等功能。是現代化發展的重要科學之一。本文將對公鑰密碼系統及該系統中目前最廣泛流行的RSA演算法做一些簡單介紹。
§2公鑰密碼系統
要說明公鑰密碼系統，首先來了解一下不同的加密演算法：目前的加密演算法按密鑰方式可分為單鑰密碼演算法和公鑰密碼演算法。
2.1.單鑰密碼
又稱對稱式密碼，是一種比較傳統的加密方式，其加密運算、解密運算使用的是同樣的密鑰，信息的發送者和信息的接收者在進行信息的傳輸與處理時，必須共同持有該密碼（稱為對稱密碼）。因此，通信雙方都必須獲得這把鑰匙，並保持鑰匙的秘密。
單鑰密碼系統的安全性依賴於以下兩個因素：第一，加密演算法必須是足夠強的，僅僅基於密文本身去解密信息在實踐上是不可能的；第二，加密方法的安全性依賴於密鑰的秘密性，而不是演算法的秘密性，因此，我們沒有必要確保演算法的秘密性（事實上，現實中使用的很多單鑰密碼系統的演算法都是公開的），但是我們一定要保證密鑰的秘密性。
從單鑰密碼的這些特點我們容易看出它的主要問題有兩點：第一，密鑰量問題。在單鑰密碼系統中，每一對通信者就需要一對密鑰，當用戶增加時，必然會帶來密鑰量的成倍增長，因此在網路通信中，大量密鑰的產生﹑存放和分配將是一個難以解決的問題。第二，密鑰分發問題。單鑰密碼系統中，加密的安全性完全依賴於對密鑰的保護，但是由於通信雙方使用的是相同的密鑰，人們又不得不相互交流密鑰，所以為了保證安全，人們必須使用一些另外的安全信道來分發密鑰，例如用專門的信使來傳送密鑰，這種做法的代價是相當大的，甚至可以說是非常不現實的，尤其在計算機網路環境下，人們使用網路傳送加密的文件，卻需要另外的安全信道來分發密鑰，顯而易見，這是非常不智是甚至是荒謬可笑的。
2.2公鑰密碼
正因為單鑰密碼系統存在如此難以解決的缺點，發展一種新的﹑更有效﹑更先進的密碼體制顯得更為迫切和必要。在這種情況下，出現了一種新的公鑰密碼體制，它突破性地解決了困擾著無數科學家的密鑰分發問題，事實上，在這種體制中，人們甚至不用分發需要嚴格保密的密鑰，這次突破同時也被認為是密碼史上兩千年來自單碼替代密碼發明以後最偉大的成就。
這一全新的思想是本世紀70年代，美國斯坦福大學的兩名學者Diffie和Hellman提出的，該體制與單鑰密碼最大的不同是：
在公鑰密碼系統中，加密和解密使用的是不同的密鑰（相對於對稱密鑰，人們把它叫做非對稱密鑰），這兩個密鑰之間存在著相互依存關系：即用其中任一個密鑰加密的信息只能用另一個密鑰進行解密。這使得通信雙方無需事先交換密鑰就可進行保密通信。其中加密密鑰和演算法是對外公開的，人人都可以通過這個密鑰加密文件然後發給收信者，這個加密密鑰又稱為公鑰；而收信者收到加密文件後,它可以使用他的解密密鑰解密，這個密鑰是由他自己私人掌管的，並不需要分發，因此又成稱為私鑰，這就解決了密鑰分發的問題。
為了說明這一思想,我們可以考慮如下的類比：
兩個在不安全信道中通信的人，假設為Alice（收信者）和Bob（發信者），他們希望能夠安全的通信而不被他們的敵手Oscar破壞。Alice想到了一種辦法，她使用了一種鎖（相當於公鑰），這種鎖任何人只要輕輕一按就可以鎖上，但是只有Alice的鑰匙（相當於私鑰）才能夠打開。然後Alice對外發送無數把這樣的鎖，任何人比如Bob想給她寄信時，只需找到一個箱子，然後用一把Alice的鎖將其鎖上再寄給Alice，這時候任何人（包括Bob自己）除了擁有鑰匙的Alice，都不能再打開箱子，這樣即使Oscar能找到Alice的鎖，即使Oscar能在通信過程中截獲這個箱子，沒有Alice的鑰匙他也不可能打開箱子，而Alice的鑰匙並不需要分發，這樣Oscar也就無法得到這把「私人密鑰」。
從以上的介紹可以看出，公鑰密碼體制的思想並不復雜，而實現它的關鍵問題是如何確定公鑰和私鑰及加/解密的演算法，也就是說如何找到「Alice的鎖和鑰匙」的問題。我們假設在這種體制中, PK是公開信息，用作加密密鑰，而SK需要由用戶自己保密，用作解密密鑰。加密演算法E和解密演算法D也都是公開的。雖然SK與PK是成對出現，但卻不能根據PK計算出SK。它們須滿足條件：
①加密密鑰PK對明文X加密後，再用解密密鑰SK解密，即可恢復出明文，或寫為：DSK（EPK（X））=X
②加密密鑰不能用來解密，即DPK（EPK（X））≠X
③在計算機上可以容易地產生成對的PK和SK。
④從已知的PK實際上不可能推導出SK。
⑤加密和解密的運算可以對調，即：EPK（DSK（X））=X
從上述條件可看出，公開密鑰密碼體制下，加密密鑰不等於解密密鑰。加密密鑰可對外公開，使任何用戶都可將傳送給此用戶的信息用公開密鑰加密發送，而該用戶唯一保存的私人密鑰是保密的，也只有它能將密文復原、解密。雖然解密密鑰理論上可由加密密鑰推算出來，但這種演算法設計在實際上是不可能的，或者雖然能夠推算出，但要花費很長的時間而成為不可行的。所以將加密密鑰公開也不會危害密鑰的安全。
這種體制思想是簡單的，但是，如何找到一個適合的演算法來實現這個系統卻是一個真正困擾密碼學家們的難題，因為既然Pk和SK是一對存在著相互關系的密鑰，那麼從其中一個推導出另一個就是很有可能的，如果敵手Oscar能夠從PK推導出SK，那麼這個系統就不再安全了。因此如何找到一個合適的演算法生成合適的Pk和SK，並且使得從PK不可能推導出SK，正是迫切需要密碼學家們解決的一道難題。這個難題甚至使得公鑰密碼系統的發展停滯了很長一段時間。
為了解決這個問題，密碼學家們考慮了數學上的陷門單向函數，下面，我們可以給出它的非正式定義：
Alice的公開加密函數應該是容易計算的，而計算其逆函數（即解密函數）應該是困難的（對於除Alice以外的人）。許多形式為Y=f（x）的函數，對於給定的自變數x值，很容易計算出函數Y的值；而由給定的Y值，在很多情況下依照函數關系f (x)計算x值十分困難。這樣容易計算但難於求逆的函數，通常稱為單向函數。在加密過程中，我們希望加密函數E為一個單項的單射函數，以便可以解密。雖然目前還沒有一個函數能被證明是單向的，但是有很多單射函數被認為是單向的。
例如，有如下一個函數被認為是單向的，假定n為兩個大素數p和q的乘積，b為一個正整數，那麼定義f：
f (x )= x b mod n
(如果gcd（b,φ（n））=1，那麼事實上這就是我們以下要說的RSA加密函數)
如果我們要構造一個公鑰密碼體制，僅給出一個單向的單射函數是不夠的。從Alice的觀點來看，並不需要E是單向的，因為它需要用有效的方式解密所收到的信息。因此，Alice應該擁有一個陷門，其中包含容易求出E的你函數的秘密信息。也就是說，Alice可以有效解密，因為它有額外的秘密知識，即SK，能夠提供給你解密函數D。因此，我們稱一個函數為一個陷門單向函數，如果它是一個單向函數，並在具有特定陷門的知識後容易求出其逆。
考慮上面的函數f (x) = xb mod n。我們能夠知道其逆函數f -1有類似的形式f (x ) = xa mod n，對於合適的取值a。陷門就是利用n的因子分解，有效的算出正確的指數a（對於給定的b）。
為方便起見，我們把特定的某類陷門單向函數計為?。那麼隨機選取一個函數f屬於?，作為公開加密函數；其逆函數f-1是秘密解密函數。那麼公鑰密碼體制就能夠實現了。
根據以上關於陷門單向函數的思想,學者們提出了許多種公鑰加密的方法，它們的安全性都是基於復雜的數學難題。根據所基於的數學難題，至少有以下三類系統目前被認為是安全和有效的：大整數因子分解系統(代表性的有RSA)、橢園曲線離散對數系統(ECC)和離散對數系統(代表性的有DSA)。
§3 RSA演算法
3.1簡介
當前最著名、應用最廣泛的公鑰系統RSA是在1978年，由美國麻省理工學院(MIT)的Rivest、Shamir和Adleman在題為《獲得數字簽名和公開鑰密碼系統的方法》的論文中提出的。它是一個基於數論的非對稱(公開鑰)密碼體制，是一種分組密碼體制。其名稱來自於三個發明者的姓名首字母。它的安全性是基於大整數素因子分解的困難性，而大整數因子分解問題是數學上的著名難題，至今沒有有效的方法予以解決，因此可以確保RSA演算法的安全性。RSA系統是公鑰系統的最具有典型意義的方法，大多數使用公鑰密碼進行加密和數字簽名的產品和標准使用的都是RSA演算法。
RSA演算法是第一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的演算法，因此它為公用網路上信息的加密和鑒別提供了一種基本的方法。它通常是先生成一對RSA密鑰，其中之一是保密密鑰，由用戶保存；另一個為公開密鑰，可對外公開，甚至可在網路伺服器中注冊，人們用公鑰加密文件發送給個人，個人就可以用私鑰解密接受。為提高保密強度，RSA密鑰至少為500位長，一般推薦使用1024位。
該演算法基於下面的兩個事實,這些事實保證了RSA演算法的安全有效性：
1)已有確定一個數是不是質數的快速演算法；
2)尚未找到確定一個合數的質因子的快速演算法。
3.2工作原理
1)任意選取兩個不同的大質數p和q，計算乘積r=p*q；
2)任意選取一個大整數e，e與(p-1)*(q-1)互質，整數e用做加密密鑰。注意：e的選取是很容易的，例如，所有大於p和q的質數都可用。
3)確定解密密鑰d：d * e = 1 molo（p - 1）*（q - 1） 根據e、p和q可以容易地計算出d。
4)公開整數r和e，但是不公開d；
5)將明文P (假設P是一個小於r的整數)加密為密文C，計算方法為：
C = Pe molo r
6)將密文C解密為明文P，計算方法為：
P = Cd molo r
然而只根據r和e（不是p和q）要計算出d是不可能的。因此，任何人都可對明文進行加密，但只有授權用戶（知道d）才可對密文解密。
3.3簡單實例
為了說明該演算法的工作過程,我們下面給出一個簡單例子,顯然我們在這只能取很小的數字，但是如上所述，為了保證安全，在實際應用上我們所用的數字要大的多得多。
例：選取p=3, q=5，則r=15，（p-1）*（q-1）=8。選取e=11（大於p和q的質數），通過d * 11 = 1 molo 8，計算出d =3。
假定明文為整數13。則密文C為
C = Pe molo r
= 1311 molo 15
= 1,792,160,394,037 molo 15
= 7
復原明文P為：
P = Cd molo r
= 73 molo 15
= 343 molo 15
= 13
因為e和d互逆，公開密鑰加密方法也允許採用這樣的方式對加密信息進行"簽名"，以便接收方能確定簽名不是偽造的。
假設A和B希望通過公開密鑰加密方法進行數據傳輸，A和B分別公開加密演算法和相應的密鑰，但不公開解密演算法和相應的密鑰。A和B的加密演算法分別是ECA和ECB，解密演算法分別是DCA和DCB，ECA和DCA互逆，ECB和DCB互逆。 若A要向B發送明文P，不是簡單地發送ECB（P），而是先對P施以其解密演算法DCA，再用加密演算法ECB對結果加密後發送出去。
密文C為：
C = ECB（DCA（P））
B收到C後，先後施以其解密演算法DCB和加密演算法ECA，得到明文P：
ECA（DCB（C））
= ECA（DCB（ECB（DCA（P））））
= ECA（DCA（P））/*DCB和ECB相互抵消*/
=
P /*DCB和ECB相互抵消*/
這樣B就確定報文確實是從A發出的，因為只有當加密過程利用了DCA演算法，用ECA才能獲得P，只有A才知道DCA演算法，沒 有人，即使是B也不能偽造A的簽名。
3.4優缺點
3.4.1優點
RSA演算法是第一個能同時用於加密和數字簽名的演算法，也易於理解和操作。RSA是被研究得最廣泛的公鑰演算法，從提出到現在已近二十年，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一。該演算法的加密密鑰和加密演算法分開，使得密鑰分配更為方便。它特別符合計算機網路環境。對於網上的大量用戶，可以將加密密鑰用電話簿的方式印出。如果某用戶想與另一用戶進行保密通信，只需從公鑰簿上查出對方的加密密鑰，用它對所傳送的信息加密發出即可。對方收到信息後，用僅為自己所知的解密密鑰將信息脫密，了解報文的內容。由此可看出，RSA演算法解決了大量網路用戶密鑰管理的難題，這是公鑰密碼系統相對於對稱密碼系統最突出的優點。
3.4.2缺點
1)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。
2)安全性, 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，而且密碼學界多數人士傾向於因子分解不是NPC問題。目前，人們已能分解140多個十進制位的大素數，這就要求使用更長的密鑰，速度更慢；另外，目前人們正在積極尋找攻擊RSA的方法，如選擇密文攻擊，一般攻擊者是將某一信息作一下偽裝(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 = Xd *Md 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。但從演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演算法。除了利用公共模數，人們還嘗試一些利用解密指數或φ（n）等等攻擊.
3)速度太慢,由於RSA的分組長度太大，為保證安全性，n至少也要600 bitx以上，使運算代價很高，尤其是速度較慢，較對稱密碼演算法慢幾個數量級；且隨著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准化。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。為了速度問題,目前人們廣泛使用單,公鑰密碼結合使用的方法,優缺點互補:單鑰密碼加密速度快,人們用它來加密較長的文件,然後用RSA來給文件密鑰加密,極好的解決了單鑰密碼的密鑰分發問題。
§4結束語
目前，日益激增的電子商務和其它網際網路應用需求使公鑰體系得以普及，這些需求量主要包括對伺服器資源的訪問控制和對電子商務交易的保護，以及權利保護、個人隱私、無線交易和內容完整性（如保證新聞報道或股票行情的真實性）等方面。公鑰技術發展到今天，在市場上明顯的發展趨勢就是PKI與操作系統的集成，PKI是「Public
Key Infrastructure」的縮寫，意為「公鑰基礎設施」。公鑰體制廣泛地用於CA認證、數字簽名和密鑰交換等領域。
公鑰加密演算法中使用最廣的是RSA。RSA演算法研製的最初理念與目標是努力使互聯網安全可靠，旨在解決DES演算法秘密密鑰的利用公開信道傳輸分發的難題。而實際結果不但很好地解決了這個難題；還可利用RSA來完成對電文的數字簽名以抗對電文的否認與抵賴；同時還可以利用數字簽名較容易地發現攻擊者對電文的非法篡改，以保護數據信息的完整性。目前為止，很多種加密技術採用了RSA演算法，該演算法也已經在互聯網的許多方面得以廣泛應用，包括在安全介面層（SSL）標准（該標準是網路瀏覽器建立安全的互聯網連接時必須用到的）方面的應用。此外，RSA加密系統還可應用於智能IC卡和網路安全產品。
但目前RSA演算法的專利期限即將結束，取而代之的是基於橢圓曲線的密碼方案（ECC演算法）。較之於RSA演算法，ECC有其相對優點，這使得ECC的特性更適合當今電子商務需要快速反應的發展潮流。此外，一種全新的量子密碼也正在發展中。
至於在實際應用中應該採用何種加密演算法則要結合具體應用環境和系統，不能簡單地根據其加密強度來做出判斷。因為除了加密演算法本身之外，密鑰合理分配、加密效率與現有系統的結合性以及投入產出分析都應在實際環境中具體考慮。加密技術隨著網路的發展更新，將有更安全更易於實現的演算法不斷產生，為信息安全提供更有力的保障。今後，加密技術會何去何從，我們將拭目以待。
參考文獻：
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[2]西蒙.辛格.《密碼故事》.海口:海南出版社,2001,1:271-272
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[4]加密與數字簽名.http://www.njt.cn/yumdq/dzsw/a2.htm
[5]黑客中級教程系列之十.http://www.qqorg.i-p.com/jiaocheng/10.html
⑶ 加密基礎知識二 非對稱加密RSA演算法和對稱加密
上述過程中，出現了公鑰(3233,17)和私鑰(3233,2753)，這兩組數字是怎麼找出來的呢？參考 RSA演算法原理（二）
首字母縮寫說明：E是加密（Encryption）D是解密（Decryption）N是數字（Number）。
1.隨機選擇兩個不相等的質數p和q。
alice選擇了61和53。（實際應用中，這兩個質數越大，就越難破解。）
2.計算p和q的乘積n。
n = 61×53 = 3233
n的長度就是密鑰長度。3233寫成二進制是110010100001，一共有12位，所以這個密鑰就是12位。實際應用中，RSA密鑰一般是1024位，重要場合則為2048位。
3.計算n的歐拉函數φ(n)。稱作L
根據公式φ(n) = (p-1)(q-1)
alice算出φ(3233)等於60×52，即3120。
4.隨機選擇一個整數e，也就是公鑰當中用來加密的那個數字
條件是1< e < φ(n)，且e與φ(n) 互質。
alice就在1到3120之間，隨機選擇了17。（實際應用中，常常選擇65537。）
5.計算e對於φ(n)的模反元素d。也就是密鑰當中用來解密的那個數字
所謂"模反元素"就是指有一個整數d，可以使得ed被φ(n)除的余數為1。ed ≡ 1 (mod φ(n))
alice找到了2753，即17*2753 mode 3120 = 1
6.將n和e封裝成公鑰，n和d封裝成私鑰。
在alice的例子中，n=3233，e=17，d=2753，所以公鑰就是 (3233,17)，私鑰就是（3233, 2753）。
上述故事中，blob為了偷偷地傳輸移動位數6，使用了公鑰做加密，即6^17 mode 3233 = 824。alice收到824之後，進行解密，即824^2753 mod 3233 = 6。也就是說，alice成功收到了blob使用的移動位數。
再來復習一下整個流程：
p=17,q=19
n = 17 19 = 323
L = 16 18 = 144
E = 5(E需要滿足以下兩個條件：1<E<144,E和144互質)
D = 29(D要滿足兩個條件，1<D<144,D mode 144 = 1)
假設某個需要傳遞123，則加密後：123^5 mode 323 = 225
接收者收到225後，進行解密，225^ 29 mode 323 = 123
回顧上面的密鑰生成步驟，一共出現六個數字：
p
q
n
L即φ(n)
e
d
這六個數字之中，公鑰用到了兩個（n和e），其餘四個數字都是不公開的。其中最關鍵的是d，因為n和d組成了私鑰，一旦d泄漏，就等於私鑰泄漏。那麼，有無可能在已知n和e的情況下，推導出d？
（1）ed≡1 (mod φ(n))。只有知道e和φ(n)，才能算出d。
（2）φ(n)=(p-1)(q-1)。只有知道p和q，才能算出φ(n)。
（3）n=pq。只有將n因數分解，才能算出p和q。
結論：如果n可以被因數分解，d就可以算出，也就意味著私鑰被破解。
可是，大整數的因數分解，是一件非常困難的事情。目前，除了暴力破解，還沒有發現別的有效方法。維基網路這樣寫道："對極大整數做因數分解的難度決定了RSA演算法的可靠性。換言之，對一極大整數做因數分解愈困難，RSA演算法愈可靠。假如有人找到一種快速因數分解的演算法，那麼RSA的可靠性就會極度下降。但找到這樣的演算法的可能性是非常小的。今天只有短的RSA密鑰才可能被暴力破解。到2008年為止，世界上還沒有任何可靠的攻擊RSA演算法的方式。只要密鑰長度足夠長，用RSA加密的信息實際上是不能被解破的。"
然而，雖然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。此外，RSA的缺點還有：
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，為保證安全性，n 至少也要 600bits以上，使運算代價很高，尤其是速度較慢，較對稱密碼演算法慢幾個數量級；且隨著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准化。因此， 使用RSA只能加密少量數據，大量的數據加密還要靠對稱密碼演算法 。
加密和解密是自古就有技術了。經常看到偵探電影的橋段，勇敢又機智的主角，拿著一長串毫無意義的數字苦惱，忽然靈光一閃，翻出一本厚書，將第一個數字對應頁碼數，第二個數字對應行數，第三個數字對應那一行的某個詞。數字變成了一串非常有意義的話：
Eat the beancurd with the peanut. Taste like the ham.
這種加密方法是將原來的某種信息按照某個規律打亂。某種打亂的方式就叫做密鑰(cipher code)。發出信息的人根據密鑰來給信息加密，而接收信息的人利用相同的密鑰，來給信息解密。 就好像一個帶鎖的盒子。發送信息的人將信息放到盒子里，用鑰匙鎖上。而接受信息的人則用相同的鑰匙打開。加密和解密用的是同一個密鑰，這種加密稱為對稱加密（symmetric encryption）。
如果一對一的話，那麼兩人需要交換一個密鑰。一對多的話，比如總部和多個特工的通信，依然可以使用同一套密鑰。 但這種情況下，對手偷到一個密鑰的話，就知道所有交流的信息了。 二戰中盟軍的情報戰成果，很多都來自於破獲這種對稱加密的密鑰。
為了更安全，總部需要給每個特工都設計一個不同的密鑰。如果是FBI這樣龐大的機構，恐怕很難維護這么多的密鑰。在現代社會，每個人的信用卡信息都需要加密。一一設計密鑰的話，銀行怕是要跪了。
對稱加密的薄弱之處在於給了太多人的鑰匙。如果只給特工鎖，而總部保有鑰匙，那就容易了。特工將信息用鎖鎖到盒子里，誰也打不開，除非到總部用唯一的一把鑰匙打開。只是這樣的話，特工每次出門都要帶上許多鎖，太容易被識破身份了。總部老大想了想，乾脆就把造鎖的技術公開了。特工，或者任何其它人，可以就地取材，按照圖紙造鎖，但無法根據圖紙造出鑰匙。鑰匙只有總部的那一把。
上面的關鍵是鎖和鑰匙工藝不同。知道了鎖，並不能知道鑰匙。這樣，銀行可以將「造鎖」的方法公布給所有用戶。 每個用戶可以用鎖來加密自己的信用卡信息。即使被別人竊聽到，也不用擔心：只有銀行才有鑰匙呢！這樣一種加密演算法叫做非對稱加密(asymmetric encryption)。非對稱加密的經典演算法是RSA演算法。它來自於數論與計算機計數的奇妙結合。
1976年，兩位美國計算機學家Whitfield Diffie 和 Martin Hellman，提出了一種嶄新構思，可以在不直接傳遞密鑰的情況下，完成解密。這被稱為"Diffie-Hellman密鑰交換演算法"。這個演算法啟發了其他科學家。人們認識到，加密和解密可以使用不同的規則，只要這兩種規則之間存在某種對應關系即可，這樣就避免了直接傳遞密鑰。這種新的加密模式被稱為"非對稱加密演算法"。
1977年，三位數學家Rivest、Shamir 和 Adleman 設計了一種演算法，可以實現非對稱加密。這種演算法用他們三個人的名字命名，叫做RSA演算法。從那時直到現在，RSA演算法一直是最廣為使用的"非對稱加密演算法"。毫不誇張地說，只要有計算機網路的地方，就有RSA演算法。
1.能「撞」上的保險箱（非對稱/公鑰加密體制，Asymmetric / Public Key Encryption）
數據加密解密和門鎖很像。最開始的時候，人們只想到了那種只能用鑰匙「鎖」數據的鎖。如果在自己的電腦上自己加密數據，當然可以用最開始這種門鎖的形式啦，方便快捷，簡單易用有木有。
但是我們現在是通信時代啊，雙方都想做安全的通信怎麼辦呢？如果也用這種方法，通信就好像互相發送密碼保險箱一樣…而且雙方必須都有鑰匙才能進行加密和解密。也就是說，兩個人都拿著保險箱的鑰匙，你把數據放進去，用鑰匙鎖上發給我。我用同樣的鑰匙把保險箱打開，再把我的數據鎖進保險箱，發送給你。
這樣看起來好像沒什麼問題。但是，這裡面 最大的問題是：我們兩個怎麼弄到同一個保險箱的同一個鑰匙呢？ 好像僅有的辦法就是我們兩個一起去買個保險箱，然後一人拿一把鑰匙，以後就用這個保險箱了。可是，現代通信社會，絕大多數情況下別說一起去買保險箱了，連見個面都難，這怎麼辦啊？
於是，人們想到了「撞門」的方法。我這有個可以「撞上」的保險箱，你那裡自己也買一個這樣的保險箱。通信最開始，我把保險箱打開，就這么開著把保險箱發給你。你把數據放進去以後，把保險箱「撞」上發給我。撞上以後，除了我以外，誰都打不開保險箱了。這就是RSA了，公開的保險箱就是公鑰，但是我有私鑰，我才能打開。
2.數字簽名
這種鎖看起來好像很不錯，但是鎖在運輸的過程中有這么一個嚴重的問題：你怎麼確定你收到的開著的保險箱就是我發來的呢？對於一個聰明人，他完全可以這么干：
(a)裝作運輸工人。我現在把我開著的保險箱運給對方。運輸工人自己也弄這么一個保險箱，運輸的時候把保險箱換成他做的。
(b)對方收到保險箱後，沒法知道這個保險箱是我最初發過去的，還是運輸工人替換的。對方把數據放進去，把保險箱撞上。
(c)運輸工人往回運的時候，用自己的鑰匙打開自己的保險箱，把數據拿走。然後復印也好，偽造也好，弄出一份數據，把這份數據放進我的保險箱，撞上，然後發給我。
從我的角度，從對方的角度，都會覺得這數據傳輸過程沒問題。但是，運輸工人成功拿到了數據，整個過程還是不安全的，大概的過程是這樣：
這怎麼辦啊？這個問題的本質原因是，人們沒辦法獲知，保險箱到底是「我」做的，還是運輸工人做的。那乾脆，我們都別做保險箱了，讓權威機構做保險箱，然後在每個保險箱上用特殊的工具刻上一個編號。對方收到保險箱的時候，在權威機構的「公告欄」上查一下編號，要是和保險箱上的編號一樣，我就知道這個保險箱是「我」的，就安心把數據放進去。大概過程是這樣的：
如何做出刻上編號，而且編號沒法修改的保險箱呢？這涉及到了公鑰體制中的另一個問題：數字簽名。
要知道，刻字這種事情吧，誰都能幹，所以想做出只能自己刻字，還沒法讓別人修改的保險箱確實有點難度。那麼怎麼辦呢？這其實困擾了人們很長的時間。直到有一天，人們發現：我們不一定非要在保險箱上刻規規矩矩的字，我們乾脆在保險箱上刻手寫名字好了。而且，刻字有點麻煩，乾脆我們在上面弄張紙，讓人直接在上面寫，簡單不費事。具體做法是，我們在保險箱上嵌進去一張紙，然後每個出產的保險箱都讓權威機構的CEO簽上自己的名字。然後，CEO把自己的簽名公開在權威機構的「公告欄」上面。比如這個CEO就叫「學酥」，那麼整個流程差不多是這個樣子：
這個方法的本質原理是，每個人都能夠通過筆跡看出保險箱上的字是不是學酥CEO簽的。但是呢，這個字體是學酥CEO唯一的字體。別人很難模仿。如果模仿我們就能自己分辨出來了。要是實在分辨不出來呢，我們就請一個筆跡專家來分辨。這不是很好嘛。這個在密碼學上就是數字簽名。
上面這個簽字的方法雖然好，但是還有一個比較蛋疼的問題。因為簽字的樣子是公開的，一個聰明人可以把公開的簽字影印一份，自己造個保險箱，然後把這個影印的字也嵌進去。這樣一來，這個聰明人也可以造一個相同簽字的保險箱了。解決這個問題一個非常簡單的方法就是在看保險箱上的簽名時，不光看字體本身，還要看字體是不是和公開的字體完全一樣。要是完全一樣，就可以考慮這個簽名可能是影印出來的。甚至，還要考察字體是不是和其他保險櫃上的字體一模一樣。因為聰明人為了欺騙大家，可能不影印公開的簽名，而影印其他保險箱上的簽名。這種解決方法雖然簡單，但是驗證簽名的時候麻煩了一些。麻煩的地方在於我不僅需要對比保險箱上的簽名是否與公開的筆跡一樣，還需要對比得到的簽名是否與公開的筆跡完全一樣，乃至是否和所有發布的保險箱上的簽名完全一樣。有沒有什麼更好的方法呢？
當然有，人們想到了一個比較好的方法。那就是，學酥CEO簽字的時候吧，不光把名字簽上，還得帶上簽字得日期，或者帶上這個保險箱的編號。這樣一來，每一個保險箱上的簽字就唯一了，這個簽字是學酥CEO的簽名+學酥CEO寫上的時間或者編號。這樣一來，就算有人偽造，也只能偽造用過的保險箱。這個問題就徹底解決了。這個過程大概是這么個樣子：
3 造價問題（密鑰封裝機制，Key Encapsulation Mechanism）
解決了上面的各種問題，我們要考慮考慮成本了… 這種能「撞」門的保險箱雖然好，但是這種鎖造價一般來說要比普通的鎖要高，而且鎖生產時間也會變長。在密碼學中，對於同樣「結實」的鎖，能「撞」門的鎖的造價一般來說是普通鎖的上千倍。同時，能「撞」門的鎖一般來說只能安裝在小的保險櫃裡面。畢竟，這么復雜的鎖，裝起來很費事啊！而普通鎖安裝在多大的保險櫃上面都可以呢。如果兩個人想傳輸大量數據的話，用一個大的保險櫃比用一堆小的保險櫃慢慢傳要好的多呀。怎麼解決這個問題呢？人們又想出了一個非常棒的方法：我們把兩種鎖結合起來。能「撞」上的保險櫃裡面放一個普通鎖的鑰匙。然後造一個用普通的保險櫃來鎖大量的數據。這樣一來，我們相當於用能「撞」上的保險櫃發一個鑰匙過去。對方收到兩個保險櫃後，先用自己的鑰匙把小保險櫃打開，取出鑰匙。然後在用這個鑰匙開大的保險櫃。這樣做更棒的一個地方在於，既然對方得到了一個鑰匙，後續再通信的時候，我們就不再需要能「撞」上的保險櫃了啊，在以後一定時間內就用普通保險櫃就好了，方便快捷嘛。
以下參考 數字簽名、數字證書、SSL、https是什麼關系？
4.數字簽名（Digital Signature）
數據在瀏覽器和伺服器之間傳輸時，有可能在傳輸過程中被冒充的盜賊把內容替換了，那麼如何保證數據是真實伺服器發送的而不被調包呢，同時如何保證傳輸的數據沒有被人篡改呢，要解決這兩個問題就必須用到數字簽名，數字簽名就如同日常生活的中的簽名一樣，一旦在合同書上落下了你的大名，從法律意義上就確定是你本人簽的字兒，這是任何人都沒法仿造的，因為這是你專有的手跡，任何人是造不出來的。那麼在計算機中的數字簽名怎麼回事呢？數字簽名就是用於驗證傳輸的內容是不是真實伺服器發送的數據，發送的數據有沒有被篡改過，它就干這兩件事，是非對稱加密的一種應用場景。不過他是反過來用私鑰來加密，通過與之配對的公鑰來解密。
第一步：服務端把報文經過Hash處理後生成摘要信息Digest，摘要信息使用私鑰private-key加密之後就生成簽名，伺服器把簽名連同報文一起發送給客戶端。
第二步：客戶端接收到數據後，把簽名提取出來用public-key解密，如果能正常的解密出來Digest2，那麼就能確認是對方發的。
第三步：客戶端把報文Text提取出來做同樣的Hash處理，得到的摘要信息Digest1，再與之前解密出來的Digist2對比，如果兩者相等，就表示內容沒有被篡改，否則內容就是被人改過了。因為只要文本內容哪怕有任何一點點改動都會Hash出一個完全不一樣的摘要信息出來。
5.數字證書（Certificate Authority）
數字證書簡稱CA，它由權威機構給某網站頒發的一種認可憑證，這個憑證是被大家（瀏覽器）所認可的，為什麼需要用數字證書呢，難道有了數字簽名還不夠安全嗎？有這樣一種情況，就是瀏覽器無法確定所有的真實伺服器是不是真的是真實的，舉一個簡單的例子：A廠家給你們家安裝鎖，同時把鑰匙也交給你，只要鑰匙能打開鎖，你就可以確定鑰匙和鎖是配對的，如果有人把鑰匙換了或者把鎖換了，你是打不開門的，你就知道肯定被竊取了，但是如果有人把鎖和鑰匙替換成另一套表面看起來差不多的，但質量差很多的，雖然鑰匙和鎖配套，但是你卻不能確定這是否真的是A廠家給你的，那麼這時候，你可以找質檢部門來檢驗一下，這套鎖是不是真的來自於A廠家，質檢部門是權威機構，他說的話是可以被公眾認可的（呵呵）。
同樣的， 因為如果有人（張三）用自己的公鑰把真實伺服器發送給瀏覽器的公鑰替換了，於是張三用自己的私鑰執行相同的步驟對文本Hash、數字簽名，最後得到的結果都沒什麼問題，但事實上瀏覽器看到的東西卻不是真實伺服器給的，而是被張三從里到外（公鑰到私鑰）換了一通。那麼如何保證你現在使用的公鑰就是真實伺服器發給你的呢？我們就用數字證書來解決這個問題。數字證書一般由數字證書認證機構（Certificate Authority）頒發，證書裡麵包含了真實伺服器的公鑰和網站的一些其他信息，數字證書機構用自己的私鑰加密後發給瀏覽器，瀏覽器使用數字證書機構的公鑰解密後得到真實伺服器的公鑰。這個過程是建立在被大家所認可的證書機構之上得到的公鑰，所以這是一種安全的方式。
常見的對稱加密演算法有DES、3DES、AES、RC5、RC6。非對稱加密演算法應用非常廣泛，如SSH,
HTTPS, TLS，電子證書，電子簽名，電子身份證等等。
參考 DES/3DES/AES區別
⑷ 誰能簡要闡述RSA與ECC演算法的異同
通信網路特別是互聯網的高速發展使得信息安全這個問題受到人們的普遍關注。在信息安全演算法中，RSA方法的優點主要是原理簡單、易於使用。但是，隨著分解大整數方法的完善、計算機速度的提高以及計算機網路的發展，作為RSA加解密安全保障的大整數要求越來越大。為保證RSA使用的安全性，密鑰的位數不斷增加，目前一般認為RSA需要1024位以上的字長才具有安全保障。但是，密鑰長度的增加導致加解密的速度大大降低，硬體實現也變得越來越復雜，這給使用RSA的應用帶來了極大的負擔(尤其是進行大量安全交易的電子商務)，從而使其應用范圍日益受到制約。
ECC演算法只需採用較短的密鑰就可以達到和RSA演算法相同的加密強度，它的數論基礎是有限域上的橢圓曲線離散對數問題，現在還沒有針對這個難題的亞指數時間演算法，因此，ECC演算法具有每比特最高的安全強度。由於智能卡在CPU處理能力和RAM大小上受限，採用一種運算量小同時能提供高加密強度的公鑰密碼機制對於實現數字簽名應用非常關鍵。ECC在這方面具有明顯優勢，160位ECC演算法的安全性相當於1024位的RSA演算法，而210位的ECC則相當於2048位的RSA。相信ECC技術在信息安全領域中的應用將會越來越廣泛。
⑸ RSA演算法詳解
總括： 本文詳細講述了RSA演算法詳解，包括內部使用數學原理以及產生的過程。
相濡以沫。到底需要愛淡如水。
之前寫過一篇文章 SSL協議之數據加密過程 ，裡面詳細講述了數據加密的過程以及需要的演算法。SSL協議很巧妙的利用對稱加密和非對稱加密兩種演算法來對數據進行加密。這篇文章主要是針對一種最常見的非對稱加密演算法——RSA演算法進行講解。其實也就是對私鑰和公鑰產生的一種方式進行描述。首先先來了解下這個演算法的歷史：
RSA是1977年由 羅納德·李維斯特 （Ron Rivest）、 阿迪·薩莫爾 （Adi Shamir）和 倫納德·阿德曼 （Leonard Adleman）一起提出的。當時他們三人都在 麻省理工學院 工作。RSA就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。
但實際上，在1973年，在英國政府通訊總部工作的數學家 克利福德·柯克斯 （Clifford Cocks）在一個內部文件中提出了一個相同的演算法，但他的發現被列入機密，一直到1997年才被發表。
所以誰是RSA演算法的發明人呢？不好說，就好像貝爾並不是第一個發明電話的人但大家都記住的是貝爾一樣，這個地方我們作為旁觀者倒不用較真，重要的是這個演算法的內容：
RSA演算法用到的數學知識特別多，所以在中間介紹這個演算法生成私鑰和公鑰的過程中會穿插一些數學知識。生成步驟如下：
隨意選擇兩個大的質數p和q，p不等於q，計算N=p*q;
什麼是質數?我想可能會有一部分人已經忘記了，定義如下：
比如2，3，5，7這些都是質數，9就不是了，因為3*3=9了
r = φ(N) = φ(p)φ(q) = (p-1)(q-1) 。
這里的數學概念就是什麼是歐拉函數了，什麼是歐拉函數呢？
歐拉函數 的定義：
互質 的定義：
例如： φ(8) = 4 ，因為 1,3,5,7 均和 8 互質。
推導歐拉函數:
（1）如果 n = 1 , φ(1) = 1 ；(小於等於1的正整數中唯一和1互質的數就是1本身)；
（2）如果 n 為質數， φ(n) = n - 1 ；因為質數和每一個比它小的數字都互質。比如5，比它小的正整數1,2,3,4都和他互質；
(3) 如果 n 是 a 的 k 次冪，則 φ(n) = φ(a^k) = a^k - a^(k-1) = (a-1)a^(k-1) ；
(4) 若 m , n 互質，則 φ(mn) = φ(m)φ(n)
證明： 設 A , B , C 是跟 m , n , mn 互質的數的集，據 中國剩餘定理 (經常看數學典故的童鞋應該了解，剩餘定理又叫韓信點兵，也叫孫子定理)， A * B 和 C 可建立雙射一一對應)的關系。（或者也可以從初等代數角度給出 歐拉函數積性的簡單證明 ） 因此的φ(n)值使用 算術基本定理 便知。（來自維基網路）
選擇一個小於r並與r互質的整數e，求得e關於r的模反元素，命名為 d （ ed = 1(mod r) 模反元素存在，當且僅當e與r互質）， e 我們通常取65537。
模反元素：
比如 3 和 5 互質， 3 關於 5 的模反元素就可能是2，因為 3*2-1=5 可以被5整除。所以很明顯模反元素不止一個，2加減5的整數倍都是3關於5的模反元素 {...-3, 2,7,12…} 放在公式里就是 3*2 = 1 (mod 5)
上面所提到的歐拉函數用處實際上在於歐拉定理：
歐拉定理：
歐拉定理就可以用來證明模反元素必然存在。
由模反元素的定義和歐拉定理我們知道， a 的 φ(n) 次方減去1，可以被n整除。比如，3和5互質，而 5 的歐拉函數 φ(5) 等於4，所以 3 的 4 次方 (81) 減去1，可以被 5 整除（ 80/5=16 ）。
小費馬定理：
此時我們的 (N , e) 是公鑰， (N, d) 為私鑰，愛麗絲會把公鑰 (N, e) 傳給鮑勃，然後將 (N, d) 自己藏起來。一對公鑰和私鑰就產生了，然後具體的使用方法呢？請看： SSL協議之數據加密過程詳解
我們知道像RSA這種非對稱加密演算法很安全，那麼到底為啥子安全呢？
我們來看看上面這幾個過程產生的幾個數字：
N 和 e 我們都會公開使用，最為重要的就是私鑰中的 d ， d 一旦泄露，加密也就失去了意義。那麼得到d的過程是如何的呢？如下:
所以得出了在上篇博客說到的結論，非對稱加密的原理：
將a和b相乘得出乘積c很容易，但要是想要通過乘積c推導出a和b極難。即對一個大數進行因式分解極難
目前公開破譯的位數是768位，實際使用一般是1024位或是2048位，所以理論上特別的安全。
RSA演算法的核心就是歐拉定理，根據它我們才能得到私鑰，從而保證整個通信的安全。
⑹ 計算機網路中公鑰加密技術如何實現RSA演算法的
模數n=p*q，密文c=m^e
mod
n=25
phi(n)=(p-1)*(q-1),e*d
mod
phi(n)=1，簡單方法試一下就能求出d=37，正規方法用擴展歐幾里德演算法求e的模逆d。
⑺ 公鑰和私鑰加密主要演算法有哪些，其基本思想是什麼
加密演算法
加密技術是對信息進行編碼和解碼的技術，編碼是把原來可讀信息（又稱明文）譯成代碼形式（又稱密文），其逆過程就是解碼（解密）。加密技術的要點是加密演算法，加密演算法可以分為對稱加密、不對稱加密和不可逆加密三類演算法。
對稱加密演算法 對稱加密演算法是應用較早的加密演算法，技術成熟。在對稱加密演算法中，數據發信方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。收信方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密演算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密演算法在分布式網路系統上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密演算法有DES和IDEA等。美國國家標准局倡導的AES即將作為新標准取代DES。
不對稱加密演算法不對稱加密演算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙—公鑰和私鑰。在使用不對稱加密演算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且發信方（加密者）知道收信方的公鑰，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密演算法的基本原理是，如果發信方想發送只有收信方才能解讀的加密信息，發信方必須首先知道收信方的公鑰，然後利用收信方的公鑰來加密原文；收信方收到加密密文後，使用自己的私鑰才能解密密文。顯然，採用不對稱加密演算法，收發信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發信方，而自己保留私鑰。由於不對稱演算法擁有兩個密鑰，因而特別適用於分布式系統中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密演算法有RSA演算法和美國國家標准局提出的DSA。以不對稱加密演算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。
不可逆加密演算法 不可逆加密演算法的特徵是加密過程中不需要使用密鑰，輸入明文後由系統直接經過加密演算法處理成密文，這種加密後的數據是無法被解密的，只有重新輸入明文，並再次經過同樣不可逆的加密演算法處理，得到相同的加密密文並被系統重新識別後，才能真正解密。顯然，在這類加密過程中，加密是自己，解密還得是自己，而所謂解密，實際上就是重新加一次密，所應用的「密碼」也就是輸入的明文。不可逆加密演算法不存在密鑰保管和分發問題，非常適合在分布式網路系統上使用，但因加密計算復雜，工作量相當繁重，通常只在數據量有限的情形下使用，如廣泛應用在計算機系統中的口令加密，利用的就是不可逆加密演算法。近年來，隨著計算機系統性能的不斷提高，不可逆加密的應用領域正在逐漸增大。在計算機網路中應用較多不可逆加密演算法的有RSA公司發明的MD5演算法和由美國國家標准局建議的不可逆加密標准SHS(Secure Hash Standard:安全雜亂信息標准)等。
加密技術
加密演算法是加密技術的基礎，任何一種成熟的加密技術都是建立多種加密演算法組合，或者加密演算法和其他應用軟體有機結合的基礎之上的。下面我們介紹幾種在計算機網路應用領域廣泛應用的加密技術。
非否認（Non-repudiation）技術 該技術的核心是不對稱加密演算法的公鑰技術，通過產生一個與用戶認證數據有關的數字簽名來完成。當用戶執行某一交易時，這種簽名能夠保證用戶今後無法否認該交易發生的事實。由於非否認技術的操作過程簡單，而且直接包含在用戶的某類正常的電子交易中，因而成為當前用戶進行電子商務、取得商務信任的重要保證。
PGP（Pretty Good Privacy）技術 PGP技術是一個基於不對稱加密演算法RSA公鑰體系的郵件加密技術，也是一種操作簡單、使用方便、普及程度較高的加密軟體。PGP技術不但可以對電子郵件加密，防止非授權者閱讀信件；還能對電子郵件附加數字簽名，使收信人能明確了解發信人的真實身份；也可以在不需要通過任何保密渠道傳遞密鑰的情況下，使人們安全地進行保密通信。PGP技術創造性地把RSA不對稱加密演算法的方便性和傳統加密體系結合起來，在數字簽名和密鑰認證管理機制方面採用了無縫結合的巧妙設計，使其幾乎成為最為流行的公鑰加密軟體包。
數字簽名（Digital Signature）技術 數字簽名技術是不對稱加密演算法的典型應用。數字簽名的應用過程是，數據源發送方使用自己的私鑰對數據校驗和或其他與數據內容有關的變數進行加密處理，完成對數據的合法「簽名」，數據接收方則利用對方的公鑰來解讀收到的「數字簽名」，並將解讀結果用於對數據完整性的檢驗，以確認簽名的合法性。數字簽名技術是在網路系統虛擬環境中確認身份的重要技術，完全可以代替現實過程中的「親筆簽字」，在技術和法律上有保證。在公鑰與私鑰管理方面，數字簽名應用與加密郵件PGP技術正好相反。在數字簽名應用中，發送者的公鑰可以很方便地得到，但他的私鑰則需要嚴格保密。
PKI（Public Key Infrastructure）技術 PKI技術是一種以不對稱加密技術為核心、可以為網路提供安全服務的公鑰基礎設施。PKI技術最初主要應用在Internet環境中，為復雜的互聯網系統提供統一的身份認證、數據加密和完整性保障機制。由於PKI技術在網路安全領域所表現出的巨大優勢，因而受到銀行、證券、政府等核心應用系統的青睞。PKI技術既是信息安全技術的核心，也是電子商務的關鍵和基礎技術。由於通過網路進行的電子商務、電子政務等活動缺少物理接觸，因而使得利用電子方式驗證信任關系變得至關重要，PKI技術恰好能夠有效解決電子商務應用中的機密性、真實性、完整性、不可否認性和存取控制等安全問題。一個實用的PKI體系還必須充分考慮互操作性和可擴展性。PKI體系所包含的認證中心（CA）、注冊中心（RA）、策略管理、密鑰與證書管理、密鑰備份與恢復、撤銷系統等功能模塊應該有機地結合在一起。
加密的未來趨勢
盡管雙鑰密碼體制比單鑰密碼體制更為可靠，但由於計算過於復雜，雙鑰密碼體制在進行大信息量通信時，加密速率僅為單鑰體制的1/100，甚至是 1/1000。正是由於不同體制的加密演算法各有所長，所以在今後相當長的一段時期內，各類加密體制將會共同發展。而在由IBM等公司於1996年聯合推出的用於電子商務的協議標准SET（Secure Electronic Transaction）中和1992年由多國聯合開發的PGP技術中，均採用了包含單鑰密碼、雙鑰密碼、單向雜湊演算法和隨機數生成演算法在內的混合密碼系統的動向來看，這似乎從一個側面展示了今後密碼技術應用的未來。
在單鑰密碼領域，一次一密被認為是最為可靠的機制，但是由於流密碼體制中的密鑰流生成器在演算法上未能突破有限循環，故一直未被廣泛應用。如果找到一個在演算法上接近無限循環的密鑰流生成器，該體制將會有一個質的飛躍。近年來，混沌學理論的研究給在這一方向產生突破帶來了曙光。此外，充滿生氣的量子密碼被認為是一個潛在的發展方向，因為它是基於光學和量子力學理論的。該理論對於在光纖通信中加強信息安全、對付擁有量子計算能力的破譯無疑是一種理想的解決方法。
由於電子商務等民用系統的應用需求，認證加密演算法也將有較大發展。此外，在傳統密碼體制中，還將會產生類似於IDEA這樣的新成員，新成員的一個主要特徵就是在演算法上有創新和突破，而不僅僅是對傳統演算法進行修正或改進。密碼學是一個正在不斷發展的年輕學科，任何未被認識的加/解密機制都有可能在其中佔有一席之地。
目前，對信息系統或電子郵件的安全問題，還沒有一個非常有效的解決方案，其主要原因是由於互聯網固有的異構性，沒有一個單一的信任機構可以滿足互聯網全程異構性的所有需要，也沒有一個單一的協議能夠適用於互聯網全程異構性的所有情況。解決的辦法只有依靠軟體代理了，即採用軟體代理來自動管理用戶所持有的證書（即用戶所屬的信任結構）以及用戶所有的行為。每當用戶要發送一則消息或一封電子郵件時，代理就會自動與對方的代理協商，找出一個共同信任的機構或一個通用協議來進行通信。在互聯網環境中，下一代的安全信息系統會自動為用戶發送加密郵件，同樣當用戶要向某人發送電子郵件時，用戶的本地代理首先將與對方的代理交互，協商一個適合雙方的認證機構。當然，電子郵件也需要不同的技術支持，因為電子郵件不是端到端的通信，而是通過多個中間機構把電子郵件分程傳遞到各自的通信機器上，最後到達目的地。
⑻ 自考計算機網路安全RSA雙鑰加密演算法的問題，100分求解！方法越多越詳細越好
（1）3320=79*42+4
（2）79=4*19+3
（3）4=3*1+1
（4）3=1*2+1
由此推導：
1=3-1*2
=3-（4-3*1）*2
=3*3-4*2
=3*（79-4*19）-4*2
=3*79-59*4
=3*79-59（3320-79*42）
=（3+42*59）*79-59*3320
由此可以得到 e=2481.
記得多給分啊。算了一中午，很久以前自己推導的，書上說的輾轉相除法，比較抽象，你理解我的這個演算法應該很簡單了。呵呵。。。
⑼ rsa對字元串進行加密
RSA演算法的思路是：如果A要想B發送消息，則A必須從B那獲得公鑰（e，n）而n=p*q，加密是你要發送的消息的每個字元串的e次方mod n。就向你說的將「abcdef」加密。先令26個英文字母對應於0-25的整數，即a-0，b-1，…z-25。然後加密為0^3mod55=0,依次類推信息加密就完成了。解密就是：B 從A那獲得加密後的信息，用私鑰（d，n）解密，得到的信息的每個字元串的d次方mod n。
⑽ RSA加密演算法是什麼時候產生的是公開的演算法嗎
這個幾句話說不清楚，我也不想打字，到網路給你復制個....
RSA
開放分類： 網路、電腦、計算機、安全、演算法
RSA演算法是第一個能同時用於加密和數字簽名的演算法，也易於理解和操作。 RSA是被研究得最廣泛的公鑰演算法，從提出到現在已近二十年，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，普遍認為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，為保證安全性，n 至少也要 600 bits以上，使運算代價很高，尤其是速度較慢，較對稱密碼演算法慢幾個數量級；且隨著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准化。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。
這種演算法1978年就出現了，它是第一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的演算法。它易於理解和操作，也很流行。演算法的名字以發明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 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 演算法計算解密密鑰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（二進製表示）時，首先把m分成等長數據塊 m1 ,m2,..., mi ，塊長s，其中 2^s <= n, s 盡可能的大。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，因為沒有證明破解RSA就一定需要作大數分解。假設存在一種無須分解大數的演算法，那它肯定可以修改成為大數分解演算法。目前， RSA的一些變種演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，無論是軟體還是硬體實現。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偽裝(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。但從演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演算法。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為信息明文，兩個加密密鑰為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。
因為e1和e2互質，故用Euclidean演算法能找到r和s，滿足：
r * e1 + s * e2 = 1
假設r為負數，需再用Euclidean演算法計算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。