RSA算法原理(简单易懂)
1. 什么是RSA
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
对称密码:加密和解密使用同一种密钥的方式
公钥密码: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。
2. RSA加密
RSA的加密过程可以使用一个通式来表达
密文=明文EmodN密文=明文EmodN
也就是说RSA加密是对明文的E次方后除以N后求余数的过程。就这么简单?对,就是这么简单。
从通式可知,只要知道E和N任何人都可以进行RSA加密了,所以说E、N是RSA加密的密钥,也就是说E和N的组合就是公钥,我们用(E,N)来表示公钥
公钥=(E,N)公钥=(E,N)
不过E和N不并不是随便什么数都可以的,它们都是经过严格的数学计算得出的,关于E和N拥有什么样的要求及其特性后面会讲到。顺便啰嗦一句E是加密(Encryption)的首字母,N是数字(Number)的首字母
3. RSA解密
RSA的解密同样可以使用一个通式来表达
明文=密文DmodN明文=密文DmodN
也就是说对密文进行D次方后除以N的余数就是明文,这就是RSA解密过程。知道D和N就能进行解密密文了,所以D和N的组合就是私钥
私钥=(D,N)私钥=(D,N)
从上述可以看出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”
此处D是解密(Decryption)的首字母;N是数字(Number)的首字母。
小结下
公钥 | (E,N) |
私钥 | (D,N) |
密钥对 | (E,D,N) |
加密 |
密文=明文EmodN密文=明文EmodN
|
解密 |
明文=密文DmodN明文=密文DmodN
|
4. 生成密钥对
既然公钥是(E,N),私钥是(D,N)所以密钥对即为(E,D,N)但密钥对是怎样生成的?步骤如下:
- 求N
- 求L(L为中间过程的中间数)
- 求E
- 求D
4.1 求N
准备两个质数p,q。这两个数不能太小,太小则会容易破解,将p乘以q就是N
N=p∗qN=p∗q
4.2 求L
L 是 p-1 和 q-1的最小公倍数,可用如下表达式表示
L=lcm(p-1,q-1)L=lcm(p-1,q-1)
4.3 求E
E必须满足两个条件:E是一个比1大比L小的数,E和L的最大公约数为1
用gcd(X,Y)来表示X,Y的最大公约数则E条件如下:
1 < E < L
gcd(E,L)=1
之所以需要E和L的最大公约数为1是为了保证一定存在解密时需要使用的数D。现在我们已经求出了E和N也就是说我们已经生成了密钥对中的公钥了。
4.4 求D
数D是由数E计算出来的。D、E和L之间必须满足以下关系:
1 < D < L
E*D mod L = 1
只要D满足上述2个条件,则通过E和N进行加密的密文就可以用D和N进行解密。
简单地说条件2是为了保证密文解密后的数据就是明文。
现在私钥自然也已经生成了,密钥对也就自然生成了。
小结下:
求N | N= p * q ;p,q为质数 |
求L | L=lcm(p-1,q-1) ;L为p-1、q-1的最小公倍数 |
求E | 1 < E < L,gcd(E,L)=1;E,L最大公约数为1(E和L互质) |
求D | 1 < D < L,E*D mod L = 1 |
5 实践下吧
我们用具体的数字来实践下RSA的密钥对对生成,及其加解密对全过程。为方便我们使用较小数字来模拟。
5.1 求N
我们准备两个很小对质数,
p = 17
q = 19
N = p * q = 323
5.2 求L
L = lcm(p-1, q-1)= lcm(16,18) = 144
144为16和18对最小公倍数
5.3 求E
求E必须要满足2个条件:1 < E < L ,gcd(E,L)=1
即1 < E < 144,gcd(E,144) = 1
E和144互为质数,5显然满足上述2个条件
故E = 5
此时公钥=(E,N)= (5,323)
5.4 求D
求D也必须满足2个条件:1 < D < L,E*D mod L = 1
即1 < D < 144,5 * D mod 144 = 1
显然当D= 29 时满足上述两个条件
1 < 29 < 144
5*29 mod 144 = 145 mod 144 = 1
此时私钥=(D,N)=(29,323)
5.5 加密
准备的明文必须时小于N的数,因为加密或者解密都要mod N其结果必须小于N
假设明文 = 123
则 密文=明文EmodN=1235mod323=225密文=明文EmodN=1235mod323=225
5.6 解密
明文=密文DmodN=22529mod323=123明文=密文DmodN=22529mod323=123
解密后的明文为123。
好了至此RSA的算法原理已经讲解完毕,是不是很简单?
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