有一些用于存储/交换 RSA 密钥的标准格式,例如 RFC 3447。不管是好是坏,大多数(无论如何,很多)都使用 ASN.1 编码,这比大多数人喜欢的都增加了更多的复杂性,这一切都是单独的。少数使用Base64编码,实现起来要容易得多。
就构成密钥而言:以最基本的形式,您是正确的;公钥包括模数(通常称为n)和指数(通常称为e)。
要计算密钥对,您从两个大质数开始,通常称为p 和q。您将模数 n 计算为 p * q。您还计算了一个数字(通常称为r),即(p-1) * (q-1)。
e 是一个或多或少随机选择的数字,相对于r 是质数。警告:你不希望e 非常小——至少 log(e) >= log(n)/4。
然后您将d(私有解密密钥)计算为满足关系的数字:
d * e = 1 (mod r)
您通常使用欧几里得算法计算此值,但还有其他选项(见下文)。同样,您也不希望 d 非常小,所以如果它的结果非常小,您可能想尝试 e 的另一个值,并计算一个新的 d 来匹配。
还有另一种计算e 和d 的方法。您可以从找到与 1 mod r 一致的数字 K 开始,然后将其分解。将质因子放在一起得到两个大小大致相等的因子,并将它们用作e 和d。
就计算您的d 的攻击者而言:您需要r 来计算它,而知道r 取决于知道p 和q。这正是分解 RSA 的原因/地点/方式。如果你考虑n,那么你就知道p 和q。从它们中,您可以找到r,从r 中,您可以计算出与已知e 匹配的d。
所以,让我们通过数学来创建一个密钥对。我们将使用非常太小而无法有效的素数,但应该足以展示所涉及的想法。
所以让我们从选择 p 和 q 开始(当然,两者都需要是素数):
p = 9999991
q = 11999989
根据我们计算出的n 和r:
n = 119999782000099
r = 119999760000120
接下来我们需要选择e 或计算K,然后将其分解为e 和d。目前,我们将采用您对 e=65537 的建议(因为 65537 是质数,它和r 不是相对质数的唯一可能性是r 是 65537 的精确倍数,我们可以验证不是很容易)。
据此,我们需要计算我们的d。我们可以使用欧几里得算法的“扩展”版本、(如您所提到的)欧拉的 Totient、高斯方法或其他任何方法相当容易地做到这一点(尽管不一定很快)。
目前,我将使用高斯方法计算它:
template <class num>
num gcd(num a, num b) {
num r;
while (b > 0) {
r = a % b;
a = b;
b = r;
}
return a;
}
template <class num>
num find_inverse(num a, num p) {
num g, z;
if (gcd(a, p) > 1) return 0;
z = 1;
while (a > 1) {
z += p;
if ((g=gcd(a, z))> 1) {
a /= g;
z /= g;
}
}
return z;
}
我们得到的结果是:
d = 38110914516113
然后我们可以将这些插入到 RSA 的实现中,并使用它们来加密和解密消息。
所以,让我们加密“非常机密的消息!”。使用上面给出的e 和n,加密为:
74603288122996
49544151279887
83011912841578
96347106356362
20256165166509
66272049143842
49544151279887
22863535059597
83011912841578
49544151279887
96446347654908
20256165166509
87232607087245
49544151279887
68304272579690
68304272579690
87665372487589
26633960965444
49544151279887
15733234551614
并且,使用上面给出的d,它解密回原来的。进行加密/解密的代码(使用硬编码的密钥和模数)如下所示:
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <functional>
typedef unsigned long long num;
const num e_key = 65537;
const num d_key = 38110914516113;
const num n = 119999782000099;
template <class T>
T mul_mod(T a, T b, T m) {
if (m == 0) return a * b;
T r = T();
while (a > 0) {
if (a & 1)
if ((r += b) > m) r %= m;
a >>= 1;
if ((b <<= 1) > m) b %= m;
}
return r;
}
template <class T>
T pow_mod(T a, T n, T m) {
T r = 1;
while (n > 0) {
if (n & 1)
r = mul_mod(r, a, m);
a = mul_mod(a, a, m);
n >>= 1;
}
return r;
}
int main() {
std::string msg = "Very Secret Message!";
std::vector<num> encrypted;
std::cout << "Original message: " << msg << '\n';
std::transform(msg.begin(), msg.end(),
std::back_inserter(encrypted),
[&](num val) { return pow_mod(val, e_key, n); });
std::cout << "Encrypted message:\n";
std::copy(encrypted.begin(), encrypted.end(), std::ostream_iterator<num>(std::cout, "\n"));
std::cout << "\n";
std::cout << "Decrypted message: ";
std::transform(encrypted.begin(), encrypted.end(),
std::ostream_iterator<char>(std::cout, ""),
[](num val) { return pow_mod(val, d_key, n); });
std::cout << "\n";
}
即使是希望的安全性,您也需要使用更大的模数——至少数百位(对于偏执狂来说可能是一千位或更多)。您可以使用普通的任意精度整数库或专门为手头任务编写的例程来做到这一点。 RSA 本质上是相当慢的,所以曾经大多数实现使用带有大量优化优化的代码来完成这项工作。如今,硬件已经足够快了,您可能可以很容易地摆脱一个相当普通的大整数库(特别是因为在实际使用中,您只想使用 RSA 加密/解密对称算法的密钥,而不是加密原始数据)。
即使具有合适大小的模数(并且修改了代码以支持所需的大量数字),这仍然是有时被称为“教科书 RSA”的内容,并且它并不适合真正的加密方式。例如,现在,它一次加密输入的一个字节。这会在加密数据中留下明显的模式。查看上面的加密数据并发现第二个和第七个单词是相同的,这很简单——因为它们都是e 的加密形式(这也出现在消息中的其他几个地方)。
就目前而言,这可以作为简单的替换代码进行攻击。 e 是英语中最常见的字母,因此我们可以(正确地)猜测加密数据中最常见的单词代表e(并且各种语言中字母的相对频率是众所周知的)。更糟糕的是,我们还可以查看诸如字母对和三连音之类的东西来改进攻击。例如,如果我们在加密数据中连续两次看到同一个单词,我们就知道我们看到的是一个双字母,在普通英文文本中只能是几个字母。底线:尽管 RSA 本身可以很强大,但上面显示的使用它的方式肯定是不是。
为防止出现该问题,对于(比如说)512 位密钥,我们还将以 512 位块的形式处理输入。这意味着我们只有在原始输入中有两个位置一次 512 位完全相同时才会重复。即使发生这种情况,也很难猜测会发生这种情况,因此尽管它是不可取的,但它并不像上面显示的逐字节版本那样容易受到攻击。此外,您总是希望将输入填充为被加密大小的倍数。
参考
https://crypto.stackexchange.com/questions/1448/definition-of-textbook-rsa