RSA數(shù)學原理

生成公私鑰過程

  • 隨機選擇兩個大的質數(shù)pq
  • 由質數(shù)pq相乘得到n架馋,n = p * q
  • 由歐拉函數(shù)求出φ(n)狞山,r = \varphi(n) = \varphi(p) * \varphi(q) = (p-1)* (q-1)
  • 隨機選擇與r互質的數(shù)e,通常選擇65537
  • 最后求出e關于模數(shù)r的模反元素d叉寂,e*d\ _{mod} \ r \equiv 1 \Rightarrow e * d = k * r + 1(k=...-2,-1,0,1,2...)

此時得到的{n萍启,e}為公鑰,{n,d}為私鑰勘纯。

數(shù)學知識

互質關系
  • 定義

    如果兩個正整數(shù)局服,除了1以外,沒有其他公因子驳遵,那么這兩個數(shù)就是互質關系淫奔。

歐拉函數(shù)
  • 定義

    任意給定正整數(shù)n, 在小于等于n的正整數(shù)之中堤结,有多少個與n構成互質關系(比如唆迁,在1到8之中,有多少個數(shù)與8構成互質關系)竞穷?計算這個值的方法就叫做歐拉函數(shù)唐责,以φ(n)表示。

  • 公式

    • 如果n = 1瘾带,φ(1) = 1鼠哥;
    • 如果n為質數(shù),φ(n) = n - 1看政;
    • 如果nak次冪朴恳,\varphi \left ( n \right ) = \varphi \left ( {a^k} \right ) = a^k - a^{k-1} = (a-1)\cdot {a^{k-1}}
    • 如果mn互質帽衙,則φ(mn) = φ(m) * φ(n)
歐拉定理
  • 定義

    若兩個正整數(shù)nm互質菜皂,則:
    m^{\varphi \left ( n \right )} \ _{mod} \ {n} \equiv 1
    mφ(n)次方 整除n的余數(shù)是1贞绵,其中φ(n)表示在小于n的正整數(shù)中與n互質的個數(shù)厉萝。

費馬小定理
  • 定義

    m是不能被質數(shù)p整除的數(shù),則:
    m^{p-1} \ _{mod} \ {p} \equiv 1
    其實就是歐拉定理的特殊情況榨崩,由于 p 是質數(shù)谴垫,所以 φ(p) = p-1

模反元素
  • 定義

    如果兩個正整數(shù)er互質母蛛,那么一定可以找到整數(shù)d翩剪,使得e * d - 1r整除,那么d就是e對于模數(shù)r的模反元素彩郊。
    e * d \ _{mod} \ r \equiv 1

推導

  • 由于 1^k \equiv 1前弯,所以 m^{\varphi(n) } \ _{mod} \ n \equiv 1 \Rightarrow m^{\varphi(n) * k } \ _{mod} \ n \equiv 1

  • 由于 1 * m \equiv m,所以 m^{\varphi(n) * k } \ _{mod} \ n \equiv 1 \Rightarrow m^{\varphi(n) * k + 1 } \ _{mod} \ n \equiv m

  • 由模反元素的定義知道 e * d \ _{mod} \ r\equiv 1 \ \Rightarrow e * d \equiv r * k + 1

比較公式
m^{\varphi(n) * k + 1 } \ _{mod} \ n \equiv m \tag{1}

e * d \equiv r * k + 1 \tag{2}
式1中的\varphi(n)式2中的\ r \相等時秫逝,式1就變形成:
m^{e * d} \ _{mod} \ n \equiv m \tag{3}
將上面的式3進行拆分得到加解密的流程:
\begin{align*} m^{e} \ _{mod} \ n \equiv c \tag{encrypt} \\ c^d \ _{mod} \ n \equiv m \tag{decrypt} \end{align*}
其中m為要加密的數(shù)據(jù)恕出,{n,e}為公鑰违帆,{n浙巫,d}為私鑰,c為加密后的數(shù)據(jù)。

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