matlab中的addemup是什么,毕业论文-rsa密码体制的设计及matlab语言下的实现

news/2024/11/28 4:39:01/

四川理工学院毕业论文RSA密码体制的设计及MATLAB语言下的实现学生XXX学号06121020230专业数学与应用数学班级20062指导教师张金山四川理工学院理学院二O一O年六月摘要RSA算法是一个能同时用于加密和数字签名的算法,易于理解和操作,有较高的安全性,因此有着广泛的运用。本文首先论述了RSA的基本运用途径,RSA的数学原理,其加密解密的具体算法,并给出了其在MATLAB应用软件上的实现,然后,对RSA的安全性进行了一定的分析,包括其可能存在的攻击和对参数的选择,以便对其有更深的了解。关键词RSA公钥密码体制加密解密MATLAB安全性ABSTRACTRSAISANALGORITHMWHICHCANBEUSEDFORBOTHENCRYPTIONANDDIGITALSIGNATUREITISEASYTOUNDERSTANDASWELLASTOOPERATE,ANDHASANUPPERSECURITYWHICHMAKESITPOPULARTHISPAPERFIRSTLYDELIVERSINFORMATIONONTHEBASICPURPOSE,THEMATHEMATICPRINCIPLEANDTHESPECIFICARITHMETICOFRSATHENITPRESENTSANIMPLEMENTATIONOFRSAONTHEAPPLICATIONSOFTWAREMATLABAFTERTHAT,THISARTICLEALSOANALYZESTHESECURITYOFRSA,INCLUDINGITSPOTENTIALLEAKS,PARAMETEROPTIONS,WHICHHELPSUSTOKNOWFURTHEROFRSAKEYWORDSRSAPUBLICKEYCRYPTOGRAPHYENCRYPTIONDECRYPTMATLABSECURITY目录前言1第1章RSA简介211密码体制简介212RSA的简介2第2章相关数论知识421整除与互素422费马定理和欧拉定理423中国剩余定理5第3章RSA的数学原理及其算法实现731RSA的数学原理732RSA的算法设计833RSA的MATLAB实现10第4章RSA的安全性分析1441对RSA常见的攻击方法1442RSA的参数选择15结束语16参考文献17致谢18前言随着计算机通信技术的迅速发展,在计算机网络和通信的众多领域中,信息的安全性越来越受到人们的重视,于是,密码技术应运而生,目前计算机网络主要采用两种密码体制,即公钥密码体制和私钥密码体制,作为公钥密码体制的重要技术的RSA,主要用于数字加密和数字签名,由于其很好的安全性,可以保证网络中重要数据的安全性,因此有广泛的应用。RSA于1978年由美国麻省理工大学的三位数学家提出,经过三十多年的发展,人们对它的研究也逐渐广泛,它是第一个能用于数据加密和数字签名的算法,其安全性依赖于大数的因子分解,因此,具有较高的安全性,有时也用于密钥的管理。本文较为详细的介绍了密码体制的相关内容,包括RSA的主要应用及其在计算机网络中的重要性。列举了RSA算法的数学基础,即数论知识。对其数学原理进行了简单的说明,详细介绍了其具体算法。为了便于理解,笔者还举了一个简单的加密解密实例,然后给出了其在MATLAB上的算法实现,最后,就其安全性进行了较为简单的讨论。由于时间关系,再加上笔者的能力有限,本文中尚有许多不足之处,敬请读者批评指正。第1章RSA简介11密码体制简介随着INTERNET的广泛应用,电子商务和电子政务得到的迅速的发展,越来越多的个人信息需要严格保密,因此,密码学成了必不可少的一门学科。密码技术是密码学的重要内容,它是集数学,计算机科学,电子与通信等诸多学科于一身的的交叉学科,它不仅能够保证机密信息的加密,而且能够实现数字签名,身份验证,系统安全等功能。目前计算机网络主要采用两种密码体制,对称密码体制和非对称密码体制。对称密钥体制的加密密钥和解密密钥是相同的,只要知道加密密钥,就能推出解密密钥,通信双方分别持有加密密钥和解密密钥,需要定期更新密钥。使用对称密码体制进行保密通信时,通信双方要事先通过秘密的信道传递密钥,而秘密信道时不易获得的。很久以来,密钥分发的问题一直困扰着密码专家,随着计算机网络的逐渐扩大,密钥分配所造成的时间延迟和费用问题日益凸显出来。对称密码还有一个缺点,就是密钥量太大,在有N个用户的通信网络中,系统的总密钥量将达到2NC,这样大的密钥量在保存,传递,使用和销毁的各个环节中都会有不安全因素存在。此外,在一些需要验证消息的真实性和消息发送方身份的场合,或在进行电子交易时,必须有手写签名的数字形式即数字签名来确认身份,这是对称密码无法实现的。非对称密钥体制不能从加密密钥推出解密密钥,加密和解密是采用一对不同的密钥进行的,公钥(加密密钥)公开,私钥(解密密钥)保密。例如,甲将他的加密密钥公开,任何想与甲通信的都可以采用这个加密密钥把要传送的信息(明文)加密成密文发送给甲,只有甲知道解密密钥,能够将密文还原为明文,而任何第三方即使截获到密文也不能知道密文所传递的信息。非对称密码体制最有影响的典型算法是RSA,于1978年有美国麻省理工学院的三位数学家瑞弗斯特(ROBRIVEST),沙米尔(ADISHAMIR)和阿德来门(LENADLEEMAN)提出,RSA算法既可用于数据加密,又可用于数字签名,安全性良好,易于实现和理解。12RSA的简介RSA是目前最为流行的公钥密码体制之一,其安全性是基于分解大素数的困难性,由于其加密函数是一个单向函数,所以对第三方而言,试图在有效的时间内在计算机上非法解密密文是不可能的。由于RSA能实现信息的加密,解密和数字签名,较好的满足计算机网络应用的需求,因此得到了广泛的应用,主要用于保证以下几点(1)数据的机密性预防非法的信息存取和信息在传输过程中被非法窃取。(2)数据完整性保证通信中的信息不会被非法篡改,入侵者不能利用其他假消息替换原始消息。(3)身份认证保证对方属于所称实体,是依靠数字签名实现的。(4)不可抵赖性发送者无法事后否认其发送过消息,消息的接收者可以像中立的第三方CA证实所指的发送者确实发出了消息。由于公钥密码体制中通信双方的公钥可以公开,以及其的较好的安全性,该种加密方式及其相关系统在密钥管理,电子商务中都有着广泛的应用。第2章相关数论知识21整除与互素定义21设A为B是整数,0,如果存在ZC,使得BCA,则称整除A,记为B|,并且称是的一个因子,而A为B的倍数,若不存在Z使得BC,则称不整除,记作|。定义22一个大于1的整数,如果它的正因数只有1和它本身,则该数称为素数,否则叫做合数。定理21(带余除法)设0,BZA,则存在唯一确定的整数Q和R,使得RQ,定义23设BA,是不全为的整数,和的最大公因数是指满足下述条件的整数D,(1)为和的公因数,即AD|,且B|。(2)为A和B的所有公因数中最大的,即对ZC,若A|,且BC|,则D。记作,D,如果1,,Z,则称和互素。定理22设任一大于1的整数A都能表示成素数的乘积,即TPA2其中IP是素数,0I,(I),并且,若不考虑IP的排列顺序,则这种表示方法是唯一的。22费马定理和欧拉定理定理23(费马小定理)若P是素数,A|,则PPMOD1费马定理的等价形式APMOD定义24设N为正整数,欧拉函数N定义为满足条件NB0且1,的整数B的个数。N具有如下性质(1)当是素数时,1N;(2)若K,为正整数,则12K;(3)若PQN,且1,,则1QPN;(4)若T21,TIPI为素数,则121121TTPN定理34(欧拉定理)对于任意整数NA,,当,时,有NANMOD证明设小于且与互素的正整数集合为}{21NX,由于1,,NXAI,故对I,IX仍与互素。因此21X构成个与N互素的数,且两两不同余。这是因为,若有JIX,,使得,MODJI则由于,A,可以消去A,从而XJIOD所以},{21NXA与},{21NX在MOD的意义上是两个相同的集合,分别计算两个集合中各元素的乘积,有NXANOD2121由于21,NX与互素,故OD推论31AMOD123中国剩余定理中国剩余定理是解一次同余方程组最有效的算法。首先,我们写出一次同余方程组的一般形式KKMAXOD2211如果对任意JIKJI,1,有1,JI,即KM,,21两两互素,则有以下固定算法(1)计算KMM21,及IIM;(2)求出各I模I的逆,即求1I,满足IIOD1;(3)计算AAXKMOD1,X即为方程组的一个解例21求相邻的四个整数,依次可被227,53整除解设四个整数为,,X,则有49MOD2510X计算4925M1,2594,94,253M0,,7141312M最终求得410MOD39X第3章RSA的数学原理及其算法实现31RSA的数学原理RSA算法基于下面的两个事实,保证RSA算法的安全有效性1)已有确定一个数是不是素数的快速算法;2)尚未找到确定一个合数的质因子的快速算法RSA算法的工作原理(1)任意选取两个不同的大质数P和Q,计算乘积QPN,1QPN;(2)任意选取一个大整数E,与1互素,整数E用做加密密钥,(注意E的选取是很容易的,例如,所有大于P和Q的质数都可用)(3)确定解密密钥DMOD1,根据,P,Q,可以容易的计算出D;(4)公开整数N和E,将保密;(5)将明文P(假设是一个小于N的整数)加密为密文C,计算方法为PCEOD(6)将密文C解密为明文P,计算方法为NDM然而,只根据N和E(不是和Q),要计算出是不可能的,因此,任何人都可以对明文进行加密,但只有授权用户(知道)才可以对密文进行解密。例如向用户A发送加密信息时,利用A的公开密钥AN,E,计算EECOD求出的整数C即为密文,当A受到后,利用自己的解密密钥A,计算DNCDMO由欧拉定理,这里计算出的恰好等于加密前的明文M事实上,由于O1AADE1|ADEN设ANTDE,ZT,当,时,有AMNOD1于是ATNTDEMCDAA这时,对于每一个明文分组,要求其与模数互素32RSA的算法设计RSA加密算法和解密算法的具体步骤(1)RSA算法的初始化,系统产生2个大素数P和Q(保密)计算QPN,(N公开),1QP,令随机选取整数E作为公钥(加密密钥),满足E(公开)和互质,计算私钥D(解密密钥),满足MOD1N销毁P,Q及N(2)RSA加密解密变换,首先将明文分块并数字化,然后将明文分成若干段,使每个数字化的明文段的值小于N,长度不大于2LG,然后对每个明文块M依次进行加密,解密变换加密变换分别使用公钥E和明文,得密文NECEOD解密变换分别使用私钥D和密文C,得明文DM例31RSA公钥密码加密解密算法实例选53P,41Q,2173QPN,208N,选择31E,计算出671D将N,E公开,D保密,设明文M为7,对其加密,得到密文2173MOD4631C解密时,计算27OD34671C,恢复出明文RSA的加密解密过程是一个模N的指数运算,计算NEOD这个运算有一个快速实现的算法如下首先,将E表示为二进制形式12104RAA,LOG2E,}1,0{IA然后计算出NMOD214NNRRRODOD1221其中,0NI,I,由于110110222RRAAAAEMMM而,22IIAI对于给定的E,只需根据其二进制表示,取出1IA的I2相乘即可,由于其中间结果均为小于N的整数,从而使运算量大大减小例32计算2173MOD34作预计算8096722173OD543128M9076由于643所以2173OD4637801521例33一个简单的RSA加密解密算法取43P,59Q则943N58N,E设明文段2106M则对于密文7OD3C做计算8425120637MOD6039824251106837OD6032得密文为现在将其恢复为明文做计算MOD1NE其中13E,2436N即|,YX,,使得1NYXE,XD即的值,因此,用辗转相除法1RQBABR10212NNRQR1210NR其中2110,,KKQQ,得NQX1代入数据得937XD则明文25MO又68937计算37D1225O90283437MD64122825O06532237D181645O904722M356237D18122537MOD1062809462937得明文为0633RSA的MATLAB实现1模N求逆函数FUNCTIONDMONIU,NN1NN2UB10B21FORI01000QFLOORN1/N2RN1QN2II1IFR0N1N2N2RTB2B2B1QB2B1TELSEBREAKENDENDIFN21WARNING‘所求的模逆不存在‘;ENDIFN21IF0MODI,2B2B2ELSEB2B2ENDDMODB2,NRETURNEND2求模N的大数幂乘函数FUNCTIONDASHUCHENMIDASHUCHENMIX,R,NAXBRC1FORI11000IFB0DASHUCHENMICENDIFMODB,20BB1CMODCA,NELSEBB/2AMODAA,NENDENDDASHUCHENMIC3主函数CLCCLEARFIDINPUT(‘输入待加密的明文’,‘S’);FABSFIDPINPUT‘输入第一个大素数’;QINPUT‘输入第二个大素数’;EINPUT‘输入加密密钥’;NPQFAINP1Q1DMONIE,FAINFORI1LENGTHFMIWENISETSTRDASHUCHENMIFI,E,NENDFORI1LENGTHFMINGWENISETSTRDASHUCHENMIMIWENI,D,NENDMIWENMINGWEN实验结果输入待加密的明文2106输入第一个大素数43输入第二个大素数59输入加密密钥13密文2321明文2106第4章RSA的安全性分析41对RSA常见的攻击方法RSA的安全性依赖于对一种特殊形式的数PQN(,为素数)进行分解的困难行常见的攻击方法有(1)分解N攻击RSA体制最直接的方式就是试图分解模数N,得到QP,,求出N,从而由E和求出解密密钥D,今天对大整数进行分解最有效的三种算法是二次筛法,椭圆曲线分解算法和数域筛法;目前1024BIT以上的RSA被认为是符合安全性要求的(2)对D的值直接猜测实践证明这是一种穷搜索法(3)直接猜测N事实上,这并不比分解容易,因为若能猜出N,则由PQ1很容易求出N的分解,但已证明这种算法等价于分解(4)小指数攻击当加密指数E较小时,可以加快运算速度,但易受攻击如果采用不同的模数N及相同的E值,对2/1个线性相关的消息加密,则存在一种攻击方法,如果消息相同,则用个消息就够了如三个用户的加密密钥E均为3,而有不同的模数321,N,这里要求321,N两两互素,若要同时向这三个用户发送广播消息M,先对分别进行加密,计算33232131OD,MOD,ODNCNCNMC这里2,IN,密码分析者截获到这三个密文后,由于321,N两两互素,可用中国剩余定理,求出3213由于321,I,故N,因此有3C,得到明文M,防止这种攻击的方法,对于短的消息,可用独立的随机值填充,使其足够长,即消息M满足3213N,这样就可以防止小指数攻击(5)定时攻击定时攻击通过观察解密所需时间来确定解密密钥,但如果D的二进制表示中1的数目较多时,则解密需要的运算时间也较长。42RSA的参数选择1N的确定的确定可以归结为如何选定QP,,对于,,有以下一些要求(1)QP,要足够大一般选取20位十进制数,并要判定其位素数(2),之差要大若QP之差较小,不妨设QP,则2/也较小,由44/22N当/很小时,接近N,从而/QP接近N可以逐个检验大于的整数X,直到找到一个X,使得2是一个平方数,22YX,则由YQP2/推出YQP为避免这种情况,在RSA算法中,通常选择Q,为强素数(3)1与的最大公约数要小2E和D的选择首先,要满足1,NE,同时,为了减少计算量,可令E的二进制表示中1的数目尽量小,同时,用求出的D也不能太小,否则易受攻击结束语由于RSA在计算机网络,尤其是电子商务中有着广泛的应用,因此,RSA成为了研究得最为广泛的公钥算法,从提出到现在,经历了各种各样的考验,逐渐被人们接受,普遍被认为是目前最为优秀的公钥方案之一。本文对RSA做出了简单的介绍,包括其产生背景,主要应用,数学原理,具体算法,安全性分析,并给出了其在MATLAB软件上的实现。RSA涉及的知识极为广泛,不但要求有深厚的专业知识,还有很多其它内容,比如对当代网络背景的了解,对计算机基础知识的掌握,对MATLAB软件的熟练运用等。同时,也注重专业知识的应用,强调学以致用。由于自己的能力有限,无法对这方面内容进行深入的研究,再加上对专业知识掌握的深度不够,因此,在完成该论文时遇到了很多困难。比如,在给出程序代码时,由于对MATLAB软件不太熟悉,很难进行编程。所以,本文难免有很多不足之处,但我坚信,“一份耕耘,一份收获”。困难能让我们学到更多,更好的锻炼自己。参考文献1杨晓元,魏立线计算机密码学M西安,西安交通大学出版社2朱文余,孙琦计算机密码应用基础M北京,科学出版社3闵嗣鹤,严士健初等数论M北京,高等教育出版社4李海涛,邓樱,MATLAB61基础及应用技巧M北京,国防工业出版社5李晓辉公钥密码体制与RSA算法J福建电脑20096刘栋梁,陈艳萍RSA密码体制在电子商务中的安全应用J大众科技20057段晓萍,李燕华非对称密码体制RSA的原理与实现J内蒙古大学学报2009致谢大家都知道写论文是一件很繁琐的事情,在这一次写论文的过程中,遇到了很多问题,比如理论知识的进一步学习,MATLAB软件知识的进一步学习,论文的安排,文献的查找等,所以完成比较困难,但在张金山老师的指导下,在同学的帮助和鼓励下,顺利完成了毕业论文。在此,对张金山老师和同学们表示衷心的感谢GANEMPLOYMENTTRIBUNALCLAIMEMPLOYMENTTRIBUNALSSORTOUTDISAGREEMENTSBETWEENEMPLOYERSANDEMPLOYEESYOUMAYNEEDTOMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALIFYOUDON'TAGREEWITHTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUYOUREMPLOYERDISMISSESYOUANDYOUTHINKTHATYOUHAVEBEENDISMISSEDUNFAIRLYFORMOREINFORMATIONABOUTDISMISSALANDUNFAIRDISMISSAL,SEEDISMISSALYOUCANMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,EVENIFYOUHAVEN'TAPPEALEDAGAINSTTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUHOWEVER,IFYOUWINYOURCASE,THETRIBUNALMAYREDUCEANYCOMPENSATIONAWARDEDTOYOUASARESULTOFYOURFAILURETOAPPEALREMEMBERTHATINMOSTCASESYOUMUSTMAKEANAPPLICATIONTOANEMPLOYMENTTRIBUNALWITHINTHREEMONTHSOFTHEDATEWHENTHEEVENTYOUARECOMPLAININGABOUTHAPPENEDIFYOURAPPLICATIONISRECEIVEDAFTERTHISTIMELIMIT,THETRIBUNALWILLNOTUSUALLYACCEPTITIFYOUAREWORRIEDABOUTHOWTHETIMELIMITSAPPLYTOYOU,TAKEADVICEFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPEMPLOYMENTTRIBUNALSARELESSFORMALTHANSOMEOTHERCOURTS,BUTITISSTILLALEGALPROCESSANDYOUWILLNEEDTOGIVEEVIDENCEUNDERANOATHORAFFIRMATIONMOSTPEOPLEFINDMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALCHALLENGINGIFYOUARETHINKINGABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,YOUSHOULDGETHELPSTRAIGHTAWAYFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPIFYOUAREBEINGREPRESENTEDBYASOLICITORATTHETRIBUNAL,THEYMAYASKYOUTOSIGNANAGREEMENTWHEREYOUPAYTHEIRFEEOUTOFYOURCOMPENSATIONIFYOUWINTHECASETHISISKNOWNASADAMAGESBASEDAGREEMENTINENGLANDANDWALES,YOURSOLICITORCAN'TCHARGEYOUMORETHAN35OFYOURCOMPENSATIONIFYOUWINTHECASEIFYOUARETHINKINGABOUTSIGNINGUPFORADAMAGESBASEDAGREEMENT,YOUSHOULDMAKESUREYOU'RECLEARABOUTTHETERMSOFTHEAGREEMENTITMIGHTBEBESTTOGETADVICEFROMANEXPERIENCEDADVISER,FOREXAMPLE,ATACITIZENSADVICEBUREAUTOFINDYOURNEARESTCAB,INCLUDINGTHOSETHATGIVEADVICEBYEMAIL,CLICKONNEARESTCABFORMOREINFORMATIONABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,SEEEMPLOYMENTTRIBUNALSTHELACKOFAIRUPTHEREWATCHMCAYMANISLANDSBASEDWEBB,THEHEADOFFIFA'SANTIRACISMTASKFORCE,ISINLONDONFORTHEFOOTBALLASSOCIATION'S150THANNIVERSARYCELEBRATIONSANDWILLATTENDCITY'SPREMIERLEAGUEMATCHATCHELSEAONSUNDAY“IAMGOINGTOBEATTHEMATCHTOMORROWANDIHAVEASKEDTOMEETYAYATOURE,“HETOLDBBCSPORT“FORMEIT'SABOUTHOWHEFELTANDIWOULDLIKETOSPEAKTOHIMFIRSTTOFINDOUTWHATHISEXPERIENCEWAS“UEFAHASOPENEDDISCIPLINARYPROCEEDINGSAGAINSTCSKAFORTHE“RACISTBEHAVIOUROFTHEIRFANS“DURINGCITY'S21WINMICHELPLATINI,PRESIDENTOFEUROPEANFOOTBALL'SGOVERNINGBODY,HASALSO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趋势科技防毒墙—控管中心 作者: 转贴自: 趋势科技的Control Manager 为企业网络的防毒策略提供了强大的集中控管能力。因为可以从单一地点来进行软件的管理、监控和部署,所以企业能够更有效地管理整个企业的防毒策略。Control Ma…

趋势科技防毒墙-网络版(OfficeScan)客户端管理工具

一个用vc6写的程序;公司里安装了officescan的朋友可能有用;本软件针对趋势防毒墙网络版Officescan客户端开发的管理员辅助工具,可以清除趋势防毒墙客户端的退出或者卸载密码,也可以清除Officescan的未上报病毒日志。本程序在WinXP…

怎样关闭域用户电脑中的趋势杀毒软件

趋势杀毒,本来是个杀毒软件,我却要杀掉他。为什么呢? 1 占用系统资源,动不动就吃CPU,尤其是升级的时候; 2 定时杀毒时,机器几乎无法操作; 3 误报误杀,keygen.exe、md5.ex…