公钥加密算法/哈希算法

公钥加密算法 也叫非对称加密,它在加密和解密时使用的是不同的密钥,具有这样的特征:

  • 有一对密钥 ab ,满足 a ≠ b

  • 用密钥a加密的数据只能用b进行解密,a自身无法解密,反之亦然

  • 只知道其中一个密钥,无法推导出另一个

  • 把其中一个可以公开的叫做公钥,另一个不能公开的叫做私钥


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最常见的公钥加密算法是RSA公钥加密算法,也是签名中普遍使用的算法。其数学原理如下:

  • 选定两个超大的素数p, q,并计算他们的乘积n = p * q
  • 计算欧拉函数 φ(n) = φ(p) * φ(q) = (p-1) * (q-1)
  • 随机选定一个数e,满足1 < e < φ(n) ,且与φ(n)互质
  • 根据扩展欧几里得算法计算e对于φ(n)的乘法逆元de * d = 1 mod φ(n)
  • {n, e}{n, d} 分别组成这个算法的一对密钥
  • 对于给定明文p, 若使用{n, e} 作为加密密钥,其密文计算方法为 c = p ^ e mod n
    这是一个单向函数,已知{c, n, e} 无法计算出p
  • 相应地需要使用{n, d}进行解密, p = c * d mod n,这是上一步加密函数的逆函数
  • 两组密钥中n是相同的,那么如果已知了ed其中的一个,想要计算另一个,必须知道φ(n),也就是必须先将n分解质因数,得到pq,但由于n的值非常大,这样的计算量基本上是不可能的,也就保障了算法的安全性.

理论上 {n, e}{n, d} 可以互换,任何一个都可以是公钥或者私钥,加密和解密的函数也可以互换。但实践中,一般固定设置e=65537(0x10001),相当于公开的一个约定,这样一来{n, e}就只能作为公钥使用。

哈希算法
也叫散列或者摘要算法,对一段任意长度的数据,通过一定的映射和计算,得到一个固定长度的值,这个值就被称为这段数据的哈希值(hash)。给定一个哈希算法,它一定具有以下特征:

  • 哈希值不同的两段数据绝对不同
  • 相同的数据计算出的哈希值绝对相同
  • 由于哈希值是固定长度, 也就意味着哈希值的数量是有限的。而任意数据都可以计算出一个哈希值,计算哈希的过程,相当于无限集到有限集的映射。因此哈希值相同,对应的原始数据不一定相同,如果不同,则称这两段数据存在哈希碰撞,实际应用中认为这是小概率事件(数学意义上的”不可能事件”),优秀的哈希算法都是碰撞率极低的。
  • 哈希算法是单向算法,无法通过哈希值,计算出原始数据,这一点非常重要!

常见的哈希算法有: md5, sha1, sha256等,其中sha1长度为160bits,而sha256长度为256bits,二者相比,sha256的取值范围更大,因此碰撞和破解的概率更低,也就相对更安全。

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