什麼是RSA加密

由Rivest、Shamir、Adleman於1977年提出的公開金鑰加密。以兩個大質數 p、q 的乘積 n 與公開指數 e 為公開金鑰,以滿足 e × d ≡ 1 (mod (p − 1)(q − 1)) 的 d 為私密金鑰。加密為 c = m^e mod n,解密為 m = c^d mod n。安全性的根據在於 n 的質因數分解很困難,可同時用於加密與簽章。實際上要與OAEP或PSS這類含亂數的填充搭配使用。

日文名稱: RSA暗号

「RSA加密」出現在2領域的10道練習題中(密碼學基礎與應用, 量子電腦硬體等)。

這個名詞所屬的領域: 密碼學基礎與應用

以小數字為例

若 p = 5、q = 11,則 n = 55,(p − 1)(q − 1) = 40。設 e = 3,因為 3 × 27 = 81 ≡ 1 (mod 40),所以 d = 27。明文 m = 7 加密為 7³ = 343 ≡ 13 (mod 55),計算 13^27 mod 55 就會還原為7。

金鑰長度與安全性

在NIST SP 800-57的表中,2048位元的 n 相當於112位元、3072位元相當於128位元安全性的參考值。以相同安全性比較,需要比橢圓曲線密碼長得多的金鑰與簽章,金鑰產生與簽章的計算也較重。公開指數常用計算較快的65537(2^16 + 1)。

用法的變化

過去的TLS廣泛使用由用戶端把金鑰材料以伺服器的RSA公開金鑰加密後傳送的金鑰交換,但因為沒有前向保密,在TLS 1.3中已被廢除。目前RSA主要用於憑證與軟體的簽章。一旦大規模量子電腦實現,就會被Shor演算法破解,因此正在推動遷移到後量子密碼學。

練習RSA加密的題目

以小數字確認RSA加密的機制。由質數 p = 5、q = 11 作出 n = pq,公開指數設為 e = 3。令 φ(n) = (p − 1)(q − 1),滿足 e × d ≡ 1 (mod φ(n)) 的私密指數 d(0 < d < φ(n))為下列何者?

  1. A5
  2. B27
  3. C37
查看答案與解析

正確答案:B. 27

n = 5 × 11 = 55,φ(n) = 4 × 10 = 40。尋找使 3 × d 除以40餘1的 d,因為 3 × 27 = 81 = 2 × 40 + 1,所以 d = 27。公開金鑰為 (n, e) = (55, 3),私密金鑰為 d = 27;不知道 p 與 q 就無法得知 φ(n),也就求不出 d,這就是安全性的根據。實際的RSA加密中,p 與 q 各是超過1000位元的大質數,e 常使用65537。

常見問題

為什麼 p 與 q 必須保密?

因為知道 p 與 q 就能計算 (p − 1)(q − 1),再由公開的 e 求出 d。n 是公開的,所以安全性依賴於對 n 做質因數分解的困難度。

為什麼不直接用RSA加密檔案?

因為RSA一次只能加密小於 n 的數,計算也比對稱式加密重得多。實際上是以AES等對稱式加密來加密檔案,只用公開金鑰保護那把對稱金鑰,這稱為混合加密方式。

解析中的「RSA加密」

出現「RSA加密」的題目(10題)

  1. 以小數字確認RSA加密的機制。由質數 p = 5、q = 11 作出 n = pq,公開指數設為 e = 3。令 φ(n) = (p − 1)(q − 1),滿足 e × d ≡ 1 (mod φ(n)) 的私密指數 d(0 < d < φ(n))為下列何者?
  2. 在RSA加密中,設公開金鑰為 n = 55、e = 3。以 c = m^e mod n 加密明文 m = 7 時的密文 c 為下列何者?
  3. 把教科書式的RSA加密(直接以 c = m^e mod n 處理明文 m 的方式)不加填充地用於實際通訊,其問題點正確的是下列何者?
  4. 在NIST SP 800-57的表中,被視為與128位元對稱式加密(AES-128)同等安全性之參考值的RSA金鑰長度(n 的位元數)與橢圓曲線密碼金鑰長度的組合,為下列何者?
  5. 大規模容錯量子電腦實現時,一般認為安全性會因 Shor 演算法而大幅受損的密碼是下列何者?
  6. 關於後量子密碼(PQC),下列敘述何者正確?
  7. 在TLS中,即使伺服器憑證的私密金鑰日後外洩,在此之前被記錄的通訊也不會被解密,這種性質(前向保密)可由下列哪一種金鑰交換方法得到?
  8. TLS 1.3(RFC 8446)相對於TLS 1.2的變更,正確的是下列何者?
  9. TLS 1.3的加密套件 TLS_AES_128_GCM_SHA256 所指定之內容的組合,正確的是下列何者?
  10. 在系統設計中,提升密碼敏捷性(使加密方式容易替換的性質)的做法,適當的是下列何者?

出現這個名詞的比較

相關名詞

TLS 取餘運算 公開金鑰加密 橢圓曲線密碼學 迪菲-赫爾曼金鑰交換 對稱式加密 Shor 演算法 AES(進階加密標準) 後量子密碼 雜湊函數

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