RSA 加密逐步模擬器
MiniWebtool 的 RSA 加密逐步模擬器會使用提供的兩個質數示範 RSA。透過教育範例檢視公鑰與私鑰產生、模運算、加密及解密,這不是正式安全作業流程。
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輸入兩個質數、公開指數與訊息數字。結果會逐步顯示金鑰產生、加密與解密的每個步驟。
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RSA 加密逐步模擬器
什麼是 RSA 加密?
RSA (Rivest-Shamir-Adleman) 是最早發布的公鑰加密系統之一,由 Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 於 1977 年發表。與對稱加密(使用相同密鑰進行加密與解密)不同,RSA 使用一對密鑰對:任何人都可以使用的公鑰用於加密數據,而只有所有者擁有的私鑰用於解密數據。
RSA 的數學安全性建立在大整數分解問題之上:將兩個大質數相乘非常簡單,但將其乘積分解回質數在計算上對於足夠大的數字是不可行的。
功能概覽
RSA 加密逐步模擬器會使用你提供的兩個質數,逐步示範 RSA。它會展示金鑰產生、模運算、加密和解密;此工具僅供教學示範,並非安全加密工具。
| 功能 | 提供內容 | 適用情境 |
|---|---|---|
| 自訂質數 | 輸入質數 p 和 q,例如 61 和 53,並輸入小於 p × q 的正整數訊息。 | 使用較小數字理解教科書中的 RSA 範例 |
| 公開指數 e | 輸入 e 值,或留空讓工具自動選取。頁面列出的常見選項為 3、17 和 65537。 | 嘗試不同指數並查看哪些可用 |
| 金鑰產生步驟 | 顯示 n = p × q、歐拉函數 φ(n) = (p−1)(q−1),以及使用擴展歐幾里得演算法求出的私密指數 d。 | 了解公開金鑰和私密金鑰的來源 |
| 加密與解密 | 輸入整數並使用 加密或解密 按鈕,套用產生的金鑰。 | 確認解密後可還原原始訊息 |
| 僅供教學 | 此工具使用較小質數示範,可立即被因數分解。頁面說明實際 RSA 需要 2048 到 4096 位元金鑰。 | 在課堂示範公開金鑰密碼學 |
RSA 密鑰生成的工作原理
RSA 密鑰生成過程包含五個基本步驟:
- 步驟 1 – 選擇質數: 選擇兩個不同的、足夠大的質數 p 和 q。質數越大,密鑰越安全。
- 步驟 2 – 計算模數: 計算 n = p × q。n 的位元長度決定了密鑰的大小(例如 2048 位元)。
- 步驟 3 – 尤拉函數: 計算 φ(n) = (p−1)(q−1)。此數值對於選擇 e 和計算 d 至關重要。
- 步驟 4 – 公鑰指數: 選擇 e,使得 1 < e < φ(n) 且 gcd(e, φ(n)) = 1。標準選擇通常為 65537。
- 步驟 5 – 私鑰指數: 使用擴展歐幾里得演算法計算 d,使得 d × e ≡ 1 (mod φ(n))。
擴展歐幾里得演算法
計算私鑰指數 d 需要找到 e 模 φ(n) 的模反元素 (modular multiplicative inverse)。擴展歐幾里得演算法能有效解決此問題,它擴展了標準的 GCD 演算法,同時找出係數 x 和 y,使得 a·x + b·y = gcd(a, b)。
當 gcd(e, φ(n)) = 1 時,演算法會產出 x,使得 e·x ≡ 1 (mod φ(n)),進而得出 d = x mod φ(n)。
RSA 安全性考量
- 密鑰大小: 現代 RSA 使用 2048 或 4096 位元密鑰。本模擬器中的小質數僅用於教學目的,可被瞬間分解。
- 填充方案 (Padding): 現實世界中的 RSA 實現會使用填充(如 OAEP, PKCS#1)來防止針對原始 RSA 的數學攻擊。
- 效能: RSA 的運算速度遠慢於對稱加密。實務上,RSA 通常用於加密一個隨機的對稱金鑰,再由該金鑰加密實際數據(混合加密)。
- 量子威脅: 在足夠強大的量子電腦上運行 Shor 演算法可以高效分解大數,威脅 RSA 安全性。後量子密碼學 (PQC) 正被開發作為應對措施。
RSA 的實際應用
- TLS/SSL (HTTPS): RSA 用於握手期間安全地交換對稱會話金鑰。
- 數位簽章: RSA 透過使用私鑰加密雜湊值來簽署文件,並可透過公鑰進行驗證。
- 電子郵件加密: PGP 和 S/MIME 使用 RSA 來加密郵件通訊。
- SSH 驗證: RSA 密鑰對為遠端伺服器訪問提供免密碼驗證。
- 程式碼簽章: 軟體發行商使用 RSA 對執行檔進行簽名,以證明真實性與完整性。
常見問題
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