目录
一、什么是RSA加密
二、RSA加密原理
三、RSA加解密过程与算法代码
一、什么是RSA加密
RSA加密是一种非对称加密算法。
对称加密：
对称加密是一种加密方式，加密和解密使用同一个密钥，被加密的信息在传输前用预先协商好的密钥进行加密，接收方再用同样的密钥进行解密。这种方式的优点是加密效率高、加解密速度快，但是缺点是密钥需要事先共享，如果密钥被泄漏，则加密无效。
常见的对称加密算法包括DES、3DES、AES等。
非对称加密：
非对称加密是一种加密方式，加密和解密使用不同的密钥。发送方使用公钥进行加密，接收方使用私钥进行解密。因为公钥可以公开，所以只有私钥知道的加密信息能够被解密，这种方式的优点是安全性高，缺点是相对于对称加密而言，加密速度较慢。
二、RSA加密原理
涉及到的数学术语
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质数（prime number）是指大于1且只能被1和自身整除的正整数，例如2、3、5、7等。
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公共模数（common modulus）是指在加密算法中使用相同的模数进行加密或解密操作。多个用户可以使用相同的模数进行加密，但需要不同的密钥进行解密。
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欧拉函数（Euler's totient function），也称为φ函数，描述了小于某个正整数n且与n互质的正整数的个数。具体计算方法根据n的素因数分解进行推导，例如对于质数p，φ(p) = p - 1，对于两个互质的质数p和q，φ(pq) = (p - 1)(q - 1)。
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互质数（coprime numbers）指的是两个或多个整数的最大公因数为1的非零自然数。换句话说，互质数之间没有共同的因数，除了1以外没有其他公共因数。例如，2和3是互质数，因为它们的最大公因数是1；而6和9不是互质数，因为它们的最大公因数是3。
三、RSA加解密过程与算法代码
1.随机选取1对质数
选取的质数的值越大越安全。
2.计算公共模数
n = p * q
如果质数越大，则乘积n越大。乘积n越大。n转换为二进制后对应的加密位数越长。越长的加密位数，越容易引发雪崩效应，以减小数据的关联性。故越安全。
假设p = 65 q = 71 ,则n = 4615,对应的二进制为1001000000111,长度为13位。
算法（Java）：
public class mo {
public static void main(String[] args) {
int q,p;
int number;
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("please input prime number q and p");
q= scanner.nextInt();
p = scanner.nextInt();
number = q*p;
String str;
// change number's form into binary
str = Integer.toBinaryString(number);
System.out.println("binary number is"+str);
System.out.println("if number change form to binary the length between "+ str.length());
}
}
3.计算欧拉函数
φ(n) = φ(p*q) = (p-1)(q-1)
φ函数计算的是1~n之中的互斥数的个数。
当n=8时候，互质数为1,3,5,7 即φ(8) = 4
互斥数的个数计算算法代码（Java）
public class ola {
public static void main(String[] args) {
// setting count to caculate the number of coprime numbers
int count = 0;
System.out.println("Please input nums");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
// caculate
if (scanner.hasNext()){
int num = scanner.nextInt();
for (int i = 0 ;i<num;i++){
// analyse "i" is coprime numbers
if (BigInteger.valueOf(i).gcd(BigInteger.valueOf(num)).intValue() == 1){
count++;
}
}
}
System.out.println(count);
}
}
4.生成公钥
1 < e < φ(n)
注意：
- e 的取值必须是整数
- e 和 φ(n) 必须是互质数
公钥e的取值算法（Java）：
public class publicKey {
public static void main(String[] args) {
int num;
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("Please input number");
num = scanner.nextInt();
// public Key is coprime number to num between 1 to num
System.out.println("e's value can be ");
for (int i = 0;i<num;i++){
if (BigInteger.valueOf(i).gcd(BigInteger.valueOf(num)).intValue() ==1){
System.out.printf(i+"、");
}
}
}
}
5.生成私钥
e * d % m = 1 其中(φ(n) = m)
其中d就是所谓的私钥，而求取d的方式就是解出二元一次方程式.
解除这个二元一次方程式可以通过扩展欧几里得算法进行求解
扩展欧几里得算法：
扩展欧几里得算法（Extended Euclidean Algorithm）是一种用于求解两个整数的最大公约数（Greatest Common Divisor，简称GCD），以及它们的线性组合的算法。该算法还可以用于解决一元线性同余方程。
假设有两个非零整数a和b，我们的目标是找到它们的最大公约数d，以及两个整数x和y，使得满足贝祖等式：ax + by = d。
扩展欧几里得算法的步骤如下：
- 首先，我们用辗转相除法求出a除以b的余数r，并更新a为原来的b，b为原来的r，重复这一步骤直到余数r为0。
- 一旦余数r为0，我们找到了d，即a和b的最大公约数。
- 接下来，我们倒回去进行递归计算。初始时，我们有两个系数x和y为1，然后通过迭代，更新它们的值，直到达到基本情况（b=0）。在每一步迭代中，我们用之前的系数减去当前商乘以之前的系数，以便保持贝祖等式成立。
- 当递归结束时，得到的两个系数x和y就是满足贝祖等式的整数解。
扩展欧几里得算法在密码学、模运算等领域有广泛的应用，例如求取模反元素、计算模逆等。它的时间复杂度为O(log min(a,b))，效率较高。
算法（Java）：
public static int[] extendGcd(int a, int b) {
int[] result = new int[3];
if (b == 0) {
result[0] = a;
result[1] = 1;
result[2] = 0;
return result;
}
int[] temp = extendGcd(b, a % b);
result[0] = temp[0];
result[1] = temp[2];
result[2] = temp[1] - (a / b) * temp[2];
return result;
}
6.公钥加密
public class encryption {
public static void main(String[] args) {
// 明文 与密文
int M;
double C;
// 公钥 与公共模数
int e;
int num;
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("Plase input 明文、公钥、公共模数");
M = scanner.nextInt();
e = scanner.nextInt();
num = scanner.nextInt();
// 加密算法
C = Math.pow(M,e) % num;
System.out.println("密文为："+C);
}
}
7.私钥解密
与公钥加密同理
C：密文 M：明文
知道所有加密流程后，快快动手试试写一个完整的RSA加密算法吧！
参考资料：
RSA加密解密原理_rsa解密_未完成的歌~的博客-CSDN博客
