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基于RSA的数字签名的设计与实现.docx
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1 引言 1.1 研究背景 1.2 本课题的研究意义 2 RSA算法和RSA数字签名算法的基本概念和原理 2.1 RSA算法的基本概念和原理 2.1.1 RSA算法介绍与应用现状 2.1.2 RSA算法的实现原理 2.2 RSA数字签名基本概念和RSA数字签名算法的实现原理 2.2.1 RSA数字签名基本概念 2.2.2 RSA数字签名算法的实现原理 2.3 MD5算法的介绍 3 RSA数字签名的设计与实现 3.1 RSA数字签名的总体设计 3.1.1 RSA数字签名所需实现的功能 3.1.2 本软件的总体要求和设计 3.2 各部分的设计实现 3.2.1 密钥产生的实现 3.2.2 产生消息摘要的设计实现 3.2.3 数字签名的设计实现 3.2.4 验证数字签名的设计与实现 3.2.5 RSA数字签名的运行结果 4 软件的整体测试和分析改进 4.1软件的整体测试 4.2 性能分析与改进优化
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基于RSA的数字签名的设计与实现
摘 要
随着计算机网络和信息技术的发展,信息安全在各领域发挥着越来越重要的
作用,其中密码学已成为信息安全技术的核心,本文主要介绍了信息加密技术的
应用。
RSA算法是目前公认的在理论和实际应用中最为成熟和完善的一种公钥密码
体制,它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法,是公钥密码体制
的代表。数字签名是起到身份认证、核准数据完整性的一种信息安全技术。它通
过认证技术来辨认真伪。RSA数字签名体制使用的是RSA公开密钥密码算法进行数
字签名。
本文主要研究的内容包括:第一,对RSA算法进行了全面系统的介绍,包括RSA
算法的应用现状和原理—大素数的产生、密钥对的产生、对明文的加密运算和密
文的解密运算,为具体实现打下了理论基础;第二,介绍了RSA数字签名的一些基
本概念和数字签名的理论实现过程;第三,对MD5算法基本原理的介绍;第四,详
述了RSA数字签名的设计与实现,主要实现的模块包括RSA密钥的产生(一对公钥
和私钥),RSA加密算法和解密算法的实现,消息摘要MD的生成以及利用RSA算法
实现数字签名和签名的验证;第五,对该系统进行了整体的测试和分析改进;第
六,分析了RSA数字签名的安全性,指出了RSA数字签名的发展方向。
关键字:RSA算法;加密; 解密;MD5算法;RSA数字签名
The Design and Realization of Digital Signature Based on
RSA
Abstract
With the development of the computer network and information technology,
information security plays more and more important role in every field. Cryptography
has become the core of information security technology. This thesis mainly introduces
the application of information encryption technology.
RSA algorithm is considered as a public-key cryptosystem of the most fully
developed and complete in theory and practice application at present. It is the first
algorithm for both data encryption and digital signature. Digital signature is an
information security technology used to check authentication and data integrity. It
identifies true or false by the authentication technology. RSA digital signature system
carries on digital signature by using RSA public-key cipher algorithm.
The main content of this thesis includes six parts. First of all, it is a
comprehensive systematic introduction about RSA algorithm including the present
application situation and principle of RSA algorithm----producing big prime numbers
and secret keys, the encryption arithmetic for information and the decryption for
secret information, which establish the theory foundation for achieving concrete;
secondly, it introduces some basic conception of RSA digital signature and theory of
digital signature realizing process; thirdly, it introduces the basic principle of MD5
algorithm; fourthly, it states design and realization of RSA digital signature in detail.
The main modules includes producing RSA secret keys (a public key and private
key ), implementation of RSA encryption algorithm and decryption algorithm,
producing message digest and realizing digital signature and verification by RSA; the
fifth, it carries on testing entirely, analyzing and improving for this system;The sixth,
it analyses the security of RSA digital signature and points out the development
direction of RSA digital signature.
Key words: RSA algorithm; encryption; decryption; MD5 algorithm; RSA
digital signature
目 录
1 引言................................................................................................................................................1
1.1 研究背景................................................................................................................................1
1.2 本课题的研究意义................................................................................................................2
2 RSA 算法和 RSA 数字签名算法的基本概念和原理 ..................................................................2
2.1 RSA 算法的基本概念和原理.................................................................................................2
2.1.1 RSA 算法介绍与应用现状.............................................................................................2
2.1.2 RSA 算法的实现原理.....................................................................................................3
2.2 RSA 数字签名基本概念和 RSA 数字签名算法的实现原理.................................................3
2.2.1 RSA 数字签名基本概念.................................................................................................3
2.2.2 RSA 数字签名算法的实现原理.....................................................................................5
2.3 MD5 算法的介绍.....................................................................................................................6
3 RSA 数字签名的设计与实现........................................................................................................7
3.1 RSA 数字签名的总体设计.....................................................................................................7
3.1.1 RSA 数字签名所需实现的功能.....................................................................................7
3.1.2 本软件的总体要求和设计............................................................................................7
3.2 各部分的设计实现................................................................................................................7
3.2.1 密钥产生的实现............................................................................................................7
3.2.2 产生消息摘要的设计实现..........................................................................................10
3.2.3 数字签名的设计实现..................................................................................................12
3.2.4 验证数字签名的设计与实现......................................................................................16
3.2.5 RSA 数字签名的运行结果...........................................................................................18
4 软件的整体测试和分析改进......................................................................................................18
4.1 软件的整体测试...................................................................................................................18
4.2 性能分析与改进优化..........................................................................................................19
5 RSA 数字签名的安全性分析与前景展望..................................................................................20
5.1 RSA 数字签名的安全性分析...............................................................................................20
5.2 RSA 数字签名的前景展望...................................................................................................20
结 论..........................................................................................................................................21
参考文献..........................................................................................................................................21
1 引言
(一)1.1 研究背景
随着电子信息技术的迅速发展,人类已步入信息社会。但是由于整个社会形
成了一个巨大的计算机网络,任何一个计算机网络出现的安全问题,都会影响整
个国家的网络安全,所以信息安全、计算机网络安全问题已引起了人类的高度重
视。无论是在局域网还是在广域网中,都存在着自然和人为等诸多因素的脆弱性
和潜在威胁。故此,网络的安全措施应是能全方位地针对各种不同的威胁和脆弱
性,这样才能确保网络信息的保密性、完整性和可用性。针对网络安全的威胁主
要有三方面:(1)人为的无意失误;(2)人为的恶意攻击;(3)网络软件的漏洞
和“后门”。
现代密码学已成为信息安全技术的核心,密码学是以研究通信安全保密的学
科,即研究对传输信息采用何种秘密的变换以防止第三者对信息的窃取。密码学
包括两个分支:密码编码学和密码分析学。密码编码学主要研究对信息进行交换,
以保护信息在信道的传递过程中不被他人窃取、解密和利用的方法,而密码分析
学则与密码编码学相反,它主要研究如何分析和破译密码。两者之间既相互对立
又相互促进。密码体制的分类有很多,其中一种是根据加密算法和解密算法所使
用的密钥是否相同,可以将密码体制分为对称密钥密码体制(单钥密码体制)和
非对称密钥密码体制(公钥密码体制),这两种密码体制各有自己的长处和短处,
因此现在采用了两种的混合体,如PGP。
公钥密码体制的特点是:接收方B产生一对密钥(PK和SK);PK公开,SK
保密;从PK推出SK是很困难的;A、B双方通信时,A通过任何途径取得B
的公钥,用B的公钥加密信息,加密后的信息可通过任何不安全信道发送。B收
到密文信息后,用自己私钥解密恢复出明文。公钥密码体制已成为确保信息的安
全性的关键技术。RSA公钥密码体制到目前为止还是一种被认可为安全的体制。
RSA公钥加密算法是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它
易于理解和操作,也十分流行。算法的名字以发明者的姓氏首字母命名:Ron
Rivest, Adi Shamir 和Leonard Adleman。虽然自1978年提出以来,RSA的安全性
一直未能得到理论上的证明,但它经历了各种攻击,至今(2006年)未被完全攻
破。随着越来越多的商业应用和标准化工作,RSA已经成为最具代表性的公钥加
密技术。VISA、MasterCard、IBM、Microsoft等公司协力制定的安全电子交易标
准(Secure Electronic Transactions,SET)就采用了标准RSA算法,这使得RSA
在我们的生活中几乎无处不在。网上交易加密连接、网上银行身份验证、各种信
用卡使用的数字证书、智能移动电话和存储卡的验证功能芯片等,大多数使用RSA
技术。
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