RSA加密和解密

RSA是一种非对称加密算法，在公开密钥和电子商业中RSA被广泛使用。它是基于一个很简单的数论事实，两个素数相乘很容易，对两素数乘积因式分解很困难。原理就不再阐述了，我谈谈算法的编程实现过程。

一、RSA加密和解密过程是基于以下形式，其中明文为M，密文为C，公匙PU={e, n}，密匙PR={d, n}。

1、准备工作，选择两个大素数p和q，计算p和q的乘积n，计算p-1和q-1的乘积，选择一个与p-1和q-1乘积互质的数e，计算出d

2、加密过程

3、解密过程

程序没有生成大素数，只是列出1000以内的素数，随机取两个素数p和q，利用欧德里德扩展算法计算出e和d，用反复平方法求数的幂

二、程序流程图

         

三、程序源码

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstring>
#include <ctime>
#include <cstdlib>
using namespace std;


int Plaintext[100];//明文
long long Ciphertext[100];//密文
int n, e = 0, d;

//二进制转换
int BianaryTransform(int num, int bin_num[])
{

    int i = 0,  mod = 0;

    //转换为二进制，逆向暂存temp[]数组中
    while(num != 0)
    {
        mod = num%2;
        bin_num[i] = mod;
        num = num/2;
        i++;
    }

    //返回二进制数的位数
    return i;
}

//反复平方求幂
long long Modular_Exonentiation(long long a, int b, int n)
{
    int c = 0, bin_num[1000];
    long long d = 1;
    int k = BianaryTransform(b, bin_num)-1;

    for(int i = k; i >= 0; i--)
    {
        c = 2*c;
        d = (d*d)%n;
        if(bin_num[i] == 1)
        {
            c = c + 1;
            d = (d*a)%n;
        }
    }
    return d;
}

//生成1000以内素数
int ProducePrimeNumber(int prime[])
{
    int c = 0, vis[1001];
    memset(vis, 0, sizeof(vis));
    for(int i = 2; i <= 1000; i++)if(!vis[i])
    {
        prime[c++] = i;
        for(int j = i*i; j <= 1000; j+=i)
            vis[j] = 1;
    }

    return c;
}


//欧几里得扩展算法
int Exgcd(int m,int n,int &x)
{
    int x1,y1,x0,y0, y;
    x0=1; y0=0;
    x1=0; y1=1;
    x=0; y=1;
    int r=m%n;
    int q=(m-r)/n;
    while(r)
    {
        x=x0-q*x1; y=y0-q*y1;
        x0=x1; y0=y1;
        x1=x; y1=y;
        m=n; n=r; r=m%n;
        q=(m-r)/n;
    }
    return n;
}

//RSA初始化
void RSA_Initialize()
{
    //取出1000内素数保存在prime[]数组中
    int prime[5000];
    int count_Prime = ProducePrimeNumber(prime);

    //随机取两个素数p,q
    srand((unsigned)time(NULL));
    int ranNum1 = rand()%count_Prime;
    int ranNum2 = rand()%count_Prime;
    int p = prime[ranNum1], q = prime[ranNum2];

    n = p*q;

    int On = (p-1)*(q-1);


    //用欧几里德扩展算法求e,d
    for(int j = 3; j < On; j+=1331)
    {
        int gcd = Exgcd(j, On, d);
        if( gcd == 1 && d > 0)
        {
            e = j;
            break;
        }

    }

}

//RSA加密
void RSA_Encrypt()
{
    cout<<"Public Key (e, n) : e = "<<e<<" n = "<<n<<'\n';
    cout<<"Private Key (d, n) : d = "<<d<<" n = "<<n<<'\n'<<'\n';

    int i = 0;
    for(i = 0; i < 100; i++)
        Ciphertext[i] = Modular_Exonentiation(Plaintext[i], e, n);

    cout<<"Use the public key (e, n) to encrypt:"<<'\n';
    for(i = 0; i < 100; i++)
        cout<<Ciphertext[i]<<" ";
    cout<<'\n'<<'\n';
}

//RSA解密
void RSA_Decrypt()
{
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 100; i++)
        Ciphertext[i] = Modular_Exonentiation(Ciphertext[i], d, n);

    cout<<"Use private key (d, n) to decrypt:"<<'\n';
    for(i = 0; i < 100; i++)
        cout<<Ciphertext[i]<<" ";
    cout<<'\n'<<'\n';
}


//算法初始化
void Initialize()
{
    int i;
    srand((unsigned)time(NULL));
    for(i = 0; i < 100; i++)
        Plaintext[i] = rand()%1000;

    cout<<"Generate 100 random numbers:"<<'\n';
    for(i = 0; i < 100; i++)
        cout<<Plaintext[i]<<" ";
    cout<<'\n'<<'\n';
}

int main()
{
    Initialize();

    while(!e)
        RSA_Initialize();

    RSA_Encrypt();

    RSA_Decrypt();

    return 0;

}

四、运行结果