RSA加密算法在數(shù)字檔案管理中的應(yīng)用

信陽農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校計算機(jī)科學(xué)系 何 勇 潘 赟

1.引言

與發(fā)達(dá)國家相比，我國檔案管理現(xiàn)代化建設(shè)還存在著滯后性。我們要充分利用現(xiàn)代技術(shù)改造傳統(tǒng)的檔案管理方式，加快電子檔案建設(shè)，逐步實現(xiàn)檔案管理的數(shù)字化。與此同時，數(shù)字檔案的加密自然也在檔案管理數(shù)字化過程中起著越來越重要的作用。RSA算法是世界上第一個既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的非對稱性加密算法。它易于理解和操作，流行甚廣，經(jīng)歷了各種攻擊，至今未被完全攻破。

2.數(shù)字檔案管理中的安全問題及其應(yīng)對措施

2.1 數(shù)字檔案管理的安全問題

與傳統(tǒng)檔案相比，數(shù)字檔案具有以下主要特點:數(shù)字檔案信息的可變性、數(shù)字檔案載體的脆弱性、數(shù)字檔案信息與載體的相分離性、數(shù)字檔案對系統(tǒng)的依賴性、數(shù)字檔案內(nèi)容傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)性、數(shù)字檔案信息組織形式的網(wǎng)狀性等。數(shù)字檔案的這些特性，對數(shù)字檔案的管理與安全維護(hù)提出了更高的要求，如何做好數(shù)字檔案的安全管理工作，是目前檔案界必須認(rèn)真研究和探討的問題。網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、存儲器和信息系統(tǒng)是數(shù)字檔案生存的基礎(chǔ)，也是引發(fā)安全問題的風(fēng)險基地。目前數(shù)字檔案在長期安全保存中存在的主要問題有：數(shù)字檔案的長期安全存取問題、計算機(jī)系統(tǒng)的不安全性問題、數(shù)字檔案的真實性問題、安全技術(shù)滯后的問題、安全管理滯后的問題。本文主要針對數(shù)字檔案管理中的安全性問題和真實性問題進(jìn)行探討和研究，通過使用RSA對數(shù)字檔案進(jìn)行加密，來確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性問題和真實性問題。

2.2 數(shù)字檔案的安全管理技術(shù)

要解決上述問題，主要有兩種方案，一種是采取保證數(shù)字檔案安全的管理措施，如建立健全檔案信息網(wǎng)絡(luò)安全的法律法規(guī)、建立完善數(shù)字檔案的安全管理制度等。另一種方案是應(yīng)用能夠保障數(shù)字檔案安全的技術(shù)措施，如加密技術(shù)、防火墻規(guī)則設(shè)置技術(shù)、入侵檢測技術(shù)和簽署技術(shù)等。

密碼技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的核心，是提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保密性、防止秘密數(shù)據(jù)被外部破析所采用的主要技術(shù)手段。采用加密技術(shù)可以確保數(shù)字檔案內(nèi)容的非公開性。加密技術(shù)通過信息的變換或編碼將機(jī)密敏感信息變換為難以讀懂的亂碼型信息，以達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)安全的目的。

RSA算法是世界上第一個既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的非對稱性加密算法。由于它易于理解和操作，所以流行甚廣。算法的名字以發(fā)明者的名字命名，他們是：Ron Rivest，Adi Shamir和Leonard Adleman。雖然RSA的安全性一直未能得到理論上的證實，但它經(jīng)歷了各種攻擊，至今未被完全攻破。

在RSA算法中，我們先要獲得兩個不同的質(zhì)數(shù)P和Q做為算法因子，再找出一個正整數(shù)E，使得E與(P-1)*(Q-1)的值互質(zhì)，這個E就是私鑰。找到一個整數(shù)D，使得(E*D)mod((P-1)*(Q-1))=1成立，D就是公鑰1。設(shè)N為P和Q的乘積，N則為公鑰2。加密時先將明文轉(zhuǎn)換為一個或一組小于N的整數(shù)I，并計算ID mod N的值M，M就密文。解密時將密文ME mod N，也就是M的E次方再除以N所得的余數(shù)就是明文。

2.3 RSA加密算法

RSA算法是最著名的公開密碼體制。基于大數(shù)分解的難度，其公開密鑰和私人密鑰是一對大素數(shù)的函數(shù)，從一個公開密鑰和密文中恢復(fù)出明文的難度等價于分解兩個大素數(shù)之積。因此可以確保RSA算法的安全性。RSA算法過程:首先是設(shè)計密鑰，然后是對消息加密，最后是對密文解密。

表1

3.基于RSA加密算法的數(shù)字檔案管理

為確保檔案信息在使用過程中的可靠性、安全性及真實性，在管理者與使用者，創(chuàng)建者與管理者之間利用數(shù)字簽名技術(shù)實現(xiàn)雙方身份的確認(rèn)，并保護(hù)數(shù)據(jù)，防止偽造，確保檔案管理部門與其他部門之間信息的收集與安全管理。

3.1 密鑰的生成與管理

(1)設(shè)計公私密鑰(e,n)和(d,n)

令p=3，q=11，得出n=p×q=3×11=33；f(n)=(p-1)(q-1)=2×10=20；取e=3，(3與20互質(zhì))則e×d≡1 mod f(n)，即3×d≡1 mod 20。d怎樣取值呢？可以用試算的辦法來尋找。試算結(jié)果見表1。

通過試算我們找到，當(dāng)d=7時，e×d≡1 mod f(n)同余等式成立。因此，可令d=7。從而我們可以設(shè)計出一對公私密鑰，加密密鑰(公鑰)為：KU=(e,n)=(3,33)，解密密鑰(私鑰)為：KR=(d,n)=(7,33)。

(2)英文數(shù)字化

將明文信息數(shù)字化，并將每塊兩個數(shù)字分組。假定明文英文字母編碼表為按字母順序排列數(shù)值，如表2所示。

則得到分組后的key的明文信息為：11，05，25。

(3)明文加密

用戶加密密鑰(3,33)將數(shù)字化明文分組信息加密成密文。由C≡Me(mod n)得：

因此，得到相應(yīng)的密文信息為：11，26，16。

(4)密文解密

用戶B收到密文，若將其解密，只需要計算M≡Cd(mod n)，即：

用戶B得到明文信息為：11，05，25。根據(jù)上面的編碼表將其轉(zhuǎn)換為英文，我們又得到了恢復(fù)后的原文“key”。

(5)安全性分析分析

RSA的保密性基于一個數(shù)學(xué)假設(shè)：對于一個很大的合數(shù)進(jìn)行質(zhì)因數(shù)分解是不可能的。若RSA用到的兩個質(zhì)數(shù)足夠大，可以保證使用目前的計算機(jī)無法分解。即RSA公開密鑰密碼體制的安全性取決于公開密鑰(n，e)計算出秘密密鑰(n，d)的困難程度。RSA的安全性取決于模n分解的困難性，但數(shù)學(xué)上至今還未證明分解模就是攻擊RSA的最佳方法。出于安全考慮，建議在RSA中使用1024位的n，對于重要場合n應(yīng)該使用2048位。

3.2 實現(xiàn)RSA加密算法的C源程序

程序運行結(jié)果及相關(guān)說明如下：

主函數(shù)實現(xiàn)求N的歐拉數(shù)、由公鑰求解私鑰、加密解密選擇以及相應(yīng)的密文明文輸出。子函數(shù)candp實現(xiàn)加密解密時的求冪取余運算，fun實現(xiàn)e與t的互素判斷，已驗證e是否符合要求。程序主體參考了網(wǎng)上的相關(guān)RSA算法程序，我對其中e的合法性判斷、主函數(shù)實現(xiàn)的順序以及相關(guān)提示信息做了補(bǔ)充與修改并加上了注釋，這樣程序可讀性更強(qiáng)，運行時更容易操作，思路也更加嚴(yán)密。

表2

當(dāng)P=43，q=59時，對134進(jìn)行加密，運行結(jié)果如下：

4.結(jié)論

本文主要介紹了數(shù)字檔案系統(tǒng)及其特點和存在的安全隱患、數(shù)字加密技術(shù)及RSA加密算法的具體內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上用源程序?qū)崿F(xiàn)了RSA算法，最后論述了基于RSA的數(shù)字簽名系統(tǒng)。該算法具有較高的安全性和可靠性，并確保信息在傳輸中的完整性和不可否認(rèn)性等，為數(shù)字檔案的管理提供了必要的條件。

[1]郭立新.基于數(shù)字簽名的數(shù)字檔案信息安全管理研究[J].信陽師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,21(2):279-281,290.

[2]趙小明,章美仁.RSA數(shù)字簽名與信息隱藏的電子簽名技術(shù)改進(jìn)方案[J].計算機(jī)科學(xué),2007,34(10):112-115.

[3]陳鐵英,陳華,劉瑜.基于三層次的數(shù)據(jù)庫加密應(yīng)用系統(tǒng)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,7:41-46.

[4]陳紅軍,邵國寶.數(shù)字簽名在網(wǎng)上公文流轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].信陽師范學(xué)院:自然科學(xué)報,2008,21(2):279-281,290.

[5]陽文澤,李翠華.數(shù)字簽名技術(shù)在辦公自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)工程,2005,31(23):33-35,51.