Python实现RSA-AES加密算法作业解析

资源摘要信息:"该资源主要涉及使用Python语言实现RSA和AES加密算法的混合使用，完成CSCI 531课程作业2。在此过程中，涉及的知识点主要包括公钥加密体系（如RSA）和对称密钥加密体系（如AES），以及这两种算法在加密通信中的应用和它们如何协同工作以提供更高级别的安全性。RSA算法通常用于安全地交换AES密钥，而AES密钥则用于对大量数据进行快速加密和解密。该作业还可能涉及到密钥管理、加密模式和填充机制等方面的知识。" ### RSA加密算法 RSA算法是由Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman在1977年共同提出的，它是第一个能同时用于加密和数字签名的算法。RSA的安全性基于大数分解难题，即给定两个大质数的乘积，求这两个质数是困难的。RSA算法的密钥生成、加密和解密过程如下： 1. **密钥生成**： - 选择两个大的质数 \( p \) 和 \( q \)。 - 计算它们的乘积 \( n = p \times q \)，\( n \) 的长度即为密钥长度。 - 计算欧拉函数 \( \phi(n) = (p-1) \times (q-1) \)。 - 选择一个小于 \( \phi(n) \) 的整数 \( e \)，使得 \( e \) 与 \( \phi(n) \) 互质。通常 \( e \) 可以是一个质数，比如65537。 - 计算 \( e \) 对于 \( \phi(n) \) 的模逆元 \( d \)，即 \( d \times e \mod \phi(n) = 1 \)。 - 公钥为 \( (n, e) \)，私钥为 \( (n, d) \)。 2. **加密过程**： - 将明文 \( P \) 转换为整数 \( m \)，其中 \( 0 \leq m < n \)。 - 使用公钥 \( (n, e) \) 计算密文 \( c = m^e \mod n \)。 3. **解密过程**： - 使用私钥 \( (n, d) \) 计算明文 \( m = c^d \mod n \)。 ### AES加密算法 高级加密标准（AES）是由美国国家标准与技术研究院（NIST）选定的一种对称密钥加密算法，旨在取代原有的DES算法。AES加密算法支持128、192和256位的密钥长度。AES加密过程如下： 1. **加密过程**： - 将明文数据分组，每组数据长度固定，对于AES，每组为128位。 - 使用AES密钥进行多轮的字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加操作。 - 每轮操作后，数据都变得更加无序，以增强安全性。 2. **解密过程**： - 使用相同的密钥和逆向的操作顺序来还原数据，每轮操作包括逆列混淆、逆行移位、逆字节替换和轮密钥加。 - 经过指定轮数的解密操作后，恢复出原始的明文数据。 ### Python编程实现 在CSCI 531作业2中，学生需要使用Python实现RSA和AES加密算法的结合使用。Python是一种广泛用于加密算法实现的高级编程语言，它提供了丰富的库来简化开发流程。以下是使用Python实现RSA和AES加密的一般步骤： 1. **安装必要的库**： - 使用pip安装pycryptodome库，它包含了AES和RSA的实现。 2. **RSA密钥对的生成**： - 使用RSA库生成公钥和私钥。 3. **AES密钥的生成和管理**： - 生成一个随机的AES密钥用于加密大量数据。 4. **使用RSA加密AES密钥**： - 使用接收方的公钥加密AES密钥。 5. **加密数据**： - 使用AES密钥加密需要传输的大量数据。 6. **数据传输**： - 将加密后的AES密钥和数据一并传输给接收方。 7. **解密数据**： - 接收方首先使用其私钥解密出AES密钥。 - 然后使用AES密钥解密出原始数据。 ### 密钥管理和填充机制 - **密钥管理**：在混合加密系统中，密钥管理变得尤为重要。公钥可以公开分发，但私钥必须保密。密钥交换、存储和销毁都是密钥管理的重要环节。 - **填充机制**：在使用AES加密时，数据通常需要按照特定的填充规则来处理，以确保数据长度符合加密算法的要求。常见的填充机制有PKCS#7填充、ANSI X.923填充等。 ### 总结 该作业要求学生通过Python编程语言实现RSA和AES加密算法的混合使用，完成加密通信过程。这不仅涵盖了加密算法的基本原理和工作流程，还包括了密钥管理、加密模式选择和填充机制等高级知识点。通过这样的作业实践，学生能够更深入地理解加密算法的实际应用，提高解决实际安全问题的能力。