RSA---n分解攻击

题目给出public.key, flag.enc

如果n较小,可以尝试分解n来进行攻击

# coding:utf8

"""
需要安装2个模块:rsa,pycrypto
如果有问题,应该把之前安装的crypto、pycrypto模块卸载掉重新安装一遍
还需要使用 yafu 分解n
"""

import rsa
from Crypto.PublicKey import RSA

def egcd(a, b):
  if a == 0:
    return (b, 0, 1)
  else:
    g, y, x = egcd(b % a, a)
    return (g, x - (b // a) * y, y)


pub = RSA.importKey(open('pub.key').read())
n = long(pub.n)
e = long(pub.e)

########################################################################################
# 通过yafu分解n,命令行打开yafu,输入factor(n)即可
# 如果可联网,还可以使用http://www.factordb.com/网站分解   
# p = 28596...
# q = 30400...

if not p an not q:
    print 'Need get p,q'
    exit(0)

d = egcd((p - 1) * (q - 1), e)[2]
if d < 0:
    d += (p - 1) * (q - 1)


key = RSA.construct((n, e, d))    # 如果e较小,e应转化成long型: e = long(e)
key.exportKey()
open("private.pem", "w").write(key.exportKey())


p = open("private.pem").read()
privkey = rsa.PrivateKey.load_pkcs1(p)
crypto = open("flag.enc").read()
message = rsa.decrypt(crypto, privkey)
print message

<think>首先,用户的问题是:“我想了解或实现RSA-PSS签名算法 请问RSA-PSS 签名算法原理及实现方法”。我需要基于系统级指令来构建我的回答。 系统级指令关键点: - 所有行内数学表达式使用 `$...$` 格式。 - 独立公式使用 `$$...$$` 格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,如 [^1]。 用户可见层指令: - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠。 参考站内引用:用户提供了几个引用,我应该参考它们来构建回答。 引用摘要: - [^1]: 介绍了RSA签名流程和PSS填充模式。 - [^2]: 解释了PSS是概率签名方案,推荐使用RSASSA-PSS而非PKCS1-v1_5。 - [^3]: 描述了Python实现RSA数字签名软件。 - [^4]: 详细解释了RSA-PSS签名验证过程。 用户的问题是关于RSA-PSS签名算法的原理和实现方法。我需要覆盖原理和实现。 结构我的回答: 1. **介绍RSA-PSS**:简要解释什么是RSA-PSS及其重要性。 2. **原理**:详细描述RSA-PSS的原理,包括签名和验证过程。使用数学表达式。 3. **实现方法**:讨论如何实现,包括代码示例(如Python),基于引用[^3]。 4. **步骤清晰**:逐步解释,确保用户能理解。 5. **添加引用**:在相关段落末尾添加引用标识。 6. **生成相关问题**:在回答结束时,添加相关问题部分。 使用中文回答。 数学表达式格式: - 行内:如 `$x^2$` - 独立:如 `$$ \int ... $$` 现在,构建回答大纲: 1. **引言**:解释RSA-PSS是什么,为什么使用它。 2. **原理**: - 签名过程:描述如何生成签名。 - 验证过程:描述如何验证签名。 - 使用数学公式。 3. **实现方法**: - 使用Python示例,基于引用[^3]。 - 提供代码片段。 4. **结论**:总结关键点。 5. **相关问题**:生成2-3个相关问题。 添加引用:在描述原理时,引用[^1]和[^2];在实现时,引用[^3];在验证时,引用[^4]。 确保LaTeX正确: - 例如,签名公式:`$s = m^d \mod n$` 行内。 - 独立公式如哈希函数。 实现代码:使用Python,因为引用[^3]提到Python实现。 代码格式:在独立段中使用代码块,如示例中的Python代码。 在用户提供的示例中,代码块是: ```python def quick_sort(arr): ... ``` 我应该为RSA-PSS做类似处理。 现在,详细内容: **RSA-PSS原理**: - PSS是概率签名方案,增加随机性以提高安全性。 - 签名过程: - 输入:消息M,私钥(d, n)。 - 步骤:计算消息哈希,添加salt,应用掩码生成函数(MGF),然后RSA加密。 - 公式:例如,`$EM = MGF(H) \oplus DB$` 等。 - 验证过程: - 输入:签名S,公钥(e, n),消息M。 - 步骤:RSA解密签名,提取EM,分割,计算哈希,比较。 - 基于引用[^4]。 **实现方法**: - 使用Python的cryptography库或类似。 - 示例代码:生成密钥对、签名、验证。 - 参考引用[^3]。 相关问题: 1. RSA-PSS与PKCS1-v1_5的区别? 2. 如何选择salt长度在RSA-PSS中? 3. RSA-PSS的安全性分析? 确保回答真实可靠:基于标准知识和引用。</think>### RSA-PSS签名算法原理及实现方法 RSA-PSS(Probabilistic Signature Scheme)是一种基于RSA的数字签名方案,它通过概率性填充提高安全性,防止某些攻击如选择消息攻击。相较于传统的PKCS1-v1_5,PSS在安全性上更优,被广泛推荐使用[^2]。下面我将逐步解释其原理和实现方法,帮助您理解和实践。回答基于标准密码学知识和参考引用,确保真实可靠。 --- ### 一、RSA-PSS签名算法原理 RSA-PSS的核心思想是在签名过程中引入随机元素(如salt),使每次签名结果不同,从而增强安全性。它分为签名生成和验证两个阶段。关键参数包括: - 哈希函数(如SHA-256),记为 $H$。 - 掩码生成函数(MGF),通常基于哈希函数实现。 - salt(盐值),一个随机字节串,长度记为 $sLen$。 - RSA 密钥对:私钥 $(d, n)$,公钥 $(e, n)$,其中 $n$ 是模数。 #### 1. 签名生成过程 输入:消息 $M$,私钥 $(d, n)$,以及可选参数(如salt长度)。 输出:签名 $S$。 步骤: 1. **计算消息哈希**:对消息 $M$ 应用哈希函数,得到 $mHash = H(M)$。例如,如果 $H$ 是 SHA-256,则 $mHash$ 是 256 位(32 字节)。 2. **生成 salt**:随机生成一个 salt,长度 $sLen$(通常为哈希输出长度)。 3. **构建填充消息 $M1$**:将固定前缀、$mHash$ 和 salt 拼接: $$ M1 = \text{0x00} \parallel \text{0x00} \ldots \text{0x00} \parallel \text{0x01} \parallel salt \parallel mHash $$ 其中,前缀包含若干字节的零和一个字节的 0x01。 4. **计算哈希值 $H1$**:对 $M1$ 应用哈希函数,得到 $H1 = H(M1)$。 5. **生成数据块 $DB$**:$DB$ 包括固定头、salt 和填充: $$ DB = \text{0x00} \ldots \text{0x00} \parallel \text{0x01} \parallel salt $$ 这里,固定头是若干字节的零。 6. **应用掩码生成函数(MGF)**:使用 $H1$ 作为种子,生成掩码 $mask$,长度与 $DB$ 相同: $$ mask = \text{MGF}(H1, \text{len}(DB)) $$ MGF 通常基于哈希函数,例如 MGF1 标准。 7. **计算掩码后数据块 $maskedDB$**: $$ maskedDB = DB \oplus mask $$ 8. **构建编码消息 $EM$**:拼接 $maskedDB$、$H1$ 和固定后缀: $$ EM = maskedDB \parallel H1 \parallel \text{0xBC} $$ 其中,0xBC 是固定后缀字节。 9. **RSA 加密生成签名**:将 $EM$ 视为整数,用私钥加密: $$ S = EM^d \mod n $$ 输出签名 $S$。 签名过程通过随机 salt 确保每次签名结果不同,增加了不可预测性[^1]。 #### 2. 签名验证过程 输入:签名 $S$,消息 $M$,公钥 $(e, n)$。 输出:验证结果(有效或无效)。 步骤: 1. **RSA 解密签名**:用公钥解密签名,得到编码消息 $EM$: $$ EM = S^e \mod n $$ 如果解密失败或 $EM$ 长度不符,验证失败。 2. **分割 $EM$**:将 $EM$ 拆分为三部分: - 后缀字节 $bc$:取最后一个字节,应为 0xBC,否则无效。 - 哈希值 $H$:从末尾向前取 $hLen$ 字节($hLen$ 是哈希输出长度)。 - 掩码后数据块 $maskedDB$:剩余部分。 3. **计算掩码并恢复 $DB$**:使用 $H$ 生成掩码 $mask$: $$ mask = \text{MGF}(H, \text{len}(maskedDB)) $$ 然后计算: $$ DB = maskedDB \oplus mask $$ 4. **提取 salt 和验证 $DB$ 结构**:从 $DB$ 中提取 salt(最右 $sLen$ 字节),并检查 $DB$ 开头是否为若干零字节后跟 0x01。如果不符,验证失败。 5. **重建消息哈希**:用原始消息 $M$ 计算 $mHash = H(M)$。 6. **构建和比较哈希**:重建 $M1$ 并计算 $H1$: $$ M1 = \text{0x00} \parallel \text{0x00} \ldots \text{0x00} \parallel \text{0x01} \parallel salt \parallel mHash $$ $$ H1 = H(M1) $$ 比较 $H1$ 与分割得到的 $H$:如果相等,签名有效;否则无效。 验证过程确保签名未被篡改,且 salt 的随机性提高了安全性[^4]。 #### 数学基础 - RSA 操作基于模幂运算:签名时 $s = m^d \mod n$,验证时 $m = s^e \mod n$。 - 安全性依赖于大数分解难题,PSS 的随机填充进一步抵抗了碰撞攻击[^2]。 --- ### 二、RSA-PSS实现方法 实现RSA-PSS可以使用高级编程语言如Python,借助密码学库简化流程。推荐使用 `cryptography` 库,它提供了标准化的PSS支持。以下是基于Python的实现示例,参考了数字签名生成软件的设计思路[^3]。 #### 环境准备 安装所需库: ```bash pip install cryptography ``` #### 完整代码示例 以下代码实现了RSA密钥生成、PSS签名和验证功能: ```python from cryptography.hazmat.primitives import hashes from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa, padding from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric.padding import PSS, MGF1 from cryptography.hazmat.primitives import serialization from cryptography.hazmat.backends import default_backend # 1. 生成RSA密钥对 private_key = rsa.generate_private_key( public_exponent=65537, key_size=2048, # 推荐2048位以上以提高安全性 backend=default_backend() ) public_key = private_key.public_key() # 2. 签名函数 def sign_message(message, private_key): # 使用PSS填充模式,指定哈希函数和salt长度 pss_padding = PSS( mgf=MGF1(hashes.SHA256()), # 掩码生成函数基于SHA-256 salt_length=32 # salt长度设置为哈希输出长度(32字节 for SHA-256) ) # 生成签名 signature = private_key.sign( message, padding=pss_padding, algorithm=hashes.SHA256() # 使用SHA-256哈希 ) return signature # 3. 验证函数 def verify_signature(message, signature, public_key): pss_padding = PSS( mgf=MGF1(hashes.SHA256()), salt_length=32 ) try: public_key.verify( signature, message, padding=pss_padding, algorithm=hashes.SHA256() ) return True # 验证成功 except Exception: return False # 验证失败 # 测试示例 message = b"Hello, RSA-PSS!" # 消息需为字节类型 signature = sign_message(message, private_key) is_valid = verify_signature(message, signature, public_key) print(f"签名验证结果: {'成功' if is_valid else '失败'}") ``` #### 关键点说明 - **密钥管理**:使用 `rsa.generate_private_key` 生成密钥对,支持自定义密钥长度(例如2048位)。 - **PSS参数**:`PSS` 类指定了填充模式: - `mgf=MGF1(hashes.SHA256())`:掩码生成函数基于SHA-256。 - `salt_length=32`:salt长度设为哈希输出长度,可调整(但推荐固定为哈希长度)。 - **签名和验证**:`sign` 和 `verify` 方法自动处理PSS流程,包括哈希、salt添加和掩码运算。 - **安全性**:代码使用标准库,避免了手动实现错误。测试时,确保消息为字节类型,并处理异常。 - **优化建议**:对于大型消息,先计算哈希再签名可提升性能(库内部已优化)。参考Python数字签名软件的设计[^3],可添加GUI界面或序列化密钥存储。 #### 注意事项 - **salt长度**:在PSS中,salt长度应至少为哈希输出长度(如SHA-256时为32字节),以增强随机性。 - **错误处理**:验证失败时,库抛出异常,代码中需捕获处理。 - **兼容性**:PSS是现代化标准,但需确保接收方支持(例如,在OpenSSL中使用 `-sigopt rsa_padding_mode:pss`)[^2]。 --- ### 总结 RSA-PSS通过引入随机salt和掩码机制,显著提升了签名安全性,适用于数字证书、软件签名等场景[^1]。实现时,优先使用成熟库如Python的 `cryptography`,避免手动处理数学运算。如果您有特定需求(如不同编程语言),可进一步调整实现。
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