初中数学论文：“不可破译”的密码

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密码在当今社会生活中的作用可以说十分巨大，除了众所周知的军事国防方面的应用外，现代金融、贸易、生产等无不在大规模使用密码．计算机网络的广泛应用，使人们对密码的依赖达到了新的高度，在千百万台计算机联结成的因特网上，用户的识别基本上是靠密码．密码被破译就会产生危及安全的极严重的后果．计算机“黑客”的作为，即为密码破译的一例，连美国国防部的计算机都未能幸免，可见密码编制的难度了．

由大整数因数分解的困难，人们研制成功一种“不可破译”的密码：RSA体制密码（见本刊2000年第6期《大整数的因数分解问题》一文）．RSA密码是一种公开密钥密码，说它“不可破译”是形容破译之难，不过的确至今尚没找到破译的理论工具．

一般密码编制理论中，称要传递的原文为“明文”，经加密后实际传递的是密码构成的“密文”，收信方则将其解密，恢复为明文使其可理解，就完成了通信任务．这其中加密和解密要用通信双方约定的方法，这一方法就称为密钥．更一般地，人们首先给定一个加密算法，不太严格地说，可把这一算法视为函数，函数的值就是密钥，而解密算法可以说是加密算法的一个反函数，使用同一个密钥（原函数的值）可将密文惟一地译成明文．

密码的关键就在于通信双方约定密钥而不被外界所知，外界对密码的破译也就指向密钥了．而且为了防止外界可能的破译，就应尽力使外人不可能积累在同一密钥下的许多密文，否则可用统计分析法等确定出密钥，世界战争史、外交史上有许多破译成功的例子．这样就经常变换密钥，重要的通信要每天一换甚至通一次信换一次．

这么频繁换的密钥怎样送给对方？如果随其他信息（用无线电或网络）易于失密，每次派专人送又不可能，怎样解决这一问题呢？这就是RSA密码的长处了，它把密钥分成加密钥和解密钥．如A和B通信，A把加密钥公开送达B（可用明码电报或与上次通信同时），不怕外人知道，所以叫公开密钥，而解密钥留在自己处不送达B，B收到公开密钥后，用它加密要给A的信息，然后送回A（这也无须特别秘密），则A可用手中的解密密钥解密．

外人没有解密密钥，就无从破译密码了，那么加密钥和解密钥就没有关系了吗？当然不是，否则就无法解密了．不过这种关系正是建立在大整数因数分解困难的基础上．换句话说，由公开密钥得出解密钥要进行一个充分大的整数的因数分解，你无法分解也就无法破译．

具体的编码过程是，先找出两个不同的大素数p和q，再给定一个数r（一般是用计算机产生一个随机数或至少一个伪随机数，也可每次一换），使r与数（p－1）（p－1）互素，这三个数p、q、r就是解密密钥．

再求一个数m，使（rm－1）能被（p－1）（q－1）整除．严格表述为：求m，使

rm≡1（mod（p－1）（q－1））．

由于r与（p－1）（q－1）互素，所以m是一定可求出来的（有数论定理保证）．再求出数n＝pq．m、n为加密密钥，即公开密钥．

具体的加密方法为，设明文为x，可把x视为（或变为）一个大整数，设x＜n，若x≥n，则将x表示为s进位的形式（s≤n，常用s＝2t形式）的数，使其每一个数位上的数都小于n，再分数位进行编码．求一个数y（0≤y＜n）使

y≡xm（modn）（可理解为，使（y－xm）能被n整除），y就是用m、n密钥加密后的密文．

解密过程为，求

z＝yr（modn）（0≤z＜n），

在限定的条件（0≤y＜n，0≤z＜n）下有（可严格证明）

δ＝x，

即得出明文．

外人要想破译密码，就必须由m、n求出数r来．

由此可见，要找到r必须由n得出p和q，即对n进行因数分解，如p、q取得相当大，即n相当大，由于分解困难，无法破译这一密码．

由于运用现代计算机已可分解100位左右数的因数，因此n要取得相当大，从而p、q也要取得相当大，比如每个数80位以上，再求积，这在技术上是可能的．

是否还应考虑相应计算的复杂性和计算所需要的时间呢？当然有这方面的问题，现在通常用复合编码法解决，即用其他计算比较简单、耗时少的编码方法编码，而每次编码所采用的密钥用RSA密码来传递，这既加强了安全性，又加快了速度．