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譯文發布時間：2001-7-14
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Network Working Group                                      B. Kaliski
Request for Comments: 2313                      RSA Laboratories East
Category: Informational                                    March 1998

                PKCS#1：RSA加密 版本1.5

本備忘錄的狀態
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版權聲明
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略讀
此篇文章描述了如何使用RSA公鑰密碼體系加密數據。
目錄
1、范圍	2
2、參考	2
3、定義	4
4、標志和縮寫	5
5、總的概述	5
6、密鑰生成	5
7、密鑰語法	6
7．1公鑰語法	6
7．2私鑰語法	6
8、加密過程	7
8．1加密塊格式化	7
8．2 8位字節串到整數的轉換	8
8．3 RSA計算	8
8．4 整數到字節串的轉換	9
9、解密過程	9
9．1 字節串到整數的轉換	9
9．2  RSA計算	9
9．3 整數到字節串的轉換	9
9．4 需加密塊解析	10
10、簽名算法	10
10．1 簽名過程	10
10．2 驗證過程	12
11、對象標識符	13
安全考慮	14
修訂版記錄	14
鳴謝	14
作者地址	14
版權聲明	15

1、范圍
此篇文檔描述了如何使用RSA公鑰密碼體系加密數據。這將被用作數字簽名和數字信
封，且在PKCS#7中有描述：
?	數字簽名：簽名內容首先被消息散列算法（如MD5）縮減成一個消息散列，然后
使用簽名者的RSA私鑰加密含有消息散列的字符串。原文和被加密的消息散列一
起組成符合PKCS #7中語法的數字簽名。這種應用和PEM是兼容的。
?	數字信封：首先將被加信封的內容使用一個內容加密算法（例如DES）的內容加
密密鑰加密，然后使用收件人的RSA公鑰加密內容加密密鑰。那個被加密內容和
被加密的密鑰一起組成符合PKCS #7中語法的數字信封。這種應用和PEM是兼
容的。
此篇文檔還描述了有關一個RSA公鑰和私鑰的語法。公鑰語法被用于證書；私鑰語法
被用于PKCS#8中的私鑰信息。公鑰語法在X.509和PEM是完全相同的。這樣X.509/PEM 
RSA密鑰能被用于此篇文當中。
此篇文檔還定義了三個簽名算法，它們被用于簽署X.509/PEM證書和CRL，PKCS#6
擴展證書，和其他使用數字簽名的對象（例如X.401消息標記）。
有關消息散列和內容加密算法的細節并不屬于此篇文檔的范圍，并且有關被文檔要求
的假隨機位的來源也不在此文檔范圍中。

2、參考
   FIPS PUB 46-1  National Bureau of Standards. FIPS PUB 46-1:
             Data Encryption Standard. January 1988.

   PKCS #6   RSA Laboratories. PKCS #6: Extended-Certificate
             Syntax. Version 1.5, November 1993.

   PKCS #7   RSA Laboratories. PKCS #7: Cryptographic Message
             Syntax. Version 1.5, November 1993.

   PKCS #8   RSA Laboratories. PKCS #8: Private-Key Information
             Syntax. Version 1.2, November 1993.

   RFC 1319  Kaliski, B., "The MD2 Message-Digest
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   RFC 1320  Rivest, R., "The MD4 Message-Digest
             Algorithm," RFC 1320, April 1992.

   RFC 1321  Rivest, R., "The MD5 Message-Digest
             Algorithm," RFC 1321, April 1992.

   RFC 1423  Balenson, D., "Privacy Enhancement for
             Internet Electronic Mail: Part III: Algorithms,
             Modes, and Identifiers," RFC 1423, February 1993.

   X.208     CCITT. Recommendation X.208: Specification of
             Abstract Syntax Notation One (ASN.1). 1988.

   X.209     CCITT. Recommendation X.209: Specification of
             Basic Encoding Rules for Abstract Syntax Notation
             One (ASN.1). 1988.

   X.411     CCITT. Recommendation X.411: Message Handling
             Systems: Message Transfer System: Abstract Service
             Definition and Procedures.1988.

   X.509     CCITT. Recommendation X.509: The Directory--
             Authentication Framework. 1988.

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   [IM90]    Colin I'Anson and Chris Mitchell. Security defects
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   [Mer90]   R.C. Merkle. Note on MD4. Unpublished manuscript,
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   [QC82]    J.-J. Quisquater and C. Couvreur. Fast
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             October 1982.

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             cryptosystems. Communications of the ACM,
             21(2):120-126, February 1978.

3、定義
由于此篇文檔的目的，下列定義將被使用。
算法標識符：通過對象標識符定義一種算法和相關參數的類型，此類型被定義在X.509
中。
ASN.1：抽象語法標記1，定義在X.208中。
BER：基礎編碼規則，定義在X.209中。
DES：數據加密標準，定義在FIPS PUB 46-1中。
MD2：RSA Data Security, Inc.的MD2消息散列算法，定義在RFC 1319中。
MD4：RSA Data Security, Inc.的MD4消息散列算法，定義在RFC 1320中。
MD5：RSA Data Security, Inc.的MD5消息散列算法，定義在RFC 1321中。
Modulus（模數）：由兩個素數形成的整數。
PEM：因特網私人加密郵件，定義在RFC 1423和相關文當中。
RSA：RSA公鑰密碼體系，定義在[RSA78]中。
私人密鑰：模數和私人指數。
公開密鑰：模數和公開指數。

4、標志和縮寫
大寫標志（例如BT）表示字符串和位串（就簽名S而言），小寫標志（例如c）表示
整數。
   ab   16進制8位組值         c    指數
   BT   塊類型                 d    私人指數
   D    數據                   e    公開指數
   EB   需加密塊               k    模數的8位組長度                                
   ED   被加密的數據           n    模數
   M    消息                   p, q  模數的素數組成
   MD   消息散列              x    整數需加密塊
   MD'  比較的消息散列         y    整數被加密數據
   PS   填充字符串             mod n  模 n
   S    簽名                   X || Y  X，Y的級連
   ||X||  X字節長

5、總的概述
下面的六個章節詳細的敘述了密鑰生成，密鑰語法，加密過程，解密過程，簽名算法
和對象標識符。每個實體都要生成一對密鑰：公鑰和私鑰。加密過程需要使用其中一個密鑰，
解密過程需要使用另一個密鑰。所以加密過程或是一個公鑰操作過程或是一個私鑰操作過
程，解密過程也一樣。這兩種過程都是把一個8位字符串轉化成另一個8位字符串。這兩個
過程是互相相反的，如果一個過程使用了一個實體的公鑰，那么另一個過程使用同一實體的
私鑰。加密和解密過程或是能實現典型的RSA轉換，或是實現填充變換。

6、密鑰生成
此章節描述RSA密鑰生成。每個實體都需要選擇一個正整數e作為它的公開指數。每
個實體都需要私人的隨機的選擇兩個不同的奇素數p和q，以便e和（p-1）*（q-1）互素。
公開模數n是私人的素數p，q的乘積：n=p*q 。私人指數是一個正整數d，以便d*e-1可
以被（p-1）*（q-1）整除。模數n的字節長為k，k滿足2^(8(k-1)) <= n < 2^(8k)。模數長度
k必須是至少12個字節，使之適應此文檔中的塊格式（見第8章）。
注意：
（1）	公開模數在特殊應用程序中可以是標準化的。在X.509的附錄C中提到使用3
或65537可以有一些實際的好處。
（2）	為了使模數n的因數分解更困難，可以考慮一些額外的選擇素數的條件。這些
保障安全的條件超出了此文檔的論述范圍。長度k的下限是為了適應塊格式，
并不是為了保障安全。

7、密鑰語法
此章節給出了RSA公鑰和私鑰的語法

7．1公鑰語法
一個RSA公鑰需要有ASN.1的RSAPublicKey類型：

  RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
     modulus INTEGER, -- n
     publicExponent INTEGER -- e }
（這個類型被定義于X.509中，保留在此處是為了兼容性。）
RSAPublicKey類型的字段有下列含義：
modulus是模數n；
publicExponent是公開指數e。

7．2私鑰語法
一個RSA私鑰有一個ASN.1的RSAPrivateKey類型：

   RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
     version Version,
     modulus INTEGER, -- n
     publicExponent INTEGER, -- e
     privateExponent INTEGER, -- d
     prime1 INTEGER, -- p
     prime2 INTEGER, -- q
     exponent1 INTEGER, -- d mod (p-1)
     exponent2 INTEGER, -- d mod (q-1)
     coefficient INTEGER -- (inverse of q) mod p }

   Version ::= INTEGER
RSAPrivateKey類型的字段有下列含義：
?	version是一個為兼容將來此文檔的修改的版本號。為了適應此文檔的版本它
應該是0；
?	modulus是模數n；
?	publicExponent是公開指數e；
?	privateExponent是私人指數d；
?	prime1是組成模數n的一個素數p；
?	prime2是組成模數n的一個素數q；
?	exponent1是d mod (p-1)；
?	exponent2是d mod (q-1)；
?	coefficient是中國剩余理論中的系數q-1 mod p。
注意：
（1）	一個RSA私鑰邏輯上僅包含模數n和私人指數d。p，q， d mod (p-1)， d 
mod (p-1)和q-1 mod p的出現是為了提高效率，正如Quisquater和Couvreur
顯示在[QC82]中。如果公鑰知道的話，按照Miller[Mil76]的結果，一個不
包含其他值的私人密鑰語法是很容易轉化成此處定義的語法。
（2）	公開指數e的出現是為了可以容易的從私鑰中得到公鑰。

8、加密過程
此章節描述了RSA的加密過程。
加密過程包括4個步驟：加密塊格式化，8位字符串到整數的轉化，RSA計算，整數
到8位字符串的轉化。加密過程的輸入為數據8位字符串，模數n，指數c。對于公鑰操作
來說，整數c是實體的公開指數e；對于私鑰操作來說，整數c是實體的私人指數d。加密
過程的輸出為被加密的數據，一個8位字符串ED。
數據D的長度不應該長于k-11個8位字節，其必為正數，因為模數的長度k是至少
12個8位字節。這種限制保證了填充串PS的長度至少為8個8位字節，這是一項安全措施。
注意：
（1）	在此文檔的對于加密內容加密密鑰和消息散列的典型應用中，||D|| <= 30。這樣
RSA模數的長度至少需要328位（41個8位字節），這是合理的，并且和安全
建議是一致的。
（2）	如果被加密的數據在傳輸中被破壞，加密過程并不提供一個幫助錯誤偵察的外
在的完整性檢查。然而，加密塊的結構保證了破壞沒被檢查出的可能性小于
2-16，這是一個隨機加密塊看起來像類型2的可能性的上限。
（3）	定義在此的對于除了包含一個消息散列的8位字節串的數據的私鑰操作的應用
并不被推薦，需要更多的研究。
（4）	此文檔可以被擴展，來控制長度長于k-11個8位字節串

8．1加密塊格式化
加密塊是一個8位字節串EB，由塊標記BT，填充塊PS和數據D組成。