基于RSA算法的动态双身份认证的设计与实现

基于 RSA 算法的动态双身份认证的设计与实现

摘要：针对网络通信中相互身份认证困难的问题，提出一种基于 RSA 算法的动态双身份认证方案，比其他基于公钥体制的身份认证方案相比，具有安全性更高、方便简洁、认证时间少等优点，并通过 VC++实现了基于该方案的系统

关键词：密码体制；RSA 算法；身份认证；公

1、RSA 加密算法及身份认证

目前网络通信主要提供五种安全服务，即身份认证服务、访问控制服务、机密性服务、完整性服务和抗否认性服务。其中，身份认证作为安全应用系统的第一道防线，是最重要的安全服务，所有其它的安全服务都依赖于该服务，它的失败可能导致整个系统的失败

网络应用系统中通信双方的身份认证问题，传统的做法是采用用户名加口令来验证登录用户的身份，但是由于口令在使用过程中很容易被窃取、暴力攻击和猜测，存在较大的安全隐患；另外这种认证方式只能完成单方面的身份认证，即只能解决服务器验证客户端身份的问题，无法解决客户端验证服务器身份的问题，因此不能完全满足互联网业务应用的需要。公钥加密算法的安全性主要是基于复杂的数学难题。目前比较流行的主要有两类[2] ：一类是基于大整数因子分解系统，以 RSA 为典型代表，它是目前被研究和应用得最为广泛的公钥算法，经过长年的攻击考验，该算法已被普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一

2、RSA 工作原理[1]如下：

（1）任意选取两个不同的大质数 p 和 q，计算乘积 r=p*q

（2）任意选取一个大整数 e，e 与(p-1)*(q-1)互质，整数 e 用做加密密钥。注意 e 的选

取是很容易的，例如所有大于 p 和q 的质数都可用.

（3）确定解密密钥 d，由d*e=1 mod((p-1)*(q-1))，根据 e，p 和q 可以容易地计算出 d

（4）公开整数 r 和 e，但是不公开 d

（5）将明文 P(假设 P 是一个小于 r 的整数)加密为密文 C，计算方法为 C=Pe mod r

（6）将密文 C 解密为明文 P，计算方法为 P=cd mod r

然而，只根据 r 和 e(不是 p 和 q)要计算出 d 是不可能的，因此，任何人都可对明文进行

加密，但只有授权用户(知道 d)才可对密文解密。为了保证 RSA 的有效性，通常找两个非

常的大质数 p 和q

3、基于 RSA 双身份认证方案的设

为了实现信息的网络化管理，系统采用 结合 SQL Server2000 数据库的解决方案，即将用户数字证书等有关信息存放在 SQL Server 数据库中。Windows2000 中包括一个完整的 PKI 系统，文献 [3]给出了具体的设计及部署的过程

3.1方案体系结

系统采用 B/S/D(Browser/Server)三层体系结构,即表示层(Browser)、功能层(Web Service)和数据服务层(DataBase Service)； 通过 访问数据库。对数据库的访问在 Web 服务器端完成，客户端通过浏览器访问 Web 服务器并运行其程序

3.2方案的实现过

3.2.1建立数字证

选取两个大素数 p 和q，并且两数的长度相等，以获取最大程度的安全性。计算两数的乘积 n=p*q；随机选取加密密钥 d，为满足 ed=1 mod(p-1)(q-1)，则d=e-1 mod((p-1)(q- 1))，d 和n 也互素；e 是公钥，d 是私钥，n 是公开的。两个素数 p 和q 不再需要，可以

被舍弃，但决不能泄露。假设生成了用户 A 的密钥对(eA，dA)和用户 B 的密钥对(eB,dB)

。用户将私钥 d 秘密保存，公钥 e 交给一个管理仲裁机构认证中心，获得自己的数字证书

，然后将数字证书保存在自己的机器上，同时认证中心将合法用户的数字证书保存在数据库中，以便用户查询。用户当与网络上某个用户通信需要进行身份认证时,将自己的数字证书发送给通信的对方。对方收到数字证书后，首先通过认证中心验证其合法性。如果是合法的，就可以从证书中获得需要的用户公钥，然后利用该公钥验证对方的身份；如果不合法，就可以终止通信

3.2.2进行身份认

第一步:用户 A 对用户 B 的认

第二步:用户 B 对用户 A 的认

A 与

B 相互认证过程如图 1 所示：

图

3.3方案的实

3.3.1运行环境：硬件与网络环境:服务器能运行 Windows XP、Windows NT

4.0+Service Pack6 及以上操作系统，建议使用 586 或以上的计算机

系统软件：操作系统 Windows 2000、XP 及以上版本,SQL Server2000

运行环境:Microsoft Visual C++6.0，浏览器使用 IE5.5 及以上版本

3.3.2代码实现：在认证过程使用的加密和解密算法相同，已利用 VisualC++6.0 实现,另外签名和验证的算法也和加密算法相同,只是每次利用的秘钥不同,这也是利用 RSA 算法进行认证的优势

4、结

RSA 算法自公布以来经过 20 多年的发展和考验，除了其速度稍慢之外至今尚未找到其它的缺陷，因此 RSA 算法的应用越来越广泛。本文设计的是一种基于 RSA，并通过 VC++实现了基于该方案的系统，有效解决了身份认证困难复杂的问题，对具有该加密的身份认证系统类需求的应用有一定的实用价值

参考文献

[1] 郭拯危,缪亮. 一种改进的 RSA 算法的研究与实现.河南大学学报,2006,36（1）

:98~9

[2]王建兵.PKI 数字证书在 WEB 系统中的安全应用.信息技术,2005,(1):40~4

[3]高蕾,郑建德.基于 PKI 的高校安全教务管理研究.厦门大学学报,2006,5 月:305~30

[4]Matrix Security.200

[5]吕丽平.一种组合加密算法的设计与实现.青岛科技大学硕士论文,200