ECC算法介绍

ECC（EllipticCurvesCryptography）加密算法是一种公钥加密算法，与主流的RSA算法相比，ECC算法可以使用较短的密钥达到相同的安全程度。近年来，人们对ECC的认识已经不再处于研究阶段，开始逐步进入实际应用，如国家密码管理局颁布的SM2算法就是基于ECC算法的。下面我们来认识一下ECC的工作原理。椭圆曲线定义在引入椭圆曲线之前，不得不提到一种新的坐标系-------射影平面坐标系，它是对笛卡尔直角坐标系的扩展，增加了无穷远点的概念。在此坐标系下，两条平行的直线是有交点的，而交点就是无穷远点。两者的变换关系为：笛卡尔坐标系中的点a（x,y），令x=X/Z，y=Y/Z，则射影平面坐标系下的点a的坐标为（X,Y,Z)，如点（2,3）就转换为（2Z,3Z,Z）。椭圆曲线定义：一条椭圆曲线在射影平面上满足方程：Y2Z+a1XYZ+a3YZ2=X3+a2X2Z+a4XZ2+a6Z3的所有点的集合，且曲线上每个点都是非奇异的。该方程有名维尔维斯特拉斯方程，椭圆曲线的形状不是椭圆，只是因为其描述的方程类似于计算一个椭圆周长的方程。转换到笛卡尔坐标系下的方程为：y2+a1xy+a3y=x3+a2x2+a4x+a6加法法则运算法则：任意取椭圆曲线上两点P、Q（若P、Q两点重合，则做P点的切线）做直线交于椭圆曲线的另一点R’，过R’做y轴的平行线交于R。我们规定P+Q=R。（如图）此处+不是简单的实数相加，是抽象出来的O∞+P=P，O∞为零元曲线上三个点A,B,C处于一条直线上，则A+B+C=O∞下面，我们利用P、Q点的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，求出R=P+Q的坐标(x4,y4)。P,Q,R'共线，设为y=kx+b，若P≠Q，k=(y1-y2)/(x1-x2)若P=Q，k=(3x2+2a2x+a4-a1y)/(2y+a1x+a3)解方程组得到：x4=k2+ka1-a2-x1-x2;y4=k(x1-x4)-y1-a1x4-a3;密码学中的椭圆曲线定义在有限域Fp中定义一个椭圆曲线，常用y2=x3+ax+b1.Fp中只有p个元素，p为素数2.Fp中，a+b≡c(modp)，a×b≡c(modp)，a/b≡c(modp)3.4a3+27b2≠0(modp)a，b是小于p的非负整数4.x，y属于0到p-1间的证书，曲线标记为Ep（a，b）阶：椭圆曲线上一点P，存在正整数n，使得nP=O∞，则n为P的阶，若n不存在，则P是无限阶的，有限域上定义的椭圆曲线上所有点的阶都存在。椭圆曲线难题K=kG，其中K,G为Ep（a,b）上的点，k为小于n的整数，n是点G的阶，给定k和G，计算K容易，但是给定K和G，求k就很难了！因此，设K为公钥，k为私钥，G为基点。加密过程1.A选定一条椭圆曲线Ep（a,b），并取曲线上一点作为基点G2.A选择一个私钥k，并生成公钥K=kG3.A将Ep（a,b）和k，G发送给B4.B收到后将明文编码到Ep（a,b）上一点M，并产生一个随机数r5.B计算点C1=M+rK，C2=rG6.B将C1，C2传给A7.A计算C1-kC2=M+rkG-krG=M8.A对M解码得到明文攻击者只能得到Ep（a,b），G，K，C1，C2，没有k就无法得到M。签名验签流程1.A选定一条椭圆曲线Ep（a，b），并取曲线上一点作为基点G2.A选择一个私钥k，并生成公钥K=kG3.A产生一个随机数r，计算R(x,y)=rG4.A计算Hash=SHA(M)，M‘=M(modp)5.A计算S=（Hash+M'k）/r(modp)6.B获得S和M'，Ep(a,b)，K，R(x,y)7.B计算Hash=SHA(M)，M'=M(modp)8.B计算R'=（Hash*G+M'*K）/S=(Hash*G+M'*kG)*r/(Hash+M'k)=rG=R（x,y），若R'=R，则验签成功。以上加解密和签名验签流程只是一个例子，具体应用时可以利用K=kG这一特性变幻出多种加解密方式。