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摘要：

本文设计的是一套完整实用的RSA文件加密解决方案，并具体编码实现。本文采用费马小定理测试素数，使用Montgomery加快大数模乘运算，用C++实现RSA加密算法类库，并在32位windows平台封装成组件。在.Net平台引用此组件，实现可以对任意文件进行RSA加密操作的窗体应用程序。经过加密的文件以及密钥文件都是文本文件。本文首先给出关键类类图、整个应用程序的结构描述文档，然后对关键模块流程图、详细的接口文档进行阐述，并给出关键的实现代码，最后对应用程序进行测试，对测试结果进行分析研究，进而对应用程序进行改进，对关键算法进行尽可能的优化，最终得到一个在windows运行的可以用指定密钥对任意文件进行RSA加密并可解密的完整应用程序，和一些相关的可移植组件。

关键词：

RSA；文件加密；Montgomery；费马定理

目录结构：

屏幕截图 2020-12-18 085021.png

需求分析和总体设计：

功能分析

经过1.3.2节的论述，我们可以将对软件的要求总结如下：

①可以按要求的位数生成非对称密钥。

②可以用指定密钥以RSA算法加密任意一个文件，加密生成的数据为纯文本。

③可以装载加密过的文件，并用指定的密钥解密还原出原文件。

④ 提示信息完整、操作舒适、图形界面雅观

按上述描述，给出Use Case和Statechart如图2-1。

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图2-1 本项目的 Use Case和Statechart

根据以上分析，一般来说，需要进行编码的程序有

①RSA密钥生成 ②RSA加密解密 ③任意文件的读取 ④各环节必要的数据编码转换 ⑤图形操作界面。

工程方案选择

综合考虑复用性、可维护性和执行效率，较妥当的方法是分层设计。核心的RSA算法由C++类库实现，针对用户所在的操作系统封装成本地化组件。其他各功能如文件操作、数据编码转换和图形界面等，由托管代码借助虚拟机平台标准库的功能快速开发实现(本文针对选用.Net上的C#论述，选用java由JNI或其他方式调用本地组件，设计模式上是完全类似的)。这种开发方式，核心功能集中在最底层，在不断的封装中针对具体环境对组件功能不断扩充，任意一个层面的封装都可以被直接应用到其他项目，比如在Web使用以前为某窗体程序写的组件、给嵌入式设备交叉编译算法库等。但是每一层都需要依赖底层的所有组件。图2-2形象的说明了分层设计给复用带来的好处。

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图2-2 综合考虑复用性、可维护性和执行效率的分层设计

选用这种设计方案，上层使用C#，底层算法使用C++，可以由一个Visual Studio解决方案管理，给调试带来极大的方便。整个工程分四层，实现RSA加密算法的C++核心类库、封装C++核心类库的DLL组件、引用DLL的.Net类、实现文件操作功能的.Net窗体应用程序。2.2节详细介绍各部分的设计与开发。

考虑到工作量，本软件加解密数据没有严格遵从RSA标准PKCS #1，而是在满足设计要求的前提下，以一种尽可能简单的方式实现加密和解密。

算法实现部分页面展示：

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