- •Теоретико-числовые методы в криптографии
- •Аннотация.
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Основы теории чисел. §1. Теория делимости.
- •1.1. Основные понятия и теоремы.
- •1.2. Наибольший общий делитель.
- •1.3 Нок (наименьшее общее кратное)
- •1.4. Простые числа
- •Решето Эратосфена
- •1.5. Единственность разложения на простые сомножители.
- •1.6. Асимптотический закон распределения простых чисел.
- •§2. Функция Эйлера.
- •2.1. Мультипликативные функции.
- •2.2. Функция Эйлера.
- •§3. Теория сравнений
- •3.1. Свойства сравнений:
- •3.2. Полная система вычетов.
- •3.3. Приведенная система вычетов
- •3.4. Обратный элемент.
- •3.5. Алгебраические структуры на целых числах.
- •3.6. Теоремы Эйлера и Ферма. Тест Ферма на простоту.
- •Тест Ферма на простоту
- •3.7. Применение теоремы Эйлера в rsa:
- •§4. Сравнения с одним неизвестным
- •4.1. Сравнения первой степени.
- •4.2. Система сравнений первой степени. Китайская теорема об остатках.
- •4.3. Применения китайской теоремы об остатках.
- •4.4. Сравнения любой степени по простому модулю.
- •4.5. Сравнения любой степени по составному модулю.
- •§5. Теория квадратичных вычетов
- •5.1. Квадратичные вычеты по простому модулю.
- •5.2. Символ Лежандра. Символ Якоби.
- •Свойства символа Лежандра:
- •Свойства символа Якоби:
- •5.3. Тест на простоту Соловея-Штрассена.
- •Тест Соловея-Штрассена:
- •5.4. Решение квадратичных сравнений по простому модулю.
- •5.5. Квадратичные сравнения по составному модулю.
- •5.6. Тест на простоту Миллера-Рабина.
- •5.7. Связь задач извлечения квадратных корней и факторизации по модулю rsa. Криптосистема Рабина.
- •5.8. Квадраты и псевдоквадраты.
- •5.9. Числа Блюма.
- •§6. Первообразные корни и индексы. Порождающий элемент и дискретный логарифм.
- •6.1. Основные понятия и теоремы.
- •6.2. Существование первообразных корней по модулю p.
- •6.3. Первообразные корни по модулям pα, 2pα.
- •6.4. Нахождение первообразных корней по простому модулю.
- •6.5. Существование и количество первообразных корней.
- •6.6. Дискретные логарифмы.
- •6.7. Проблема Диффи-Хеллмана.
- •6.8. Условная стойкость шифра Эль Гамаля.
- •§7. Построение доказуемо простых чисел общего и специального вида.
- •7.1. Теорема Сэлфриджа и доказуемо простые числа общего вида на основании полного разложения (n—1).
- •7.2. Теорема Поклингтона и доказуемо простые числа общего вида на основании частичного разложения (n—1).
- •7.3. Числа Ферма. Теорема Пепина.
- •7.4. Числа Мерсенна.
- •7.5. Теорема Диемитко и процедура генерации простых чисел заданной длины гост р 34.10-94.
- •Глава 2. Алгебраические основы теории чисел.
- •§1. Основные понятия алгебры.
- •1.1. Начальные понятия.
- •1.2. Делимость в кольцах.
- •1.3. Деление с остатком.
- •1.4. Основная теорема арифметики.
- •§2. Конечные поля и неприводимые многочлены.
- •§3. Кольца многочленов.
- •3.1. Кольца многочленов.
- •3.2. Кольцо многочленов Zp[X].
- •3.3. Конечные поля многочленов.
- •Глава 3. Алгоритмы в криптографии и криптоанализе. §1. Элементы теории сложности.
- •§2. Алгоритмы факторизации.
- •2.1. Метод пробных делений.
- •2.2. Метод Ферма.
- •2.3. Метод квадратичного решета.
- •2.6. Методы случайных квадратов.
- •§3. Алгоритмы дискретного логарифмирования.
- •3.1. Метод прямого поиска.
- •3.2. Шаг младенца – шаг великана.
- •3.4. Алгоритм Полига-Хеллмана.
- •3.5. Алгоритм исчисления порядка (index-calculus algorithm).
- •Задачи и упражнения.
- •Упражнения к Главе 2.
- •Ответы к упражнениям.
- •1. Пояснительная записка
- •1.1. Цели и задачи дисциплины
- •1.2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •2. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •3. Тематический план изучения дисциплины
- •4. Содержание разделов дисциплины
- •6. Вопросы к экзаменам
- •7.Литература основная:
- •Дополнительная:
- •Оглавление
4. Содержание разделов дисциплины
Введение в математические основы криптографии.
Основы теории чисел. Делимость, простые числа, наибольший общий делитель. Алгоритм Евклида, расширенный алгоритм Евклида.
Цепные дроби. Асимптотический закон распределения простых чисел. Мультипликативные функции. Функция Эйлера.
Теория сравнений. Полная система вычетов, приведенная система вычетов. Zn, Zp.
Обратный элемент в Zn Алгебраические структуры на целых числах - Zn, Zp.
Теорема Эйлера, теорема Ферма, тест Ферма на простоту. Криптосистема RSA. Понижение степени сравнения.
Сравнения первой степени и их решение. Системы сравнений первой степени и их решение. Китайская теорема об остатках и ее применения в криптографии (схема разделения секрета на ее основе и ее применение в RSA).
Квадратичные сравнения. Символ Лежандра. Закон взаимности. Существование решений квадратичного сравнения по простому модулю. Решение квадратичных сравнений по простому модулю.
Символ Якоби и его свойства. Тест Соловея-Штрассена на простоту. Существование и количество решений квадратичного сравнения по составному модулю. Решение квадратичных сравнений по составному модулю.
Квадраты и псевдоквадраты. Проблема различения квадратов и псевдоквадратов, ее связь с задачей факторизации. Числа Блюма. BBS-генератор. Криптосистемы Блюма-Гольдвассер, Гольдвассер-Микали.
Циклическая группа Z*p (Up). Порождающий элемент и дискретный логарифм. Задача дискретного логарифмирования. Криптосистемы Диффи-Хэллмана и Эль-Гамаля.
Теоремы Сэлфриджа и Поклингтона. (n-1) – тесты на простоту. Доказуемо простые числа общего вида.
Числа Ферма, теорема Пепина, тест Пепина. Числа Мерсенна и тест Лукаса-Лемера. Теорема Диемитко и процедура генерации простых чисел ГОСТ Р34.10-94.
Конечные группы и поля многочленов. Многочлены над Zp, Zn. Сложение многочленов, умножение многочленов, разложение многочлена на сомножители. Неприводимые многочлены.
Элементы теории сложности. Оценки сложности по времени, по объему требуемой памяти. Полиномиальная сложность, субэкспоненциальная сложность, экспоненциальная сложность алгоритмов. Сложность элементарных операций. Теоретико-числовые проблемы, лежащие в основе двухключевых криптосистем – факторизация, дискретное логарифмирование.
Алгоритмы факторизации. Метод пробных делений, метод Ферма, метод квадратичного решета, ро-метод Полларда, p—1 – метод Полларда, методы случайных квадратов. Примеры, оценки сложности указанных алгоритмов.
Алгоритмы дискретного логарифмирования. Метод прямого поиска, ро-метод Полларда, метод исчисления индексов, «шаг младенца-шаг великана». Примеры, оценки сложности указанных алгоритмов.
5. Практические занятия.
Операции над целыми числами. Нахождение наибольшего общего делителя при помощи алгоритма Евклида, наименьшего общего кратного. Построение таблицы первых простых чисел с помощью решета Эратосфена. Нахождение канонического разложения числа на простые сомножители.
Разложение дробей в цепные дроби при помощи алгоритма Евклида. Асимптотический закон распределения простых чисел – вычисление примерного количества простых чисел на заданном интервале. Вычисление функции Эйлера от числа. Теория сравнений. Построение приведенной системы вычетов от по заданному модулю. Проверка сравнений.
Вычисление обратного элемента в Zn при помощи расширенного алгоритма Евклида. Тест Ферма на простоту. Понижение степени сравнения. При помощи теоремы Эйлера. Криптосистема RSA.
Сравнения первой степени и их решение. Системы сравнений первой степени и их решение по Китайской теореме об остатках.
Символ Лежандра. Существование решений квадратичного сравнения по простому модулю. Решение квадратичных сравнений по простому модулю. Символ Якоби. Существование и количество решений квадратичного сравнения по составному модулю. Решение квадратичных сравнений по составному модулю.
Квадраты и псевдоквадраты. Проблема различения квадратов и псевдоквадратов, ее связь с задачей факторизации. Числа Блюма. BBS-генератор. Криптосистемы Блюма-Гольдвассер, Гольдвассер-Микали. Циклическая группа Z*p (Up). Отыскание порождающего элемента.
(n-1) – тесты на простоту на основе теорем Сэлфриджа и Поклингтона. Числа Ферма, тест Пепина. Числа Мерсенна и тест Лукаса-Лемера. Процедура генерации простых чисел ГОСТ Р34.10-94.
Конечные группы и поля многочленов. Многочлены над Zp, Zn. Сложение многочленов, умножение многочленов, разложение многочлена на сомножители. Неприводимые многочлены. Нахождение НОД многочленов.
Алгоритмы факторизации. Метод пробных делений, метод Ферма, метод квадратичного решета, ро-метод Полларда, p—1 – метод Полларда, методы случайных квадратов. Примеры, оценки сложности указанных алгоритмов. Алгоритмы дискретного логарифмирования. Метод прямого поиска, ро-метод Полларда, метод исчисления индексов, «шаг младенца-шаг великана». Примеры, оценки сложности указанных алгоритмов.