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Euclid算法与RSA2006-10-11 09:48:00

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历史上第一个称得上算法的好像就是这个欧几里得算法,其实就是地球人都知道的辗转相除,不要小看她,她是很美的。 简单的描述就是,记gcd(a,b)表示非负整数a,b的最大公因数,那么:gcd(a,b)=gcd(b,a%b)或者gcd(a,0)=gcd(0,a)=a。 写成程序很简单,不管是用递归还是循环: int gcd(int a,int b){        if(a==0)                return b;        if(b==0)                return a;        return gcd(b,a%b);} 不仅算法形式简单,而且效率很高,我不知道具体是多少复杂度的,我只知道效率很高;) 前天看RSA算法,是非对称加密的标准算法,其实算法很简单:找到两个素数p,q,再找一个数r,使gcd(r,(p-1)(q-1))=1,也就是说互素,然后再找一个数m,使rm=1(mod (p-1)(q-1)),然后再作乘法n=pq,然后把pq丢掉,最好是让任何人都不知道,包括自己(免得说梦话的时候被人听到),然后手里拿到r,m,n,r就是Private Key,只有你知道,而m,n就是Public Key。设信息为a,加密过程:a^r=b (mod n),b就是密文,解密过程:b^m=a(mod n),反过来用m加密,用r解密是一样的。 书上说由gcd(r,(p-1)(q-1))=1到求m,使rm=1(mod (p-1)(q-1))是很容易的,就用辗转相除,我想了好久才想到一个方法。 问题:如果gcd(a,b)=1,求x,使ax=1(mod b)由gcd(a,b)=1可知x是一定存在的,因为前式等同于:存在这样的x,y使ax+by=1,把by拿过去就是ax=-yb+1,即ax=1(mod b) 我令r0=a,r1=b,开始辗转相除r0=q2r1+r2r1=q3r2+r3……r(s-1)=q(s+1)r(s)+r(s+1),r(s+1)=1(一定存在着某个r(s+1)=1) 再把余数专门写到一边:r0=ar1=br2=r0-q2r1r3=r1-q3r2……1=r(s+1)=r(s-1)-q(s+1)r(s) 后面的式子是关于前面的式子的多项式,而最开始是a和b,由最后一个式子就可以证明一定存在1=ax+by,它们都是关于a,b的一次多项式,那如何求x?把前面的式子代到后面,一个一个代,但是你会发现很复杂,不太容易求,于是我想到的就是同样的办法迭代。 设经过从前面的式子的代换,可以得到r(n)=x(n)a+y(n)b,那么有r(n+1)=r(n-1)-q(n+1)r(n)=x(n-1)a+y(n-1)b-q(n+1)(x(n)a+y(n)b)=(x(n-1)-q(n+1)x(n))a+(...)b 于是得到x(n)的迭代式:x(n)=x(n-2)-q(n)x(n-1),同时有初值x0=1,x1=0,而q(n)=[r(n-2)/r(n-1)],于是x(n)是确定可求的。一个小小的问题是这样求出的x可能是负数,很简单,在mod b的情况下只需要加上b就行了。 代码:#include<assert.h>#include<iostream.h> int euc(int r1,int r2,int x1,int x2){ if(r2==1)  return x2; if(r2==0)  return 0; return euc(r2,r1%r2,x2,x1-r1/r2*x2);} int euclid(int a,int b){ assert(a>0&&b>0); int x=euc(b,a%b,0,1); if(x<0)  x+=b; return x;} int main(void){ int a,b,x; cin>>a>>b; x=euclid(a,b); if(x==0)  cout<<"gcd(a,b)!=1"<<endl; else  cout<<"x="<<x<<endl;  return 0;} 算法的性能和Euclid算法一致,但离RSA还很远。RSA的安全性建立在n=pq的大素数的分解上,老师说一般选几百bit。于是上面这些全部需要改写,需要一个大数运算库,支持四则运算,这都不算什么,Euclid算法还是会很快收敛,关键是在加/解密时的运算,运算量大,所以RSA一般用于加密很小的数据,比如DES的密钥。 另一个方面,我觉得在大数中挑选p,q,以及找r比较困难,不知道用的什么算法,如果真不好算,可以做一个大素数表,每次从中挑几个,表做大一些安全性也不低。

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