离散对数问题

离散对数公钥加密算法是目前最为热门的公钥加密算法 ,其安全性要远远高于基于大数分解的RSA算法。

离散对数问题可以描述为:给定一个质数p,和有限域Zp上的一个本原元a,对Zp上整数b,寻找唯一的整数c,使得a^c≡b(mod p)。一般的,如果仔细选择p,则认为该问题是难解的,且目前还没有找到计算离散对数问题的多项式时间算法。为了抵抗已知的攻击,p至少应该是150位的十进制整数,且p-1至少有一个大的素数因子。

下面是一个使用离散对数的例子:

Alice和Bob首先商议好p的值,本例假设为p=2579,则本原元为a=2。

假设Alice要发送消息x=1299给Bob,则

1)Bob选择随机数r=765作为自己的私钥,计算q=2^r mod p=2^756 mod 2579=949,作为公钥给Alice;

2)Alice选择随机数k=853,计算y=2^k mod p=2^853 mod 2579=435,作为公钥给Bob;

3)Alice计算密文e=x*q%k mod p=1299*949^853 mod 2579=2396,并传递给Bob;

4)Bob接收到密文后,计算x=e*(y^r)^(-1) mod p=2396*(435^765)^(-1) mod 2579=1299,从而得到原文。


本文来自优快云博客,转载请标明出处:http://blog.youkuaiyun.com/killerzhu/archive/2007/09/27/1803882.aspx

Shor算法是一种量子算法,由Peter Shor于1994年提出,用于在量子计机上高效地解决某些类型的数学问题,其中包括整数分解问题离散对数问题[^2]。对于离散对数问题,Shor算法能够在多项式时间内找到解,而传统计机上的已知算法则需要指数时间。 ### 离散对数问题原理 离散对数问题定义在一个有限循环群 $ G $ 上,给定该群的一个生成元 $ \alpha $ 和群中的另一个元素 $ \beta $,目标是找到一个整数 $ x $,使得 $ \alpha^x = \beta $。这个问题在经典计中被认为是困难的,尤其是在大素数阶的群中,这使得它成为现代密码学的基础之一。 ### Shor算法解决离散对数问题的原理 Shor算法的核心在于利用量子计机的并行性和量子傅里叶变换来找到函数的周期。对于离散对数问题,可以通过构造一个与离散对数相关的周期函数,然后使用量子傅里叶变换来估计这个函数的周期。一旦找到了周期,就可以通过简单的数学运来计离散对数 $ x $ 的值。 具体步骤如下: 1. **准备量子态**:创建一个叠加态,覆盖所有可能的输入值。 2. **应用函数**:对每个输入值应用构造的周期函数。 3. **量子傅里叶变换**:对结果应用量子傅里叶变换,以增强周期信息的概率幅。 4. **测量**:进行测量以获得周期的近似值。 5. **经典计**:使用获得的周期信息来计离散对数的解。 ### 应用 Shor算法的应用主要集中在密码学领域,尤其是对公钥密码系统的安全性构成威胁。由于Shor算法可以在多项式时间内解决整数分解和离散对数问题,这意味着当前广泛使用的RSA、Diffie-Hellman密钥交换以及基于椭圆曲线的密码系统(ECC)等都将变得不再安全,一旦大规模量子计机得以实现。 为了应对这一挑战,研究人员正在开发抗量子计的密码算法,这些算法基于那些即使在量子计机上也难以解决的问题,例如基于格的密码学、多变量多项式问题等。 ### 示例代码 下面是一个简化的Python示例,展示如何使用Qiskit库来实现Shor算法的一个部分,用于解决离散对数问题。请注意,这只是一个概念验证的示例,并不完整,实际应用中需要更多的细节和优化。 ```python from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute from qiskit.algorithms import Shor from qiskit.primitives import Sampler # 定义参数 a = 2 # 基础值 N = 15 # 模数 # 创建Shor算法实例 shor = Shor() # 运行Shor算法 result = shor.factor(N, a) # 输出结果 print(f"The factors of {N} are {result.factors}") ``` ###
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