【ctf-1】密码学整除知识

本周进行了密码学的相关学习,以下是记录内容同时也供日后复习使用。
本次密码学使用的教材是《公钥密码学的数学基础》,一看名字就知道了这其中需要很强的数学功底,例如数论知识等。本周主要内容以整除为主。

目录

  • 什么是公钥密码?
  • 整除重要知识点(部分)
  • 总结
  • 笔记截图

什么是公钥密码?

通俗来说,加密和解密用的钥匙不同:通常一个是公开的,称为公钥;另一个保密,称为私钥。所以任何人都可以使用预期接收者的公钥对消息进行加密,但该加密消息只能使用接收者的私钥解密,如此公钥密码学也另称为非对称密码。
使用公钥加密,稳健的身份验证也是可能的。发件人可以将消息与私钥结合起来,在消息上创建一个简短的数字签名。

整除重要知识点(部分)

基本的定义定理请参考最后的笔记截图,此处只放重要知识点
1.b=aq, 则a|b
2.若a为合数,则a最小真因子为素数。
这个怎么证明呢?显然,这个使用反证法,假设最小的因子d是合数,那么必定存在d‘使得d’|d(因为合数可再分解)故矛盾。
3.素数有无穷多个。
在这里需要提几个知识点,首先是P(n),指的是第n个素数,其次是Pi(x),指的是不超过x的素数。
P n ≤ 2 2 n − 1 P_n\le 2^{2^{n-1}} Pn22n1 π ( x ) > l o g 2 ( l o g 2 x ) \pi(x)>log_2(log_2x) π(x)>log2(log2x)
这两个是限定范围的,当然这里就有必要再对PI(x)近似值做个说明了.
π ( x ) ≈ x l n x \pi(x) \approx \frac{x}{lnx} π(x)lnxx

4.带余除法(重点)
b=aq+r,则有唯一a,r使得上式式子成立,并且a|b 等价于r=0
关于唯一性与存在性见后面。

5.最大公因数与最小公倍数
最大公因数 d=(a,b)
最小公倍数 d=[a,b]
遇到这里就需要介绍辗转相除法求他们了。

几个重要性质
( a ( a , b ) , b ( a , b ) ) = 1 (\frac{a}{(a,b)} ,\frac{b}{(a,b)} )=1 ((a,b)a,(a,b)b)=1 [ a , b ] ( a , b ) = a b [a,b](a,b)=ab [a,b](a,b)=ab

下面将介绍费马数。
F n = 2 2 n + 1 F_n=2^{2^{n}}+1 Fn=22n+1
费马数是两两互素,(证法具体见截图)
6.证明:p是素数,sqrt§不是有理数。
这个也是很好证明的,设a/b=sqrt§, 且(a,b)=1,两式平方很容易得出p*b方=a方,那么p必定是一个数的平方,故矛盾。

7.Euclid算法
本质就是辗转相除法,这里就放一个关于求最大公因数的算法,具体证明方法见截图。

int gcd(int a,int b){
	return a%b==0?b:gcd(b,a%b)
}

8.Fib数列相邻互素。

9.求解一次不定方程
a 1 x 1 + a 2 x 2 + . . . + a k x k = c a_1x_1+a_2x_2+...+a_kx_k=c a1x1+a2x2+...+akxk=c
使上述有解的充要条件是 (a1,…ak)=c
下面给出二元一次的不定方程通解:
a 1 x 1 + a 2 x 2 = c a_1x_1+a_2x_2=c a1x1+a2x2=c如果xt和xn是其中的一组解,那么 { x 1 = x t + a 2 ( a 1 , a 2 ) m m=0,-1,1,-2,2,3,-3... x 2 = x n − a 1 ( a 1 , a 2 ) m \begin{cases} x_1=x_t+\frac{a_2}{(a_1,a_2)}m & \text{m=0,-1,1,-2,2,3,-3...} \\ x_2=x_n-\frac{a_1}{(a_1,a_2)}m \end{cases} {x1=xt+(a1,a2)a2mx2=xn(a1,a2)a1mm=0,-1,1,-2,2,3,-3...

10.整数的素分解
基本算术定理:
设a>1,则a=p1p2p3*p4…ps (pi为素数)【数学归纳法易得出】

for(int i=2;i<=n;i++){
        if(n%i==0){
            cout<<i<<" ";
            n/=i;
            i=1;
            if(n==1) break;
        }
    }

标准素因数分解式
a = p 1 α 1 p 2 α 2 . . . p s α s a=p_1^{\alpha_1}p_2^{\alpha _2}...p_s^{\alpha _s} a=p1α1p2α2...psαs
推论:
若a是合数,则必有p|a, p<=sqrt(a)

11.Eratoschenes筛选法
什么叫筛选法,就是列出n之间的素数。这和我们之前的P(n)、Pi(x)中是一个道理,不过这两个式子都是近似运算,远远达不到我们需要的点。
那么什么叫筛选法,类似于直接删去不必要的数字,例如从2开始,直接删去2的倍数,下面附主要c++代码帮助理解。

	a[1]=false;
    memset(a,true,sizeof(a));
    for(int i=2;i<=n;i++){
        if(a[i]){
            int m=2;
            for(int j=i*i;j<=n;j+=i){
                a[j]=false;
            }
        }
    }

12.数论函数
数论函数指的是[x]:表示不超过x最大整数
[x]<=x<[x]+1,则小数部分{x}=x-[x]
对任意m属于整数,有[x+m]=[x]+m,{x+m}={x}

13.整除关系
设k属于自然数,则a^{k} || b 表示b恰好被a ^{k}整除。
设n是正整数,p是素数,且有p^{a} || n!
α = α ( p , n ) = ∑ j = 1 ∞ [ n p j ] \alpha =\alpha (p,n)=\sum_{j=1 }^{\infty } [\frac{n}{p^{j}} ] α=α(p,n)=j=1[pjn]

设n属于正整数
n ! = ∏ p ≤ n p α ( p , n ) n!=\prod_{p\le n}^{} p^{\alpha (p,n)} n!=pnpα(p,n)

这个公式有什么用呢?
例如计算80!结尾为0的个数。
其实本质就是求k 使得 10 ^{k} || 80!
α = α ( 5 , 80 ) = ∑ j = 1 ∞ [ 80 5 j ] \alpha =\alpha (5,80)=\sum_{j=1 }^{\infty } [\frac{80}{5^{j}} ] α=α(5,80)=j=1[5j80]
易得数为19,故结尾为0有19个。

总结

在这一周中也除了接触密码学的数学基础部分以外,同时也接触了在ctf中的密码学部分,以此进行巩固学习。
同时也对古典密码、数字签名有了了解,但是深入不多,日后需要补上。这周的主要学习在密码学上面同时也对数论部分有所了解,接下来加大训练强度,以学习为主,同时适当接触题目来训练,当然web开发这一块也需要同步跟上!期待后续!
下面章节加题目的write up,敬请期待!

笔记截图

【ctf-1】密码学整除知识_第1张图片
【ctf-1】密码学整除知识_第2张图片
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【ctf-1】密码学整除知识_第4张图片
【ctf-1】密码学整除知识_第5张图片
【ctf-1】密码学整除知识_第6张图片
【ctf-1】密码学整除知识_第7张图片

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