《现代密码学——基于安全多方计算协议的研究》 第二章中Diffie-Hellman问题深入探讨

Diffie-Hellman(赫尔曼)算法是一种密钥交换协议,允许两个人在不安全的通信环境中安全地生成一个共享密钥,以便进行加密通信。它不涉及消息的加密和解密,而是用于生成共享密钥。Diffie-Hellman算法的安全性基于离散对数问题的困难性。

Diffie-Hellman算法的步骤如下:

  1. 选定参数 (p ) 和 (g ) :首先,Alice和Bob需要协商选择两个公开的参数 (p ) 和 (g )。其中, (p ) 是一个大质数,而 (g ) 是 (p ) 的一个原根,也就是 (g ) 的幂按模 (p ) 可以得到从1到 (p-1 ) 所有整数的集合。

  2. 选择私密数字 (a ) 和 (b ) :接下来,Alice选择一个私密数字 (a ),而Bob选择一个私密数字 (b )。这些私密数字可以是任意的正整数,但通常会选择为一个不太小也不太大的随机数。

  3. 计算公开值 (A ) 和 (B ) :每个参与者根据选定的 (p ) 和 (g ),以及自己的私密数字,计算出一个公开的值。具体地说,Alice 计算 (A = g^a mod p ),而 Bob 计算 (B = g^b mod p )。

  4. 交换公开值 (A ) 和 (B ) :Alice和Bob交换他们计算出的公开值 (A ) 和 (B )。

  5. 计算共享密钥 (K ) :最后,每个参与者使用对方发送的公开值和自己的私密数字计算出共享密钥。具体地说,Alice 计算 (K = B^a mod p ),而 Bob 计算 (K = A^b mod p )。

现在,Alice和Bob都拥有了相同的共享密钥 (K ),并且其他人很难通过公开的值 (A )、 (B ) 和 (p )、 (g ) 推断出这个密钥。这就是 Diffie-Hellman 算法的基本原理。

Diffie-Hellman算法的安全性基于离散对数问题的困难性,即给定 (g^a mod p ) 和 (g^b mod p ),很难计算出 (g^{ab} mod p )。因此,即使攻击者知道了 (p ) 和 (g ) 的值,也很难破解 Diffie-Hellman 算法生成的共享密钥。

在整个过程中, (p ) 和 (g ) 是公开的参数,而私密数字 (a ) 和 (b ) 只有各自的持有者知道。这就确保了 Diffie-Hellman 算法的安全性和有效性。

好的,让我逐步为你解释:

  1. 首先,Alice 和 Bob 选定了一个质数 (p = 23 ) 和一个基数 (g = 5 )。

  2. 接下来,Alice 选择了一个私密数字 (a = 6 ),而 Bob 选择了一个私密数字 (b = 15 )。

  3. 然后,他们分别计算他们的公开值:

  • Alice 计算 (A = g^a mod p ):

(A = 5^6 mod 23 = 15625 mod 23 = 8 )

  • Bob 计算 (B = g^b mod p ):

(B = 5^{15} mod 23 = 30517578125 mod 23 = 19 )

  1. 现在,Alice 和 Bob 交换他们的公开值 (A ) 和 (B )。

  2. 最后,他们各自使用对方发送的公开值和自己的私密数字计算出共享密钥:

  • Alice 计算 (K = B^a mod p ):

(K = 19^6 mod 23 = 47045881 mod 23 = 2 )

  • Bob 计算 (K = A^b mod p ):

(K = 8^15 mod 23 = 35184372088832 mod 23 = 2 )

现在,Alice 和 Bob 都得到了相同的共享密钥 (K = 2 ),并且其他人很难通过公开的值 (A )、 (B ) 和 (p )、 (g ) 推断出这个密钥。这就是 Diffie-Hellman 算法的基本原理。

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