信息安全数学基础复习

最大公因数

互素:gcd(a,b)=1;

如果a,b,c为三个不为零的整数,且a=qb+c,则(a,b)=(b,c)

欧几里得算法求最大公因数(带余除法),扩展欧几里得算法求逆元

对任意正整数a,b存在两个整数s,t,使得(a,b)=sa+tb,若(a,b)=1,则存在整数s,t,使得sa+tb=1;

最小公倍数

lcm(a,b)=a*b/gcd(a,b)

整数的唯一分解(求gcd,lcm)

任何大于1的整数可以分解为素数幂的乘积形式

设a,b是两个正整数,则存在两个正整数a',b'满足条件a'|a,b'|b且(a',b')=1,使得lcm(a,b)=a'*b'

不定方程

Def.未知数的个数多于独立方程个数的方程

二元一次不定方程(最基础)
  • 形式:ax+by=c(其中 a,b,c为整数,且 a,b不全为0)

  • 判定条件(裴蜀定理) :方程有整数解的充要条件是 gcd⁡(a,b)∣c(即最大公约数能整除c)。

  • 解法

    1. 先用扩展欧几里得算法求出一组特解 (x0,y0)

    2. 通解公式为:

      x=x0+b/d*t,y=y0​−a/d*​t(其中 d=gcd⁡(a,b),t为任意整数)。

同余

同余的定义?同余的性质?

a,b模m同余的充要条件《-》m|a-b

同余关系是一个等价关系(具有自反性、对称性、传递性)

常见性质:

  • adbd(mod m),如果gcd(d,m)=1,那么ab(mod m)
  • ab(mod m),若d|m,那么ab(mod d)
  • ab(mod m),若d为a,b,m的公因数,则a/db/d(mod m/d)
  • a,b为整数,m,n为正整数,(m,n)=1,若ab(mod m),ab(mod n),则ab(mod mn)

定理

x

剩余类

欧拉函数*****

① 质数情况

如果 p 是质数,则 φ(p) = p - 1。

② 质数的幂

如果 p 是质数,则 φ(p^k) = p^k - p^{k-1} = p^{k-1}(p-1)。

③ 积性函数(关键)

如果 m, n 互质,则 φ(mn) = φ(m) * φ(n)。

欧拉定理

若n=p*q,且p,q为素数,那么(n)= (p-1)(q-1),这是RSA密钥生成的理论基础

费马小定理

wilson定理

模重复平方计算

同余方程

线性同余方程 ax≡b(modm)

(1)解的存在性

方程有解:d=gcd(a,m),且 d∤b,则无解

若有解,则模m下有d个解

(2)求解步骤

  1. 求d=gcd(a,m),检查d|b
  2. 约分,得到a'≡b'(mod)m';
  3. 用扩展欧几里得求逆元
  4. 特解x0=(b'*)modm'
  5. 全部解即为x≡x0+k*m'(mod m),其中k=0,1,...,d-1

同余方程组(中国剩余定理)

将大模数下的运算拆解为多个小模数下的运算

RSA 的解密和签名经常使用 CRT 来加速

原根

群、环、域

什么是群?环?域?

:一个集合外加一个满足封闭性、结合律、单位元、逆元的二元运算

:对加法成交换群 ,对乘法成半群 ,且满足分配律

:在环的基础上,除去加法单位元外,其余元素对乘法也成交换群

有限域/伽罗瓦域(GF(q))

AES的S盒用到了GF()

不可约多项式

多项式乘法后需要模一个不可约多项式

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