Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
|
|
|
- Οφιούχος Κουβέλης
- 5 χρόνια πριν
- Προβολές:
Transcript
1 Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 1 / 44
2 Διαιρετότητα Ορισμός Για a, b Z θα λέμε ότι ο a διαιρεί τον b, συμβολικά a b, αν υπάρχει c Z τέτοιο ώστε b = ca Θα λέμε ότι ο a δεν διαιρεί τον b, συμβολικά a b, αν c Z, b ca Ιδιότητες Για κάθε a, b, c Z : 1 a a, 1 a, a a a = 0 3 a b b c a c 4 a b b a a = ±b 5 a b a bc 6 a b a c a (xb + yc) x, y Z 7 a b a b και a b b 0 a b Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 2 / 44
3 Διαιρετότητα H διαιρετότητα είναι μια σχέση μερικής διάταξης στο N Ορολογία a γνήσιος διαιρέτης του b: a b και 0 < a < b a μη τετριμμένος διαιρέτης του b: a b και 1 < a < b p > 1 πρώτος αριθμός: μοναδικοί διαιρέτες του ο 1 και ο p p, q σχετικά πρώτοι (coprime): μοναδικός κοινός διαιρέτης ο 1 Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 3 / 44
4 Ακέραια διαίρεση Θεώρημα (Ακέραιας Διαίρεσης) Για κάθε a, b Z με b > 0 υπάρχουν μοναδικά q (quotient, πηλίκο), r (remainder, υπόλοιπο) (q, r Z) τέτοια ώστε: a = qb + r και 0 r < b Απόδειξη Έστω το σύνολο S = {a xb x Z, a xb 0} S (πχ a ( a b) S) συνεπώς έχει ελάχιστο στοιχείο r < b (γιατί;) Υπάρχει επομένως q Z τέτοιο ώστε a qb = r a = qb + r, 0 r < b Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 4 / 44
5 Ακέραια διαίρεση Θεώρημα (Ακέραιας Διαίρεσης) Για κάθε a, b Z με b > 0 υπάρχουν μοναδικά q (quotient, πηλίκο), r (remainder, υπόλοιπο) (q, r Z) τέτοια ώστε: a = qb + r και 0 r < b Απόδειξη Έστω το σύνολο S = {a xb x Z, a xb 0} S (πχ a ( a b) S) συνεπώς έχει ελάχιστο στοιχείο r < b (γιατί;) Υπάρχει επομένως q Z τέτοιο ώστε a qb = r a = qb + r, 0 r < b Έστω q, r Z τέτοια ώστε a = q b + r, 0 r < b, επομένως 0 r r < b qb + r = q b + r (q q )b = (r r) q q b = r r Αν q q τότε b r r b r r, άτοπο Συνεπώς q = q και r = r Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 4 / 44
6 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
7 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Απόδειξη (i) Έστω d = κa + λb, κ, λ Z, και d ελάχιστο Θδο d a Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
8 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Απόδειξη (i) Έστω d = κa + λb, κ, λ Z, και d ελάχιστο Θδο d a Έστω d a Τότε υπάρχουν q, r Z τέτοια ώστε a = qd + r, 0 < r < d, r = a qd = a q(κa + λb) = (1 qκ)a + ( λq)b Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
9 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Απόδειξη (i) Έστω d = κa + λb, κ, λ Z, και d ελάχιστο Θδο d a Έστω d a Τότε υπάρχουν q, r Z τέτοια ώστε a = qd + r, 0 < r < d, r = a qd = a q(κa + λb) = (1 qκ)a + ( λq)b οπότε r {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} και r < d, άτοπο Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
10 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Απόδειξη (i) Έστω d = κa + λb, κ, λ Z, και d ελάχιστο Θδο d a Έστω d a Τότε υπάρχουν q, r Z τέτοια ώστε a = qd + r, 0 < r < d, r = a qd = a q(κa + λb) = (1 qκ)a + ( λq)b οπότε r {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} και r < d, άτοπο Όμοια δείχνουμε d b Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
11 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Απόδειξη (i) Έστω d = κa + λb, κ, λ Z, και d ελάχιστο Θδο d a Έστω d a Τότε υπάρχουν q, r Z τέτοια ώστε a = qd + r, 0 < r < d, r = a qd = a q(κa + λb) = (1 qκ)a + ( λq)b οπότε r {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} και r < d, άτοπο Όμοια δείχνουμε d b (ii) Έστω d τέτοιο ώστε d a και d b Τότε a = c 1 d, b = c 2 d Επομένως: d = κc 1 d + λc 2 d Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
12 Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης (Greatest Common Divisor) Θεώρημα (ΜΚΔ) Έστω a, b Z και d = min {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} Τότε: (i) d a και d b (ii) d a d b d d Απόδειξη (i) Έστω d = κa + λb, κ, λ Z, και d ελάχιστο Θδο d a Έστω d a Τότε υπάρχουν q, r Z τέτοια ώστε a = qd + r, 0 < r < d, r = a qd = a q(κa + λb) = (1 qκ)a + ( λq)b οπότε r {xa + yb x, y Z, xa + yb 0} και r < d, άτοπο Όμοια δείχνουμε d b (ii) Έστω d τέτοιο ώστε d a και d b Τότε a = c 1 d, b = c 2 d Επομένως: d = κc 1 d + λc 2 d d d d d Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 5 / 44
13 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
14 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; βρίσκει διαιρέτη Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
15 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; βρίσκει διαιρέτη που είναι και γραμμικός συνδυασμός) gcd(a, b) = 1 κ, λ Z, κa + λb = 1 (χρήση σε εύρεση αντιστρόφου modulo b: κa mod b = 1) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
16 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; βρίσκει διαιρέτη που είναι και γραμμικός συνδυασμός) gcd(a, b) = 1 κ, λ Z, κa + λb = 1 (χρήση σε εύρεση αντιστρόφου modulo b: κa mod b = 1) Αν c ab gcd(a, c) = 1 τότε c b: gcd(a, c) = 1 κ, λ Z : κc + λa = 1 κcb + λab = b c b (γιατί; Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
17 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; βρίσκει διαιρέτη που είναι και γραμμικός συνδυασμός) gcd(a, b) = 1 κ, λ Z, κa + λb = 1 (χρήση σε εύρεση αντιστρόφου modulo b: κa mod b = 1) Αν c ab gcd(a, c) = 1 τότε c b: gcd(a, c) = 1 κ, λ Z : κc + λa = 1 κcb + λab = b c b (γιατί; c διαιρεί το 1ο μέλος) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
18 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; βρίσκει διαιρέτη που είναι και γραμμικός συνδυασμός) gcd(a, b) = 1 κ, λ Z, κa + λb = 1 (χρήση σε εύρεση αντιστρόφου modulo b: κa mod b = 1) Αν c ab gcd(a, c) = 1 τότε c b: gcd(a, c) = 1 κ, λ Z : κc + λa = 1 κcb + λab = b c b (γιατί; c διαιρεί το 1ο μέλος) Αν p πρώτος p ab τότε p a p b: Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
19 ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες Σαν πορίσματα του προηγούμενου θεωρήματος προκύπτουν τα παρακάτω: ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών (γιατί; βρίσκει διαιρέτη που είναι και γραμμικός συνδυασμός) gcd(a, b) = 1 κ, λ Z, κa + λb = 1 (χρήση σε εύρεση αντιστρόφου modulo b: κa mod b = 1) Αν c ab gcd(a, c) = 1 τότε c b: gcd(a, c) = 1 κ, λ Z : κc + λa = 1 κcb + λab = b c b (γιατί; c διαιρεί το 1ο μέλος) Αν p πρώτος p ab τότε p a p b: gcd(p, a) {1, p} Αν gcd(p, a) = p τότε p a Αν gcd(p, a) = 1, αφού p ab θα πρέπει p b Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 6 / 44
20 Θεμελιώδες Θεώρημα Αριθμητικής Κάθε ακέραιος αριθμός n > 1 μπορεί να γραφτεί με μοναδικό τρόπο ως πεπερασμένο γινόμενο πρώτων αριθμών Απόδειξη ύπαρξης: με τη μέθοδο της επαγωγής Απόδειξη μοναδικότητας: στηρίζεται στην ιδιότητα αν p πρώτος p ab τότε p a p b σε συνδυασμό με χρήση επαγωγής Άσκηση: συμπληρώστε τις λεπτομέρειες Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 7 / 44
21 Πρώτοι αριθμοί Παραδείγματα 2, 3, 5,, 1997,, 6469, ( ) (με 1585 ψηφία, παλίνδρομος βρέθηκε το 1987 από τον Η Dubner) (με ψηφία βρέθηκε το 1996) (με ψηφία βρέθηκε το 2001) (με ψηφία βρέθηκε το 2008) (με ψηφία βρέθηκε το 2013) (με ψηφία βρέθηκε το 2016) Θεώρημα (Ευκλείδη) Οι πρώτοι αριθμοί είναι άπειροι σε πλήθος Απόδειξη Εστω ότι οι πρώτοι είναι πεπερασμένοι σε πλήθος, συγκεκριμένα p 1, p 2,, p n Τότε ο αριθμός p 1 p 2 p n + 1 δε διαιρείται από κανένα πρώτο παρά μόνο από το 1 και τον εαυτό του, άρα είναι πρώτος, κάτι που είναι άτοπο Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 8 / 44
22 Αλγόριθμος Ευκλείδη function gcd(a, b: integer); if b = 0 then gcd a else gcd gcd(b, a mod b, ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 9 / 44
23 Αλγόριθμος Ευκλείδη function gcd(a, b: integer); if b = 0 then gcd a else gcd gcd(b, a mod b, ) Θεώρημα (ορθότητα Ευκλείδειου αλγορίθμου) ο αλγόριθμος του Ευκλείδη βρίσκει τον ΜΚΔ δύο ακεραίων αριθμών Απόδειξη Βρίσκει διαιρέτη: αν a, b > 0 Z τότε gcd(a, b) = gcd(b, a mod b) Ο διαιρέτης που βρίσκει μπορεί να γραφτεί σαν γραμμικός συνδυασμός των a, b (γιατί;) Επομένως είναι ο ΜΚΔ Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 9 / 44
24 Αλγόριθμος Ευκλείδη 1742 = = = = = = = = = = gcd(1742, 494) = 26, gcd(132, 35) = 1 Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 10 / 44
25 Αλγόριθμος Ευκλείδη 1742 = = = = = = = = = = gcd(1742, 494) = 26, gcd(132, 35) = 1 Χρόνος εκτέλεσης: O(log a) διαιρέσεις, O(log 3 a) bit operations (υποθέτοντας a b) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 10 / 44
26 Αλγόριθμος Ευκλείδη 1742 = = = = = = = = = = gcd(1742, 494) = 26, gcd(132, 35) = 1 Χρόνος εκτέλεσης: O(log a) διαιρέσεις, O(log 3 a) bit operations (υποθέτοντας a b) Τα κ, λ τώ d = κa + λb μπορούν να υπολογιστούν στον ίδιο χρόνο: επεκτατεμένος αλγόριθμος Ευκλείδη Χρήσεις: υπολογισμός αντιστρόφων modulo n, επίλυση γραμμικών ισοτιμιών, κρυπτογραφία δημοσίου κλειδιού (RSA, El Gamal, κά) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 10 / 44
27 Συνάρτηση ϕ του Euler Ορισμός ϕ(n) είναι το πλήθος των αριθμών από το 1 μέχρι και n που είναι σχετικά πρώτοι με τον n Υπενθύμιση: m, n σχετικά πρώτοι (coprime): μοναδικός κοινός διαιρέτης ο 1 Ιδιότητες ϕ(p) = p 1 για p πρώτο ϕ(p a ) = p a (1 1 p ) για p πρώτο ϕ(mn) = ϕ(m)ϕ(n) για m, n σχετικά πρώτους Άσκηση: αποδείξτε το Παρατήρηση: για σύνθετο n, ϕ(n) = n p n (1 1 p ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 11 / 44
28 Αριθμητική modulo, ο δακτύλιος Z m Σχέση ισοτιμίας (congruence) Η πράξη mod m, m Z, m > 0, απεικονίζει το Z στο Z m = {0,, m 1} Δύο αριθμοί a, b λέγονται ισότιμοι modulo m, συμβολικά a b (mod m), αν έχουν την ίδια απεικόνιση με την πράξη mod m: a b (mod m) def a mod m = b mod m m (a b) Άλλοι συμβολισμοί: a = b (mod m) ή και a b (m) Είναι σχέση ισοδυναμίας Κάθε κλάση C k, 0 k m 1, περιέχει τους ακεραίους που αφήνουν υπόλοιπο k αν διαιρεθούν με το m Z m = {C 0, C 1, C 2,, C m 1 } Πιο απλά: Z m = {0,, m 1} Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 12 / 44
29 Πράξεις στο Z m Πρόσθεση: C k + C j = C (k+j) mod m Πολλαπλασιασμός: C k C j = C kj mod m Η απεικόνιση ( mod m) : Z Z m είναι ομομορφισμός (ακριβέστερα: επιμορφισμός) Πιο απλά: (a + b) mod m = (a mod m + b mod m) mod m, (a b) mod m = ((a mod m) (b mod m)) mod m Πρακτική σημασία: αντί να κάνουμε τις πράξεις στο Z και στο τέλος να βρίσκουμε το υπόλοιπο της διαίρεσης με m, μπορούμε να κάνουμε τις πράξεις κατευθείαν στο Z m : σημαντική μείωση χρόνου εκτέλεσης σε πολλές περιπτώσεις Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 13 / 44
30 Ύψωση σε δύναμη modulo m Επαναλαμβανόμενος Τετραγωνισμός (Repeated Squaring) Είσοδος: a, n, m Z + Έξοδος: a n mod m x a mod m; y 1; while n > 0 do if n mod 2 0 then y y x mod m; x x 2 mod m n n 2 end while output y Χρόνος εκτέλεσης: O(log n) επαναλήψεις, O(log n log 2 m) bit operations Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 14 / 44
31 Μικρό Θεώρημα Fermat Θεώρημα (μικρό Fermat) prime p, a Z, p a : a p 1 1 (mod p) Απόδειξη Για a Z με p a, τα στοιχεία a 1, a 2,, a (p 1) είναι διαφορετικά ανά δύο στο Z p: i a j a (mod p) p a(i j) p (i j) i j (mod p) Επομένως a p 1 (p 1)! (p 1)! a p 1 1 (mod p) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 15 / 44
32 Μικρό Θεώρημα Fermat Θεώρημα (μικρό Fermat) prime p, a Z, p a : a p 1 1 (mod p) Απόδειξη Για a Z με p a, τα στοιχεία a 1, a 2,, a (p 1) είναι διαφορετικά ανά δύο στο Z p: i a j a (mod p) p a(i j) p (i j) i j (mod p) Επομένως a p 1 (p 1)! (p 1)! a p 1 1 (mod p) Παρόμοια αποδεικνύεται το πιο γενικό: Θεώρημα (Euler) a Z, gcd(a, m) = 1 a ϕ(m) 1 (mod m) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 15 / 44
33 Ισοτιμία σε Z m, Z n ισοτιμία σε Z mn Πρόταση Για κάθε m, n N τω gcd(m, n) = 1, για κάθε a, b Z: a b (mod m) a b (mod n) a b (mod mn) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 16 / 44
34 Ισοτιμία σε Z m, Z n ισοτιμία σε Z mn Πρόταση Για κάθε m, n N τω gcd(m, n) = 1, για κάθε a, b Z: a b (mod m) a b (mod n) a b (mod mn) Απόδειξη (i) Ευθύ: x, y Z : a b = xm = yn Από Θ ΜΚΔ: 1 = κm + λn x = κxm + λxn = κyn + λxn n x nm xm = a b Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 16 / 44
35 Ισοτιμία σε Z m, Z n ισοτιμία σε Z mn Πρόταση Για κάθε m, n N τω gcd(m, n) = 1, για κάθε a, b Z: a b (mod m) a b (mod n) a b (mod mn) Απόδειξη (i) Ευθύ: x, y Z : a b = xm = yn Από Θ ΜΚΔ: 1 = κm + λn x = κxm + λxn = κyn + λxn n x nm xm = a b (ii) Αντίστροφο: a b (mod mn) mn (a b) m (a b), όμοια για n Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 16 / 44
36 Δηλαδή, για m, n σχετικά πρώτους, ισοτιμία στο Z m και στο Z n συνεπάγεται ισοτιμία στο Z mn και αντίστροφα Με άλλα λόγια, οι ισότιμοι a m, a n ενός ακεραίου a σε Z m, Z n αντίστοιχα καθορίζουν (μοναδικά) τον ισότιμό του, έστω a mn, στο Z mn, και αντίστροφα Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 17 / 44
37 Δηλαδή, για m, n σχετικά πρώτους, ισοτιμία στο Z m και στο Z n συνεπάγεται ισοτιμία στο Z mn και αντίστροφα Με άλλα λόγια, οι ισότιμοι a m, a n ενός ακεραίου a σε Z m, Z n αντίστοιχα καθορίζουν (μοναδικά) τον ισότιμό του, έστω a mn, στο Z mn, και αντίστροφα Ο a mn μπορεί να βρεθεί αποδοτικά Παρατηρήστε ότι: gcd(m, n) = 1 κ, λ : 1 = κm + λn κm 1 (mod n) λn 1 (mod m) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 17 / 44
38 Δηλαδή, για m, n σχετικά πρώτους, ισοτιμία στο Z m και στο Z n συνεπάγεται ισοτιμία στο Z mn και αντίστροφα Με άλλα λόγια, οι ισότιμοι a m, a n ενός ακεραίου a σε Z m, Z n αντίστοιχα καθορίζουν (μοναδικά) τον ισότιμό του, έστω a mn, στο Z mn, και αντίστροφα Ο a mn μπορεί να βρεθεί αποδοτικά Παρατηρήστε ότι: gcd(m, n) = 1 κ, λ : 1 = κm + λn κm 1 (mod n) λn 1 (mod m) Τι μπορούμε να πούμε για την ισοτιμία (mod n), (mod m) των αριθμών: κma n, λna m Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 17 / 44
39 Δηλαδή, για m, n σχετικά πρώτους, ισοτιμία στο Z m και στο Z n συνεπάγεται ισοτιμία στο Z mn και αντίστροφα Με άλλα λόγια, οι ισότιμοι a m, a n ενός ακεραίου a σε Z m, Z n αντίστοιχα καθορίζουν (μοναδικά) τον ισότιμό του, έστω a mn, στο Z mn, και αντίστροφα Ο a mn μπορεί να βρεθεί αποδοτικά Παρατηρήστε ότι: gcd(m, n) = 1 κ, λ : 1 = κm + λn κm 1 (mod n) λn 1 (mod m) Τι μπορούμε να πούμε για την ισοτιμία (mod n), (mod m) των αριθμών: κma n, λna m Ποιος είναι τελικά ο a mn ; (άσκηση) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 17 / 44
40 Δηλαδή, για m, n σχετικά πρώτους, ισοτιμία στο Z m και στο Z n συνεπάγεται ισοτιμία στο Z mn και αντίστροφα Με άλλα λόγια, οι ισότιμοι a m, a n ενός ακεραίου a σε Z m, Z n αντίστοιχα καθορίζουν (μοναδικά) τον ισότιμό του, έστω a mn, στο Z mn, και αντίστροφα Ο a mn μπορεί να βρεθεί αποδοτικά Παρατηρήστε ότι: gcd(m, n) = 1 κ, λ : 1 = κm + λn κm 1 (mod n) λn 1 (mod m) Τι μπορούμε να πούμε για την ισοτιμία (mod n), (mod m) των αριθμών: κma n, λna m Ποιος είναι τελικά ο a mn ; (άσκηση) Αυτή η ιδιότητα γενικεύεται και διατυπώνεται πιο αυστηρά στο περίφημο Κινέζικο Θεώρημα Υπολοίπων Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 17 / 44
41 Κινέζικο Θεώρημα Υπολοίπων (Chinese Remainder Theorem - CRT) Θεώρημα (Κινέζικο Θεώρημα Υπολοίπων) Εστω ένα σύστημα ισοτιμιών x a 1 (mod m 1 ) x a 2 (mod m 2 ) x a k (mod m k ) ώστε gcd(m i, m j ) = 1 για i j Τότε το σύστημα έχει μοναδική λύση στον δακτύλιο Z M, M = m 1 m 2 m k Ισοδύναμα: το σύστημα έχει άπειρες λύσεις στο Z και αν s 1, s 2 δύο λύσεις ισχύει s 1 s 2 (mod M) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 18 / 44
42 Απόδειξη Για κάθε i {1,, k} ορίζουμε M i = M m i Ισχύει gcd(m i, m i ) = 1 Επομένως N i Z mi : N i M i 1 (mod m i ) Επίσης i j : N i M i 0 (mod m j ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 19 / 44
43 Απόδειξη Για κάθε i {1,, k} ορίζουμε M i = M m i Ισχύει gcd(m i, m i ) = 1 Επομένως N i Z mi : N i M i 1 (mod m i ) Επίσης i j : N i M i 0 (mod m j ) Οπότε μία λύση είναι η παρακάτω (επαληθεύστε): y = k N i M i a i i=1 Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 19 / 44
44 Απόδειξη Για κάθε i {1,, k} ορίζουμε M i = M m i Ισχύει gcd(m i, m i ) = 1 Επομένως N i Z mi : N i M i 1 (mod m i ) Επίσης i j : N i M i 0 (mod m j ) Οπότε μία λύση είναι η παρακάτω (επαληθεύστε): y = k N i M i a i i=1 Αν s 1, s 2 δύο διαφορετικές λύσεις τότε έχουμε ότι για κάθε i, s 1 s 2 (mod m i ) Από πρόταση προηγούμενης διαφάνειας και επαγωγή προκύπτει: s 1 s 2 (mod M) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 19 / 44
45 Απόδειξη Για κάθε i {1,, k} ορίζουμε M i = M m i Ισχύει gcd(m i, m i ) = 1 Επομένως N i Z mi : N i M i 1 (mod m i ) Επίσης i j : N i M i 0 (mod m j ) Οπότε μία λύση είναι η παρακάτω (επαληθεύστε): y = k N i M i a i i=1 Αν s 1, s 2 δύο διαφορετικές λύσεις τότε έχουμε ότι για κάθε i, s 1 s 2 (mod m i ) Από πρόταση προηγούμενης διαφάνειας και επαγωγή προκύπτει: s 1 s 2 (mod M) Πολυπλοκότητα: η επίλυση του συστήματος γίνεται σε πολυωνυμικό χρόνο Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 19 / 44
46 Σημαντικές συνέπειες του CRT Δύο ισομορφισμοί: Z m1 m 2 m k = Zm1 Z m2 Z mk ως προς πρόσθεση, αφαίρεση και πολλαπλασιασμό (οι πράξεις στις k-άδες ορίζονται κατά μέλη με τον προφανή τρόπο: τα στοιχεία στη θέση i αθροίζονται / πολλαπλασιάζονται στον δακτύλιο Z mi ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 20 / 44
47 Σημαντικές συνέπειες του CRT Δύο ισομορφισμοί: Z m1 m 2 m k = Zm1 Z m2 Z mk ως προς πρόσθεση, αφαίρεση και πολλαπλασιασμό (οι πράξεις στις k-άδες ορίζονται κατά μέλη με τον προφανή τρόπο: τα στοιχεία στη θέση i αθροίζονται / πολλαπλασιάζονται στον δακτύλιο Z mi ) U(Z m1 m 2 m k ) = U(Z m1 ) U(Z m2 ) U(Z mk ) ως προς πολλαπλασιασμό και διαίρεση Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 20 / 44
48 Θεωρία ομάδων Ομάδα (group): ζεύγος (G, ) τέτοιο ώστε: a, b G : a b G a, b, c G : a (b c) = (a b) c e G, a G : a e = a (το e είναι μοναδικό) a G : a 1 G : a a 1 = e Αντιμεταθετική (Αβελιανή) ομάδα: επιπλέον a b = b a Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 21 / 44
49 Θεωρία ομάδων Ομάδα (group): ζεύγος (G, ) τέτοιο ώστε: a, b G : a b G a, b, c G : a (b c) = (a b) c e G, a G : a e = a (το e είναι μοναδικό) a G : a 1 G : a a 1 = e Αντιμεταθετική (Αβελιανή) ομάδα: επιπλέον a b = b a Το ζεύγος (Z m, +) είναι αντιμεταθετική ομάδα Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 21 / 44
50 Θεωρία ομάδων Ομάδα (group): ζεύγος (G, ) τέτοιο ώστε: a, b G : a b G a, b, c G : a (b c) = (a b) c e G, a G : a e = a (το e είναι μοναδικό) a G : a 1 G : a a 1 = e Αντιμεταθετική (Αβελιανή) ομάδα: επιπλέον a b = b a Το ζεύγος (Z m, +) είναι αντιμεταθετική ομάδα Τάξη (order) πεπερασμένης ομάδας: η πληθικότητά της Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 21 / 44
51 Θεωρία ομάδων Ομάδα (group): ζεύγος (G, ) τέτοιο ώστε: a, b G : a b G a, b, c G : a (b c) = (a b) c e G, a G : a e = a (το e είναι μοναδικό) a G : a 1 G : a a 1 = e Αντιμεταθετική (Αβελιανή) ομάδα: επιπλέον a b = b a Το ζεύγος (Z m, +) είναι αντιμεταθετική ομάδα Τάξη (order) πεπερασμένης ομάδας: η πληθικότητά της Υποομάδα (subgroup): (S, ) υποομάδα της (G, ) def S G (S, ) ομάδα Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 21 / 44
52 Θεωρία ομάδων Ομάδα (group): ζεύγος (G, ) τέτοιο ώστε: a, b G : a b G a, b, c G : a (b c) = (a b) c e G, a G : a e = a (το e είναι μοναδικό) a G : a 1 G : a a 1 = e Αντιμεταθετική (Αβελιανή) ομάδα: επιπλέον a b = b a Το ζεύγος (Z m, +) είναι αντιμεταθετική ομάδα Τάξη (order) πεπερασμένης ομάδας: η πληθικότητά της Υποομάδα (subgroup): (S, ) υποομάδα της (G, ) def S G (S, ) ομάδα Πρόταση (S, ) είναι υποομάδα της (G, ) ανν S G και S κλειστό ως προς Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 21 / 44
53 Η πολλαπλασιαστική ομάδα (U(Z m ), ) Πρόταση gcd(a, m) = 1 αν και μόνο αν c Z m τέτοιο ώστε a c 1 (mod m) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 22 / 44
54 Η πολλαπλασιαστική ομάδα (U(Z m ), ) Πρόταση gcd(a, m) = 1 αν και μόνο αν c Z m τέτοιο ώστε a c 1 (mod m) Απόδειξη (i) Ευθύ: με χρήση Θεωρ ΜΚΔ (ii) Αντίστροφο: x Z, ax 1 (mod m) m (ax 1) Αν gcd(a, m) = d > 1 τότε d m (ax 1) d 1, άτοπο Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 22 / 44
55 Η πολλαπλασιαστική ομάδα (U(Z m ), ) Πρόταση gcd(a, m) = 1 αν και μόνο αν c Z m τέτοιο ώστε a c 1 (mod m) Απόδειξη (i) Ευθύ: με χρήση Θεωρ ΜΚΔ (ii) Αντίστροφο: x Z, ax 1 (mod m) m (ax 1) Αν gcd(a, m) = d > 1 τότε d m (ax 1) d 1, άτοπο Ορισμός U(Z m ) = {a Z m : gcd(a, m) = 1} είναι το σύνολο των σχετικά πρώτων με τον m, που λέγονται και units του Z m Περιέχει ακριβώς τα στοιχεία του Z m που έχουν αντίστροφο modulo m Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 22 / 44
56 Η πολλαπλασιαστική ομάδα (U(Z m ), ) Πρόταση gcd(a, m) = 1 αν και μόνο αν c Z m τέτοιο ώστε a c 1 (mod m) Απόδειξη (i) Ευθύ: με χρήση Θεωρ ΜΚΔ (ii) Αντίστροφο: x Z, ax 1 (mod m) m (ax 1) Αν gcd(a, m) = d > 1 τότε d m (ax 1) d 1, άτοπο Ορισμός U(Z m ) = {a Z m : gcd(a, m) = 1} είναι το σύνολο των σχετικά πρώτων με τον m, που λέγονται και units του Z m Περιέχει ακριβώς τα στοιχεία του Z m που έχουν αντίστροφο modulo m Το (U(Z m ), ) είναι αντιμεταθετική ομάδα με πληθάριθμο ϕ(m) Για p πρώτο: U(Z p ) = Z p \ {0} = Z p Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 22 / 44
57 Θεωρία ομάδων Τάξη (order) στοιχείου Κυκλική ομάδα (cyclic group): τάξη a def = min{y N : a y = e} (G, ) κυκλική def g (G, ) : x G : y N : x = g y Γεννήτορας (generator) a γεννήτορας της G def τάξη a = G Πρόταση: μια ομάδα έχει γεννήτορα ανν είναι κυκλική Η τάξη της ομάδας ισούται με την τάξη του γεννήτορα (Άσκηση: αποδείξτε) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 23 / 44
58 Άλλες αλγεβρικές δομές: δακτύλιοι, σώματα Δακτύλιος (ring) (R, +, ) δακτύλιος def (R, +) αντιμεταθετική ομάδα (R, ) μονοειδές (προσεταιριστική, ουδέτερο) a, b, c R : a (b + c) = (a b + a c) (b + c) a = b a + c a (επιμεριστική) Το (Z m, +, ) είναι αντιμεταθετικός δακτύλιος (commutative ring): η πράξη έχει επιπλέον την αντιμεταθετική ιδιότητα Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 24 / 44
59 Άλλες αλγεβρικές δομές: δακτύλιοι, σώματα Σώμα (field) (F, +, ) σώμα def (F, +, ) αντιμεταθετικός δακτύλιος (F \ {e + }, ) αντιμεταθετική ομάδα Το (Z p, +, ), p πρώτος, είναι σώμα (και συμβολίζεται και GF(p) ή F p ) Πρόταση Κάθε σώμα τάξης p είναι ισομορφικό με το F p Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 25 / 44
60 Σύμπλοκα, ομάδα πηλίκο Σύμπλοκο (coset): το σύνολο H a = {h a : h H, a G} λέγεται δεξί σύμπλοκο (coset) της H στη G για υποoμάδα H της (G, ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 26 / 44
61 Σύμπλοκα, ομάδα πηλίκο Σύμπλοκο (coset): το σύνολο H a = {h a : h H, a G} λέγεται δεξί σύμπλοκο (coset) της H στη G για υποoμάδα H της (G, ) Ομάδα πηλίκο (Quotient group) G/H: το σύνολο των συμπλόκων της H στην G To (G/H, ) είναι ομάδα με πράξη (H a) (H b) = H (a b) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 26 / 44
62 Θεώρημα Lagrange Αν H είναι υποομάδα της πεπερασμένης ομάδας G τότε G = G/H H Απόδειξη Στηρίζεται στο γεγονός ότι δύο σύμπλοκα ταυτίζονται ή είναι ξένα μεταξύ τους Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 27 / 44
63 Θεώρημα Lagrange Αν H είναι υποομάδα της πεπερασμένης ομάδας G τότε G = G/H H Απόδειξη Στηρίζεται στο γεγονός ότι δύο σύμπλοκα ταυτίζονται ή είναι ξένα μεταξύ τους Πόρισμα (σημαντικό!): η τάξη ενός στοιχείου μιας πεπερασμένης ομάδας διαιρεί την τάξη της ομάδας: a G : a G = e Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 27 / 44
64 Θεώρημα Lagrange Αν H είναι υποομάδα της πεπερασμένης ομάδας G τότε G = G/H H Απόδειξη Στηρίζεται στο γεγονός ότι δύο σύμπλοκα ταυτίζονται ή είναι ξένα μεταξύ τους Πόρισμα (σημαντικό!): η τάξη ενός στοιχείου μιας πεπερασμένης ομάδας διαιρεί την τάξη της ομάδας: a G : a G = e Περαιτέρω πορίσματα: μικρό Θεώρημα Fermat (ομάδα (Z p, )), Θεώρημα Euler (ομάδα (U(Z m ), )) Οι αποδείξεις τους χωρίς χρήση Θ Lagrange προϋπήρχαν Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 27 / 44
65 Θεώρημα Lagrange Αν H είναι υποομάδα της πεπερασμένης ομάδας G τότε G = G/H H Απόδειξη Στηρίζεται στο γεγονός ότι δύο σύμπλοκα ταυτίζονται ή είναι ξένα μεταξύ τους Πόρισμα (σημαντικό!): η τάξη ενός στοιχείου μιας πεπερασμένης ομάδας διαιρεί την τάξη της ομάδας: a G : a G = e Περαιτέρω πορίσματα: μικρό Θεώρημα Fermat (ομάδα (Z p, )), Θεώρημα Euler (ομάδα (U(Z m ), )) Οι αποδείξεις τους χωρίς χρήση Θ Lagrange προϋπήρχαν Πόρισμα: κάθε ομάδα με τάξη πρώτο αριθμό είναι κυκλική (γιατί; βρείτε έναν γεννήτορα) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 27 / 44
66 Μέγεθος γνήσιας υποομάδας Πόρισμα του Θ Lagrange Αν (S, ) υποομάδα της (πεπερασμένης) ομάδας (G, ) και S G τότε: S G /2 Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 28 / 44
67 Fermat (primality) test Έλεγχος πρώτων αριθμών Fermat Για να δούμε αν ένας δοσμένος ακέραιος n είναι πρώτος: Επιλέγουμε τυχαία a Z n : αν a n 1 1 (mod n) τότε n σύνθετος (με βεβαιότητα), αλλιώς λέμε ότι το n περνάει το test (ίσως είναι πρώτος) Στην δεύτερη περίπτωση επαναλαμβάνουμε Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 29 / 44
68 Fermat (primality) test Έλεγχος πρώτων αριθμών Fermat Για να δούμε αν ένας δοσμένος ακέραιος n είναι πρώτος: Επιλέγουμε τυχαία a Z n : αν a n 1 1 (mod n) τότε n σύνθετος (με βεβαιότητα), αλλιώς λέμε ότι το n περνάει το test (ίσως είναι πρώτος) Στην δεύτερη περίπτωση επαναλαμβάνουμε Πρόταση Αν για σύνθετο n υπάρχει ένας μάρτυρας (compositeness witness), δηλ a Z n, a n 1 1 (mod n), τότε υπάρχουν τουλάχιστον n/2 μάρτυρες Απόδειξη Χρήση Θ Lagrange σε ομάδα μη μαρτύρων του U(Z n ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 29 / 44
69 Fermat (primality) test Έλεγχος πρώτων αριθμών Fermat Για να δούμε αν ένας δοσμένος ακέραιος n είναι πρώτος: Επιλέγουμε τυχαία a Z n : αν a n 1 1 (mod n) τότε n σύνθετος (με βεβαιότητα), αλλιώς λέμε ότι το n περνάει το test (ίσως είναι πρώτος) Στην δεύτερη περίπτωση επαναλαμβάνουμε Πρόταση Αν για σύνθετο n υπάρχει ένας μάρτυρας (compositeness witness), δηλ a Z n, a n 1 1 (mod n), τότε υπάρχουν τουλάχιστον n/2 μάρτυρες Απόδειξη Χρήση Θ Lagrange σε ομάδα μη μαρτύρων του U(Z n ) Έλεγχος Fermat ορθός (whp) για σχεδόν όλους τους αριθμούς Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 29 / 44
70 Fermat (primality) test Έλεγχος πρώτων αριθμών Fermat Για να δούμε αν ένας δοσμένος ακέραιος n είναι πρώτος: Επιλέγουμε τυχαία a Z n : αν a n 1 1 (mod n) τότε n σύνθετος (με βεβαιότητα), αλλιώς λέμε ότι το n περνάει το test (ίσως είναι πρώτος) Στην δεύτερη περίπτωση επαναλαμβάνουμε Πρόταση Αν για σύνθετο n υπάρχει ένας μάρτυρας (compositeness witness), δηλ a Z n, a n 1 1 (mod n), τότε υπάρχουν τουλάχιστον n/2 μάρτυρες Απόδειξη Χρήση Θ Lagrange σε ομάδα μη μαρτύρων του U(Z n ) Έλεγχος Fermat ορθός (whp) για σχεδόν όλους τους αριθμούς Εξαίρεση: αριθμοί Carmichael σύνθετοι χωρίς μάρτυρα Fermat Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 29 / 44
71 Fermat (primality) test Έλεγχος πρώτων αριθμών Fermat Για να δούμε αν ένας δοσμένος ακέραιος n είναι πρώτος: Επιλέγουμε τυχαία a Z n : αν a n 1 1 (mod n) τότε n σύνθετος (με βεβαιότητα), αλλιώς λέμε ότι το n περνάει το test (ίσως είναι πρώτος) Στην δεύτερη περίπτωση επαναλαμβάνουμε Πρόταση Αν για σύνθετο n υπάρχει ένας μάρτυρας (compositeness witness), δηλ a Z n, a n 1 1 (mod n), τότε υπάρχουν τουλάχιστον n/2 μάρτυρες Απόδειξη Χρήση Θ Lagrange σε ομάδα μη μαρτύρων του U(Z n ) Έλεγχος Fermat ορθός (whp) για σχεδόν όλους τους αριθμούς Εξαίρεση: αριθμοί Carmichael σύνθετοι χωρίς μάρτυρα Fermat Αντιμετώπιση: Miller-Rabin test (αργότερα) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 29 / 44
72 Η δομή της ομάδας Z p Η πολλαπλασιαστική ομάδα Z p Είναι κυκλική: πχ Z 11 = {1, 2,, 10} = {21, 2 2,, 2 1 0} (mod 11) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 30 / 44
73 Η δομή της ομάδας Z p Η πολλαπλασιαστική ομάδα Z p Είναι κυκλική: πχ Z 11 = {1, 2,, 10} = {21, 2 2,, 2 1 0} (mod 11) Για κάθε d (p 1) περιέχει ακριβώς μία κυκλική υποομάδα τάξης d (βλ και Θεμελιώδες Θεώρημα Κυκλικών Ομάδων) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 30 / 44
74 Η δομή της ομάδας Z p Η πολλαπλασιαστική ομάδα Z p Είναι κυκλική: πχ Z 11 = {1, 2,, 10} = {21, 2 2,, 2 1 0} (mod 11) Για κάθε d (p 1) περιέχει ακριβώς μία κυκλική υποομάδα τάξης d (βλ και Θεμελιώδες Θεώρημα Κυκλικών Ομάδων) Περιέχει ακριβώς ϕ(p 1) γεννήτορες (γενικότερα, μία κυκλική ομάδα τάξης r περιέχει ϕ(r) γεννήτορες γιατί;) Για p = 2q + 1, q πρώτο, υπάρχουν q 1 γεννήτορες Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 30 / 44
75 Η δομή της ομάδας Z p Η πολλαπλασιαστική ομάδα Z p Έλεγχος αν a γεννήτορας: d p 1, d < p 1 : a p 1 d 1 (mod p) Για p = 2q + 1, q πρώτο, αν a 1 a p (mod p), τότε a είναι γεννήτορας Ακριβώς τα μισά στοιχεία είναι τετραγωνικά υπόλοιπα (quadratic residues) modulo p, δηλ είναι τετράγωνα κάποιου αριθμού modulo p Τα στοιχεία αυτά ταυτίζονται με τις άρτιες δυνάμεις ενός γεννήτορα: Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 31 / 44
76 Η δομή της ομάδας Z p Η πολλαπλασιαστική ομάδα Z p Έλεγχος αν a γεννήτορας: d p 1, d < p 1 : a p 1 d 1 (mod p) Για p = 2q + 1, q πρώτο, αν a 1 a p (mod p), τότε a είναι γεννήτορας Ακριβώς τα μισά στοιχεία είναι τετραγωνικά υπόλοιπα (quadratic residues) modulo p, δηλ είναι τετράγωνα κάποιου αριθμού modulo p Τα στοιχεία αυτά ταυτίζονται με τις άρτιες δυνάμεις ενός γεννήτορα: QR(p) = {g 2i 1 i p 1 2 } Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 31 / 44
77 Η δομή της ομάδας U(Z pq ) Η πολλαπλασιαστική ομάδα U(Z pq ), p, q πρώτοι Δεν είναι κυκλική: κάθε στοιχείο έχει τάξη το πολύ lcm(p 1, q 1) (p 1)(q 1) 2 (βλ και συνάρτηση Carmichael) Πχ στην U(Z 15 ) = {1, 2, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14} πράγματι, κάθε στοιχείο έχει τάξη το πολύ 4 = lcm(3 1, 5 1) Περιέχει υποομάδα τάξης lcm(p 1, q 1) Ακριβώς τo 1 4 των στοιχείων είναι τετραγωνικά υπόλοιπα (quadratic residues) modulo n, δηλ είναι τετράγωνα κάποιου αριθμού modulo n Τα στοιχεία αυτά προκύπτουν συνδυάζοντας με CRT τετραγωνικά υπόλοιπα modulo p με τετραγωνικά υπόλοιπα modulo q Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 32 / 44
78 Τετραγωνικά Υπόλοιπα (Quadratic Residues) Ορισμός Ένας ακέραιος a Z m λέγεται τετραγωνικό υπόλοιπο modulo m αν x Z m : a x 2 (mod m) Τότε ο x λέγεται τετραγωνική ρίζα του a modulo m Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 33 / 44
79 Τετραγωνικά Υπόλοιπα (Quadratic Residues) Ορισμός Ένας ακέραιος a Z m λέγεται τετραγωνικό υπόλοιπο modulo m αν x Z m : a x 2 (mod m) Τότε ο x λέγεται τετραγωνική ρίζα του a modulo m Παρατήρηση: όπως είδαμε, τα μισά στοιχεία του Z p και το 1 4 των στοιχείων του Z pq (για p, q πρώτους) είναι τετραγωνικά υπόλοιπα (modulo p και pq αντίστοιχα) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 33 / 44
80 Τετραγωνικά Υπόλοιπα (Quadratic Residues) Ορισμός Ένας ακέραιος a Z m λέγεται τετραγωνικό υπόλοιπο modulo m αν x Z m : a x 2 (mod m) Τότε ο x λέγεται τετραγωνική ρίζα του a modulo m Παρατήρηση: όπως είδαμε, τα μισά στοιχεία του Z p και το 1 4 των στοιχείων του Z pq (για p, q πρώτους) είναι τετραγωνικά υπόλοιπα (modulo p και pq αντίστοιχα) Για αυτά τα στοιχεία και μόνο οι ισοτιμίες: x 2 a (mod p) έχουν λύση x 2 a (mod pq) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 33 / 44
81 Τετραγωνικά Υπόλοιπα (Quadratic Residues) Ορισμός Ένας ακέραιος a Z m λέγεται τετραγωνικό υπόλοιπο modulo m αν x Z m : a x 2 (mod m) Τότε ο x λέγεται τετραγωνική ρίζα του a modulo m Παρατήρηση: όπως είδαμε, τα μισά στοιχεία του Z p και το 1 4 των στοιχείων του Z pq (για p, q πρώτους) είναι τετραγωνικά υπόλοιπα (modulo p και pq αντίστοιχα) Για αυτά τα στοιχεία και μόνο οι ισοτιμίες: x 2 a (mod p) έχουν λύση x 2 a (mod pq) Παρατήρηση: αν x 0 είναι λύση τότε και x 0 είναι λύση Πόσες λύσεις υπάρχουν; Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 33 / 44
82 Πλήθος τετραγωνικών ριζών modulo n Πρόταση Έστω p, q πρώτοι Τότε: 1 Η ισοτιμία x 2 a (mod p) έχει είτε 0 είτε 2 λύσεις στο Z p 2 Η ισοτιμία x 2 a (mod pq) έχει είτε 0 είτε 4 λύσεις στο U(Z pq ) Απόδειξη 1 Αν x1, x 2 λύσεις της ισοτιμίας τότε x 2 1 x2 2 (mod p) άρα p (x 2 1 x2 2 ) p (x 1 x 2 )(x 1 + x 2 ) p (x 1 x 2 ) p (x 1 + x 2 ) x 1 x 2 x 1 x 2 (mod p) 2 Η λύση της ισοτιμίας ισοδυναμεί με τη λύση των δύο ισοτιμιών x 2 a (mod p), x 2 a (mod q) Εστω ότι η πρώτη έχει λύσεις τις x p, x p και η δεύτερη τις x q, x q Για καθε ένα από τους συνδυασμούς των λύσεων αυτών (που είναι 4) προκύπτει, με χρήση CRT, μια διαφορετική λύση για την ισοτιμία στο U(Z), από το σύστημα Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ x ±x p (mod p), x ±x q (mod q) 34 / 44
83 Τετραγωνικές ρίζες modulo n: πρόσθετες ιδιότητες Η προηγούμενη πρόταση μπορεί να γενικευτεί για n = p a 1 1 pa 2 2 pa k k όπου η αντίστοιχη εξίσωση έχει είτε 0 είτε 2k λύσεις Τετριμμένες περιπτώσεις: στο Z p, το a 0 (mod p) έχει μία τετραγωνική ρίζα, το ίδιο και στο Z pq Στο Z pq, αν a 0 (mod p), και a 0 (mod q) τότε το a έχει 2 ρίζες που προκύπτουν από το σύστημα x 0 (mod p), x ±x q (mod q) με χρήση CRT Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 35 / 44
84 Τετραγωνικές ρίζες modulo n και παραγοντοποίηση Ο αριθμός 1 έχει δύο τετραγωνικές ρίζες modulo p : ±1 Επίσης έχει 4 τετραγωνικές ρίζες modulo pq: τις ±1, και άλλες δύο (±u 1 (mod p)q) που λέγονται μη τετριμμένες ρίζες της μονάδας modulo n Η ύπαρξη μη τετριμμένων ριζών του 1 modulo n συνιστά απόδειξη ότι ο n είναι σύνθετος, και συγχρόνως δίνει άμεσα δύο παράγοντες του n: gcd(n, u ± 1) Παρόμοια πληροφορία παίρνουμε από την ύπαρξη 2 μη αντίθετων τετραγωνικών ριζών οποιουδήποτε αριθμού a Z n Η ιδιότητα αυτή χρησιμοποιείται στην απόδειξη ορθότητας του Miller-Rabin primality test, και σε διάφορες άλλες αποδείξεις (κρυπτοσυστήματα RSA, Rabin, κλπ) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 36 / 44
85 Τετραγωνικές ρίζες modulo n: έλεγχος ύπαρξης Πρόταση (Κριτήριο Euler) Για p πρώτο, η ισοτιμία x 2 a (mod p) έχει λύση αν και μόνο αν a p (mod p) Απόδειξη Θδο οι δύο συνθήκες ισοδυναμούν με a να είναι άρτια δύναμη ενός γεννήτορα Έστω ότι a g k (mod p) για γεννήτορα g της Z p Τότε: x : x 2 a (mod p) l : g 2l g k (mod p) 2l k (mod p 1) k mod 2 = 0 Επίσης, από μικρό Θ Fermat: a p 1 2 g k 2 (p 1) 1 (mod p) p 1 k 2 (p 1) k mod 2 = 0 Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 37 / 44
86 Παρατήρηση για κάθε a Z p ισχύει a p 1 2 ±1 (mod p) Η ιδιότητα αυτή σχετίζεται άμεσα με τη συνάρτηση που είναι γνωστή ως σύμβολο Legendre και τη γενίκευσή της, το σύμβολο Jacobi Το Σχολή ΗΜΜΥ τελευταίο ΕΜΠ χρησιμοποιείται στο Solovay-Strassen primality test 37 / 44 Τετραγωνικές ρίζες modulo n: έλεγχος ύπαρξης Πρόταση (Κριτήριο Euler) Για p πρώτο, η ισοτιμία x 2 a (mod p) έχει λύση αν και μόνο αν a p (mod p) Απόδειξη Θδο οι δύο συνθήκες ισοδυναμούν με a να είναι άρτια δύναμη ενός γεννήτορα Έστω ότι a g k (mod p) για γεννήτορα g της Z p Τότε: x : x 2 a (mod p) l : g 2l g k (mod p) 2l k (mod p 1) k mod 2 = 0 Επίσης, από μικρό Θ Fermat: a p 1 2 g k 2 (p 1) 1 (mod p) p 1 k 2 (p 1) k mod 2 = 0
87 Σύμβολο Legendre Ορισμός ( ) a = p 1, if x : x 2 a (mod p) 1, if x : x 2 a (mod p) 0, if p a Αν ( a p ) = 1 τότε το a ονομάζεται τετραγωνικό υπόλοιπο modulo p Αν ( a p ) = 1 τότε το a ονομάζεται τετραγωνικό μη υπόλοιπο modulo p Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 38 / 44
88 Ιδιότητες συμβόλου Legendre Πρόταση 1 m n (mod p) ( m p ) = ( n p ) 2 ( a p ) a p 1 2 (mod p) 3 ( ab p ) = ( a p )( b p ) Απόδειξη (1): άμεσα από τον ορισμό (2): αν a 0 (mod p) ισχύει Αλλιώς a Z p, οπότε αν a QR(n) τότε από κριτήριο Euler ισχύει a p ( a p ) (mod p) Αν a QR(n) τότε επειδή a p 1 2 ±1 (mod p), θα έχουμε αναγκαστικά: (3) από ιδιότητα 2 a p ( a p ) (mod p) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 39 / 44
89 Ιδιότητες συμβόλου Legendre Πρόταση { 1, if p 1 (mod 4) 1 ( 1 p 1 p ) = ( 1) 2 = 1, if p 3 (mod 4) ( { 2 2 1, if p 1 (mod 8) p 7 (mod 8) p) = 1, if p 3 (mod 8) p 5 (mod 8) Η απόδειξη βασίζεται στο ακόλουθο: Λήμμα (Gauss) Αν το πλήθος των στοιχείων του συνόλου {a mod p, 2a mod p,, p 1 2 a mod p} που είναι μεγαλύτερα του p 2 το συμβολίσουμε με µ τότε ισχύει ότι ( a p ) = ( 1)µ Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 40 / 44
90 Ιδιότητες συμβόλου Legendre Θεώρημα (Νόμος Τετραγωνικής Αντιστροφής (Quadratic Reciprocity Law)) ( ) p = q { ( q p ( q p ), αν p q 3 (mod 4) ), αλλιώς Με χρήση του νόμου τετραγωνικής αντιστροφής, και των προηγούμενων ιδιοτήτων έχουμε έναν πιο γρήγορο υπολογισμό του συμβόλου Legendre: O(log 2 p) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 41 / 44
91 Σύμβολο Jacobi Ορισμός (Σύμβολο Jacobi) Για n = p a 1 1 pa 2 2 pa k k ορίζουμε το σύμβολο Jacobi ως εξής: ( m ) = n k ( ) m ai i=1 p i Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 42 / 44
92 Σύμβολο Jacobi Ορισμός (Σύμβολο Jacobi) Για n = p a 1 1 pa 2 2 pa k k ορίζουμε το σύμβολο Jacobi ως εξής: ( m ) = n k ( ) m ai i=1 Το σύμβολο Jacobi είναι γενίκευση του συμβόλου ( Legendre και ικανοποιεί τις ίδιες ιδιότητες εκτός της a p 1 2 a p) (mod p) Το γεγονός αυτό χρησιμοποιείται στον έλεγχο πρώτων αριθμών Solovay-Strassen p i Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 42 / 44
93 Σύμβολο Jacobi Ορισμός (Σύμβολο Jacobi) Για n = p a 1 1 pa 2 2 pa k k ορίζουμε το σύμβολο Jacobi ως εξής: ( m ) = n k ( ) m ai i=1 Το σύμβολο Jacobi είναι γενίκευση του συμβόλου ( Legendre και ικανοποιεί τις ίδιες ιδιότητες εκτός της a p 1 2 a p) (mod p) Το γεγονός αυτό χρησιμοποιείται στον έλεγχο πρώτων αριθμών Solovay-Strassen Το σύμβολο Jacobi ( a n ) δεν χαρακτηρίζει πλήρως την ύπαρξη λύσεων της ισοτιμίας x 2 a (mod n) Πράγματι, αν η ισοτιμία αυτή έχει λύσεις τότε ( a n ) = 1 αλλά δεν ισχύει το αντίστροφο (πχ για n = pq, ( a p ) = ( a q ) = 1 ( a n ) = 1 p i Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 42 / 44
94 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
95 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
96 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Inverse(a, n): υπολογισμός a 1 mod n Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
97 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Inverse(a, n): υπολογισμός a 1 mod n Power(a, y, n): υπολογισμός a y mod n Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
98 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Inverse(a, n): υπολογισμός a 1 mod n Power(a, y, n): υπολογισμός a y mod n Primality(n): έλεγχος αν ο n είναι πρώτος αριθμός Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
99 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Inverse(a, n): υπολογισμός a 1 mod n Power(a, y, n): υπολογισμός a y mod n Primality(n): έλεγχος αν ο n είναι πρώτος αριθμός Find-Prime(n): εύρεση πρώτου > n Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
100 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Inverse(a, n): υπολογισμός a 1 mod n Power(a, y, n): υπολογισμός a y mod n Primality(n): έλεγχος αν ο n είναι πρώτος αριθμός Find-Prime(n): εύρεση πρώτου > n Quad-Res(a, n): έλεγχος αν x : x 2 a (mod n) Για n πρώτο, ή σύνθετο με γνωστή παραγοντοποίηση Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
101 Ευεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού GCD(a, n): εύρεση ΜΚΔ(a, n) Inverse(a, n): υπολογισμός a 1 mod n Power(a, y, n): υπολογισμός a y mod n Primality(n): έλεγχος αν ο n είναι πρώτος αριθμός Find-Prime(n): εύρεση πρώτου > n Quad-Res(a, n): έλεγχος αν x : x 2 a (mod n) Για n πρώτο, ή σύνθετο με γνωστή παραγοντοποίηση Square-Root(a, n): εύρεση x : x 2 a (mod n), αν υπάρχει Για n πρώτο, ή σύνθετο με γνωστή παραγοντοποίηση Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 43 / 44
102 Δυσεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την μη ύπαρξη (ως τώρα) αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 44 / 44
103 Δυσεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την μη ύπαρξη (ως τώρα) αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Factor(n): παραγοντοποίηση του n Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 44 / 44
104 Δυσεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την μη ύπαρξη (ως τώρα) αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Factor(n): παραγοντοποίηση του n e-th-root(c, n): εύρεση m : m e c (mod n) Γνωστό και ως RSA-Decrypt(c, n) Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 44 / 44
105 Δυσεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την μη ύπαρξη (ως τώρα) αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Factor(n): παραγοντοποίηση του n e-th-root(c, n): εύρεση m : m e c (mod n) Γνωστό και ως RSA-Decrypt(c, n) Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Discrete-Log(g, a, p): εύρεση x : g x a (mod p) Δύσκολο για p πρώτο Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 44 / 44
106 Δυσεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την μη ύπαρξη (ως τώρα) αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Factor(n): παραγοντοποίηση του n e-th-root(c, n): εύρεση m : m e c (mod n) Γνωστό και ως RSA-Decrypt(c, n) Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Discrete-Log(g, a, p): εύρεση x : g x a (mod p) Δύσκολο για p πρώτο Quad-Res(a, n): έλεγχος αν x : x 2 a (mod n) Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 44 / 44
107 Δυσεπίλυτα αριθμητικά προβλήματα Χαρακτηρίζονται από την μη ύπαρξη (ως τώρα) αποδοτικού (πολυωνυμικού χρόνου) αλγορίθμου, ντετερμινιστικού ή πιθανοτικού Factor(n): παραγοντοποίηση του n e-th-root(c, n): εύρεση m : m e c (mod n) Γνωστό και ως RSA-Decrypt(c, n) Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Discrete-Log(g, a, p): εύρεση x : g x a (mod p) Δύσκολο για p πρώτο Quad-Res(a, n): έλεγχος αν x : x 2 a (mod n) Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Square-Root(a, n): εύρεση x : x 2 a (mod n), αν υπάρχει Δύσκολο για n σύνθετο με άγνωστη παραγοντοποίηση Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 44 / 44
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Διαιρετότητα Ορισμός
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 1
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ Υπολογιστική
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 1
Διαιρετότητα Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία. Ακέραια διαίρεση. Διαιρετότητα. ΜΚΔ: χρήσιμες ιδιότητες
Διαιρετότητα Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών H διαιρετότητα
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Εισαγωγή στη Θεωρία Αριθμών Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ 1
Αλγεβρικές Δομές και Αριθμοθεωρία
Κεφάλαιο 9 Αλγεβρικές Δομές και Αριθμοθεωρία 9.1 Εισαγωγή Θα παρουσιάσουμε κάποια στοιχεία από Θεωρία Αριθμών και ελάχιστα από Θεωρία Ομάδων. Οι γνώσεις αυτές είναι οι ελάχιστες απαραίτητες για την κατανόηση
Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Σημειώσεις Διαλέξεων Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία Επιμέλεια σημειώσεων: Χρήστος Κούτρας Γιώργος
Κεφάλαιο 2. Μαθηματικό Υπόβαθρο. 2.1 Θεωρία Αριθμών Διαιρετότητα
Κεφάλαιο 2 Μαθηματικό Υπόβαθρο Σε αυτό το κεφάλαιο Θα παρουσιάσουμε ορισμένα στοιχεία από την Θεωρία Αριθμών, την Θεωρία Ομάδων και την Θεωρία Πιθανοτήτων. Θα περιοριστούμε στις ελάχιστες γνώσεις που μας
Κρυπτογραφία. Κωνσταντίνου Ελισάβετ
Κρυπτογραφία Κωνσταντίνου Ελισάβετ ekonstantinou@aegean.gr http://www.icsd.aegean.gr/ekonstantinou Ησυνάρτησηφ(.) του Euler Για κάθε ακέραιο n> 0, έστω φ(n) το πλήθος των ακεραίων στο διάστημα [1, n] που
Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Σημειώσεις Διαλέξεων Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία Επιμέλεια σημειώσεων: Δημήτριος Μπάκας Αθανάσιος
Κρυπτογραφία. Έλεγχος πρώτων αριθών-παραγοντοποίηση. Διαφάνειες: Άρης Παγουρτζής Πέτρος Ποτίκας
Κρυπτογραφία Έλεγχος πρώτων αριθών-παραγοντοποίηση Διαφάνειες: Άρης Παγουρτζής Πέτρος Ποτίκας Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή ΗΜΜΥ ΕΜΠ Κρυπτογραφία
* * * ( ) mod p = (a p 1. 2 ) mod p.
Θεωρια Αριθμων Εαρινο Εξαμηνο 2016 17 Μέρος Α: Πρώτοι Αριθμοί Διάλεξη 1 Ενότητα 1. Διαιρετότητα: Διαιρετότητα, διαιρέτες, πολλαπλάσια, στοιχειώδεις ιδιότητες. Γραμμικοί Συνδυασμοί (ΓΣ). Ενότητα 2. Πρώτοι
Πανεπιστήμιο Πειραιά Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων. Κρυπτογραφία. Θεωρία αριθμών Αλγεβρικές δομές. Χρήστος Ξενάκης
Πανεπιστήμιο Πειραιά Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων Κρυπτογραφία Θεωρία αριθμών Αλγεβρικές δομές Χρήστος Ξενάκης Το σύνολο των ακεραίων Ζ = {..., -2, -1, 0, 1, 2,...} Το σύνολο των φυσικών Ν = {0, 1, 2,...}
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι Κωνσταντίνου Ελισάβετ ekonstantinou@aegean.gr http://www.icsd.aegean.gr/ekonstantinou Ησυνάρτησηφ(.) του Euler Για κάθε ακέραιο n> 0, έστω φ(n) το πλήθος των ακεραίων στο διάστημα
Αριθμοθεωρητικοί Αλγόριθμοι
Αλγόριθμοι που επεξεργάζονται μεγάλους ακέραιους αριθμούς Μέγεθος εισόδου: Αριθμός bits που απαιτούνται για την αναπαράσταση των ακεραίων. Έστω ότι ένας αλγόριθμος λαμβάνει ως είσοδο έναν ακέραιο Ο αλγόριθμος
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι Κωνσταντίνου Ελισάβετ ekonstantinou@aegean.gr http://www.icsd.aegean.gr/ekonstantinou Η συνάρτηση φ(.) του Euler Για κάθε ακέραιο n > 0, έστω φ(n) το πλήθος των ακεραίων στο
a = a a Z n. a = a mod n.
Αλγεβρα Ι Χειμερινο Εξαμηνο 2017 18 Διάλεξη 1 Ενότητα 1. Πράξεις: Πράξεις στο σύνολο S, ο πίνακας της πράξης, αντιμεταθετικές πράξεις. Προσεταιριστικές πράξεις, το στοιχείο a 1 a 2 a n. Η πράξη «σύνθεση
Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Σημειώσεις Διαλέξεων Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία Επιμέλεια σημειώσεων: Καλογερόπουλος Παναγιώτης
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι Κωνσταντίνου Ελισάβετ ekonstantinou@aegean.gr http://www.icsd.aegean.gr/ekonstantinou Ασύμμετρα Κρυπτοσυστήματα κλειδί κρυπτογράφησης k1 Αρχικό κείμενο (m) (δημόσιο κλειδί) Αλγόριθμος
KΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ. { 1,2,3,..., n,...
KΕΦΑΛΑΙΟ ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Βασικές έννοιες διαιρετότητας Θα συµβολίζουµε µε, τα σύνολα των φυσικών αριθµών και των ακεραίων αντιστοίχως: {,,3,,, } { 0,,,,, } = = ± ± ± Ορισµός Ένας φυσικός αριθµός
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά Ενότητα 11: Αριθμητική υπολοίπων-δυνάμεις Στεφανίδης Γεώργιος Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά Ενότητα 10: Αριθμητική υπολοίπων - Κυκλικές ομάδες: Διαιρετότητα - Ευκλείδειος αλγόριθμος - Κατάλοιπα Στεφανίδης Γεώργιος Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται
s G 1 ). = R, Z 2 Z 3 = Z6. s, t G) s t = st. 1. H = G 4. [G : H] = a G ah = Ha.
![s G 1 ). = R, Z 2 Z 3 = Z6. s, t G) s t = st. 1. H = G 4. [G : H] = a G ah = Ha.](/thumbs/91/107730007.jpg "s G 1 ). = R, Z 2 Z 3 = Z6. s, t G) s t = st. 1. H = G 4. [G : H] = a G ah = Ha.")
Αλγεβρα ΙΙ Εαρινο Εξαμηνο 2017 18 Διάλεξη 1 Ενότητα 1. Ομάδες-Πηλίκο: Κρατήσαμε σταθερή μια ομάδα G με ταυτοτικό το ι και μια υποομάδα H της G. Συμβολίσαμε με G 1 το G/H (το σύνολο των αριστερών συμπλόκων
2.1 Διαιρετότητα, ισοϋπόλοιποι αριθμοί. q Z, a = b q + r.
Κεφάλαιο 2 Θεωρία Αριθμών Κύριες βιβλιογραφικές αναφορές για αυτό το Κεφάλαιο είναι οι Hardy and Wright 1979 και Graham, Knuth, and Patashnik 1994. 2.1 Διαιρετότητα, ισοϋπόλοιποι αριθμοί Θεώρημα 2.1 Αν
a b b < a > < b > < a >.
Θεωρια Δακτυλιων και Modules Εαρινο Εξαμηνο 2016 17 Διάλεξη 1 Ενότητα 1. Επανάληψη: Προσθετικές ομάδες, δακτύλιοι, αντιμεταθετικοί δακτύλιοι, δακτύλιοι με μοναδιαίο στοιχείο, παραδείγματα. Συμφωνήσαμε
Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Σημειώσεις Διαλέξεων Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία Επιμέλεια σημειώσεων: Ζωή Παρασκευοπούλου Νίκος
2 ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΔΟΜΕΣ
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ ΑΛΓΕΒΡΙΚΕΣ ΔΟΜΕΣ Η θεωρία αριθμών και οι αλγεβρικές δομές τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην κρυπτολογία. Αριθμο-θεωρητικοί αλγόριθμοι χρησιμοποιούνται σήμερα
Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά
Διακριτά Μαθηματικά ΙΙ Χρήστος Νομικός Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2018 Χρήστος Νομικός ( Τμήμα Μηχανικών Η/Υ Διακριτά και Πληροφορικής Μαθηματικά Πανεπιστήμιο ΙΙ Ιωαννίνων
Κρυπτοσύστημα RSA (Rivest, Shamir, Adlemann, 1977) Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία
Υπολογιστική Θεωρία Αριθμών και Κρυπτογραφία Κρυπτογραφία Δημοσίου Κλειδιού Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Κρυπτοσύστημα
Κρυπτογραφία Δημοσίου Κλειδιού
Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών και Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία Κρυπτογραφία Δημοσίου Κλειδιού Άρης Παγουρτζής Στάθης Ζάχος Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών - Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικού Mετσόβιου Πολυτεχνείου
Κεφάλαιο 1 Πρότυπα. Στο κεφάλαιο αυτό εισάγουμε την έννοια του προτύπου πάνω από δακτύλιο.
Κεφάλαιο Πρότυπα Στο κεφάλαιο αυτό εισάγουμε την έννοια του προτύπου πάνω από δακτύλιο Ορισμοί και Παραδείγματα Παραδοχές Στo βιβλίο αυτό θα κάνουμε τις εξής παραδοχές Χρησιμοποιούμε προσθετικό συμβολισμό
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Πληροφορικής ΠΜΣ στα Πληροφοριακά Συστήματα Κρυπτογραφία και Εφαρμογές Διαλέξεις Ακ.
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Πληροφορικής ΠΜΣ στα Πληροφοριακά Συστήματα Κρυπτογραφία και Εφαρμογές Διαλέξεις Ακ. Έτους 2011-2012 Μαριάς Ιωάννης Μαρκάκης Ευάγγελος marias@aueb.gr markakis@gmail.com
G 1 = G/H. I 3 = {f R : f(1) = 2f(2) ή f(1) = 3f(2)}. I 5 = {f R : f(1) = 0}.
Αλγεβρα ΙΙ, Εαρινο Εξαμηνο 2017 18 Ασκησεις που συζητηθηκαν στο φροντιστηριο Φροντιστήριο 1. 1. Δίνεται η ομάδα G = Z 4 Z 8, το στοιχείο a = (1, 2) της G, και η υποομάδα H =< a > της G. Εστω G 1 = G/H.
Δακτύλιοι και Πρότυπα Ασκήσεις 2. όπου a (4 i) (1 2 i), b i. Στη συνέχεια βρείτε κάθε τέτοιο d. b. Δείξτε ότι [ i] (4 i)
![Δακτύλιοι και Πρότυπα Ασκήσεις 2. όπου a (4 i) (1 2 i), b i. Στη συνέχεια βρείτε κάθε τέτοιο d. b. Δείξτε ότι [ i] (4 i)](/thumbs/62/47831736.jpg "Δακτύλιοι και Πρότυπα Ασκήσεις 2. όπου a (4 i) (1 2 i), b i. Στη συνέχεια βρείτε κάθε τέτοιο d. b. Δείξτε ότι [ i] (4 i)")
6 Δακτύλιοι και Πρότυπα 016-17 Ασκήσεις Η ύλη των ασκήσεων αυτών είναι η Ενότητα, Περιοχές κυρίων ιδεωδών. 1. Θεωρούμε το δακτύλιο [ i]. a. Βρείτε ένα d [ i] με ( a, b) d, όπου a (4 i) (1 i), b 16 1 i.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Πρότυπα. x y x z για κάθε x, y, R με την ιδιότητα 1R. x για κάθε x R, iii) υπάρχει στοιχείο 1 R. ii) ( x y) z x ( y z)
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Πρότυπα Στο κεφάλαιο αυτό θα υπενθυμίσουμε τις βασικές έννοιες που αφορούν πρότυπα πάνω από ένα δακτύλιο Θα περιοριστούμε στα πλέον απαραίτητα για αυτά που ακολουθούν στα άλλα κεφάλαια Η κατευθυντήρια
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Πληροφορικής ΠΜΣ στα Πληροφοριακά Συστήματα Κρυπτογραφία και Εφαρμογές Διαλέξεις Ακ.
Οικονομικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Πληροφορικής ΠΜΣ στα Πληροφοριακά Συστήματα Κρυπτογραφία και Εφαρμογές Διαλέξεις Ακ. Έτους 2015-2016 Μαρκάκης Ευάγγελος markakis@aueb.gr Ντούσκας Θεόδωρος tntouskas@aueb.gr
Α Δ Ι. Παρασκευή 15 Νοεμβρίου Ασκηση 1. Να ευρεθεί η τάξη τού στοιχείου a τής ομάδας (G, ), όπου. (4) a = ( 1 + i 3)/2, (G, ) = (C, ),
Α Δ Ι Α - Φ 4 Δ : Ν. Μαρμαρίδης - Α. Μπεληγιάννης Ι Μ : http://users.uoi.gr/abeligia/algebraicstructuresi/asi2013/asi2013.html, https://sites.google.com/site/maths4edu/home/algdom114 Παρασκευή 15 Νοεμβρίου
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Ημιαπλοί Δακτύλιοι
ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Ημιαπλοί Δακτύλιοι Είδαμε στο κύριο θεώρημα του προηγούμενου κεφαλαίου ότι κάθε δακτύλιος διαίρεσης έχει την ιδιότητα κάθε πρότυπο είναι ευθύ άθροισμα απλών προτύπων Εδώ θα χαρακτηρίσουμε όλους
Ε Μέχρι 18 Μαΐου 2015.
Ε Μέχρι 18 Μαΐου 2015. 1 Αντικείμενα: δακτύλιοι Fraleigh, 4.1. Ορισμός έννοιας «δακτυλίου». Χαρακτηρισμοί δακτυλίων και στοιχείων αυτών: Δακτύλιος R Στοιχεία δακτυλίου R / (= δεν έχει μηδενοδιαιρέτες άρα
ιαιρετότητα Στοιχεία Θεωρίας Αριθµών «Ο Αλγόριθµος της ιαίρεσης» Αριθµητική Υπολοίπων 0 r < d και a = d q +r
ιαιρετότητα Στοιχεία Θεωρίας Αριθµών ο a διαιρεί τον b: συµβολισµός: a b Ορέστης Τελέλης telelis@unipi.gr Τµήµα Ψηφιακών Συστηµάτων, Πανεπιστήµιο Πειραιώς a b και a c a (b + c) a b a bc, για κάθε c Z +
Θεωρία Galois. Πρόχειρες σημειώσεις (εκδοχή )
Θεωρία Galos Πρόχειρες σημειώσεις 0- (εκδοχή -7-0) Περιεχόμενα 0 Υπενθυμίσεις και συμπληρώματα Ανάγωγα πολυώνυμα Ανάγωγα πολυώνυμα και σώματα Χαρακτηριστική σώματος Απλές ρίζες πολυωνύμων Ασκήσεις 0 Επεκτάσεις
Αλγεβρικές Δομές Ι. 1 Ομάδα I
Αλγεβρικές Δομές Ι 1 Ομάδα I Ά σ κ η σ η 1.1 Έστω G μια προσθετική ομάδα S ένα μη κενό σύνολο και M(S G το σύνολο όλων των συναρτήσεων f : S G. Δείξτε ότι το σύνολο M(S G είναι ομάδα με πράξη την πρόσθεση
Πεπερασμένα σώματα και Κρυπτογραφία Σύμφωνα με τις παραδόσεις του Α. Κοντογεώργη. Τσουκνίδας Ι.
Πεπερασμένα σώματα και Κρυπτογραφία Σύμφωνα με τις παραδόσεις του Α. Κοντογεώργη Τσουκνίδας Ι. 2 Περιεχόμενα 1 Εισαγωγή στα πεπερασμένα σώματα 5 1.1 Μάθημα 1..................................... 5 1.1.1
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Εφαρμογή: Το θεώρημα του Burnside
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: Εφαρμογή: Το θεώρημα του Bursde a b Θα αποδείξουμε εδώ ότι κάθε ομάδα τάξης pq ( p, q πρώτοι) είναι επιλύσιμη Το θεώρημα αυτό αποδείχτηκε από τον Bursde το 904 ο οποίος χρησιμοποίησε τη νέα
Δακτύλιοι και Πρότυπα Ασκήσεις 6. Η ύλη των ασκήσεων αυτών είναι η Ενότητα6, Εφαρμογές Θεωρημάτων Δομής στη Γραμμική Αλγεβρα.
Δακτύλιοι και Πρότυπα 0-7 Ασκήσεις Η ύλη των ασκήσεων αυτών είναι η Ενότητα, Εφαρμογές Θεωρημάτων Δομής στη Γραμμική Αλγεβρα Βρείτε τη ρητή κανονική μορφή και μια κανονική μορφή Jorda του M( ) 0 0 Έστω
Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/ / 13
Γραμμική Άλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπιστήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/2014 1 / 13 Εισαγωγή Τι έχουμε μάθει; Στο πρώτο μάθημα Γραμμικής Άλγεβρας
β) 3 n < n!, n > 6 i i! = (n + 1)! 1, n 1 i=1
Κεφάλαιο 2: Στοιχεία Λογικής - Μέθοδοι Απόδειξης 1. Να αποδειχθεί ότι οι λογικοί τύποι: (p ( (( p) q))) (p q) και p είναι λογικά ισοδύναμοι. Θέλουμε να αποδείξουμε ότι: (p ( (( p) q))) (p q) p, ή με άλλα
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά Ενότητα 9: Εσωτερική πράξη και κλάσεις ισοδυναμίας - Δομές Ισομορφισμοί Στεφανίδης Γεώργιος Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative
bca = e. H 1j = G 2 H 5j = {f G j : f(0) = 1}
Αλγεβρα Ι, Χειμερινο Εξαμηνο 2017 18 Ασκησεις που συζητηθηκαν στο φροντιστηριο Το [Α] συμβολίζει το φυλλάδιο ασκήσεων που θα βρείτε στην ιστοσελίδα του μαθήματος επιλέγοντας «Άλλες Ασκήσεις». 1. Πόσες
τη µέθοδο της µαθηµατικής επαγωγής για να αποδείξουµε τη Ϲητούµενη ισότητα.
Αριστοτελειο Πανεπιστηµιο Θεσσαλονικης Τµηµα Μαθηµατικων Εισαγωγή στην Αλγεβρα Τελική Εξέταση 15 Φεβρουαρίου 2017 1. (Οµάδα Α) Εστω η ακολουθία Fibonacci F 1 = 1, F 2 = 1 και F n = F n 1 + F n 2, για n
Ε Μέχρι 31 Μαρτίου 2015.
Ε Μέχρι 31 Μαρτίου 2015. 1 Αντικείμενα: δακτύλιοι Fraleigh, 4.1. Ορισμός έννοιας «δακτυλίου». Χαρακτηρισμοί δακτυλίων και στοιχείων αυτών: Δακτύλιος R Στοιχεία δακτυλίου R / (= δεν έχει μηδενοδιαιρέτες
Βασική Άλγεβρα. Ασκήσεις (εκδοχή )
Βασική Άλγεβρα Ασκήσεις 0-4 (εκδοχή 5--04) Βασική Άλγεβρα Ασκήσεις Υποδείξεις/Απαντήσεις Περιεχόµενα σελίδα Ασκήσεις ιαιρετότητα στους ακέραιους, ισοτιµίες Ασκήσεις Ακέραιοι odulo, Θεώρηµα του Euler 7
Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 5
Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 5 ιδασκοντες: Ν. Μαρµαρίδης - Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uoi.gr/abeligia/algebraicstructuresi/asi.html Παρασκευή 16 & Τετάρτη 21 Νοεµβρίου
Βασική Άλγεβρα. Ασκήσεις (εκδοχή )
Βασική Άλγεβρα Ασκήσεις 05-6 (εκδοχή 8--05) Βασική Άλγεβρα Ασκήσεις Υποδείξεις/Απαντήσεις Περιεχόμενα σελίδα Ασκήσεις Διαιρετότητα στους ακέραιους, ισοτιμίες Ασκήσεις Ακέραιοι odulo, Θεώρημα του Euler
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις Επαναληψης
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις Επαναληψης ιδασκοντες: Α. Μπεληγιάννης - Σ. Παπαδάκης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uoi.gr/abeligia/numbertheory/nt.html Τετάρτη 22 Μαΐου 2013 Ασκηση 1. (1) Να λυθεί η γραµµική
Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης. Οταν το πρόβλημα έχει πεπερασμ
Μαθηματικά Πληροφορικής 2ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης.
Κεφάλαιο 2. Παραγοντοποίηση σε Ακέραιες Περιοχές
Κεφάλαιο Παραγοντοποίηση σε Ακέραιες Περιοχές Γνωρίζουµε ότι στο Ÿ κάθε στοιχείο εκτός από το 0 και τα ± γράφεται ως γινόµενο πρώτων αριθµών κατά τρόπο ουσιαστικά µοναδικό Από τη Βασική Άλγεβρα ξέρουµε
Μορφές αποδείξεων. Μαθηματικά Πληροφορικής 2ο Μάθημα. Μορφές αποδείξεων (συνέχεια) Εξαντλητική μέθοδος
Μορφές αποδείξεων Μαθηματικά Πληροφορικής ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης.
G = a. H = g n. a m = a nq+r = a nq a r = (a n ) q a r = a r = (a n ) q a m. h = a m = a nq = (a n ) q a n
236 5. Ταξινόµηση Κυκλικών Οµάδων και των Υποοµάδων τους Στην παρούσα ενότητα ϑα ταξινοµήσουµε τις κυκλικές οµάδες, τις υποοµάδες τους, και τους γεννήτο- ϱές τους. Οι ταξινοµήσεις αυτές ϑα ϐασιστούν στην
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Ριζικό του Jacobson
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Ριζικό του Jacobso Στο κεφάλαιο αυτό μελετάμε δακτυλίους του Art χρησιμοποιώντας το ριζικό του Jacobso. Ως εφαρμογή αποδεικνύουμε ότι κάθε δακτύλιος του Art είναι και της Noether. 4.1. Δακτύλιοι
f(t) = (1 t)a + tb. f(n) =
Παράρτημα Αʹ Αριθμήσιμα και υπεραριθμήσιμα σύνολα Αʹ1 Ισοπληθικά σύνολα Ορισμός Αʹ11 (ισοπληθικότητα) Εστω A, B δύο μη κενά σύνολα Τα A, B λέγονται ισοπληθικά αν υπάρχει μια συνάρτηση f : A B, η οποία
Οι Φυσικοί Αριθμοί. Παρατήρηση: Δεν στρογγυλοποιούνται αριθμοί τηλεφώνων, Α.Φ.Μ., κωδικοί αριθμοί κλπ. Πρόσθεση Φυσικών αριθμών
Οι Φυσικοί Αριθμοί Γνωρίζουμε ότι οι αριθμοί είναι ποσοτικές έννοιες και για να τους γράψουμε χρησιμοποιούμε τα αριθμητικά σύμβολα. Οι αριθμοί μετρούν συγκεκριμένα πράγματα και φανερώνουν το πλήθος της
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά Ενότητα 8: Σχέσεις - Πράξεις Δομές Στεφανίδης Γεώργιος Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό,
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Αʹ. Στοιχεία από την Άλγεβρα
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Αʹ Στοιχεία από την Άλγεβρα Στο Παράρτημα αυτό, το οποίο παρατίθεται για να συμβάλει στην αυτοδυναμία του βιβλίου, ο αναγνώστης θα μπορεί να προστρέχει για αρωγή σε έννοιες και αποτελέσματα που
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Ασκησεις Επαναληψης. ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος :
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Τµηµα Β Ασκησεις Επαναληψης ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uoi.gr/abeligia/numbertheory/nt015/nt015.html Τρίτη Ιουνίου 015 Ασκηση 1. (1) Να λυθεί η γραµµική
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Συνθήκες Αλυσίδων
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Συνθήκες Αλυσίδων Μελετάμε εδώ τη συνθήκη της αύξουσας αλυσίδας υποπροτύπων και τη συνθήκη της φθίνουσας αλυσίδας υποπροτύπων Αυτές συνδέονται μεταξύ τους με την έννοια της συνθετικής σειράς
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Ασκησεις - Επανάληψης. ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος :
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Τµηµα Β Ασκησεις - Επανάληψης ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uoi.gr/abeligia/numbertheory/nt015b/nt015b.html Πέµπτη 1 Ιανουαρίου 016 Ασκηση 1. (1) Να λυθεί
Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης. Οταν το πρόβλημα έχει πεπερασμ
Μαθηματικά Πληροφορικής 4ο Μάθημα Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Πανεπιστήμιο Αθηνών Μορφές αποδείξεων Υπάρχουν πολλά είδη αποδείξεων. Εδώ θα δούμε τα πιο κοινά: Εξαντλητική μέθοδος ή μέθοδος επισκόπησης.
Υπολογιστικά Προβλήματα και Αλγόριθμοι στην Κρυπτογραφία
Κεφάλαιο 4 Υπολογιστικά Προβλήματα και Αλγόριθμοι στην Κρυπτογραφία Στο κεφάλαιο αυτό θα περιγράψουμε βασικούς αλγόριθμους που σχετίζονται με έννοιες της Θεωρίας Αριθμών και έχουν άμεση εφαρμογή στην κρυπτογραφία.
Κρυπτογραφία. Κεφάλαιο 4 Αλγόριθμοι Δημοσίου Κλειδιού (ή ασύμμετροι αλγόριθμοι)
Κρυπτογραφία Κεφάλαιο 4 Αλγόριθμοι Δημοσίου Κλειδιού (ή ασύμμετροι αλγόριθμοι) Κρυπτοσυστήματα Δημοσίου κλειδιού Αποστολέας P Encryption C Decryption P Παραλήπτης Προτάθηκαν το 1976 Κάθε συμμετέχων στο
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 7
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Ασκησεις - Φυλλαδιο 7 ιδασκοντες: Ν. Μαρµαρίδης - Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uo.gr/abelga/numbertheory/nt2014/nt2014.html https://stes.google.com/ste/maths4edu/home/14
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι
Εφαρμοσμένη Κρυπτογραφία Ι Κωνσταντίνου Ελισάβετ ekonstantinou@aegean.gr http://www.icsd.aegean.gr/ekonstantinou Ιστορία Ασύμμετρης Κρυπτογραφίας Η αρχή έγινε το 1976 με την εργασία των Diffie-Hellman
Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών
Ε Μ Π Σ Ε Μ & Φ Ε Σημειώσεις Διαλέξεων Στοιχεία Θεωρίας Αριθμών & Εφαρμογές στην Κρυπτογραφία Επιμέλεια σημειώσεων: Κωστής Γ Διδάσκοντες: Στάθης Ζ Άρης Π 9 Δεκεμβρίου 2011 1 Πιθανές Επιθέσεις στο RSA Υπενθύμιση
Αριθµοθεωρητικοί Αλγόριθµοι και το. To Κρυπτοσύστηµα RSA
Αριθµοθεωρητικοί Αλγόριθµοι και το Κρυπτοσύστηµα RSA Στην ενότητα αυτή θα µελετηθούν τα εξής θέµατα: Υπολογισµός Μέγιστου Κοινού ιαιρέτη Αλγόριθµος του Ευκλείδη Κλάσεις Ισοδυναµίας και Αριθµητική modulo
Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης
Τίτλος Μαθήματος: Αλγεβρικές Δομές Ι Ενότητα: Ταξινόµηση Κυκλικών Οµάδων και των Υποοµάδων τους Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης Τμήμα: Μαθηματικών 236 5. Ταξινόµηση
(a + b) + c = a + (b + c), (ab)c = a(bc) a + b = b + a, ab = ba. a(b + c) = ab + ac
Σημειώσεις μαθήματος Μ1212 Γραμμική Άλγεβρα ΙΙ Χρήστος Κουρουνιώτης ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ 2014 Κεφάλαιο 1 Διανυσματικοί Χώροι Στο εισαγωγικό μάθημα Γραμμικής Άλγεβρας ξεκινήσαμε μελετώντας
Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Ομάδων. Ενότητα: Θεωρία Sylow. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών
Τίτλος Μαθήματος: Θεωρία Ομάδων Ενότητα: Θεωρία Sylow Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης Τμήμα: Μαθηματικών Κεφάλαιο 2 Θεωρία Sylow 21 Τα Θεωρήματα Sylow Ορισμός 211 Μια ομάδα (G, ) τάξης p α, όπου
Θεμελιώδη Θέματα Επιστήμης Υπολογιστών
Θεμελιώδη Θέματα Επιστήμης Υπολογιστών 5ο εξάμηνοσεμφε 2η ενότητα: Αλγοριθμικές τεχνικές, αριθμητικοί υπολογισμοί Διδάσκοντες Θεωρία: Στάθης Ζάχος, Άρης Παγουρτζής Εργαστήριο: Δώρα Σούλιου Βοηθός διδασκαλίας:
ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ
Διαιρετότητα Μαθαίνω Πολλαπλάσια ενός φυσικού αριθμού α είναι όλοι οι αριθμοί που προκύπτουν από τον πολλαπλασιασμό του με όλους τους φυσικούς αριθμούς, δηλαδή οι αριθμοί: 0, α, 2 α, 3 α, 4 α,... Το μηδέν
Ο μαθητής που έχει μελετήσει το κεφάλαιο της θεωρίας αριθμών θα πρέπει να είναι σε θέση:
Ο μαθητής που έχει μελετήσει το κεφάλαιο της θεωρίας αριθμών θα πρέπει να είναι σε θέση: Να γνωρίζει: την αποδεικτική μέθοδο της μαθηματικής επαγωγής για την οποία πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η αλήθεια
11. Ποιες είναι οι άμεσες συνέπειες της διαίρεσης;
10. Τι ονομάζουμε Ευκλείδεια διαίρεση και τέλεια διαίρεση; Όταν δοθούν δύο φυσικοί αριθμοί Δ και δ, τότε υπάρχουν δύο άλλοι φυσικοί αριθμοί π και υ, έτσι ώστε να ισχύει: Δ = δ π + υ. Ο αριθμός Δ λέγεται
F 5 = (F n, F n+1 ) = 1.
Λύσεις Θεμάτων Θεωρίας Αριθμών 1. (α) Να δειχθεί ότι ο πέμπτος αριθμός της μορφής Fermat, δηλαδή ο F 5 2 25 + 1 διαιρείται από το 641. (β) Εστω F n η ακολουθία των αριθμών Fermat, δηλαδή F n 2 2n + 1,
f(n) = a n f(n + m) = a n+m = a n a m = f(n)f(m) f(a n ) = b n f : G 1 G 2, f(a n a m ) = f(a n+m ) = b n+m = b n b m = f(a n )f(a m )
302 14. Ταξινόµηση Κυκλικών Οµάδων και Οµάδες Αυτοµορφισµών Στην παρούσα ενότητα ϑα ταξινοµήσουµε τις κυκλικές οµάδες ως προς τη σχέση ισοµορφίας. Ε- πίσης ϑα αποδείξουµε ένα σηµαντικό κριτήριο ισοµορφίας
ΕΥΡΕΣΗ ΜΕΓΙΣΤΟΥ ΚΟΙΝΟΥ ΔΙΑΙΡΕΤΗ
ΕΥΡΕΣΗ ΜΕΓΙΣΤΟΥ ΚΟΙΝΟΥ ΔΙΑΙΡΕΤΗ Το πρόβλημα: Δεδομένα: δύο ακέραιοι a και b Ζητούμενο: ο μέγιστος ακέραιος που διαιρεί και τους δύο δοσμένους αριθμούς, γνωστός ως Μέγιστος Κοινός Διαιρέτης τους (Greatest
Basik 'Algebra Tm ma Majhmatik n Panepist mio Ajhn n Aj na 2013
Basik 'Algebra Tm ma Majhmatik n Panepist mio Ajhn n Aj na 2013 Perieqìmena 1 Ακέραιοι 1 1.1 Διαιρετότητα.................................. 1 1.2 Ισοτιμίες..................................... 10 1.3
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Κεντρικές Απλές Άλγεβρες
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Κεντρικές Απλές Άλγεβρες Χρησιμοποιώντας τανυστικά γινόμενα και εφαρμόζοντας το θεώρημα των Wedderbur-Art ( 33) θα αποδείξουμε δύο θεμελιώδη θεωρήματα που αφορούν κεντρικές απλές άλγεβρες *
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά
Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά Ενότητα 1: Εισαγωγή- Χαρακτηριστικά Παραδείγματα Αλγορίθμων Στεφανίδης Γεώργιος Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons.
Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 4 1 2
Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 4 1 2 ιδασκοντες: Ν. Μαρµαρίδης - Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uoi.gr/abeligia/algebraicstructuresi/asi.html Πέµπτη 27 εκεµβρίου 2012 Ασκηση
b. Για κάθε θετικό ακέραιο m και για κάθε A. , υπάρχουν άπειρα το πλήθος πολυώνυμα ( x) [ x] m και ( A) 0.
![b. Για κάθε θετικό ακέραιο m και για κάθε A. , υπάρχουν άπειρα το πλήθος πολυώνυμα ( x) [ x] m και ( A) 0.](/thumbs/63/49387122.jpg "b. Για κάθε θετικό ακέραιο m και για κάθε A. , υπάρχουν άπειρα το πλήθος πολυώνυμα ( x) [ x] m και ( A) 0.")
Ασκήσεις4 46 Ασκήσεις 4 Τριγωνίσιμες γραμμικές απεικονίσεις, Θεώρημα των Cayley-Hamilton Βασικά σημεία Ορισμός τριγωνίσιμου πίνακα, ορισμός τριγωνίσιμης γραμμικής απεικόνισης Κριτήριο τριγωνισιμότητας
Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι αληθείς; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.
Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι αληθείς; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 1. Κάθε πολυώνυμο ανάγωγο επί του Z είναι ανάγωγο επί του Q. Σωστό. 2. Κάθε πολυώνυμο ανάγωγο επί του Q είναι ανάγωγο επί
Το Θεώρημα CHEVALLEY-WARNING
Το Θεώρημα CHEVALLEY-WARNING Ανθή Ζερβού Διδάσκων: Ιωάννης Αντωνιάδης 3/02/2015 1 ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΑ Ορισμός. Εστω Κ σώμα. Χαρακτηριστική του Κ, συμβολίζεται ch(k), είναι ο ελάχιστος φυσικός αριθμός n
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ. Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 7
ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Τµηµα Β Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 7 ιδασκων: Α. Μπεληγιάννης Ιστοσελιδα Μαθηµατος : http://users.uo.gr/abelga/numbertheory/nt2016/nt2016.html Πέµπτη 7 εκεµβρίου 2016 Ασκηση 1. Για κάθε
Υπολογισμός της δύναμης z=x b modn
Υπολογισμός της δύναμης z=x b modn 1.Γράφουμε τον εκθέτη b στο δυαδικό σύστημα αρίθμησης i b = b i όπου i= 0 bi {0,1} I==0,1,,l-1.Εφαρμόζουμε έπειτα τον εξής αλγόριθμο: z=1 for I=l-1 downto 0 do z=z modn
Μεταθέσεις και πίνακες μεταθέσεων
Παράρτημα Α Μεταθέσεις και πίνακες μεταθέσεων Το παρόν παράρτημα βασίζεται στις σελίδες 671 8 του βιβλίου: Γ. Χ. Ψαλτάκης, Κβαντικά Συστήματα Πολλών Σωματιδίων (Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο,
1.3 Ιδεώδη και Περιοχές κυρίων Ιδεωδών 1.3. Ι Π Ι. Για το σύμβολο δεχόμαστε ότι n N {0}, < n καθώς και ότι:
13 Ι Π Ι Για το σύμβολο δεχόμαστε ότι n N {0}, < n καθώς και ότι: n N {0}, ( ) + n = = n + ( ) και ( ) + ( ) = (**) Ονομάζουμε επικεφαλής συντελεστή ενός μη μηδενικού πολυωνύμου f, τον συντελεστή f(i)
Παραγωγή μεγάλων πρώτων αριθμών
Παραγωγή μεγάλων πρώτων αριθμών Πώς υπολογίζουμε μεγάλους πρώτους αριθμούς? Μεγάλοι πρώτοι αριθμοί χρειάζονται στην πλειοψηφία των αλγορίθμων Δημοσίου κλειδιού Γιαναεξετάσεικανείςανέναςαριθμόςn είναι πρώτος,
ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΑΝΔΡΕΣΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΝΟΤΗΤΑ Α.1.2. ΠΡΑΞΕΙΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ
ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΝΟΤΗΤΑ Α.1.2. ΠΡΑΞΕΙΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ / / ΠΡΟΣΘΕΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ 12+ 7 = 19 Οι αριθμοί 12 και 7 ονομάζονται ενώ το 19 ονομάζεται.. 3+5 =, 5+3 =...
4.2 ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΔΙΑΙΡΕΣΗ
14 4 ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΔΙΑΙΡΕΣΗ Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να βρούμε το πηλίκο και το υπόλοιπο της διαίρεσης του με τον Σύμφωνα με το γνωστό αλγόριθμο της διαίρεσης, το πηλίκο θα είναι ένας ακέραιος κ, τέτοιος,