MA2047 Algebra och diskret matematik

Relevanta dokument
MA2047 Algebra och diskret matematik

NÅGOT OM KRYPTERING. Kapitel 1

Grupper och RSA-kryptering

Några satser ur talteorin

RSA-kryptering och primalitetstest

Kapitel 2: De hela talen

MA2047 Algebra och diskret matematik

RSA-kryptografi för gymnasiet. Jonas Gustafsson & Isac Olofsson

3. Bestäm med hjälpa av Euklides algoritm största gemensamma delaren till

Sats 2.1 (Kinesiska restsatsen) Låt n och m vara relativt prima heltal samt a och b två godtyckliga heltal. Då har ekvationssystemet

Primtal, faktorisering och RSA

18 juni 2007, 240 minuter Inga hjälpmedel, förutom skrivmateriel. Betygsgränser: 15p. för Godkänd, 24p. för Väl Godkänd (av maximalt 36p.

MA2047 Algebra och diskret matematik

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Sammanfattning, del II

Algebra II. Isac Hedén och Johan Björklund

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

Krypteringens historia och användningsområden

σ 1 = (531)(64782), τ 1 = (18)(27)(36)(45), τ 1 σ 1 = (423871)(56).

Hemligheternas Matematik

Lösningar för tenta i TMV200 Diskret matematik kl. 14:00 18: Svar: Ja, det gäller, vilket kan visas på flera sätt (se nedan).

IX Diskret matematik

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 5

10! = =

Algebra och talteori MMGL31. Repetition. Idag. Föreläsning 9 VT FLS och primtalstestning. Carmichaeltal. Rabin-Miller test.

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 22 augusti, 2001

Övning 6 - Tillämpad datalogi 2012

1. (3p) Ett RSA-krypto har parametrarna n = 77 och e = 37. Dekryptera meddelandet 3, dvs bestäm D(3). 60 = = =

Offentlig kryptering

Övning 6. Komprimering, kryptering, dokumentering & testning

x 23 + y 160 = 1, 2 23 = ,

MA2047 Algebra och diskret matematik

, S(6, 2). = = = =

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Algebra och Diskret Matematik A (svenska)

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik II

Algebra och kryptografi Facit till udda uppgifter

Utdrag från Verklighetens Kvadratrötter: Sida 1 en bok om matematikens användningsområden skriven av Marcus Näslund. Mer info:

Vi börjar med en viktig definition som inte finns i avsnitt 3.4 i [EG], den formella definitionen av kongruens modulo n:

MA2047 Algebra och diskret matematik

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF1610 Diskret Matematik för CINTE 30 maj 2018, kl

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Appendix, del II

Krypteringteknologier. Sidorna ( ) i boken

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE, CL2 och Media 1, SF1610 och 5B1118, onsdagen den 17 augusti 2011, kl

Relationer. 1. Relationer. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Erik Melin. Specialkursen HT07 23 oktober 2007

Övningshäfte 6: 2. Alla formler är inte oberoende av varandra. Försök att härleda ett par av de formler du fann ur några av de övriga.

1. (3p) Ett RSA-krypto har de offentliga nycklarna n = 33 och e = 7. Dekryptera meddelandet 5. a b c d e. a a b c d e

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Läsanvisning till Discrete matematics av Norman Biggs - 5B1118 Diskret matematik

Matematikens Element. Vad är matematik. Är detta matematik? Anders Fällström Institutionen för matematik och matematisk statistik Umeå universitet

Diofantiska ekvationer

Hela tal LCB 1999/2000

MA2047 Algebra och diskret matematik

Objektorienterad Programkonstruktion. Föreläsning 16 8 feb 2016

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

Efternamn förnamn pnr programkod

TILLÄMPADE DISKRETA STRUKTURER. Juliusz Brzezinski och Jan Stevens

Lösning till tentamensskrivning på kursen Diskret Matematik, moment B, för D2 och F, SF1631 och SF1630, den 1 juni 2011 kl

Kryptografi - När är det säkert? Föreläsningens innehåll. Kryptografi - Kryptoanalys. Kryptering - Huvudsyfte. Kryptografi - Viktiga roller

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik, SF1610 och 5B1118, torsdagen den 21 oktober 2010, kl

Algebra I, 1MA004. Lektionsplanering

Den mest väsentliga skillnaden mellan

Grundfrågor för kryptosystem

MATEMATIK I SÄKERHETENS TJÄNST OM KODNING OCH KRYPTERING 1

Föreläsning 9: Talteori

MA2001 Envariabelanalys

Kinesiska restsatsen

SJÄLVSTÄNDIGA ARBETEN I MATEMATIK

Definition Låt n vara ett positivt heltal. Heltalen a och b sägs vara kongruenta modulo n om n är en faktor i a-b eller med andra ord om. n (a-b).

Lösningsförslag till Tentamen i 5B1118 Diskret matematik 5p 11 april, 2002

ALGEBRAISKA STRUKTURER. Juliusz Brzezinski

MA 11. Hur starkt de binder. 2 Reella tal 3 Slutledning 4 Logik 5 Mängdlära 6-7 Talteori 8 Diofantiska ekvationer 9 Fördjupning och kryptografi

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, m fl, SF1610, tisdagen den 2 juni 2015, kl

Lösningar för tenta i TMV200 Diskret matematik kl. 14:00 18:00

Delbarhet och primtal

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik II

MATEMATIK. Åk 1 Åk 2. Naturliga tal Naturliga tal Större än, mindre än, lika med

29 Det enda heltalet n som satisfierar båda dessa villkor är n = 55. För detta värde på n får vi x = 5, y = 5.

Talteori (OBS en del frågor gäller diofantiska ekvationer och de tas inte upp från och med hösten 2012)

Övningshäfte 3: Polynom och polynomekvationer

Matematik 3000 Diskret Matematik

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 2

Låt n vara ett heltal som är 2 eller större. Om a och b är två heltal så säger vi att. a b (mod n)

Ändliga kroppar. Anna Boman. U.U.D.M. Project Report 2016:12. Department of Mathematics Uppsala University

Rekursionsformler. Komplexa tal (repetition) Uppsala Universitet Matematiska institutionen Isac Hedén isac

Kryptering. Krypteringsmetoder

A B A B A B S S S S S F F S F S F S F F F F

Matematik med lite logik

Dagens föreläsning. Datasäkerhet. Tidig historik. Kryptografi

Grundläggande krypto och kryptering

Efternamn förnamn pnr årskurs

Hjalpmedel: Inga hjalpmedel ar tillatna pa tentamensskrivningen. 1. (3p) Los ekvationen 13x + 18 = 13 i ringen Z 64.

Gaussiska heltal. Maja Wallén. U.U.D.M. Project Report 2014:38. Department of Mathematics Uppsala University

EXAMENSARBETEN I MATEMATIK

Fermats lilla sats dess historia och några tillämpningar

Lösningar till Algebra och kombinatorik

RESTARITMETIKER. Avsnitt 4. När man adderar eller multiplicerar två tal som t ex

Efternamn förnamn pnr årskurs

a n = A2 n + B4 n. { 2 = A + B 6 = 2A + 4B, S(5, 2) = S(4, 1) + 2S(4, 2) = 1 + 2(S(3, 1) + 2S(3, 2)) = 3 + 4(S(2, 1) + 2S(2, 2)) = = 15.

MA2047 Algebra och diskret matematik

1. (a) Lös ekvationen (2p) ln(x) ln(x 3 ) = ln(x 6 ). (b) Lös olikheten. x 3 + x 2 + x 1 x 1

Transkript:

MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik Mikael Hindgren 19 september 2018

Exempel 1 Klockan är nu 8.00 Vad är klockan om 78 timmar? Vad var klockan för 53 timmar sedan? 8 + 78 = 86 = 3 24 + 14 Klockan är 14.00 kvot rest 8 53 = 45 = 2 24 + 3 Klockan var 03.00 kvot rest 86 och 14 har samma rest (14) vid division med 24 45 och 3 har samma rest (3) vid division med 24 Om vi bortser från multiplar av 24 vi kan alltså säga 86 = 14 45 = 3 Tiden på en klocka är resten vid heltalsdivision med 24 Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 2 / 16

Exempel 2 58 och 43 har samma rest vid division med 5: { 58 = 11 5 + 3 58 43 = 11 5 + 3 (8 5 + 3) 43 = 8 5 + 3 = 11 5 8 5 = (11 8) 5 5 (58 43) Vi skriver: 58 43 (mod 5) 58 är kongruent med 43 modulo 5 Definition 1 a, b, n Z, n 1 : a b (mod n) n (a b) Anm: I programmering: { 58 mod 5 = 3 58 div 5 = 11 Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 3 / 16

Definition 2 Två tal a och b tillhör samma ekvivalensklass om a b (mod n) dvs om de har samma rest vid division med n. Mängden av alla dessa ekvivalensklasser kallas heltalen modulo n och betecknas Z n = {[0] n, [1] n, [2] n,..., [n 1] n} Exempel 3 Ekvivalensklass [1] 3 kallas restklass 1 modulo 3 = Mängden av alla tal som vid division med 3 ger resten 1 = {a Z : a = 3n + 1, n Z} = {..., 5, 2, 1, 4, 7,...} [1] 3 Z 3 = {[0] 3, [1] 3, [2] 3 } Heltalen modulo 3 Exempel 4 Z 24 = {[0] 24, [1] 24, [2] 24, [3] 24,..., [23] 24 } [3] 24 = {a Z : a = 24n + 3, n Z} = {..., 45, 21, 3, 27, 51, 75,...} Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 4 / 16

Definition 3 Addition och multiplikation modulo n: [a] + [b] = [a + b], [a] [b] = [a b] Exempel 5 I Z 24 : I Z 10 : [8] + [78] = [8 + 78] = [86] = [14] 24 [8] [53] = [8 53] = [ 45] = [3] 24 [3] [5] = [3 5] = [15] = [5] 10 [2] [5] = [2 5] = [10] = [0] 10 [3] [7] = [3 7] = [21] = [1] 10 7 är den multiplikativa inversen till 3 modulo 10 3 7 1 (mod 10) Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 5 / 16

Exempel 6 Bestäm alla element i Z 5 som har multplikativ invers. Vi gör en multiplikationstabell i Z 5 = {[0] 5, [1] 5, [2] 5, [3] 5, [4] 5}: Identifiera ettorna i tabellen: 0 1 2 3 4 0 0 0 0 0 0 1 0 1 2 3 4 2 0 2 4 1 3 3 0 3 1 4 2 4 0 4 3 2 1 Elementen i Z 5 som har multiplikativ invers: [1] 5, [2] 5, [3] 5, [4] 5 Ex: [2] 5 [3] 5 = [1] 5 dvs [2] 5 är multiplikativ invers till [3] 5 och tvärt om Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 6 / 16

Exempel 7 5 (58 43) 5 6(58 43) = 6 58 6 43 6 58 6 43 (mod 5) Exempel 8 58 43 (mod 5) { 24 = 4 5 + 4 14 = 2 5 + 4 24 14 (mod 5) 1 5 (58 43) och 5 (24 14) 5 (58 43 + 24 14) 5 ((58 + 24) (43 + 14)) 58 + 24 43 + 14 (mod 5) 2 58 24 = (11 5 + 3)(4 5 + 4) = (...) 5 + 3 4 = (...) 5 + 12 = (... + 2) 5 + 2 43 14 = (8 5 + 3)(2 5 + 4) = (...) 5 + 3 4 = (...) 5 + 12 = (... + 2) 5 + 2 58 24 43 14 (mod 5) Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 7 / 16

Sats 1 Om n Z + så gäller: 1 x y (mod n) och c Z cx cy (mod n) 2 x 1 y 1 (mod n) och x 2 y 2 (mod n) a x 1 + x 2 y 1 + y 2 (mod n) b x 1 x 2 y 1 y 2 (mod n) Anm: Upprepad användning av Sats 1.2b ger x n y n (mod n) Exempel 9 Vilken rest erhålles då 627 423 + 355 divideras med 7? 627 = 89 7 + 4, 423 = 60 7 + 3, 355 = 50 7 + 5 627 4 (mod 7), 423 3 (mod 7), 355 5 (mod 7) Sats 1.2 ger nu: 627 423 + 355 4 3 + 5 = 12 + 5 = 17 = 2 7 + 3 3 (mod 7) Resten blir 3 Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 8 / 16

Exempel 10 Vilken rest erhålles då 68 45 divideras med 23? 68 = 3 23 1 68 1 (mod 23) Sats 1.2b 68 45 ( 1) 45 = 1 22 (mod 23) Resten blir 22 Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 9 / 16

Exempel 11 Vilken rest erhålles då 17 23 + 12 14 divideras med 5? 17 = 3 5 + 2, 12 = 2 5 + 2 Sats 1.2 ger: 17 23 2 23 (mod 5), 12 14 2 14 (mod 5) 17 23 + 12 14 2 23 + 2 14 = 4 11 2 + 4 7 = (5 1) 11 2 + (5 1) 7 = 2 5(...) + ( 1) 11 2 + 5(...) + ( 1) 7 = 5(...) 3 = 5(...) 5 + 2 = 5(...) + 2 2 (mod 5) Resten blir 2 Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 10 / 16

ISBN = International Standard Bok Number (ISBN10) a 1, a 2, a 3,..., a 10 siffrorna i ISBN a 10 väljs så att Om a 10 = 10 skrivs X a 1 + 2a 2 + 3a 3 + + 9a 9 + 10a 10 0 (mod 11) Ex: ISBN = 093603103a 10 a 10 välj så att 1 0 + 2 9 + 3 3 + + 9 3 + 10 a 10 = 103 + 10a 10 0 (mod 11) a 10 = 4 eftersom 11 103 + 40 = 143 Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 11 / 16

Test av ISBN detekterar fel om en enskild siffra är fel: Korrekt ISBN: a = a 1 + 2a 2 + 3a 3 + + ia i + + 10a 10 Fel ISBN: b = a 1 + 2a 2 + 3a 3 + + ib i + + 10a 10, b i a i b a = b i a i 0 0 a i, b i 9 b i a i 0 (mod 11) b a (mod 11) b 0 (mod 11) Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 12 / 16

RSA-kryptot Ronald L. Rivest, Adi Shamir och Leonard M. Adleman (1977) Assymetriskt krypto: Publik nyckel för kryptering Hemlig nyckel för avkryptering Säkerheten bygger på svårigheten att primtalsfaktorisera stora heltal Används av de flesta stora IT-företagen, myndigheter, banker,... Anses vara säkert Nackdel: Säkrare men långsammare än symmetriska krypto Kan användas i kombination med symmetriska krypto för snabb kryptering och säker nyckelöverföring: Meddelandet (stort) krypteras med symmetriskt krypto Nycklarna (små) krypteras med RSA Används ofta för signering av meddelanden Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 13 / 16

RSA-kryptot Definition 4 (Eulers φ-funktion) φ(n) = antalet positiva heltal mindre än n Z + som är relativt prima med n. Exempel 12 φ(15) =? Heltal mindre än 15 som är relativt prima med 15: 1, 2, 4, 7, 8, 11, 13, 14 φ(15) = 8 Om p är ett primtal är alla positiva heltal < p relativt prima med p φ(p) = p 1 Sats 2 Om n = pq, p, q primtal, p q, så är φ(n) = φ(p)φ(q) = (p 1)(q 1). Exempel 13 p = 7 och q = 3 n = pq = 21 φ(21) = (7 1)(3 1) = 6 2 = 12 1, 2, 4, 5, 8, 10, 11, 13, 16, 17, 19, 20 är relativt prima med 21 (12 tal) Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 14 / 16

RSA-algoritmen Publika nycklar n och e: n = pq, p och q stora hemliga primtal e väljs så att sgd(e, φ(n)) = 1 Hemlig nyckel d: Väljs så att ed 1 (mod φ(n)) Meddelandet översätts till ett tal M < n Kryptering: K (M) = M e mod n Avkryptering: A(K (M)) = K (M) d mod n Säkerheten: Hitta p och q φ(n) = (p 1)(q 1) d Avsändare Mottagare Publika nycklar e a, n a Hemlig nyckel d a K(M) Publika nycklar e m, n m Hemlig nyckel d m K(M) = M em mod n m M = K(M) dm mod n m Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 15 / 16

RSA-algoritmen Exempel 14 Vi krypterar det korta meddelandet H som är bokstav nr 8 dvs M = 8 Välj p = 3 och q = 11 n = pq = 33 φ(n) = (p 1)(q 1) = 20 Bestäm publika nyckeln e så att e och φ(n) är relativt prima: Vi väljer e = 7 Bestämning av hemliga nyckeln d: ed 1 mod φ(n) Divisionsalgoritmen ed = kφ(n) + 1 ed kφ(n) = 1 7d 20k = 1 Diofantisk ekvation Euklides algoritm ger en lösning: 20 = 2 7 + 6 1 = 7 1 6 = 7 (20 2 7) 7 = 1 6 + 1 = 7(3) 20 (1) d k d = 3 Kryptering: K (M) = M e mod n = 8 7 mod 33 = 2 motsvarar B Avkryptering: A(K (M)) = K (M) d mod n = 2 3 mod 33 = 8 = M OK! Akademin för Informationsteknologi - ITE MA2047 Algebra och diskret matematik Något om restklassaritmetik 16 / 16