- •Часть I
- •Глава 1 представляет собой введение в криптографию, описывает множество терминов, в ней кратко рассматривается докомпьютерная криптография.
- •1.1 Терминология
- •1.2 Стеганография
- •1.3 Подстановочные и перестановочные шифры
- •1.4 Простое xor
- •1.5 Одноразовые блокноты
- •1.6 Компьютерные алгоритмы
- •1.7 Большие числа
- •Часть I криптографические протоколы
- •2 Элементы протоколов
- •2.1 Введение в протоколы
- •2.2 Передача информации с использованием симметричной криптографии
- •2.3 Однонаправленные функции
- •2.4 Однонаправленные хэш‑функции
- •2.5 Передача информации с использованием криптографии с открытыми ключами
- •2.6 Цифровые подписи
- •2.7 Цифровые подписи и шифрование
- •2.8. Генерация случайных и псевдослучайных последовательностей
- •3 Основные протоколы
- •3.1 Обмен ключами
- •3.2 Удостоверение подлинности
- •3.3 Удостоверение подлинности и обмен ключами
- •3.4 Формальный анализ протоколов проверки подлинности и обмена ключами
- •3.5 Криптография с несколькими открытыми ключами
- •3.6 Разделение секрета
- •3.7 Совместное использование секрета
- •3.8 Криптографическая защита баз данных
- •4 Промежуточные протоколы
- •4.1 Службы меток времени
- •4.2 Подсознательный канал
- •4.3 Неотрицаемые цифровые подписи
- •4.4 Подписи уполномоченного свидетеля
- •4.5 Подписи по доверенности
- •4.6 Групповые подписи
- •4.7 Подписи с обнаружением подделки
- •4.8 Вычисления с зашифрованными данными
- •4.9 Вручение битов
- •4.10 Подбрасывание "честной" монеты
- •4.11 Мысленный покер
- •4.12 Однонаправленные сумматоры
- •4.13 Раскрытие секретов "все или ничего"
- •4.14 Условное вручение ключей
- •5 Развитые протоколы
- •5.1 Доказательства с нулевым знанием
- •5.2 Использование доказательства с нулевым знанием для идентификации
- •5.3 Слепые подписи
- •5.4 Личностная криптография с открытыми ключами
- •5.5 Рассеянная передача
- •5.6 Рассеянные подписи
- •5.7 Одновременная подпись контракта
- •5.8 Электронная почта с подтверждением
- •5.9 Одновременный обмен секретами
- •6 Эзотерические протоколы
- •6.1 Безопасные выборы
- •6.2 Безопасные вычисления с несколькими участниками
- •6.3 Анонимная широковещательная передача сообщений
- •6.4 Электронные наличные
- •Часть II Криптографические методы
- •7 Длина ключа
- •7.1 Длина симметричного ключа
- •7.2 Длина открытого ключа
- •Табл-4. Разложение на множителя с помощью "квадратичного решета"
- •7.3 Сравнение длин симметричных и открытых ключей
- •7.4 Вскрытие в день рождения против однонаправленных хэш-функций
- •7.5 Каков должны быть длина ключа?
- •8 Управление ключами
- •8.1 Генерация ключей
- •Табл-1. Количество возможных ключей в различных пространствах ключей
- •8.2 Нелинейные пространства ключей
- •8.3 Передача ключей
- •8.4 Проверка ключей
- •8.5 Использование ключей
- •8.6 Обновление ключей
- •8.7 Хранение ключей
- •8.8 Резервные ключи
- •8.9 Скомпрометированные ключи
- •8.10 Время жизни ключей
- •8.11 Разрушение ключей
- •8.12 Управление открытыми ключами
- •9 Типы алгоритмов и криптографические режимы
- •9.1 Режим электронной шифровальной книги
- •9.2 Повтор блока
- •9.3 Режим сцепления блоков шифра
- •9.4 Потоковые шифры
- •9.5 Самосинхронизирующиеся потоковые шифры
- •9.6 Режим обратной связи по шифру
- •9.7 Синхронные потоковые шифры
- •9.8 Режим выходной обратной связи
- •9.9 Режим счетчика
- •9.10 Другие режимы блочных шифров
- •9.11 Выбор режима шифра
- •9.12 Чередование
- •9.13 Блочные шифры против потоковых
- •10 Использование алгоритмов
- •10.1 Выбор алгоритма '
- •10.2 Криптография с открытыми ключами против симметричной криптографии
- •10.3 Шифрование каналов связи
- •10.4 Шифрование данных для хранения
- •10.5 Аппаратный и программный способы шифрования
- •10.6 Сжатие, кодирование и шифрование
- •10.7 Обнаружение шифрования
- •10.8 Как прятать шифротекст в шифротексте
- •10.9 Разрушение информации
- •Часть III Криптографические алгоритмы Математические основы Теория информации
- •Энтропия и неопределенность
- •Норма языка
- •Безопасность криптосистемы
- •Практическое использование теории информации
- •Путаница и диффузия
- •Теория сложности
- •Сложность алгоритмов
- •Сложность проблем
- •Теория чисел
- •Арифметика вычетов
- •Простые числа
- •Наибольший общий делитель
- •Обратные значения по модулю
- •Решение для коэффициентов
- •Малая теорема Ферма
- •Функция Эйлера
- •Китайская теорема об остатках
- •Квадратичные вычеты
- •Символ Лежандра
- •Символ Якоби
- •Целые числа Блюма
- •Генераторы
- •Вычисление в поле Галуа
- •Разложение на множители
- •Квадратные корни по модулю n
- •Генерация простого числа
- •Практические соображения
- •Сильные простые числа
- •Дискретные логарифмы в конечном поле
- •Вычисление дискретных логарифмов в конечной группе
- •Стандарт шифрования данных des (Data Encryption Standard) Введение
- •Разработка стандарта
- •Принятие стандарта
- •Проверка и сертификация оборудования des
- •Описание des
- •Начальная перестановка
- •Преобразования ключа
- •Перестановка с расширением
- •Подстановка с помощью s-блоков
- •Перестановка с помощью p-блоков
- •Заключительная перестановка
- •Дешифрирование des
- •Режимы des
- •Аппаратные и программные реализации des
- •Безопасность des
- •Слабые ключи
- •Ключи-дополнения
- •Алгебраическая структура
- •Длина ключа
- •Количество этапов
- •Проектирование s-блоков
- •Дополнительные результаты
- •Дифференциальный и линейный криптоанализ Дифференциальный криптоанализ
- •Криптоанализ со связанными ключами
- •Линейный криптоанализ
- •Дальнейшие направления
- •Реальные критерии проектирования
- •Варианты des Многократный des
- •Des с независимыми подключами
- •Обобщенный des
- •Des с измененными s-блоками
- •Насколько безопасен сегодня des?
- •Другие блочные шифры
- •Описание Madryga
- •Криптоанализ и Madryga
- •Описание feal
- •Криптоанализ feal
- •Патенты
- •Патенты и лицензии
- •Описание loki91
- •Криптоанализ loki91
- •Патенты и лицензии
- •Патенты
- •Обзор idea
- •Описание idea
- •Скорость idea
- •Криптоанализ idea
- •Режимы работы и варианты idea
- •Патенты и лицензии
- •Безопасность mmb
- •И еще о блочных шифрах гост
- •Описание гост
- •Криптоанализ гост
- •Описание Blowfish
- •Безопасность Blowfish
- •Описание safer k-64
- •Безопасность safer k-64
- •Описание s-Way
- •Другие блочные алгоритмы
- •Теория проектирования блочного шифра
- •Сети Фейстела
- •Простые соотношения
- •Групповая структура
- •Слабые ключи
- •Устойчивость к дифференциальному и линейному криптоанализу
- •Проектирование s-блоков
- •Проектирование блочного шифра
- •Использование однонаправленных хэш-функций
- •Шифр краткого содержания сообщения
- •Безопасность шифров, основанных на однонаправленных хэш-функциях
- •Выбор блочного алгоритма
- •Объединение блочных шифров
- •15.1 Двойное шифрование
- •15.2 Тройное шифрование с двумя ключами
- •Тройное шифрование с тремя ключами
- •Тройное шифрование с минимальным ключом (temk)
- •Режимы тройного шифрования
- •Варианты тройного шифрования
- •15.3 Удвоение длины блока
- •15.4 Другие схемы многократного шифрования
- •Двойной ofb/счетчик
- •Пятикратное шифрование
- •15.5 Уменьшение длины ключа в cdmf
- •15.6 Отбеливание
- •15.7 Многократное последовательное использование блочных алгоритмов
- •15.8 Объединение нескольких блочных алгоритмов
- •Генераторы псевдослучайных последовательностей и потоковые шифры
- •16.1 Линейные конгруэнтные генераторы
- •Объединение линейных конгруэнтных генераторов
- •16.2 Сдвиговые регистры с линейной обратной связью
- •Программная реализация lfsr
- •16.3 Проектирование и анализ потоковых шифров
- •Линейная сложность
- •Корреляционная независимость
- •Другие вскрытия
- •16.4 Потоковые шифры на базе lfsr
- •Генератор Геффа
- •Обобщенный генератор Геффа
- •Генератор Дженнингса
- •Генератор "стоп-пошел" (Stop-and-Go) Both-Piper
- •Чередующийся генератор "стоп-пошел"
- •Двусторонний генератор "стоп-пошел"
- •Пороговый генератор
- •Самопрореживающие (Self-Decimated) генераторы
- •Многоскоростной генератор с внутренним произведением (inner-product)
- •Суммирующий генератор
- •Каскад Голлманна
- •Прореживаемый генератор
- •Самопрореживаемый генератор
- •16.9 Аддитивные генераторы
- •16.11 Алгоритм m
- •Безопасность pkzip
- •Другие потоковые шифры и генераторы настоящих случайных последовательностей
- •Семейство псевдо случайных функций
- •Описание seal
- •Безопасность seal
- •Патенты и лицензии
- •17.4 Сдвиговые регистры с обратной связью по переносу
- •17.5 Потоковые шифры, использующие fcsr
- •Каскадные генераторы
- •Комбинированные генераторы fcsr
- •Каскад lfsr/fcsr с суммированием/четностью
- •Чередующиеся генераторы "стоп-пошел"
- •Прореживаемые генераторы
- •17.6 Сдвиговые регистры с нелинейной обратной связью
- •17.7 Другие потоковые шифры
- •Генератор Плесса (Pless)
- •Генератор на базе клеточного автомата
- •Генератор 1/p
- •Другие схемы
- •17.8 Системно-теоретический подход к проектированию потоковых шифров
- •17.9 Сложностно-теоретический подход к проектированию потоковых шифров
- •Генератор псевдослучайных чисел Шамира
- •Генератор Blum-Micali
- •17.10 Другие подходы к проектированию потоковых шифров
- •Шифр "Рип ван Винкль"
- •Рандомизированный потоковый шифр Диффи
- •Рандомизированный потоковый шифр Маурера
- •17.11 Шифры с каскадом нескольких потоков
- •17.12 Выбор потокового шифра
- •17.13 Генерация нескольких потоков из одного генератора псевдослучайной последовательности
- •17.14 Генераторы реальных случайных последовательностей
- •Использование случайного шума
- •Использование таймера компьютера
- •Измерение скрытого состояния клавиатуры
- •Смещения и корреляции
- •Извлеченная случайность
- •Однонаправленные хэш-функции
- •18.1 Основы
- •Длины однонаправленных хэш-функций
- •Обзор однонаправленных хэш-функций
- •Криптоанализ Snefru
- •Криптоанализ n-хэш
- •Описание md5
- •Безопасность md5
- •18.7 Алгоритм безопасного хэширования (Secure Hash Algorithm, sha)
- •Описание sha
- •Безопасность sha
- •18.10 Другие однонаправленные хэш-функции
- •18.11 Однонаправленные хэш-функции, использующие симметричные блочные алгоритмы
- •Схемы, в которых длина хэш-значения равна длине блока
- •Модификация схемы Davies-Meyer
- •Loki с удвоенным блоком
- •Параллельная схема Davies-Meyer
- •Тандемная (Tandem) и одновременная (Abreast) схемы Davies-Meyer
- •Другие схемы
- •18.12 Использование алгоритмов с открытым ключом
- •18.13 Выбор однонаправленной хэш-функции
- •18.14 Коды проверки подлинности сообщения
- •Алгоритм проверки подлинности сообщения (Message Authenticator Algorithm, maa)
- •Двунаправленный mac
- •Методы Джунемана
- •Однонаправленная хэш-функция mac
- •Mac с использованием потокового шифра
- •Алгоритмы с открытыми ключами
- •19.1 Основы
- •Безопасность алгоритмов с открытыми ключами
- •19.2 Алгоритмы рюкзака
- •Сверхвозрастающие рюкзаки
- •Создание открытого ключа из закрытого
- •Шифрование
- •Дешифрирование
- •Практические реализации
- •Безопасность метода рюкзака
- •Варианты рюкзака
- •Патенты
- •Аппаратные реализации rsa
- •Скорость rsa
- •Программные Speedups
- •Безопасность rsa
- •Вскрытие с выбранным шифротекстом против rsa
- •Вскрытие общего модуля rsa
- •Вскрытие малого показателя шифрования rsa
- •Вскрытие малого показателя дешифрирования rsa
- •Полученные уроки
- •Вскрытие шифрования и подписи с использованием rsa
- •Стандарты
- •Патенты
- •Патенты
- •Подписи ElGamal
- •Шифрование ElGamal
- •Скорость
- •Патенты
- •Другие алгоритмы, основанные на линейных кодах, исправляющих ошибки
- •19.8 Криптосистемы с эллиптическими кривыми
- •19.10 Криптосистемы с открытым ключом на базе конечных автоматов
- •Алгоритмы цифровой подписи с открытым ключом
- •20.1 Алгоритм цифровой подписи (digital signature algorithm, dsa)
- •Реакция на заявление
- •Описание dsa
- •Ускоряющие предварительные вычисления
- •Генерация простых чисел dsa
- •Шифрование ElGamal с dsa
- •Шифрование rsa с dsa
- •Безопасность dsa
- •Вскрытия k
- •Опасности общего модуля
- •Подсознательный канал в dsa
- •Патенты
- •20.2 Варианты dsa
- •20.3 Алгоритм цифровой подписи гост
- •20.4 Схемы цифровой подписи с использованием дискретных логарифмов
- •Безопасность esign
- •Патенты
- •20.7 Клеточные автоматы
- •20.8 Другие алгоритмы с открытым ключом
- •Схемы идентификации
- •Упрощенная схема идентификации Feige-Fiat-Shamir
- •Улучшения
- •Улучшенная схема подписи Fiat-Shamir
- •Другие улучшения
- •Патенты
- •Несколько подписей
- •Протокол проверки подлинности
- •Протокол цифровой подписи
- •Патенты
- •Преобразование схем идентификации в схемы подписи
- •Алгоритмы обмена ключами
- •Diffie-Hellman с тремя и более участниками *
- •Расширенный Diffie-Hellman
- •Обмен ключом без обмена ключом
- •Патенты
- •Протокол "точка-точка"
- •Трехпроходный протокол Шамира
- •Обмен зашифрованными ключами
- •Базовый протокол eke
- •Реализация eke с помощью rsa
- •Реализация eke с помощью ElGamal
- •Реализация eke с помощью Diffie-Hellman
- •Усиление eke
- •Расширенный eke
- •Применения eke
- •Защишенные переговоры о ключе
- •Распределение ключа для конференции и секретная широковещательная передача
- •Распределение ключей для конференции
- •Специальные алгоритмы для протоколов Криптография с несколькими открытыми ключами
- •Алгоритмы разделения секрета
- •Векторная схема
- •Более сложные пороговые схемы
- •Разделение секрета с мошенниками
- •Подсознательный канал
- •Уничтожение подсознательного канала в dsa
- •Другие схемы
- •Неотрицаемые цифровые подписи
- •Преобразуемые неотрицаемые подписи
- •Подписи, подтверждаемые доверенным лицом
- •Вычисления с зашифрованными данными Проблема дискретного логарифма
- •Бросание "честной" монеты
- •Бросание "честной" монеты с помощью квадратных корней
- •Бросание "честной" монеты с помощью возведения в степень по модулю p
- •Бросание "честной" монеты с помощью целых чисел Блюма
- •Однонаправленные сумматоры
- •Раскрытие секретов "все или ничего"
- •Честные и отказоустойчивые криптосистемы Честная схема Diffie-Hellman
- •Отказоустойчивая схема Diffie-Hellman
- •Доказательство с нулевым знанием для дискретного логарифма
- •Доказательство с нулевым знанием для возможности вскрыть rsa
- •Доказательство с нулевым знанием того, что n является числом Блюма
- •Слепые подписи
- •Передача с забыванием
- •Безопасные вычисления с несколькими участниками
- •Пример протокола
- •Вероятностное шифрование
- •Квантовая криптография
- •Часть IV Реальный мир Примеры реализаций
- •Протокол управления секретными ключами компании ibm
- •Модификация
- •Модель Kerberos
- •Как работает Kerberos
- •Атрибуты
- •Сообщения Kerberos версии 5
- •Получение первоначального мандата
- •Получение серверных мандатов
- •Запрос услуги
- •Kerberos версии 4
- •Безопасность Kerberos
- •Лицензии
- •Общая криптографическая архитектура ibm
- •Сертификаты
- •Протоколы проверки подлинности
- •Почта с повышенной секретностью privacy-enhanced mail (pem)
- •Документы pem
- •Сертификаты
- •Сообщения pem
- •Безопасность pem
- •Протокол безопасности сообщений
- •Интеллектуальные карточки
- •Стандарты криптографии с открытыми ключами
- •Универсальная система электронных платежей
- •Безопасный телефон at&t model 3600 telephone security device (tsd)
- •Политика Агентство национальной безопасности (nsa)
- •Коммерческая программа сертификации компьютерной безопасности
- •Национальный центр компьютерной безопасности (ncsc)
- •Национальный институт стандартов и техники
- •Международная ассоциация криптологических исследований
- •Оценка примитивов целостности race (ripe)
- •Условный доступ для Европы (cafe)
- •Профессиональные и промышленные группы, а также группы защитников гражданских свобод Информационный центр по электронной тайне личности (epic)
- •Фонд электронного фронтира (eff)
- •Ассоциация по вычислительной технике (acm)
- •Институт инженеров по электричеству и радиоэлектронике (ieee)
- •Ассоциация производителей программного обеспечения (spa)
- •Шифропанки
- •Патенты
- •Экспортное законодательство сша
- •§ 120.10 Технические данные.
- •§ 120.11 Открытый доступ.
- •§ 120.17 Экспорт.
- •Часть 121- Перечень вооружений сша
- •§ 121.1 Общие положения. Перечень вооружений сша
- •§ 125.2 Экспорт несекретных технических данных.
- •Экспорт и импорт криптографии за рубежом
- •Правовые вопросы
- •Схемы идентификации
- •Упрощенная схема идентификации Feige-Fiat-Shamir
- •Улучшения
- •Улучшенная схема подписи Fiat-Shamir
- •Другие улучшения
- •Патенты
- •Несколько подписей
- •Протокол проверки подлинности
- •Протокол цифровой подписи
- •Патенты
- •Преобразование схем идентификации в схемы подписи
- •Алгоритмы обмена ключами
- •Diffie-Hellman с тремя и более участниками *
- •Расширенный Diffie-Hellman
- •Обмен ключом без обмена ключом
- •Патенты
- •Протокол "точка-точка"
- •Трехпроходный протокол Шамира
- •Обмен зашифрованными ключами
- •Базовый протокол eke
- •Реализация eke с помощью rsa
- •Реализация eke с помощью ElGamal
- •Реализация eke с помощью Diffie-Hellman
- •Усиление eke
- •Расширенный eke
- •Применения eke
- •Защишенные переговоры о ключе
- •Распределение ключа для конференции и секретная широковещательная передача
- •Распределение ключей для конференции
- •Специальные алгоритмы для протоколов Криптография с несколькими открытыми ключами
- •Алгоритмы разделения секрета
- •Векторная схема
- •Более сложные пороговые схемы
- •Разделение секрета с мошенниками
- •Подсознательный канал
- •Уничтожение подсознательного канала в dsa
- •Другие схемы
- •Неотрицаемые цифровые подписи
- •Преобразуемые неотрицаемые подписи
- •Подписи, подтверждаемые доверенным лицом
- •Вычисления с зашифрованными данными Проблема дискретного логарифма
- •Бросание "честной" монеты
- •Бросание "честной" монеты с помощью квадратных корней
- •Бросание "честной" монеты с помощью возведения в степень по модулю p
- •Бросание "честной" монеты с помощью целых чисел Блюма
- •Однонаправленные сумматоры
- •Раскрытие секретов "все или ничего"
- •Честные и отказоустойчивые криптосистемы Честная схема Diffie-Hellman
- •Отказоустойчивая схема Diffie-Hellman
- •Доказательство с нулевым знанием для дискретного логарифма
- •Доказательство с нулевым знанием для возможности вскрыть rsa
- •Доказательство с нулевым знанием того, что n является числом Блюма
- •Слепые подписи
- •Передача с забыванием
- •Безопасные вычисления с несколькими участниками
- •Пример протокола
- •Вероятностное шифрование
- •Квантовая криптография
- •Часть IV Реальный мир Примеры реализаций
- •Протокол управления секретными ключами компании ibm
- •Модификация
- •Модель Kerberos
- •Как работает Kerberos
- •Атрибуты
- •Сообщения Kerberos версии 5
- •Получение первоначального мандата
- •Получение серверных мандатов
- •Запрос услуги
- •Kerberos версии 4
- •Безопасность Kerberos
- •Лицензии
- •Общая криптографическая архитектура ibm
- •Сертификаты
- •Протоколы проверки подлинности
- •Почта с повышенной секретностью privacy-enhanced mail (pem)
- •Документы pem
- •Сертификаты
- •Сообщения pem
- •Безопасность pem
- •Протокол безопасности сообщений
- •Интеллектуальные карточки
- •Стандарты криптографии с открытыми ключами
- •Универсальная система электронных платежей
- •Безопасный телефон at&t model 3600 telephone security device (tsd)
- •Политика Агентство национальной безопасности (nsa)
- •Коммерческая программа сертификации компьютерной безопасности
- •Национальный центр компьютерной безопасности (ncsc)
- •Национальный институт стандартов и техники
- •Международная ассоциация криптологических исследований
- •Оценка примитивов целостности race (ripe)
- •Условный доступ для Европы (cafe)
- •Профессиональные и промышленные группы, а также группы защитников гражданских свобод Информационный центр по электронной тайне личности (epic)
- •Фонд электронного фронтира (eff)
- •Ассоциация по вычислительной технике (acm)
- •Институт инженеров по электричеству и радиоэлектронике (ieee)
- •Ассоциация производителей программного обеспечения (spa)
- •Шифропанки
- •Патенты
- •Экспортное законодательство сша
- •§ 120.10 Технические данные.
- •§ 120.11 Открытый доступ.
- •§ 120.17 Экспорт.
- •Часть 121- Перечень вооружений сша
- •§ 121.1 Общие положения. Перечень вооружений сша
- •§ 125.2 Экспорт несекретных технических данных.
- •Экспорт и импорт криптографии за рубежом
- •Правовые вопросы
Разложение на множители
Разложить число на множители - значит найти его простые сомножители.
10 = 2*5
60 = 2*2*3*5
252601 = 41*61*101
2113- 1 =3391*23279*65993*1868569*1066818132868207
Разложение на множители является одной из древнейших проблем теории чисел. Этот процесс несложен, но требует времени. Это пока остается так, но ряд сдвигов в этом искусстве все же произошел. Сегодня самым лучшим алгоритмом является:
Решето числового поля чисел (Number field sieve, NFS) [953] (см. также [952, 16, 279]). Решето общего числового поля - это самый быстрый из известных алгоритм для чисел размером 110 и более разрядов [472, 635]. В своем первоначальном виде он был непрактичен, но за последние несколько лет он был последовательно улучшен [953]. NFS все еще слишком нов, чтобы бить рекорды разложения на множители, но скоро все переменится. Ранняя версия использовалась для разложения на множители девятого числа Ферма: 2512 + 1 [955,954].
Другие алгоритмы, вытесненные NFS:
Квадратичное решето (Quadratic sieve, QS) [1257, 1617, 1259]. Это самый быстрый из известных и чаще всего использовавшийся алгоритм для чисел, длина которых меньше 110 десятичных разрядов [440]. Более быстрая версия этого алгоритма называется множественным полиномиальным квадратичным решетом [1453, 302]. Самая быстрая версия называется двойной вариацией множественного полиномиального квадратичного решета с большим простым числом.
Метод эллиптической кривой (Elliptic curve method, ECM) [957, 1112, 1113]. Этот метод использовался для поиска не более, чем 43-разрядных множителей.
Алгоритм Монте-Карло Полларда (Pollard's Monte Carlo algorithm) [1254, 248]. (Этот алгоритм также приведен у Кнута в томе 2 [863].)
Алгоритм непрерывных дробей (Continued fraction algorithm). См. [1123, 1252, 863]. Этот алгоритм не подходит по времени выполнения.
Проверка делением (Trial division). Этот самый старый алгоритм разложения на множители состоит из проверки каждого простого числа, меньшего или равного квадратному корню из раскладываемого числа.
В качестве хорошего введения в различные алгоритмы разложения на множители, кроме NFS, можно использовать [251]. NFS лучше всего рассмотрен в [953]. Более старыми рпаботами являются [505, 1602, 1258]. Сведения о параллельном разложении на множители можно найти в [250].
Если число n на множители раскладывается, то эвристическое время выполнения самых быстрых вариантов QS асимптотически равно:
NFS намного быстрее, оценка его эвристического времени выполнения:
В 1970 году большой новостью стало разложение на множители 41-разрядного трудного числа [1123]. ("Трудным" является такое число, у которого нет маленьких множителей, и которое не обладает специальной формой, позволяющей упростить процесс.) Десять лет спустя разложение в два раз более длинного числа заняло лишь несколько часов на компьютере Cray [440].
В 1988 году Карл Померанс (Carl Pomerance), используя обычные СБИС, спроектировал устройство для разложения на множители [1259]. Размер числа, которое можно было разложить, зависел только от размеров устройства, которое так и не было построено.
В 1993 году с помощью квадратичного решета было разложено на множители 120-разрядное трудное число. Расчет, потребовавший 825 mips-лет, был выполнен за три месяца реального времени [463]. Другие результаты приведены в [504].
Сегодня для разложения на множители используются компьютерные сети [302, 955]. Для разложения 116_разрядного числа Аржат Ленстра (Arjen Lenstra) и Марк Манасс (Mark Manasse) в течение нескольких месяцев использовали свободное время массива компьютеров, разбросанных по всему миру, - 400 mips-лет.
В марте 1994 года с помощью двойной вариации множественного полиномиального QS [66] командой математиков под руководством Ленстры было разложено на множители 129-разрядное (428-битовое) число. Вычисления выполнялись добровольцами в Internet - в течение восьми месяцев трудились 600 человек и 1600 компьютеров, возможно, самый большой в истории многопроцессорный конгломерат. Трудоемкость вычислений была в диапазоне от 4000 до 6000 mips-лет. Компьютеры соединялись по электронной почте, передавая свои результаты в центральное хранилище, где выполнялся окончательный анализ. В этих вычислениях использовались QS и теория пятилетней давности, NFS мог бы ускорить выполнение расчетов раз в десять [949]. В соответствии с [66]: "Мы делаем вывод, что широко используемые 512-битовые модули RSA могут быть вскрыты организацией, готовой потратить несколько миллионов долларов и подождать несколько месяцев." По оценкам авторов разложение 512-битового числа в 100 раз более трудоемко при использовании той же техники и только в 10 сложнее при использовании NFS и современной техники [949].
С целью развития искусства разложения на множители RSA Data Security, Inc. в марте 1991 года объявило о программе RSA Factoring Challenge (состязание RSA по разложению на множители) [532]. Состязание состоит в разложении на множители ряда трудных чисел, каждое из которых является произведением двух простых чисел примерно одинакового размера. Каждое простое число было выбрано конгруэнтным 2 по модулю 3. Всего было предложено 42 числа, по одному числу в диапазоне от 100 до 500 разрядов с шагом 10 разрядов (плюс одно дополнительное, 129-разрядное число). К моменту написания этой книги RSA-100, RSA-110, RSA-120, и RSA-129 были разложены на множители, все с помощью QS. Следующим (с помощью NFS) может быть RSA-130, или чемпионы по разложению на множители сразу возьмутся за RSA -140.
Данная область развивается быстро. Технику разложения на множители трудно экстраполировать, так как невозможно предсказать развитие математической теории. До открытия NFS многие считали, что любой метод разложения на множители не может асимптотически быть быстрее QS. Они были неправы.
Предстоящее развитие NFS, по видимому, будет происходить в форме уменьшения константы: 1.923. Для ряда чисел специальной формы, таких как числа Ферма, константа приближается к 1.5 [955, 954]. Если бы для трудных чисел, используемых в сегодняшней криптографии, константу тоже можно было снизить до этого уровня, то 1024-битовые числа раскладывались бы на множители уже сегодня. Одним из способов уменьшить константу является обнаружение лучших способов представления чисел как полиномов с маленькими коэффициентами. Пока еще проблема не изучалась достаточно эффективно, но возможно решающий успех уже близок [949].
Последние результаты программы RSA Factoring Challenge можно узнать, отправив запрос по электронной почте по адресу challenge-info@rsa.com.
