Файл: Основные структуры алгоритмов: сравнительный анализ и примеры их использования (Ρ-алгоритм Полларда).pdf
Добавлен: 01.04.2023
Просмотров: 627
Скачиваний: 5
СОДЕРЖАНИЕ
1. Алгоритмы факторизации натуральных чисел
1.1 Факторизация натурального числа
1.6 Метод квадратичных форм Шенкса
Глава 2. Примеры реализации алгоритмов натуральных чисел и оценка их эффективности
2.1 Примеры разложения натуральных чисел
2.1.1 Метод факторизации Ферма
2.1.4 Метод квадратичных форм Шенкса
2.1.7 Факторизация с помощью эллиптических кривых
2.2 Факторизация в криптографии
2.3 Примеры применения алгоритмов факторизации натуральных чисел в программной среде Maple
2.4 Оценка эффективности алгоритмов факторизации натуральных чисел
Среди алгоритмов факторинга с экспоненциальной сложностью метод квадратичных форм Шенкса считается одним из наиболее эффективных. Этот алгоритм работает с целыми числами, не превышающими 2√n. Мы знаем, что для 32-битных компьютеров алгоритмы, основанные на этом методе, являются бесспорными лидерами алгоритмов факторизации для чисел между ранее и, вероятно, так и останутся. Этот алгоритм может разделить почти любое составное 18-значное число менее чем за миллисекунду. Алгоритм чрезвычайно прост, красив и эффективен. Кроме того, методы, основанные на этом алгоритме, используются в качестве вспомогательных при разложении делителей больших чисел.
Заключение
Факторизация натурального числа называется его разложением в произведение простых факторов. Эта задача имеет большую вычислительную сложность. Один из самых популярных методов криптографии с открытым ключом, метод RSA, основан на сложности задачи факторизации длинных целых чисел.
Вопрос о факторинге количеств возник не накануне, а тысячи лет назад. Можно только предположить, по какой причине в 1900 г. на Точном конгрессе Д. Гильберт вообще не внес его в свой список из 23 вопросов, а позже возлюбленная не оказалась в списке незавершенных точных вопросов С. Улама. Особый интерес и интерес математиков к этому вопросу стали проявляться только в последние десятилетия. Вероятно, катализатор для изобретения новейшего тренда - криптология с 2 ключами, появление шифров с не закрытым исходным кодом.
Можно предположить, что реальный интерес к проблеме факторизации величин продиктован определенной неопределенностью относительно абстрактного объяснения идентификации очень известного сегодня двухключевого кода (секретного источника) RSA, который, в убеждении, может быть взломан без понимания секретного ключа.
Самый простой и более сложный экспоненциальный метод, реализованный ручным методом. муравей. автоматический, считается выбор делителей. Кто-то ищет возможные делители количества от наибольшего количества до его квадрата. Кто-то абсолютно подходит для дезинтеграции в небольших количествах, поскольку его очень просто реализовать, но кто-то почти не работает с целью дезинтеграции в больших количествах.
Практическое использование различных методов для распада величин показало, что срок выполнения метода напрямую зависит от его типа и сложности расчетов.
В этой работе я проанализировал некоторые методы факторинга натуральных величин, а также провел их относительное представление в соответствии со строительными группами. Используя реальные образцы, я убедился в производительности и необходимости использовать 1 метод, который отличается, опять же, принимая во внимание текстуру заданного количества.
Аналогичным образом можно сделать следующие выводы: для факторизации натуральных величин существует достаточно большое количество методов, но эта цель далека от очевидного и довольно трудоемкого периода, демонстрирует анализ сложность факторинга алгоритмов. Некоторые методы имеют все шансы найти решение этой проблемы на протяжении веков. Чтобы сократить период надежды, следует выбрать метод факторинга, подходящий для текстуры величин.
Но решение этой задачи вообще не требуется в этой области, поскольку многочисленные крупные раскрытия и последние достижения в этой области появляются снова и снова. Эти достижения сочетаются не только с формированием расчетной силы.
Список литературы
- A. Heck. Introduction to Maple. Springer-Verlag, third edition, 2003.
- Бухштаб А.А. Теория чисел. — М.: Учпедгиз, 1960.
- Василенко О. Н. В19 Теоретико-числовые алгоритмы в криптографии. - М.:МЦНМО, 2003.—328 с. ISBN 5-94057-103-4.
- Ишмухаметов Ш.Т. Методы факторизации натуральных чисел: учебное пособие. Казань: Казан. Ун-т, 2011. 190 с.
- Д. Кнут Раздел 4.5.4. Разложение на простые множители // Искусство программирования = The Art of Computer Programming. — 3-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — Т. 2. Получисленные алгоритмы. — С. 425—468. — 832 с.
- Макаренко А.В., Пыхтеев А.В., Ефимов С.С. Параллельная реализация и сравнительный анализ алгоритмов факторизации в системах с распределённой памятью.
- Манин Ю.И., Панчишкин А.А. Введение в современную теорию чисел. − М.: МЦНМО, 2009.
- Ю. И. Манин, А. А. Панчишкин. I.2.3. Разложение больших чисел на множители // Введение в теорию чисел.— М.: ВИНИТИ, 1990. — Т. 49. — С. 72—106. — 341 с.
- Молчанова Л.А. Введение в Maple. Учебно-методическое пособие. – Владивосток: Изд-во Дальневост. Ун-та, 2006. - 36 С.
- Ю. В. Нестеренко. Глава 4.7. Как раскладывают составные числа на множители // Введение в криптографию / Под ред. В. В. Ященко. — Питер, 2001. — 288 с.
- http://www.maplesoft.com – официальный сайт компании Maplesoft, производителя Maple.
- http://www.exponenta.ru – образовательный математический сайт.
- http://www.wikipedia.org/ - свободная энциклопедия.
Приложение1
> restart;
> p:=nextprime(476523189475631579423453); (23 знака)
q:=prevprime(957532186478621546879541); (23 знака)
p:= 476523189475631579423459
q:= 9575321864786215468879519
> n:=p*q;(48 знаков)
n:= 45628629152636796604667662309058697463550555236221
> time(ifactor(n));
632.795
> time(ifactor(n,squifof));
0.
> time(ifactor(n,pollard)); (остановлено на 308 тысяче секунд ожидания)
Warning, computation interrupted
> time(ifactor(n,lenstra));
20311.652
> restart;
> p: =nextprime(476523189475631579); (17 знаков)
q: =prevprime(957532186478621546879548756); (26 знака)
p: = 476523189475631647
q: =957532186478621546879548619
> n:=p*q;(45 знаков)
> time(ifactor(n));
294.891
> time(ifactor(n,squifof));
.016
> time(ifactor(n,lenstra));
3271.926
>
>
> restart;
> p: =nextprime(4765231894756315791);(19 знаков)
q: =prevprime(9575321869491284011);(19 знаков)
t:=nextprime(1112154682);(10 знаков)
> n:=p*q*t;(52 знака)
> time(ifactor(n));
> time(ifactor(n,squifof));
> time(ifactor(n,lenstra));
> restart;
k:=nextprime(320);t:=190;
> n:=k*(2^t)+1;(60 знаков)
> time(ifactor(n));
> k:=nextprime(320);t:=160;
n:=k*(2^t)+1; (52 знака)
> time(ifactor(n));
> k:=nextprime(320);t:=150;
n:=k*(2^t)+1;(48 знаков)
> time(ifactor(n));
> k:=nextprime(320);t:=9290;
n:=k*(2^t)+1;
Приложение2
Листинг программы
|
program kurs; uses crt; function pow (a,x: longint): longint; var t, i: longint; begin t: =a; for i: =1 to x-1 do t: =t*a; pow: =t; end; {pow} {----------------------------------------} procedure DelOstatok; var dd: array [1.200] of integer; R: integer; {размерность чисел} i: longint; {делитель} k: longint; {остаток} D,a,b: longint; {элементы заданного множества} SUM: longint; {кол-во эл-ов, удовл условию} S,T: byte; q: char; e,j,l,n: integer; maxa,minj,maxj: longint; begin repeat begin writeln ('введите ко-во чисел для нахождения НОК делителей'); readln (n); writeln ('введите ',n,' чисел: '); readln (dd [1]); maxa: =dd [1] ; for i: =2 to n do begin readln (dd [i]); if dd [i] >maxa then maxa: =dd [i] ; end; i: =1; while (dd [i] <>0) and (i<=n) do inc (i); if i<>n+1 then writeln ('НОК не сущ-ет') else begin e: =1; for i: =2 to maxa do begin maxj: =0; for l: =1 to n do begin j: =0; while (dd [l] mod i=0) do begin dd [l]: =dd [l] div i; inc (j); end; if (j>maxj) then maxj: =j; end; if (maxj<>0) then for l: =1 to maxj do e: =e*i; end; writeln ('НОК делителей=',e); end; end; i: =e; write ('введите остаток='); readln (k); if ( (i<=0) or (k<0)) then {проверка {вывод эл-ов на экран} end; writeln; end; writeln ('Повторить? (Y/N) '); q: =ReadKey; until q in ['N','n'] ; clrscr; end; {DelOstatok} {----------------------------------------} procedure Factor; var numb, powers: array [1. .100] of longint; c: longint; n: longint; n1,H: longint; i: longint; k,t: longint; q: char; begin repeat write ('Введите число='); readln (c); if c<=0 then {проверка на корр числа} begin writeln ('число должно быть>0'); readln; exit; end else {вывод мн-ва делителей} begin write ('мн-во делителей: D (num) ='); for H: = 1 to c do if c mod H=0 then write (H,' '); end; {конец вывода делителей} n: = 1; n1: = 0; while c <> 1 do begin i: = 2; while c mod i <> 0 do {проверка на делимостьс/без остатка} Inc (i); Inc (n1); if n1 = 1 then begin numb [n]: = i; powers [n]: = 1; end else if numb [n] = i then Inc (powers [n]) else begin Inc (n); {увеличение кол-ва простых множителей} numb [n]: = i; powers [n]: = 1; end; {while} c: = c div i; {деление числа на простой множитель} end; {while} {\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\} writeln; writeln ('кол-во простых множителей: ',n); write ('num = '); k: =1; t: =1; writeln ('НОД=',k); if k=1 then writeln ('числа взаимно простые'); end; begin i: =1; while (b [i] <>0) and (i<=n) do inc (i); if i<>n+1 then writeln ('НОК не сущ-ет') else begin d: =1; for i: =2 to maxa do begin maxj: =0; for l: =1 to n do begin j: =0; while (b [l] mod i=0) do begin b [l]: =b [l] div i; inc (j); end; if (j>maxj) then maxj: =j; end; if (maxj<>0) then for l: =1 to maxj do d: =d*i; end; writeln ('НОК=',d); end; end; end; writeln ('Повторить? (Y/N) '); q: =ReadKey; until q in ['N','n'] ; clrscr; end; {NodNok} {----------------------------------------} procedure SuperGorner; type vector= array [1. .11] of integer; rvector=array [1. .100] of real; var sum,suma: real; i,k,j,b,c,a,n: integer; vec: vector; vecb: rvector; veca: rvector; q: char; BEGIN Writeln ('Введите степень уравнения (max = 10) '); Readln (n); if n<=0 then writeln (‘степень не может быть<=0’) else begin Inc (n); writeln ('введите его коэффициенты: '); for i: = 1 to n do read (vec [i]); while vec [i] =0 do Begin i: =i-1; writeln ('ответ: 0'); End; k: =1; b: =vec [i] ; for j: =1 to abs (b) do begin if (b mod j) =0 then begin vecb [k]: =j; k: =k+1; procedure AntiExp; var s: array [1. .100] of integer; a,b, i,n,t: integer; q: char; begin repeat writeln ('введите кол-во эл-ов цепной дроби='); read (n); if n<=0 then writeln (‘кол-во эл-ов не может быть<=0’) else begin writeln ('введите значения этих эл-ов='); for i: =1 to n do read (s [i]); a: =1; b: =s [n] ; for i: = n downto 2 do begin t: =s [i-1] *b+a; a: =b; b: =t; end; writeln; writeln (b,'/',a); end; writeln ('Повторить? (Y/N) '); q: =ReadKey; until q in ['N','n'] ; clrscr; end; {AntiExp} {----------------------------------------} var k: integer; q: char; begin writeln ('Дискретная математика'); writeln ('Курсовая работа, группа 03-119, каф308'); writeln ('выполнил: Тузов И.И. '); writeln ('руководитель: Гридин А.Н. '); writeln; writeln ('Калькулятор с функциями, описанными ниже'); writeln; Writeln ('Нажмите Enter'); readln; clrscr; repeat writeln ('Какую выполнить операцию? '); writeln; writeln ('1-вычисление мн-ва N-значных чисел с заданным делителем и остатком '); writeln ('2-факторизация числа'); writeln ('3-нахождение НОД и НОК чисел'); writeln ('4-нахождение рационльных корней уравнения с целочисл коэфф'); writeln ('5-перевод рациональной дроби в цепную'); writeln ('6-перевод цепной дроби в рациональную'); read (k); |
делителя и остатка на отриц-сть} begin write ('делитель или остаток не могут быть<0 '); end else begin if i>k then {проверка на делитель>остатка} begin write ('введите размерность='); readln (R); if R<=0 then begin writeln ('некорректная размерность '); readln; end else begin if R=1 then begin a: =1; b: =9; end else begin a: =pow (10, (R-1)); {инициализация верх и нижн границ} b: =pow (10,R); b: =b-1; end; end; if b<i then {проверка на делимое>делителя} writeln ('делиоме не может быть < делителя ') else begin SUM: =0; {обнуление сумы кол-ва эл-ов} for D: = a to b do begin if (D mod i) =k then {проверка эл-ов на условие} begin SUM: =SUM+1; end; end; writeln; writeln ('кол-во эл-ов с делителем=', i: 3, ' и остатком=', k: 3, ' равно', SUM: 6); end; {b<i} end {if i>k} else write ('остаток не может быть > делителя '); end; {if otriz} {\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\} write ('вывести значения на экран? (1-да\0-нет) '); readln (S); if S=1 then if SUM=0 then writeln ('нет эл-ов, удовл. условию') else begin for D: = a to b do if (D mod i) =k then begin write (' ',D: 4); {вычисление кол-ва делителей и их мн-ва} for i: = 1 to n do begin write (numb [i], ' ^ ', powers [i]); k: =k* ( (pow (numb [i],powers [i] +1) - 1) div (numb [i] - 1)); t: =t* (powers [i] +1); {кол-во делителей} if i <> n then write (' * '); end; writeln; writeln ('кол-во множителей: tau (num) =',t); writeln ('сумма множителей: sigma (num) =',k); writeln ('Повторить? (Y/N) '); q: =ReadKey; until q in ['N','n'] ; clrscr; end; {Factor} {----------------------------------------} procedure NodNok; type TArray=array [1.200] of integer; var a,b: TArray; i,l,j,maxa,minj,maxj: longint; k,d: longint; n: integer; q: char; begin repeat clrscr; writeln ('введите ко-во чисел для нахождения НОД и НОК'); readln (n); writeln ('введите ',n,' чисел: '); if n<=0 then writeln (‘кол-во чисел не может быть<=0’) else begin readln (a [1]); b [1]: =a [1] ; maxa: =a [1] ; for i: =2 to n do begin readln (a [i]); b [i]: =a [i] ; if a [i] >maxa then maxa: =a [i] ; end; i: =1; while (a [i] =0) and (i<=n) do inc (i); if i=n+1 then writeln ('НОД - любое число') else begin for j: =1 to n do if a [j] =0 then a [j]: =a [i] ; k: =1; for i: =2 to maxa do begin minj: =1000; for l: =1 to n do begin j: =0; while (a [l] mod i=0) do begin a [l]: =a [l] div i; inc (j); end; if (j<minj) then minj: =j; end; if (minj<>0) then for l: =1 to minj do k: =k*i; end; vecb [k]: =-j; k: =k+1; end; end; a: =1; for j: =1 to abs (vec [1]) do begin if (vec [1] mod j) =0 then begin veca [a]: =j; a: =a+1; { veca [a]: =-j; a: =a+1; } End; end; b: =a; for j: =1 to k-1 do Begin for a: =1 to b-1 do Begin Begin c: =i; sum: =0; for i: =1 to c do Begin sum: =sum+vec [i] *pow1 (vecb [j] /veca [a],c-i); if (sum<0.00001) and (sum>-0.00001) then if vec [a] =1 then writeln ('ответ: ',round (vecb [j])) else writeln ('ответ: ',round (vecb [j]), '/',round (veca [a])); end; End; End; End; end; readln; end; {SuperGorner} {----------------------------------------} procedure Express; var a,b,t: integer; q: char; begin repeat writeln ('введите числитель='); readln (a); writeln ('введите знаменатель='); readln (b); if b=0 then writeln (‘знаменатель не может быть=0’) else begin write (' ['); while (a mod b>0) do begin write (a div b,','); a: =a mod b; t: =b; b: =a; a: =t; end; write (a div b, '] '); end; writeln (‘Повторить? (Y/N) '); q: =ReadKey; until q in ['N','n'] ; clrscr; end; {Express} {----------------------------------------} case k of 1: DelOstatok; 2: Factor; 3: NodNok; 4: SuperGorner; 5: Express; 6: AntiExp; else writeln ('нет операции'); end; {case} writeln ('Повторить выполнение калькулятора? (Y/N) '); q: =ReadKey; until q in ['N','n'] ; clrscr; readln; end. {prog} |