公钥密码所需的数学基础

  1. 完全剩余系
    (1) 定理1:对于给定的正整数m,有且恰有m个不同的模m的剩余类。
    (2) 定理2:设m是正整数,整数a满足gcd(a,m)=1,b是任意整数。若x遍历模m的一个完全剩余系,则ax+b也遍历m的一个完全剩余系。
    (3)定理3:设 m 1 , m 2 m_1,m_2 是两个互素的正整数。如果x遍历 m 1 m_1 的一个完全剩余系,y遍历 m 2 m_2 的一个完全剩余系,则 m 1 y + m 2 x m_1y+m_2x 遍历 m 1 m 2 m_1m_2 的一个完全剩余系。

  2. 简化剩余系
    (1)定理1:设m是正整数,整数a满足gcd(a,m)=1.若x遍历模m的一个简化剩余系,则ax也遍历模m的一个简化剩余系。
    (2)定理2:设 m 1 , m 2 m_1,m_2 是两个互素的正整数。如果x遍历 m 1 m_1 的一个简化剩余系,y遍历 m 2 m_2 的一个简化剩余系,则 m 1 y + m 2 x m_1y+m_2x 遍历 m 1 m 2 m_1m_2 的一个简化剩余系。

  3. 欧拉定理
    (1)推论1:设m,n是两个互素的整数,则φ(mn)=φ(m)φ(n).
    (2)定理1:若 m = p 1 e 1 p 2 e 2 . . . p k e k m=p_1^{e_1}p_2^{e_2}...p_k^{e_k} ,则
    φ ( m ) = m i = 1 k ( 1 1 p i ) φ(m)=m\prod_{i=1}^{k} \left( 1-\frac{1}{p_i}\right)

    (3)定理2(欧拉定理):设m是正整数, r Z m r\in Z_m ,若gcd(r,m)=1,则 r φ ( m ) 1 ( m o d m ) r^{φ(m)} ≡ 1 (mod m)

  4. 群:设G是一个具有代数运算 \circ 非空集合,并且满足:
    (1)封闭性:G中任意两个元素做运算得到的结果仍属于G;
    (2)结合律: a , b , c G \forall a,b,c \in G ,有
    ( a c ) c = a ( c c ) ; (a\circ c)\circ c = a\circ( c\circ c);
    (3)有单位元:即G中存在一个元素e: a G \forall a \in G ,有
    e a = a e = a e\circ a = a\circ e = a
    (4)有逆元:即对于任意 a G a \in G ,存在一个元素 a 1 G a^{-1} \in G ,使得
    ( a a 1 ) = a 1 a = e (a\circ a^{-1}) = a^{-1}\circ a = e

  5. 交换群:对于群G中的任意元素, a , b G a,b \in G 都有
    a b = b a ab = ba
    则称群G为交换群或阿贝尔群。

  6. 群的阶:有限群G中的元素个数称为群的阶,记为|G|。

  7. 定理1:一个有乘法的有限集合G,若其乘法在G中封闭,且满足结合律和消去律,则G是群。

  8. 循环群:设G是一个群,若存在一个元素a,使得G=<a>,则称G为循环群。元素a称为G的生成元。若 ( a ) = \circ(a)=\infty ,G称为无限循环群;若 ( a ) = n \circ(a)=n ,n是某个正整数,则G称为有限循环群。

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