M
1.6 Nhận xét về Chương 1
Chúng tôi đã trình bày một số kết quả iên quan đến RSA trong chương 1. Các biến thể của RSA trong phần 1.3 sẽ được d ng để đối chứng với sơ đồ xây dựng RSA mà chúng tôi đưa ra trong chương 2. ết quả thám mã RSA bằng dàn hai chiều trong phần 1.5.1.3 ch là heuristic, chúng tôi sẽ đưa ra điều kiện đảm bảo cách tấn công này uôn thành công trong Chương 3.
Chương 2
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CHO RSA
Nội dung chương này gồm:
1. Xây dựng hệ mã RSA trên vành thương của vành Euc id Sau đó chỉ ra rằng
ơ đồ này bao quát hệ mã RSA gốc, RSA trên vành thương đa thức và RSA trên vành thương của vành các số nguyên Gauss.
2. Xây dựng các điều kiện để xây dựng được hệ mã RSA trên một n a nhóm. Sau đó chỉ ra rằng ơ đồ này ba quát được tất cả các hệ mã RSA đã được đề cập.
Như đã trình bày ở chương trước, có rất nhiều biến thể của RSA được phát triển. Việc xây dựng sơ đồ cho RSA cũng à một vấn đề được nhiều người quan tâm. Tuy vậy chưa có công trình nào ch ra một mô hình chung cho tất cả các biến thể của RSA. Ở đây, chúng tôi quan niệm ch ra mô hình tức à ch ra một cấu trúc
đại số và các điều kiện trên đó được thỏa mãn sao cho phương trình được
nghiệm đúng.
Chương này sẽ nêu ra hai sơ đồ cho RSA. Sơ đồ thứ nhất được xây dựng trên vành thương của vành uc id, sơ đồ này bao quát được RSA gốc, RSA trên vành thương của vành các đa thức và RSA trên vành thương của vành các số nguyên Gauss. Sơ đồ thứ hai được xây dựng trên một nửa nhóm, sơ đồ này bao quát được tất cả các hệ mã RSA đã đề cập trong phần 1.3.
2.1 R tr n nh thương c nh c
Trong phần này, trước hết chúng tôi nhắc ại khái niệm vành uc id. Sau đó sẽ xây dựng hệ mã RSA trên vành uc id dưới một số giả thiết thích hợp.
Định ngh 2.1 ột miền nguyên có đơn vị được g i à một vành Euc id nếu tồn
tại một ánh ạ thỏa mãn:
i. ếu à các hần t hác trong E th .
ii. ếu à các hần t hác trong E th tồn tại các hần t
sao cho tr ng đó h c h c .
nh xạ trong định nghĩa trên thường được gọi à ánh ạ Euc id hoặc à
chu n trên E. Nếu thì ta nói rằng à ước của hay à bội của . Trong
E, một phần tử được gọi à ước của đơn vị nếu tồn tại phần tử sao cho
. Một phần tử được gọi à nguyên tố nếu từ hệ thức ta suy ra một trong hai phần tử à ước của đơn vị. Với phần tử , chúng
ta sẽ k hiệu à id a sinh ra bởi , đó à vành con của gồm những phần tử
có dạng với .
Trong phần này, chúng ta giả sử rằng E à một vành uc id và với mỗi
, vành thương E à hữu hạn. Số các phần tử khả nghịch trong vành thương
sẽ được k hiệu à và đây được x m như à mở rộng của hàm u r trong số học.
Phép chia uc id trong E sẽ sinh ra một oạt các khái niệm tương tự như
trong vành số nguyên như: ước chung, ước chung ớn nhất của hai phần tử,… Đặc
biệt chúng ta có thể áp dụng thuật toán uc id để t nh ước chung ớn nhất
của hai phần tử trong E, ngoài ra ước chung ớn nhất của hai phần tử
uôn có thể biểu diễn dưới dạng tổ hợp tuyến t nh của và (hệ thức out).
Với à hai số nguyên tố, hệ thức đóng một vai trò
quan trọng trong việc chứng minh hệ thức trong hệ mã RSA gốc.
Để đi đến hệ thức này, trước hết chúng tôi phát biểu mệnh đề tổng quát sau, sẽ được d ng đến nhiều trong phần 2.2.
Mệnh ề 2.1 Giả s là vành giao hoán có đơn vị, và là các ideal của sao cho hi đó ta có đẳng cấu vành . Chứng minh. Xét ánh xạ
Có thể kiểm tra được rằng à một đồng cấu vành.
Ta sẽ chứng minh là một toàn cấu. Thật vậy, do nên với
, trong đó à đơn vị của .
Với phần tử bất kỳ , xét phần tử
Vì nên . Vì nên .
hi đó . Vậy là một toàn cấu.
Tiếp theo ta sẽ chứng minh . Thật vậy, rõ ràng .
Do và nên .
Ngược lại, với phần tử bất kỳ ta có . Vì
vậy . Như vậy , tức là . Áp dụng
định lý về đồng cấu vành ta có ■
Từ mệnh đề trên, chúng ta có ngay tính chất nhân tính của hàm như sau.
Hệ quả 2.1 ếu thỏa mãn th . hứng minh.
Kí hiệu là các ideal trong E sinh bởi và . Giả thiết
suy ra hệ thức với nào đó. Do
nên , điều này dẫn đến Áp dụng Mệnh đề 2.1 ta có
Bằng cách lấy số phần tử khả nghịch trong các vành ở hai vế đẳng thức trên, ta nhận
được hệ thức ■
ây giờ chúng ta sẽ chứng minh hệ thức cơ bản trong RSA. hiệu được
d ng để ch phần tử chứa trong vành thương E với .
Mệnh ề 2.2 iả à các hần t nguyên tố tr ng vành Euclid và ; à các ố nguyên thỏa mãn và hi đó với m i , hệ thức đúng tr ng vành
thương .
Chứng minh.
Trước hết ta sẽ chứng minh rằng trong . Thật vậy,
điều này à hiển nhiên khi trong , trong trường hợp ngược ại
phải à một phần tử khả nghịch trong và th o định nghĩa của ta có
trong . Nếu với thì
trong .
Tương tự, ta cũng có trong .
Như vậy, à một bội của cả và và do đó à một bội của . Điều này
suy ra rằng hay trong . ■
2.1.1 ơ ồ R tr n nh thương c a vành Euclid
Sinh hóa
.Chọn hai phần tử nguyên tố phân biệt và t nh .
.Chọn số nguyên thỏa mãn với .
.T nh .
.Công bố và như khóa công khai, giữ àm khóa riêng.
ã hóa
.Văn bản à các phần tử .
.Văn bản được mã hóa thành .
iải mã
. được giải mã bằng cách tính trong .
2.1.2 sánh các hệ ã R ã b ết
Hệ mã RSA xây dựng trên đây sẽ áp dụng được cho các vành trên đó có thể định nghĩa được phép chia uc id. Sau đây chúng ta sẽ ch ra rằng hệ mã RSA gốc, RSA trên vành thương các đa thức và RSA trên vành thương các số nguyên Gauss à các biến thể của sơ đồ đã ch ra ở trên.
2.1.2.1 ệ ã R gốc
Trong trường hợp này, vành được xét à vành các số nguyên . Phép chia
trên à phép chia giữa các số nguyên. Với , chuẩn của à số ,
ideal sinh bởi à tập các bội số của và vành thương ch nh à
vành . Hàm u r ch nh à số các phần tử khả nghịch trong , cũng ch nh à số các số trong tập nguyên tố c ng nhau với . Hàm u r tại số nguyên tố được t nh bởi và với à t ch của hai
số nguyên tố phân biệt thì . Do việc mã
hóa và giải mã được thực hiện bằng phép chia cho nên các phép t nh trong
quá trình mã hóa và giải mã x m như được tiến hành trong vành thương .
2.1.2.2 Hệ mã R tr n nh thương các th c
Đối với biến thể này của RSA, vành được xét à vành đa thức
gồm các đa thức th o biến với hệ số thuộc , trong đó à một số nguyên tố.
Phép chia uc id trên ch nh à phép chia đa thức thông thường. Với ,
chuẩn của ch nh à bậc của , vành thương có thể x m như
gồm các đa thức có bậc nhỏ hơn bậc của . Một phần tử à nguyên tố
nếu à bất khả quy trong , khi đó hàm u r tại được t nh bởi
với à bậc của .
Trong biến thể này, hai đa thức bất khả quy được chọn có bậc ần ượt à và . hi đó đa thức sẽ có bậc à và ta có
Các khóa chung và khóa riêng được chọn sao cho .
Các văn bản à các đa thức có bậc nhỏ hơn . Văn bản sẽ được
mã hóa bằng cách t nh và rồi được giải mã bằng
cách t nh .
2.1.2.3 Hệ mã R tr n nh thương các số ng n G ss
Đối với biến thể này của RSA, ta chọn hai phần tử nguyên tố và
t nh , trong đó là vành các số nguyên Gauss. hi đó
. Các khóa chung và khóa riêng
được chọn sao cho . Mỗi văn bản sẽ được mã
2.1.3 Nhận t ề sơ ồ
Sơ đồ trên của RSA ch bao quát cho những biến thể RSA được xây dựng trên vành uc id. Trên nhóm nhân các ma trận hay trên nhóm đường cong iptic rất khó để xây dựng một phép chia Euclid và do đó không thể áp dụng sơ đồ trên để xây dựng hệ mã RSA trên các cấu trúc này. Trên các vành không thể định nghĩa
được phép chia Euclid hay trên nhóm nhân, hệ thức phải được xây dựng
bằng con đường khác. Trong phần tiếp th o, chúng tôi xây dựng các điều kiện để có
được hệ thức trên một nửa nhóm và ch ra rằng, có thể áp dụng sơ đồ này
để xây dựng tất cả các RSA trong phần 1.3. Chúng tôi cũng ch ra rằng, sơ đồ trong phần này là một trường hợp đặc biệt của sơ đồ tổng quát hơn trong phần 2.2 ngay dưới đây.
2.2 ơ ồ cho RSA trên nửa nhóm
Trong phần chứng minh Mệnh đề 2.2, hệ thức được suy ra từ định lý Lagrange trong lý thuyết nhóm. Do đó chúng ta có thể xây dựng hệ thức
dựa trên ch các điều kiện về nhóm. Trong phần này chúng tôi sẽ đưa ra
các điều kiện cần có sao hệ thức được thỏa mãn trên một nửa nhóm. Sau
đó chúng tôi sẽ ch ra rằng hệ mã RSA gốc c ng với các biến thể của nó trong phần 1.3 sẽ à trường hợp đặc biệt của sơ đồ.
2.2.1 ơ ồ
Giả sử à một tập khác rỗng, trên đó đã xác định một phép toán hai ngôi
sao cho với phép toán này, à một nửa nhóm, tức à phép toán có t nh kết hợp.
Để tiện việc trình bày chúng tôi sẽ k hiệu th o ối nhân. Giả sử à tập con khác rỗng à tập các văn bản cần mã hóa th o kiểu RSA. Chúng tôi đưa ra một số
điều kiện sao cho hệ thức xảy ra trên như sau.
Mệnh ề 2.3 iả rằng
b. ồn tại hai nhóm và hai nhóm sao cho
và .
c. nh ạ định ngh a bởi à đơn ánh.
í hiệu và hi đó nếu
à hai ố nguyên thỏa mãn th với m i . hứng minh.
Không mất tính tổng quát, ta sẽ kí hiệu các phép toán trên theo lối nhân. Giả sử
, trước hết ta chứng minh . Thật vậy, do nên
hoặc , có thể giả sử . hi đó với
là phần tử đơn vị của . Vì nên với . hi đó
Do à đồng cấu nên . Vậy . Bằng lập luận tương tự ta có . Vì và nên
Suy ra do à đơn ánh. ■
Với các giả thiết như trong mệnh đề trên, chúng ta có thể xây dựng trên hệ
mã RSA như sau.
ệ ã R tr n nử nh nh n
Sinh hóa.
-T nh .
ã hóa.
- à không gian các văn bản cần mã hóa.
-Một văn bản được mã hóa thành .
iải mã.
-c được giải mã bằng cách t nh
Chú 2.1 húng ta có thể ch n bộ ( àm hóa riêng thay ch , tr ng đó và . ếu
và th được d ng để giải mã bằng cách tính .
Chú 2.2 Giả sử à hai vành và à vành tích của và ếu và
tương ứng à các h chiếu từ lên và th ánh ạ ác định
bởi à đơn ánh.
Chú ý 2.2 trên đây sẽ được d ng trong các biến thể của RSA. Sau đây chúng ta sẽ ch ra rằng các biến thể của RSA đều thuộc về mô hình này.
2.2.2 sánh các hệ ã R ã b ết
Trong phần tiếp th o, chúng tôi sẽ giải th ch rằng sơ đồ RSA trên vành thương của vành Euclid trong phần 2.1 và các biến thể của RSA trong phần 1.3 à các trường hợp đặc biệt của sơ đồ trong phần 2.2.1 ở trên đây.
2.2.2.1 Hệ ã R tr n nh thương c a vành Euclid
Chúng tôi sẽ giải thích trong phần này các hệ mã RSA trên vành thương của vành Euclid là các biến thể của mô hình vừa được ch ra. Các kí hiệu được dùng như trong phần 2.1.
Với và , theo Mệnh đề 2.1 ta có đẳng cấu vành
Đẳng cấu này sẽ cảm sinh đẳng cấu nhóm tương ứng nếu xem các vành trên là các nhóm nhân. Kí hiệu tương ứng là các nhóm nhân gồm các phần tử khả
nghịch trong , , và đặt , . Đẳng cấu
vành trên đây sẽ cảm sinh ra đẳng cấu nhóm
Kí hiệu là các phép chiếu tương ứng từ lên và . hi đó các giả
thiết trong Mệnh đề 2.3 được nghiệm đúng hệ thức xảy ra với mọi ,
trong đó là các số nguyên thỏa với .
Chú ý rằng khi đó do , nên
chúng ta thu được kết quả như trong phần 2.1.
Như vậy các hệ mã RSA gốc, hệ mã RSA trên vành thương các đa thức và hệ mã RSA trên vành thương các số nguyên Gauss là các biến thể hiện của sơ đồ RSA trên nửa nhóm.
2.2.2.2 Hệ mã RSA tr n nh các trận
Do đẳng cấu , hệ mã RSA trên vành các ma trận à
trường hợp đặc biệt của mô hình trong đó
còn à các phép chiếu từ tương ứng ên và .
2.2.2.3 ệ ã RSA tr n nh ư ng c ng elliptic
Hệ mã RSA trên nhóm đường cong iptic đã mô tả à một trường hợp đặc biệt của mô hình có thể giải th ch như sau.
Giả sử và à các phần tử sinh tương ứng của nhóm nhân và . hiệu và tương ứng à các
nhóm đường cong iptic b với các nhóm và . hiệu
à các phần tử trong sao cho
và
hi đó với mỗi phần tử , có một và ch một trong các trường hợp sau xảy ra:
. . . . Do đó, nếu định nghĩa
thì với mỗi , tồn tại duy nhất một trong các tập trên chứa một phần tử có tọa
Chúng ta đã biết rằng có thể định nghĩa một phép toán + trên sao cho
à một nhóm và [49]. hi đó các phép chiếu
và à các đồng cấu nhóm. Mô hình ở trên ch ra rằng với mọi , trong đó à các số nguyên thỏa mãn với .
Tương tự như vậy, trên và chúng ta có thể định nghĩa các phép toán mà có thể k hiệu chung à để các tập này trở thành các nhóm, đồng thời có các đẳng cấu sau
và
Mô hình đã ch ra khẳng định rằng với mọi
, trong đó à các số nguyên thỏa mãn với
.
Như vậy, đối với hệ mã RSA trên đường cong elliptic, các nhóm rời rạc
à các trường hợp của mô hình đã đề cập ở phần 2.2.1.
2.2.3 Nhận xét về sơ ồ
Như đã thấy ở trên, Mệnh đề 2.3 àm cơ sở cho việc xây dựng hệ mã RSA
trên nửa nhóm nhân . Chúng ta có thể ch ra không gian văn bản lớn nhất, tức là
tập hợp lớn nhất trong gồm các phần tử mà như sau.
Mệnh ề 2.4 Cho là một nửa nhóm nhân hữu hạn. Giả sử là hợp của tất cả các
cực đại trong . hi đó, với là các số nguyên thỏa mãn , đẳng thức khi và ch khi .
Chứng minh.
Giả sử , khi đó phải là phần tử của một nhóm cực đại G nào đó của . Kí
