整数分解 百科内容来自于: 百度百科

实际应用

给出两个大素数,很容易就能将它们两个相乘。但是,给出它们的乘积,找出它们的因子就显得不是那么容易了。这就是许多现代密码系统的关键所在。如果能够找到解决整数分解问题的快速方法,几个重要的密码系统将会被攻破,包括RSA公钥算法和Blum Blum Shub随机数发生器。
尽管快速分解是攻破这些系统的方法之一,仍然会有其它的不涉及到分解的其它方法。所以情形完全可能变成这样:整数分解问题仍然是非常困难,这些密码系统却是能够很快攻破。有的密码系统则能提供更强的保证:如果这些密码系统被快速破解(即能够以多项式时间复杂度破解),则可以利用破解这些系统的算法来快速地(以多项式时间复杂度)分解整数。换句话说,破解这样的密码系统不会比整数分解更容易。这样的密码系统包括 Rabin密码系统(RSA的一个变体),以及 Blum Blum Shub 随机数发生器。

当今的新进展

2005年,作为公共研究一部分的有663个二进制数位之长的RSA-200已经被一种一般用途的方法所分解。
如果一个大的,有 n二进制数位长度的数是两个差不多大小相等的素数的乘积,现在还没有很好的算法来以多项式时间复杂度分解它。
这就意味着没有已知算法可以在O( n)( k为常数)的时间内分解它。但是现在的算法也是比Θ(e)快的。换句话说,现在我们已知最好的算法比指数数量级时间要快,比多项式数量级时间要慢。已知最好的渐近线运行时间是普通数域筛选法(GNFS)。时间是:
对于平常的计算机,GNFS是我们已知最好的对付 n个二进制数位大素数的方法。不过,对于量子计算机, 彼得·肖 在1994年发现了一种可以用多项式时间来解决这个问题的算法。如果大的量子计算机建立起来,这将对密码学有很重要的意义。这个算法在时间上只需要O( n),空间只要O( n)就可以了。 构造出这样一个算法只需要2 n量子位。2001年,第一个7量子位的量子计算机第一个运行这个算法,它分解的数是15。

难度与复杂度

现在还不确切知道整数分解属于那个复杂性等级。
我们知道这个问题的判定问题形式(“请问 N是否有一个比 M小的因子?”)是在NP与co-NP之中。因为不管是答案为是或不是,我们都可以用一个质因子以及该质因子的质数证明来验证这个答案。由 肖 的算法,我们得知这个问题在BQP中。大部份的人则怀疑这个问题不在P、NP-Complete、以及co-NP-Complete这三个复杂性类别中。如果这个问题可以被证明为NP-Complete或co-NP-Complete,则我们便可推得NP=co-NP。这将会是个很震撼的结果,也因此大多数人猜想整数分解这个问题不在上述的复杂性类别中。也有许多人尝试去找出多项式时间的算法来解决这个问题,但是都尚未成功,因此这个问题也被多数人怀疑不在P中。
有趣的是,当判定问题为“ N是否为一合数?”则比要找出 N的因子这个问题要简单的许多。有文章[1]指出前者这个问题可以在多项式时间中解决(其中 nN的位数)。若允许微小的失误,更有许多的随机化算法可以非常快速的测试出一个数是否为质数。测试一个数是否质数不难,这是RSA算法中非常重要的一环,因为它在一开始的时后需要找很大的质数。(参见素性测试)。

整数分解算法

特殊用途算法

一个特别的因子分解算法的运行时间依赖它本身的未知因子:大小,类型等等。在不同的算法之间运行时间也是不同的。
试除法、Lenstra 椭圆曲线分解法、费马分解方法、特殊数域筛选法

一般用途算法

一般用途算法的运行时间仅仅依赖要分解的整数的长度。这种算法可以用来分解RSA数。大部分一般用途算法基于平方同余方法。
Dixon's algorithm连分数分解法 (CFRAC) 二次筛选法普通数域筛选法

其他值得注意的算法

Shor's algorithm(量子电脑)

图书信息

书 名: 整数分解
作 者:颜松远
出版时间: 2009年1月1日
ISBN: 9787030235152
开本: 16开
定价: 26.00元

内容简介

这是一本为大学生和研究生而写的通俗读物,但由于它的起点较低,因此也适合于用作中小学生的课外读物(略过有关数学公式);同时又由于它的终点较高且理论曲折深刻,涉及很多几十年、几百年乃至数千年悬而未决的数学难题,因而对广大数学、计算机科学和密码学等专家也是一本不可多得的读物。

作者简介

宗传明,1993年维也纳科学技术大学获博士学位,1997年晋升为中国科学院数学研究所研究员,2000年始任北京大学数学科学学院教授。曾在维也纳、巴黎、苏黎世、伦敦、柏林、伯克利等学习工作近十年。在剑桥大学出版社和斯普林格出版社出版专著三部。曾荣获von Prechtl奖章(奥地利)、陈省身数学奖、中国青年科技奖、教育部自然科学一等奖、茅以升青年科技奖等多项荣誉。

图书目录

丛书序言
序言
1 开头小引、数论难题
2 整数分解、古老问题
3 中华神算、制胜出奇
4 库克论题、辨别难易
5 质数分布、深刻神秘
6 椭圆曲线、标新立异
7 二次筛法、值得称道
8 数域筛法、独占鳌头
9 柳暗花明、密码新法
10 孙子兵法、兵不厌诈
11 参考文献、阅读建议
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