椭圆曲线的原理
椭圆曲线的原理 作者:杨金宝
公开密钥算法总是要基于一个数学上的难题。比如RSA 依据的是:给定两个素数p、q 很容易相乘得到n,而对n进行因式分解却相对困难。
椭圆曲线的数学难题是建立在椭圆曲线上的点相加的次数的结果,无法推导出相加了几次.
射影平面和默比乌斯带
我们对普通平面直角坐标系上的点A的坐标(x,y)做如下改造:
令x=X/Z ,y=Y/Z(Z≠0);则A点可以表示为(X:Y:Z)。
变成了有三个参量的坐标点,这就对平面上的点建立了一个新的坐标体系。
摄影平面直线方程:
aX+bY+cZ=0
平面直线方程:
ax+by+c=0
射影平面上的椭圆曲线, 以及椭圆曲线上的加法
运算法则:任意取椭圆曲线上两点P、Q (若P、Q两点重合,则做P点的切线)做直线交于椭圆曲线的另一点R’,过R’做y轴的平行线交于R。我们规定P+Q=R。
密码学中的椭圆曲线
椭圆曲线在不同的数域中会呈现出不同的样子,但其本质仍是一条椭圆曲线。举一个不太恰当的例子,好比是水,在常温下,是液体;到了零下,水就变成冰,成了固体;而温度上升到一百度,水又变成了水蒸气。但其本质仍是H2O。
椭圆曲线上的点的阶
如果椭圆曲线上一点P,存在最小的正整数n,使得数乘nP=O∞,则将n称为P的 阶,若n不存在,我们说P是无限阶的。事实上,在有限域上定义的椭圆曲线上所有的点的阶n都是存在的。
椭圆曲线上的加密/解密
公开密钥算法总是要基于一个数学上的难题。比如RSA 依据的是:给定两个素数p、q 很容易相乘得到n,而对n进行因式分解却相对困难。那椭圆曲线上有什么难题呢?
考虑如下等式:
K=kG [其中 K,G为Ep(a,b)上的点,k为小于n(n是点G的阶)的整数]
不难发现,给定k和G,根据加法法则,计算K很容易;但给定K和G,求k就相对困难了。
这就是椭圆曲线加密算法采用的难题。我们把点G称为基点(base point)。
现在我们描述一个利用椭圆曲线进行加密通信的过程:
1、用户A选定一条椭圆曲线Ep(a,b)方程,并取椭圆曲线上一点,作为基点G。
2、用户A选择一个私有密钥k,并生成公开密钥K=kG。
3、用户A将Ep(a,b)和点K,G传给用户B。
4、用户B接到信息后 ,将待传输的明文编码到Ep(a,b)上一点M(编码方法很多,这里不作讨论),并产生一个随机整数r.
5、用户B计算点C1=M+rK;C2=rG。
6、用户B将C1、C2传给用户A。
7、用户A接到信息后,计算C1-kC2,结果就是点M。
因为C1-kC2=M+rK-k(rG)=M+rK-r(kG)=M 再对点M进行解码就可以得到明文。
在这个加密通信中,如果有一个偷窥者H ,他只能看到Ep(a,b)、K、G、C1、C2 而通过K、G 求k 或通过C2、G求r 都是相对困难的。因此,H无法得到A、B间传送的明文信息。
密码学中,描述一条Fp上的椭圆曲线,常用到六个参量:
T=(p,a,b,G,n,h)。
(p 、a 、b 用来确定一条椭圆曲线,G为基点,n为点G的阶,h 是椭圆曲线上所有点的个数m与n相除的整数部分)
这几个参量取值的选择,直接影响了加密的安全性。参量值一般要求满足以下几个条件:
1、p 当然越大越安全,但越大,计算速度会变慢,200位左右可以满足一般安全要求;
2、p≠n×h;
3、pt≠1 (mod n),1≤t<20;
4、4a3+27b2≠0 (mod p);
5、n 为素数;
6、h≤4。