Asymetrické šifrování
1. Matematika pro kryptology
Matematika pro kryptology
Algoritmy z rodiny asymetrických šifer jsou založeny na rozkladu přirozených čísel.
Než se však k principu algoritmů dobereme, sdělíme si něco málo z matematiky.
Rozklad na součin prvočísel
Vzpomínáte ze základní či střední školy na D(25, 5) či n(25, 5)???
Zkusili byste vymyslet, co tento zápis znamenal?
- D(25, 5) značí, že hledáme největšího společného dělitele čísel 25 a 5
- n(25, 5) nám říká, že hledáme nejmenší společný násobek čísel 25 a 5 obr. 1
Obr. 1 Rozklad na součin

- hledání provádíme pomocí rozkladu na součin prvočísel
- prvočíslo je takové číslo, které nemá jiného dělitele než samo sebe a jedničku obr. 2.
Obr. 2 Prvočísla do 400

Příklad:

Najděte největšího společného dělitele čísel 140 a 15. využijte rozkladu na součin prvočísel obr. 3
Obr. 3 Největší společný dělitel čísel 140 a 15
U rozkladu na součin prvočísel se předpokládá, že ačkoli je tento postup jednoduchý, u velkých čísel může být hledání dělitelů z řad prvočísel nadmíru složité a těžké a doposud není známý algoritmus, který by toto bez pochybení dokázal.Pro lepší pochopení tu máme upřesnění, které nám ukazuje historický vývoj zjišťování prvočíselných dělitelů. V roce 1970 byla úspěšně rozkládána 20- ciferná čísla. O desetiletí později se s rozvojem techniky a matematických operací umožnil rozklad 50- ciferných čísel. Rokem 1990 se prolomila 100- ciferná čísla a bylo umožněno jejich rozkládání na prvočinitele. V polovině devadesátých let s použitím internetové sítě bylo rozloženo 129 místné číslo. Kolem roku 1996 bylo rozloženo až 130- ciferné číslo.Pro zajímavost je zde uvedena i soutěž, která se konala v roce 2003. Jejímž cílem byl rozklad 174- ciferného čísla. Odměna se pohybovala v řádu tisíců dolarů a rozklad se ke konci roku podařil najít obr. 4.
Obr. 4 RSA-Challenge 2003

Otázka k zamyšlení... Je jednička prvočíslo?Diskuze na toto téma by mohla být velmi zajímavá, zkuste se ovšem zamyslet, jaké podmínky musí číslo splňovat, aby se mohlo nazývat prvočíslem...
- jednička prvočíslem není
- prvočíslo je definované tak, že musí být dělitelný dvěma různými čísly - jedničkou a samo sebou
- jednička je dělitelná jedničkou a sama sebou, ovšem toto je pouze jeden dělitel
Problém diskrétního logaritmu
Vedle připomenutí pojmu prvočíslo se v následujících článcích setkáme s pojmem „neřešitelnost“ diskrétního logaritmu. Nebudeme zde zabíhat do složitých matematických definic tohoto pojmu.Eulerova funkce
Eulerovu funkci nebudeme definovat jako správní matematici, ale spíše jen pro naše chápání a pochopení její aplikace v následujících studijních aktivitách.Eulerova funkce, kterou používá především algoritmus RSA, je dána takto: f(pk) = (p - 1)*(pk-1), kdy f je funkce, která nám říká, že p je prvočíslo a s k je navzájem nesoudělné.Tvoří jenom součást z mnoha výpočtů, které se například v algoritmu RSA musí vykonat.Soudělnost x nesoudělnost
Vedle problému vysokoškolské matematiky se bezpečnost algoritmů opírá také a velice jednoduchý problém soudělnosti a nesoudělnosti dvou čísel.Dvě čísla jsou soudělná, pokud mají alespoň jednoho společného dělitele kromě čísla 1 (čísla 5 a 25 jsou soudělná, protože jejich společný dělitel je 5 a 1). Naopak čísla 3 a 13 jsounesoudělná, protože jediný společný dělitel je číslo 1.Div a mod
Zkuste zapátrat v paměti... Kdo už jste někdy programoval, určitě jste k některým dílčím úkonům použil klíčová slova mod a div.Vzpomněli byste si, co znamenají?- div je celočíselné dělení
- mod je potom zbytek po tomto dělení (respektive operace, která vrátí zbytek po celočíselném dělení)
- operace mod je hojně využívána opět především u algoritmu RSA, kdy je zbytek (mod) využíván pro další výpočty
- rozdíl mezi operaci ukazuje následující schéma obr. 5
Obr. 5 Dělení

Poznámka: operace mod provede dělení, celočíselný výsledek zahodí, a vrátí nám pouze hodnotu zbytku po celočíselném dělení.Se znalostí těchto pojmů se tedy můžeme pustit do vysvětlení principu asymetrického šifrování.
Shrnutí
Ujasnili jsme si pojmy, které budou v dalších studijních aktivitách hojně využívány. Probrali jsme soudělnost a nesoudělnost čísel, dotkli se problému prvočísel a jejich umocňování, které souvisí s Eulerovou funkcí. Řekli jsme si také, co je to mod a div. Nyní se tedy podíváme na aplikování těchto pojmů.Zdroje
TESKOVÁ, Libuše. Lineární algebra. 3. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita, 2010, 243 s. ISBN 978-80-7043-966-1.
