Рабочая программа по дисциплине «Теоретико-числовые методы в криптографии» для студентов специальности «Компьютерная безопасность» ТюмГУ, и задания для самостоятельного выполнения с ответами к ним
Скачать 3.85 Mb.
|
| А.В. Рожков О.В. Ниссенбаум Теоретико-числовые методы в криптографии Учебное пособие Тюмень 2007 Рассмотрены теоретико-числовые и алгебраические основы криптографии, криптографические алгоритмы, построенные на теоретико-числовых и теоретико-сложностных проблемах, такие как RSA, Диффи-Хеллмана, Эль-Гамаля. Рассмотрена проблема генерации простых чисел, приведены вероятностные тесты на простоту и алгоритмы генерации доказуемо простых чисел с математическим обоснованием. В третьей главе приведены алгоритмы, криптоанализа асимметричных криптосистем – алгоритмы факторизации и дискретного логарифмирования – с оценками сложности. Изложение сопровождается примерами. В пособие включены также рабочая программа по дисциплине «Теоретико-числовые методы в криптографии» для студентов специальности «Компьютерная безопасность» ТюмГУ, и задания для самостоятельного выполнения с ответами к ним. Современная криптография в значительной мере использует результаты таких дисциплин как алгебра, теория чисел, теория сложности. Студентам, изучающим криптографию всерьез, необходимо знание ее математических основ, поскольку ничто так не помогает знанию как понимание, а понимание алгоритмов криптографии и криптоанализа невозможно без понимания идей, которые в них заложены. Предлагаемое учебное пособие базируется на курсе лекций, читаемом авторами в Тюменском государственном университете студентам специальности «Компьютерная безопасность». По окончании обучения студенты этой специальности получают квалификацию «математик», поэтому в этой книге математические факты даются последовательно, с доказательствами настолько строгими и подробными, насколько это позволяет семестровый курс. Однако для того, чтобы читать и понимать это пособие, достаточно знаний математики в объеме, даваемом в технических вузах. В первой главе содержатся основы теории чисел и криптографические алгоритмы, базирующиеся на теоретико-числовых принципах. Читателю, знакомому с теорией чисел, можно ограничиться чтением шестого и седьмого пунктов из §3, и продолжить чтение начиная с §5. Указанные разделы содержат описания вероятностных тестов на простоту, криптосистем, основанных на теоретико-числовых принципах (таких как RSA, Диффи-Хеллмана), методы построения доказуемо простых чисел. Описания криптосистем сопровождаются доказательствами их стойкости. Вторая глава посвящена алгебраическим основам теории чисел и таким алгебраическим структурам как кольца многочленов. На кольцах и полях многочленов построены некоторые криптосистемы, в частности AES. В третьей главе описываются алгоритмы криптоанализа двухключевых криптосистем – алгоритмы факторизации и дискретного логарифмирования. Глава предваряется параграфом, информирующем об основах теории сложности, и для каждого алгоритма из третьей главы приведена оценка сложности. Для всех описанных алгоритмов приведены примеры. В разделе «Задачи и упражнения» приведены задачи, решение которых поможет закрепить изученный теоретический материал. Примеры решения подобных задач читатель может найти в тексте пособия в соответствующем разделе. Ответы к задачам приведены в конце раздела. В Приложении 1 приведена таблица простых чисел и порождающих элементов циклических групп целых чисел, им соответствующих. Приложение 2 представляет собой рабочую программу курса «Теоретико-числовые методы в криптографии», читаемого студентам специальности 090102 «Компьютерная безопасность» в Тюменском государственном университете и включает в себя в том числе вопросы к экзамену. Криптография, или тайнопись, известна с незапамятных времен. Нужда в ней возникала всякий раз, когда людям приходило в голову, что-либо скрыть. От противников, обычно, скрывали военные или государственные секреты, а от непосвященных тайные истины и обряды. Криптографию часто путают с ее сестрой – теорией кодирования. Если вы, просматривая страницу Интернета, случайно, поставите в браузере какой-нибудь экзотический шрифт, то на экране увидите знаменитые «кракозябры», выглядящие как шифртекст. Однако это никакая не криптография. Тот, кто узнает, что означает каждый из экзотических символов, тоже сможет читать «шифртекст» так же как и вы. Кодирование можно использовать для сокрытия тайны сообщения, но очень ограниченное время, пока способ кодирования не станет общеизвестным. В кодировании сокрытие информации обеспечивается секретностью алгоритма кодирования. В криптографии же тайна обеспечивается секретностью некоторого параметра алгоритма, называемого ключом. Этот параметр может изменяться и его всегда нужно держать в секрете. Поскольку шифровать приходится тест, звук, изображение, а не просто набор цифр и символов, то, кажется, что чистая математика, а тем более ее самый абстрактный раздел теория чисел, в этом деле может помочь очень мало. К счастью для математиков, и, к сожалению, для потребителей, это совсем не так. В конечном счете, все сводится к математике, к алгебре, к теории чисел. Представьте себе огромный корабль, перевозящий товары и пассажиров. В нем много всякой всячины, но главное его предназначение – это доставка груза в порт назначения. Корабль перемещается силой винтов, винты вращаются двигателем, а все в движение приводит микровзрыв в маленьком пространстве в головке цилиндра двигателя – это истинное сердце корабля. Криптографическая система тот же корабль. В ней есть аппаратная часть – шифраторы, компьютеры, вспомогательное оборудование, например, перекодирующее, изображение с видеокамеры в поток бит для шифратора. Программная часть – операционные системы, драйвера, прикладные и сервисные программы. Команда крипто корабля – шифровальщики, администраторы, агенты, охранники, аудиторы, программисты, пользователи и т.д. И все это нужно для того, чтобы крипто контроллер, в который на аппаратном уровне вшит математический алгоритм, выполнил преобразование, переводящее один набор бит в другой. Конечно, для большинства пользователей не обязательно знать, что именно вшито в этот крипто чип, какие операции запрограммированы в крипто библиотеке Windows или Unix. Но профессиональные защитники информации, конечно, должны об этом иметь представление. Если продолжить сравнение с кораблем. Не обязательно знать всю теорию двигателя внутреннего сгорания, но нужно понимать на каком горючем он работает, для чего нужен карбюратор, и почему под выхлопной трубой плохо дышится. Все современные крипто алгоритмы используют важные понятия алгебры – векторные пространства, линейные преобразования, неприводимые многочлены, конечные поля, расширения полей и колец, конечные группы, перестановки, эллиптические кривые, признаки простоты простых чисел и т.д. Чтобы не быть голословным, перечислим понятия, используемые в алгоритме цифровой подписи - основы товарно-денежных отношений в Интернете. Это поле Галуа, эллиптическая кривая над конечным полем, примитивный элемент поля, порождающий элемент группы, простые числа. К обсуждению этих важных алгебраических понятий мы и приступаем. Главная цель этого обсуждения - показать, как вся теоретико-числовая техника работает в криптографии. Формальности можно уточнить в любом из классических учебников по алгебре и теории чисел. Часть из них приведена в списке литературы. По поводу строгости в математике всегда велись споры. Грандиозная попытка изложить всю математику на основе аксиом была предпринята Н.Бурбаки во Франции в середине прошлого века. Было написано несколько десятков томов, но проект остался незавершенным. Изучать математику по Бурбаки совершенно невозможно. Но как справочное пособие для людей, уже знающих предмет, она очень полезна. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа дисциплины «Численные методы» для специальности 090102. 65 «Компьютерная безопасность» Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов специальности 090102 «Компьютерная... |  | Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности... Иванов Д. И. Алгебра. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов очной формы обучения, специальности 090301. 65... |
| Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов специальности... Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 090102. 65 – «Компьютерная безопасность», очной формы... | | Рабочая программа для студентов направления 090301. 65 Компьютерная... Хохлов А. Г. Математический анализ. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 090301. 65 Компьютерная... |
| Программа дисциплины Операционные системы для специальности 090102.... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов специальности «090102 Компьютерная... | | Рабочая программа для студентов направлений: 090301. 65 «Компьютерная безопасность» ... |
| Задания для самостоятельного выполнения Для успешной подготовки к сдаче итогового теста попробуйте выполнить задания по основным темам курса | | 6454 Задания к контрольной работе по дисциплине Задания к контрольной работе по дисциплине «Педагогические коммуникации» (гос 2000) и методические указания для их выполнения для... |
| Учебно-методический комплекс содержит учебно-методический план, темы... В. И. Гренц. Безопасность жизнедеятельности. Учебно-методический комплекс, рабочая учебная программа для студентов специальности... | | Учебно-методический комплекс содержит учебно-методический план, темы... В. И. Гренц. Безопасность жизнедеятельности. Учебно-методический комплекс, рабочая учебная программа для студентов очного и заочного... |
| Методические указания для ее выполнения по дисциплине Конфликтология... Задания к контрольной работе и методические указания для ее выполнения по дисциплине «Конфликтология в профессиональной деятельности»... | | Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо... Платонов М. Л. Дополнительные главы теории чисел. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 090900.... |
| Информационное письмо Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие... Задания к контрольной работе и методические указания для ее выполнения по дисциплине «Конфликтология в профессиональной деятельности»... | | Методические указания для выполнения самостоятельных работ По учебной дисциплине Методические указания и задания для студентов по выполнению самостоятельных работ по дисциплине «Бурение нефтяных и газовых скважин»для... |
| «Компьютерная графика» Рабочая программа по дисциплине «Компьютерная графика» предназначена для реализации Государственного образовательного стандарта спо... | | Рабочая программа По дисциплине: сд. 05 П ожарная техника для специальности... Рабочая программа составлена на основании гос спо №13-3203Б от 08. 02. 2002г и учебного плана для очной формы обучения стф 13-3203Б... |
