一文讀懂橢圓曲線加密學【下】

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它是怎樣運作的:陷門函式

所有公鑰加密演算法的關鍵在於它們各自都有其獨特的陷門函式。陷門函式只能被單向計算,或者至少只能容易地單向計算(使用現代計算機在不到幾百萬年的時間內)

不是陷門函式:A+B=C

如果被給到A與B,我就可以算出C。問題是如果我被給到B與C,我也可以算出A。並非是陷門函式。

陷門函式:

“我喜愛福克斯(Fox)與朋友們”+公鑰=“s80s1s9sadjds9s”

如果我被給到“我喜愛福克斯(Fox)與朋友們”+公鑰,我可以得出“s80s1s9sadjds9s”,但是如果我被給到“s80s1s9sadjds9s”與公鑰,那我無法得出資訊:“我愛福克斯(Fox)與朋友們”。

在RSA(可能是最流行的公鑰系統)中,陷門函式主要取決於將大數字納入其主要因子的難度。

公鑰:944,871,836,856,449,473

私鑰:961,748,941 and 982,451,653

在以上的例子中,公鑰是一個非常大的數字,私鑰是公鑰的兩個主要因子。這是陷門函式的一個好的例子,因為在私鑰中很容易將多個數字相乘以獲取公鑰,但如果你擁有的只是公鑰,那將花費一臺電腦很長的時間才能重建私鑰。

注意:在真實的加密中,私鑰需要200+位數以上的長度以確保安全。

什麼橢圓曲線加密與眾不同

人們使用橢圓曲線加密的理由跟RSA完全相同。它生成公私鑰對並允許兩方安全溝通。然而,橢圓曲線加密有一勝過RSA的優勢。橢圓曲線加密中256位數的金鑰所提供的安全性與RSA演算法中3072位數金鑰所提供的安全性相同。這意味著在資源有限的系統中,如智慧手機、嵌入式電腦、加密網路,橢圓曲線加密相較於RSA加密演算法,它使用的硬碟空間和頻寬不到RSA演算法的10%。(藍狐筆記譯註:也就是說,橢圓曲線加密比RSA演算法在資源有限的情況下,更省資源,可行性更高。)

橢圓曲線加密陷門函式

這可能是絕大多數讀者閱讀本文的原因。這是橢圓曲線加密有別於RSA加密演算法的部分,也是它的特殊之處。陷門函式類似於池中的數學遊戲。我們從曲線上的某一點開始。我們使用一個“點函式”(dot function)來發現一個新的點。不斷重複“點函式”並圍繞曲線跳躍(hop),直到我們最終抵達最後一個點上。讓我們看看以下整個演算法。

https://arstechnica.com/information-technology/2013/10/a-relatively-easy-to-understand-primer-on-elliptic-curve-cryptography/2/

l 從A點開始;

l A 點 B=-C(從A到B點畫一條線並最終落在-C點)

l 從-C到C跨X軸反射;

l A 點 C=-D(從A點向C點畫一條線並最終落在-D)

l 從-D到D跨X軸反射;

l A 點 D=-E(從A向D畫一條線並最終落在-E)

l 從-E到E跨X軸反射

這是一個偉大的陷門函式,因為如果你知道哪裡是起點(A)以及需要多少跳才能達到終點E,那麼找到終點會很容易。從另一方面來說,如果你知道的只是起點與終點的位置,那麼,要發現需要多少跳才能抵達終點幾乎是不可能的。

公鑰:起點A,終點E;

私鑰:從A到E的跳數

問題?

以下是我初次瞭解橢圓曲線加密時所產生的相關問題。希望我能妥善地解決它們。

如何發現第二點?如果點函式(dot function)只是在兩點間畫一條難道要第二點來幫助開始嗎?

回答:不需要。第二點(我們將其稱為下圖中的-R點)實際上是P點函式P(讓我們假設第一個點被稱為P)

P點函式P=-R

那麼,什麼是P點函式P?它實際上只是P的切線。請看以下圖片:

https://devcentral.f5.com/articles/real-cryptography-has-curves-making-the-case-for-ecc-20832

如果點函式產生一條線路會走到某個極端,會發生什麼?

如果線沒有抵達靠近原點的曲線,我們實際上可以定義一個最大X值,其中線將回繞並從頭開始。有關示例,請參見下圖。

https://arstechnica.com/information-technology/2013/10/a-relatively-easy-to-understand-primer-on-elliptic-curve-cryptography/2/

我理解了暗門函式,但實踐中公私鑰是如何建立的它們是如何與要加密的資料一起使用的?

這是一個好問題,但它要求更深入的答案。在這篇文章中我給出了關於RSA與橢圓曲線加密較為通俗的解釋。然而,還有更多技術資源,我期望你去研究它們。

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