Qisqa butun sonli yechim muammosi - Short integer solution problem

Qisqa tamsayıli echim (SIS) va halqa-SIS muammolar ikkitadir o'rtacha- ishlatilgan katta muammolar qafas asosidagi kriptografiya inshootlar. Panjara asosidagi kriptografiya 1996 yilda Ajtayning asosiy ishidan boshlandi[1] SIS muammosiga asoslangan bir tomonlama funktsiyalar oilasini taqdim etdi. Agar u o'rtacha holatda xavfsizligini ko'rsatdi eng qisqa vektor muammosi (qayerda ba'zi bir doimiy uchun ) eng yomon stsenariyda qiyin.

O'rtacha ish muammolari - bu tasodifiy tanlangan ba'zi misollar uchun hal qilinishi qiyin bo'lgan muammolar. Kriptografiya dasturlari uchun eng yomon murakkablik etarli emas va biz kriptografik qurilishni o'rtacha ishning murakkabligi asosida qiyin bo'lishiga kafolat berishimiz kerak.

Panjaralar

A to'liq daraja panjara ning butun sonli chiziqli birikmalar to'plami chiziqli mustaqil vektorlar , nomi berilgan asos:

qayerda ustunlarida bazis vektorlari bo'lgan matritsa.

Izoh: Berilgan panjara uchun ikkita asos , bir xil bo'lmagan matritsalar mavjud shu kabi .

Ideal panjara

Ta'rif: Qaytish smenali operator yoqilgan bilan belgilanadi va quyidagicha aniqlanadi:

Tsiklik panjaralar

Micciancio taqdim etildi tsiklik panjaralar ixchamlikni umumlashtirishda uning ishida xalta muammosi o'zboshimchalik bilan qo'ng'iroqlarga.[2] Tsiklik panjara - bu aylanma siljish operatori ostida yopilgan panjara. Rasmiy ravishda tsiklik panjaralar quyidagicha ta'riflanadi:

Ta'rif: Panjara agar tsiklik bo'lsa .

Misollar:[3]

  1. o'zi tsiklik panjaradir.
  2. Ko'p polinom halqasidagi har qanday idealga mos keladigan panjaralar tsiklik:

kvant polinom halqasini ko'rib chiqing va ruxsat bering bir nechta polinom bo'ling , ya'ni qayerda uchun .

Joylashtirish koeffitsientini aniqlang -modul izomorfizmi kabi:

Ruxsat bering ideal bo'lish Idealga mos keladigan panjara , bilan belgilanadi , ning pastki qismi , va sifatida belgilanadi

Teorema: agar shunday bo'lsa, tsiklik bo'ladi ba'zi ideallarga mos keladi kvantli polinom halqasida .

dalil: Bizda ... bor:

Ruxsat bering o'zboshimchalik bilan element bo'lishi . Keyin aniqlang . Ammo beri ideal, bizda bor . Keyin, . Ammo, . Shuning uchun, tsiklikdir.

Ruxsat bering tsiklik panjara bo'ling. Shuning uchun .

Polinomlar to'plamini aniqlang :

  1. Beri panjara va shuning uchun qo'shimchalarning kichik guruhi , ning qo'shimchali kichik guruhidir .
  2. Beri tsiklik, .

Shuning uchun, ideal va natijada, .

Ideal panjaralar[4][5]

Ruxsat bering darajadagi monik polinom bo'ling . Kriptografik dasturlar uchun odatda qisqartirilmasligi uchun tanlanadi. Tomonidan yaratilgan ideal bu:

Ko'p polinom halqasi bo'limlar ko'p darajadagi polinomlarning ekvivalentlik sinflariga :

bu erda qo'shish va ko'paytirish moduli kamaytiriladi .

Joylashtirish koeffitsientini ko'rib chiqing -modul izomorfizmi . Keyin har bir ideal ning pastki qismini belgilaydi deb nomlangan ideal panjara.

Ta'rif: , idealga mos keladigan panjara , ideal panjara deyiladi. Aniqrog'i, kvant polinom halqasini ko'rib chiqing , qayerda daraja tomonidan yaratilgan idealdir polinom . , ning subtaltasi va quyidagicha aniqlanadi:

Izoh:[6]

  1. Aniqlanishicha hatto kichik uchun ham odatda ideal panjaralarda oson. Sezgi shundan iboratki, algebraik simmetriyalar idealning minimal masofasini tor, osonlikcha hisoblanadigan oraliqda yotishiga olib keladi.
  2. Taqdim etilgan algebraik simmetriyalardan ideal panjaralarda foydalanib, qisqa nolga teng bo'lmagan vektorni o'zgartirishi mumkin (deyarli) bir xil uzunlikdagi chiziqli mustaqil bo'lganlar. Shuning uchun, ideal panjaralarda, va kichik yo'qotish bilan tengdir.[7] Bundan tashqari, hatto kvant algoritmlari uchun ham va eng yomon stsenariyda juda qiyin.

Qisqa butun sonli yechim muammosi

SIS va Ring-SIS ikkitadir o'rtacha qafas asosidagi kriptografiya inshootlarida ishlatiladigan ish masalalari. Panjara asosidagi kriptografiya 1996 yilda Ajtayning asosiy ishidan boshlandi[1] SIS muammosiga asoslangan bir tomonlama funktsiyalar oilasini taqdim etdi. U o'rtacha holatda ishonchli ekanligini ko'rsatdi (qayerda ba'zi bir doimiy uchun ) eng yomon stsenariyda qiyin.

SISn,m,q,β

Ruxsat bering bo'lish yozuvlari bilan matritsa iborat bo'lgan bir xil tasodifiy vektorlar : . Nolga teng bo'lmagan vektorni toping shu kabi:

Eritmaning uzunligiga talab qilinadigan cheklovlarsiz SIS echimi () yordamida hisoblash oson Gaussni yo'q qilish texnika. Biz ham talab qilamiz , aks holda ahamiyatsiz echim.

Kafolat berish uchun ahamiyatsiz, qisqa echimga ega, biz quyidagilarni talab qilamiz:

  • va

Teorema: Har qanday kishi uchun , har qanday va etarlicha katta (har qanday doimiy uchun ), hal qilish beparvo bo'lmaydigan ehtimollik bilan, hech bo'lmaganda echish kabi qiyin va kimdir uchun eng yomon stsenariyda yuqori ehtimollik bilan.

Ring-SIS

Ring-SIS muammosi, SIS muammosining halqa asosidagi ixcham analogi o'rganildi.[2][8] Ular kvant polinom halqasini ko'rib chiqadilar bilan va navbati bilan va ning ta'rifini kengaytiring norma vektorlarda vektorlarga quyidagicha:

Vektor berilgan qayerda ba'zi bir polinomlar . Joylashtirish koeffitsientini ko'rib chiqing -modul izomorfizmi :

Ruxsat bering . Normani aniqlang kabi:

Shu bilan bir qatorda, normadan yaxshiroq tushunchaga foydalanish orqali erishiladi kanonik ko'mish. Kanonik ko'mish quyidagicha ta'riflanadi:

qayerda bo'ladi ning murakkab ildizi uchun .

R-SISm,q,β

Miqdor polinom halqasini hisobga olgan holda , aniqlang

. Tanlang mustaqil bir xil tasodifiy elementlar . Vektorni aniqlang . Nolga teng bo'lmagan vektorni toping shu kabi:

Eslatib o'tamiz, SIS muammosi echimining mavjudligini kafolatlash uchun biz talab qilamiz . Biroq, Ring-SIS muammosi bizga yanada ixchamlik va samaradorlikni beradi: Ring-SIS muammosiga yechim mavjudligini kafolatlash uchun biz talab qilamiz .

Ta'rif: The sirkulyant matritsa ning quyidagicha aniqlanadi:

Miqdor polinom halqasi bo'lganda uchun , halqani ko'paytirish birinchi shakllantirish orqali samarali hisoblash mumkin , ning sirkulyant matritsasi va keyin ko'paytirish bilan , ning joylashtirish koeffitsienti vektori (yoki alternativa bilan , kanonik koeffitsient vektori).

Bundan tashqari, R-SIS muammosi SIS muammosining matritsasi bo'lgan maxsus holatdir SIS muammosi negatsirkulant bloklari bilan cheklangan: .[9]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b Ajtai, Miklos. [Panjara muammolarining og'ir nusxalarini yaratish.] Hisoblash nazariyasi bo'yicha yigirma sakkizinchi yillik ACM simpoziumi materiallari. ACM, 1996 yil.
  2. ^ a b Miksiansio, Daniele. [Umumiy ixcham yukxalta, tsiklik panjaralar va eng yomon murakkablik taxminlaridan samarali bir tomonlama funktsiyalar.] Informatika asoslari, 2002. Ish yuritish. 43-yillik IEEE simpoziumi. IEEE, 2002 yil.
  3. ^ Fukshanskiy, Lenni va Xun Sun. [Siklik panjaralar geometriyasi to'g'risida.] Diskret va hisoblash geometriyasi 52.2 (2014): 240–259.
  4. ^ Kreyg Gentri. Ideal panjaralardan foydalangan holda to'liq homomorfik shifrlash. Yilda Hisoblash nazariyasi bo'yicha 41-ACM simpoziumi (STOC), 2009.
  5. ^ http://web.cse.ohio-state.edu/~lai/5359-aut13/05.Gentry-FHE-concrete-scheme.pdf
  6. ^ Peikert, Kris. [Panjara kriptografiyasining o'n yilligi.] Kriptologiya ePrint arxivi, Hisobot 2015/939, 2015.
  7. ^ Peikert, Kris va Alon Rozen. [Tsiklik panjaralardagi eng yomon taxminlardan samarali to'qnashuvlarga chidamli xeshlash.] Kriptografiya nazariyasi. Springer Berlin Heidelberg, 2006. 145–166.
  8. ^ Lyubashevskiy, Vadim va boshqalar. [SWIFFT: FFT-ni xeshlash uchun kamtarona taklif.] Dasturlarni tezkor shifrlash Springer Berlin Heidelberg, 2008 yil.
  9. ^ Langlois, Adelin va Damien Stele. [Modul panjaralari uchun eng yomon holatdan o'rtacha holatgacha qisqartirish.] Dizaynlar, kodlar va kriptografiya 75.3 (2015): 565-599.