Schnorr群与Diffie-Hellman

1.  Schnorr Group

        选择一个大的素数p,那么整数 mod p就构成一个有限域,其中的非零元素构成一个阶为p-1的Abelian群。因为p是素数,则p-1是合数,所以p-1能够被分解为q\cdot r 的形式(即p = q\cdot r+1),其中q为素数。因为q会是Schnorr Group的阶,因此需要q足够大。

选择h使得h^r \neq 1 (mod p)成立,那么g = h^r mod p就是Schnorr Group的generator,为什么以g为generator的群会有order q呢?这是因为:

                                        g^q\equiv h^qr  \equiv p^p-1 \equiv 1 (mod p)

费马小定理。这表明了g的order或者是q或者是q的一个因数,但同时因为h^r \neq 1 mod p成立,并且q是素数不存在因数,因此g的阶必为q。

例子python代码)

from sympy import isprime

def pow_quick(a, b, c):

   return pow(a, b, c)

def schnorr_group():

   p,q, r, h = 23, 11, 2, 7

   assert(isprime(p))

   assert(isprime(q))

   assert(p-1 == q*r)


    g =pow_quick(h,r,p)

   assert(g!=1)

   assert(pow_quick(g, q, p) == 1)

   print('ok, g = ', g)   #找到一个generator

   initGroup = []

    fori in range(q):

       #print(pow_quick(g, i, p))

       initGroup.append(pow_quick(g, i, p))

   print(initGroup)


#验证,再Schnorr Group中,以任意一个element作为generator,群是不变的

   currGroup = []

    forx in initGroup:   

       if x == 1:

           continue


       for i in range(q):

           currGroup.append(pow_quick(x, i, p))   

       print(currGroup)

       currGroup= []


if __name__ == '__main__':

   schnorr_group()


执行结果:

ok, g = 3

[1, 3, 9, 4, 12, 13, 16, 2, 6, 18, 8]

[1, 3, 9, 4, 12, 13, 16, 2, 6, 18, 8]

[1, 9, 12, 16, 6, 8, 3, 4, 13, 2, 18]

[1, 4, 16, 18, 3, 12, 2, 8, 9, 13, 6]

[1, 12, 6, 3, 13, 18, 9, 16, 8, 4, 2]

[1, 13, 8, 12, 18, 4, 6, 9, 2, 3, 16]

[1, 16, 3, 2, 9, 6, 4, 18, 12, 8, 13]

[1, 2, 4, 8, 16, 9, 18, 13, 3, 6, 12]

[1, 6, 13, 9, 8, 2, 12, 3, 18, 16, 4]

[1, 18, 2, 13, 4, 3, 8, 6, 16, 12, 9]

[1, 8, 18, 6, 2, 16, 13, 12, 4, 9, 3]


2. Diffie-Hellman算法

        Diffie-Hellman算法中,核心的问题是算法所依赖的群的阶是一个素数。而我们通常的余数群Z_{p}^* ,其中p为大于2的素数,那么其ord = p-1则必为偶数。因此,直接用Z_{p}^* 作为Diffie-Hellman的群是不安全的。

        为解决这个问题,其中的思路是在Z_{p}^* 内找到一个Schnorr Group是Z_{p}^*的子群,该子群满足存在素数q,使得p = q\cdot r + 1成立。用我们前面的方法,就可以找到Schnorr Group的generator。

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