en erfahr 4 kapitel - uni-mannheim.dehilbert.math.uni-mannheim.de/~seiler/krypto10/kap4.pdf ·...

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Kapitel 4 Das RSA-Verfahren §1: New directions in cryptography Bei allen bisher betrachteten Codes verl¨ auft die Entschl¨ usselung ent- weder genauso oder zumindest sehr ¨ ahnlich wie die Verschl¨ usselung; insbesondere kann jeder, der eine Nachricht verschl¨ usseln kann, jede andere entsprechend verschl¨ usselte Nachricht auch entschl¨ usseln. Man bezeichnet diese Verfahren daher als symmetrisch. Der Nachteil eines symmetrischen Verfahrens besteht darin, daß in ei- nem Netzwerk jeder Teilnehmer mit jedem anderen einen Schl¨ ussel vereinbaren muß. In milit¨ arischen Netzen war dies traditionellerweise so geregelt, daß das gesamte Netz denselben Schl¨ ussel benutzte, der in einem Codebuch f¨ ur jeden Tag im voraus festgelegt war; in kommerzi- ellen Netzen wie beispielsweise einem Mobilfunknetz ist dies nat ¨ urlich unm¨ oglich. 1976 publizierten MARTIN HELLMAN, damals Assistenzprofessor an der Stanford University, und sein Forschungsassistent WHITFIELD DIFFIE ei- ne Arbeit mit dem Titel New directions in cryptography (IEEE Trans. In- form. Theory 22, 644–654; inzwischen auch im Netz zu finden), in der sie vorschlugen, den Vorgang der Verschl¨ usselung und den der Entschl¨ usse- lung v ¨ ollig voneinander zu trennen: Es sei schließlich nicht notwendig, daß der Sender einer verschl¨ usselten Nachricht auch in der Lage sei, diese zu entschl¨ usseln. Der Vorteil eines solchen Verfahrens w¨ are, daß jeder potentielle Emp- anger nur einen einzigen Schl¨ ussel br¨ auchte und dennoch sicher sein Kap. 4: Das RSA-Verfahren onnte, daß nur er selbst seine Post entschl¨ usseln kann. Der Schl¨ ussel ußte nicht einmal geheimgehalten werden, da es ja nicht schadet, wenn jedermann Nachrichten verschl¨ usseln kann. In einem Netzwerk mit Teilnehmern br¨ auchte man also nur Schl¨ ussel, um jedem Teil- nehmer zu erlauben, mit jeden anderen zu kommunizieren, und diese Schl¨ ussel k¨ onnten sogar in einem ¨ offentlichen Verzeichnis stehen. Bei einem symmetrischen Kryptosystem w¨ are der gleiche Zweck nur er- reichbar mit 1 2 ( 1) Schl¨ usseln, die zudem noch durch ein siche- res Verfahren wie etwa ein pers¨ onliches Treffen oder durch vertrau- ensw¨ urdige Boten ausgetauscht werden m ¨ ußten. BAILEY WHITFIELD DIFFIE wurde 1944 geboren. Erst im Alter von zehn Jahren lernte er lesen; im gleichen Jahr hielt eine Lehrerin an seiner New Yorker Grund- schule einen Vortrag ¨ uber Chiffren. Er ließ sich von seinem Vater alle verf¨ ugbare Literatur dar¨ uber besor- gen, entschied sich dann 1961 aber doch f ¨ ur ein Mathe- matikstudium am MIT. Um einer Einberufung zu entge- hen, arbeitete er nach seinem Bachelor bei Mitre; sp¨ ater, nachdem sein Interesse an der Kryptographie wieder er- wacht war, kam er zu Martin Hellman nach Stanford, der ihn als Forschungsassistent einstellte. 1991–2009 arbei- tete er als chief security officer bei Sun Microsystems, seit 2010 ist er bei ICANN f¨ ur Sicherheit zust¨ andig. . MARTIN HELLMAN wurde 1945 in New York geboren. Er studierte Elektrotechnik zun¨ achst bis zum Bachelor an der dortigen Universit¨ at; f¨ ur das Studium zum Master und zur Promotion ging er nach Stanford. Nach kurzen Zwischenaufenthalten am Watson Research Center der IBM und am MIT wurde er 1971 Professor an der Stan- ford University. Seit 1996 ist er emeritiert, gibt aber immer noch Kurse, mit denen er Sch¨ uler f¨ ur mathema- tische Probleme interessieren will. Seine home page ist unter zu finden. DIFFIE und HELLMAN machten nur sehr vage Andeutungen, wie so ein System mit ¨ offentlichen Schritten aussehen k¨ onnte. Es ist zun¨ achst einmal klar, daß ein solches System keinerlei Sicherheit gegen einen BAYESschen Gegner bieten kann, denn die Verschl¨ usselungsfunktion ist

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    ßen

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    Ford

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    mat

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    > istei

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    und

    dam

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    deut

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    And

    erer

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    man

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    Ent

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    chen

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    che

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    iche

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    tzuf

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    wir

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    asw

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    n̈otig

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    +

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    �G )

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    � 1)

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    denP

    rimza

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    tere

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    ierE

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    wir

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    chst

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    nich

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    eW

    erte

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    eise

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    sage

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    chvo

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    uktio

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    Für

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    t0

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    also

    erst

    rech

    tkon

    grue

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    odul

    o

    l ;gena

    uso

    istf

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    ch

    Zn =1.

    Für

    Zk

    1sc

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    benw

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    Zn =

    o (Z� 1)

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    =0

    t lvuw

    (

    Z �

    1)

    s mit

    t lvuw

    =

    l !

    u !(l �u )!.

    Falls

    1

    KuK l� 1,

    istd

    erN

    enne

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    rch

    l teilb

    ar,w

    ohl

    aber

    derZ

    ähle

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    omit

    ista

    uch

    o n sp dur

    ch

    l teilb

    ar,a

    lso

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    tNul

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    odul

    o

    l .Dam

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    Zn]t

    l 0w (

    Z � 1)0

    +

    t lxlw

    (

    Z �

    1)

    n =1+

    (

    Z �1)

    =

    Z mod

    l

    nach

    Indu

    ktio

    nsan

    nahm

    e.

    Kap

    .4:D

    asR

    SA

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    fahr

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    Die

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    eer

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    sage

    für

    ZI

    0.Fü

    r

    Zy0

    ist

    imFa

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    l =2so

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    l

    �Z] Z m

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    auch

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    �Z )

    n ;f ür

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    �Z )

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    � (Zn ),s

    oda

    ßdi

    eB

    ehau

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    ginbe

    iden

    Fälle

    nfo

    lgt.

    Zum

    Bew

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    wei

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    ehau

    ptun

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    chte

    nwir

    ,daß

    Zn�Z =

    Z (Zn E 1� 1)

    wie

    wir

    gera

    debe

    wie

    senh

    aben

    durc

    h

    l teilb

    aris

    t.Fa

    lls

    Z nicht

    durc

    h

    l

    teilb

    aris

    t,m

    ußal

    so

    Zn E 1

    � 1dur

    chl tei

    lbar

    sein

    ,und

    gena

    udas

    istd

    ieB

    ehau

    ptun

    g.

    Der

    fran

    z̈osi

    sche

    Mat

    hem

    atike

    rPI

    ER

    RE

    DE

    FER

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    (160

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    a

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    szw

    eite

    Arg

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    t

    F inde

    rS

    chem

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    nje

    dem

    Rek

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    chrit

    tklei

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    aber

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    sein

    eni

    chtn

    egat

    ive

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    eZ

    ahli

    st;

    nach

    endl

    ich

    viel

    enS

    chrit

    ten

    muß

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    sein

    ,und

    derA

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    icht

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    ieK

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    itde

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    ebni

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    uchk

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    denn

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    zwe

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    nd

    ers

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    em

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    esM

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    Die

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    die

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    llda

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    n.

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    n

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    selb

    stm

    ißte

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    dann

    ist

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    esM

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    n

    ; AB

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    esis

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    ßesa

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    ist,

    denn

    kein

    eZ

    ahlg

    röß

    er

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    n

    mes

    sen.

    Wen

    n

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    rAB

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    erda

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    größ

    eren

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    ,dan

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    ließ

    lich)

    eine

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    lüb

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    eibe

    n,di

    edi

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    lichn

    icht

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    tenA

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    enei

    nand

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    sein

    ,geg

    endi

    eV

    orau

    sset

    zung

    .Als

    om

    ußei

    neZ

    ahlü

    brig

    blei

    ben,

    die

    die

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    miß

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    iner

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    sich

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    mes

    Zmiß

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    ,klei

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    lbst

    übrig

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    esse

    AE

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    EB

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    AE

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    sen;

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    ißta

    ber

    auch

    sich

    selb

    st,m

    ußal

    soau

    chda

    sGan

    ze

    mes

    sen.

    miß

    tabe

    rB

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    lso

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    hB

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    sm

    ißta

    bera

    uch

    EA

    ,muß

    also

    auch

    das

    Gan

    zeB

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    esse

    n.U

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    h

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    Zmiß

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    sois

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    eins

    amesM

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    nA

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    beha

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    ,daß

    esau

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    mlic

    h

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    sgr ö

    ßte

    gem

    eins

    ameM

    aßvo

    nA

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    ,so

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    eine

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    gem

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    ;die

    shat

    tem

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    wei

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    EU

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    KLI

    Dis

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    inde

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    tem

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    1635

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    � ;d

    erD

    ivis

    ions

    rest

    ist

    also

    eine

    ganz

    zahl

    ige

    Line

    arko

    mbi

    natio

    ndes

    Div

    iden

    den

    und

    desD

    ivis

    ors .

    Falls

    sich

    die-

    sew

    iede

    rum

    alsL

    inea

    rkom

    bina

    tiond

    erbe

    iden

    Aus

    gang

    szah

    len

    G und

    F

    dars

    telle

    nlas

    sen,

    erha

    ltenw

    irei

    neen

    tspr

    eche

    ndeD

    arst

    ellu

    ngfü

    r

    :

    =

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    \ F

    und

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    =

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    Z �` )G +(

    \ �a )

    .

    Kap

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    asR

    SA

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    fahr

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    Wir

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    soau

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    envo

    nde

    nD

    arst

    ellu

    ngen

    G =1

    cG +0

    cF

    und

    F =0

    cG +1cF

    ,

    beij

    eder

    Div

    isio

    nim

    EU

    KLI

    Dis

    chen

    Alg

    orith

    mus

    den

    Div

    isio

    nsre

    stal

    sga

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    G und

    F dars

    telle

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    dam

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    ngg

    Tal

    sde

    nle

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    chen

    Res

    t.

    Die

    sfü

    hrtz

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    dem

    Alg

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    mus

    :

    Sch

    ritt

    0:S

    etze

    0=

    Z , 1=

    \ , 0=

    1=1

    und

    1=

    0=0.

    Mit

    u =1is

    tdan

    n

    s E 1=

    s E 1Z + s E 1\ u

    nd

    s =

    sZ +

    s\ .D

    iese

    Rel

    atio

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    leib

    enin

    jede

    mde

    rfol

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    enS

    chrit

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    halte

    n:

    Sch

    ritt

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    Falls

    s =0

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    ende

    tder

    Alg

    orith

    mus

    mit

    ggT(

    Z ;\ )=

    s E 1=

    s E 1

    Z +

    s E 1

    \ .A

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    vidi

    ere

    man

    s E 1m

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    estd

    urch

    s mit

    dem

    Erg

    ebni

    s

    s E 1=

    ss +s

    +1

    .

    Dan

    nis

    t s +1=

    � s s +

    s E 1=

    � s (

    sZ +

    s\ )+

    (

    s E 1

    Z +

    s E 1

    \ )=

    (

    s E 1

    �s s )

    Z +(

    s E 1

    �s s )

    \ ;m

    anse

    tzea

    lso s +1

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    s E 1

    �s s

    und

    s +1=

    s E 1

    �s s .

    Gen

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    n

    Z

    und

    \ ende

    tund

    daßa

    mE

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    htig

    egg

    Tbe

    rech

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    dem

    sind

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    jede

    mS

    chrit

    t

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    sZ +

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    ,in

    sbes

    onde

    reist

    also

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    nS

    chrit

    tder

    ggT

    als

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    arko

    mbi

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    nde

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    gang

    szah

    lend

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    aer

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    inde

    sten

    sein

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    rbei

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    ahle

    n,kö

    nnen

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    zien

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    ositi

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    alls

    der

    erst

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    und

    der

    zwei

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    habe

    nw

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    falls

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    eren

    wir

    sola

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    ,bis

    dies

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    Imnu

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    und

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    als

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    =1c 2

    00+

    0c 148

    und

    148

    =0c 2

    00+

    1c 148

    .

    Imer

    sten

    Sch

    rittd

    ivid

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    nwir

    ,da

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    nich

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    inde

    t,200

    mit

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    tdu

    rch

    148:

    200

    =1c 1

    48+

    52=

    52=

    1c 200

    � 1c

    148

    Da

    auch

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    =0,

    divi

    dier

    enw

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    48du

    rch

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    itE

    rgeb

    nis1

    48=

    2c 52

    +44

    ,d.h

    .

    44=

    148

    � 2c

    (1

    c 200

    � 1c

    148)

    =3c 1

    48

    � 2c

    200

    Auc

    h44

    =0,

    wir

    divi

    dier

    enal

    sow

    eite

    r:52

    =1c 4

    4+

    8un

    d

    8=

    52

    � 44=

    (1

    c 200

    � 1c

    148)

    � (3c

    148

    � 2c

    200)

    =3c 2

    00

    � 4c

    148

    .

    Imnä

    chst

    enS

    chrit

    terh

    alte

    nwir

    44=

    5c 8+

    4un

    d

    4=

    44

    � 5c

    8=

    (3

    c 148

    � 2c

    200)

    � 5c

    (3

    c 200

    � 4c

    148)

    =23

    c 148

    � 17

    c 200

    .

    Bei

    derD

    ivis

    ion

    von

    acht

    durc

    hvi

    ersc

    hlie

    ßlic

    her

    halte

    nwir

    Div

    isi-

    onsr

    estN

    ull;

    dam

    itis

    tvie

    rde

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    von

    148

    und

    200

    und

    kann

    inde

    ran

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    bene

    nWei

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    eark

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    SA

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    nW

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    eine

    asym

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    etris

    cheV

    ersc

    hl̈uss

    elun

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    zahl

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    Falls

    die

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    eZah

    l

    Z teile

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    ,kan

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    klei

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    ] 1mod

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    1)(

    E 1)

    ] 1mod

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    1)(

    E 1)] 1m

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    E 1)] 1m

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    Wie

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    Z 1+ (

    n E 1)(

    E 1)] Z m

    od9

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    Letz

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    nnw

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    nitt

    c)w

    isse

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    ganz

    eZah

    len

    Z ; ;H7

    Z 1+ (n E 1)] Z m

    od

    l und

    Z 1+  (

    E 1)

    ] Z mod

    .S

    etze

    nwir

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    iell

    = (� 1)

    und

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    eson

    dere

    Z 1+ (n E 1)

    ( E 1)] Z m

    od

    l und

    Z 1+ (

    n E 1)(

    E 1)

    ] Z mod

    .D

    amit

    istd

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    n E 1)(

    E 1)

    ] Z mod

    9 .N

    achd

    emw

    irda

    sw

    isse

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    wir

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    iein

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    1),l

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    und

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    o Zep] Z m

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    amit

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    auch

    indi

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    Fall

    eine

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    chen

    bareU

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    ndeExp

    onen

    tiatio

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    mit

    Exp

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    chen

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    hlen

    selb

    stpr

    oble

    mlo

    sber

    echn

    enal

    sLös

    unge

    nder

    quad

    ratis

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