头歌—衍生密码体制

# 第1关：Rabin密码体制

题目描述

任务描述

Rabin密码体制是RSA密码体制的一种。本关任务：使用Rabin密码体制对给定的明文进行加密。

相关知识

为了完成本关任务，你需要掌握：Rabin密码体制。

Rabin密码体制

在本关中，我们描述Rabin密码体制，假定模数n=pq不能被分解，则该类体质对于选择明文攻击是计算安全的。因此Rabin密码体制提供了一个可证明安全的密码体制的例子：假定分解整数问题是计算上不可行的，Rabin密码体制是安全的，我们现在来描述Rabin密码体制。

Rabin密码体制：设n=pq，其中p和q为素数，且p,q≡3(mod4)。设P=C=Zn∗，且定义：K=(n,p,q)。对于K=(n,p,q)，定义 eK(x)=x²mod n 和dK(y)=(y)mod n，其中n的值为公钥，p和q为私钥。

Rabin密码体制的一个缺点是加密函数并不是一个单射，所以解密不能以一种明显的方式完成。我们证明如下。假定y是一个有效的密文，这意味着y=x2mod n，对于某一`x∈Z_n^∗。

让我们从Bob的观点来看解密问题。它得到一个密文y，且想找出 x 使得

x²≡y(mod n)

这是一个关于Zn中未知元x的二次方程，解密需要求出模n的平方根。这等价于求解两个同余方程：

z²≡y(mod p)和z²≡y(mod q)

我们可以利用欧拉准则，来判断y是否为一个模p的二次剩余。实际上如果加密正确地执行，则y是一个模p和模q的二次剩余。不幸的是，欧拉准则并不能帮我们找到y的平方根，他仅能得到一个“是”或“否”的答案。

当p≡3(mod 4)时，有一个简单公式来计算模p二次剩余的平方根。假定y是一个模p二次剩余，且p≡3(mod 4)，那么我们有:

(±y^(p+1)/4)²≡y^(p+1)/2(mod p)

≡y^(p−1)/2y(mod p)

≡y(mod p)

这里我们又一次使用了欧拉准则，即如果y是一个模p二次剩余，那么`y^(p−1)/2≡1(mod p)

因此，y 模 p 的两个平方根为

±y^(p+1)/4(mod p)。

同样的讨论，可知 y 模 p 的两个平方根为

±y^(q+1)/4(mod q)，

然后可以直接用中国剩余定理来得到y模n的四个平方根。

例：我们用一个小例子来说明Rabin密码体制的加密和解密过程，假定n=77=7×11。那么加密函数为：

e_K(x)=x²mod 77

且解密函数为：

d_K(y)=y^1/2mod 77

假定Bob需要解密密文y=23。首先需要找到23模7和模11的平方根。由于7和11都是模4余3，我们利用前面的公式：

23(7+1)/4≡22≡4(mod 7)` `23(11+1)/4≡13≡1(mod 11)

利用中国剩余定理，我们计算23模77的四个平方根为±10,±32mod 77。因此，四个可能的明文为x=10,32,45,67。可以验证这四个明文平方后模77，约化得到的值为23。这证明了23是一个有效的秘文。

编程要求

根据提示，补全右侧编辑器中 Begin-End 区间的代码，给定模数n和明文x，要求使用Rabin密码体制进行加密。具体要求如下：

从后台获取两个数字n和x，输出加密后的密文。

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试：

测试输入：

84773093 84754668

预期输出：

8887 9539

思路

看到了这段：

顺手试了一下就成了，没往深了想。

代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll  long  long
ll e(ll x, ll n);
int main()
{int n,x;cin>>n>>x;printf("%lld", e(x, n));return 0;
}ll e(ll x, ll n) {return (x*x) % n;
}

第2关：RSA的语义安全

题目描述

任务描述

前面所说的所有攻破密码体制，实际上是试图找出秘密密钥(对称密码体制的情形)或者私钥(公钥密码体制的情形)。然而，可能敌手的目标并没有那么大的野心，即不能找到秘密密钥或者私钥，他仍可以获得比我们所希望的更多的信息，如果要确保一个密码体制是“安全”的，我们应该考虑这些敌手所具有的适度的目标。

本关任务：给定h表和n的值，利用二分搜索求解出明文。

编程要求

根据提示，补全右侧编辑器中 Begin-End 区间的代码，给定h表和n的值，利用二分搜索求解出明文。具体要求如下：

从后台获取一个字符串
```
h
```
和一个整数
```
n
```
，利用二分搜索求解明文并输出。

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试：

测试输入：

10101111100
1457

预期输出：

思路

字符串是h表，题目已经给出了，我们只需要二分查找y的值即可，向下取整。

过程就是下面这个图，共二分h次，h=1时，l = mid，h=0，r = mid

代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll  long  long
char h[100];int main()
{int n;scanf("%s",h);scanf("%d",&n);int len = strlen(h);double l = 0, r = n, mid = 0;for (int i = 0; i < len; i++) {mid = l + (r - l) / 2;if (h[i] == '1') l = mid;else r = mid;}cout << int(floor(mid));return 0;
}