Кіріспе
Бір жолды криптографиялық құрал – математикалық криптографиялық функция. Теориялық компьютерлік ғылым мен криптографияда, тұзақ есігі функциясы – бір бағытта есептеу оңай, ал кері бағытта (оның кері функциясын табу) арнайы ақпаратсыз – қиын функция. Бұл ақпарат "тұзақ есігі" деп аталады. Тұзақ есігі функциялары – бір жолды функциялардың ерекше түрі және олар ашық кілт криптографиясында кеңінен қолданылады. Математикалық тұрғыдан алғанда, егер f тұзақ есігі функциясы болса, онда кейбір құпия ақпарат t бар, сонда f(x) және t берілгенде, x-ті есептеу оңай болады. Мысалы, құлып пен кілтті қарастырайық. Кілтсіз, тек құлып механизміне иіндіні итеріп, құлыпты ашықтан жабыққа өзгерту оңай. Бірақ құлыпты ашу үшін кілтті пайдалану қажет. Мұнда кілт t – тұзақ есігі, ал құлып – тұзақ есігі функциясы. Қарапайым математикалық тұзақтың мысалы: "6895601 екі жай санның көбейтіндісі. Бұл сандар қандай?" Типик "күшпен іздеу" әдісі – 6895601 санын көптеген жай сандарға бөліп, жауапты табуға тырысу. Бірақ, егер біреуіне 1931 санының бірі екені айтылса, ол "6895601 ÷ 1931" есебін кез келген калькуляторға енгізу арқылы жауапты тез табуға болады. Бұл мысал мықты тұзақ есігі функциясы емес – қазіргі заманғы компьютерлер барлық мүмкін жауаптарды бір секунд ішінде табуға шамасы жетеді – бірақ бұл мысалды екі әлдеқайда үлкен жай санның көбейтіндісін пайдалану арқылы жақсартуға болады. Тұзақ есігі функциялары 1970-ші жылдардың ортасында Диффи, Хеллман және Мерклдің асимметриялық (немесе ашық кілт) шифрлау әдістерін жариялауымен криптографияда танымал болды. Шындығында, осы терминді олар ойлап тапқан. Бірнеше функция кластары ұсынылды, және көп ұзамай тұзақ есігі функцияларын табу бастапқыда ойланғаннан әлдеқайда қиын екені анық болды. Мысалы, бастапқы ұсыныс – кіші жиынның қосындысына негізделген схемаларды қолдану болды. Бірақ бұл тез жарамсыз болып шықты. 2004 жылға дейін ең танымал тұзақ есігі функциясы (отбасы) – RSA және Rabin функцияларының отбасылары. Екеуі де жай сандық модуль бойынша дәрежелеу түрінде жазылады және екеуі де жай санға жіктеу мәселесімен байланысты. Дискретті логарифм мәселесінің қиындығына байланысты функциялар (жай сан бойынша модуль немесе эллипстік қисық сызығында анықталған топта) тұзақ есігі функциялары деп танылмайды, себебі дискретті логарифмдерді тиімді есептеуге мүмкіндік беретін топ туралы "тұзақ есігі" туралы ақпарат жоқ. Криптографиядағы тұзақ есігі жоғарыда аталған ерекше мағынаға ие және оны артқы есікпен шатастыруға болмайды (олар жиі бір-бірін алмастырып қолданылады, бұл дұрыс емес). Артқы есік – криптографиялық алгоритмге (мысалы, кілт жұптарын құру алгоритміне, цифрлық қол қою алгоритміне және т.б.) немесе операциялық жүйеге қасақана қосылатын механизм, ол бір немесе бірнеше рұқсатсыз тараптарға жүйе қауіпсіздігін айналып өтуге немесе бұзуға мүмкіндік береді.
the mathematical cryptography function
In theoretical computer science and cryptography, a trapdoor function is a function that is easy to compute in one direction, yet difficult to compute in the opposite direction (finding its inverse) without special information, called the "trapdoor". Trapdoor functions are a special case of one way functions and are widely used in public key cryptography. In mathematical terms, if f is a trapdoor function, then there exists some secret information t, such that given f(x) and t, it is easy to compute x. Consider a padlock and its key. It is trivial to change the padlock from open to closed without using the key, by pushing the shackle into the lock mechanism. Opening the padlock easily, however, requires the key to be used. Here the key t is the trapdoor and the padlock is the trapdoor function. An example of a simple mathematical trapdoor is "6895601 is the product of two prime numbers. What are those numbers?" A typical "brute force" solution would be to try dividing 6895601 by many prime numbers until finding the answer. However, if one is told that 1931 is one of the numbers, one can find the answer by entering "6895601 ÷ 1931" into any calculator. This example is not a sturdy trapdoor function – modern computers can guess all of the possible answers within a second – but this sample problem could be improved by using the product of two much larger primes. Trapdoor functions came to prominence in cryptography in the mid 1970s with the publication of asymmetric (or public key) encryption techniques by Diffie, Hellman, and Merkle. Indeed, coined the term. Several function classes had been proposed, and it soon became obvious that trapdoor functions are harder to find than was initially thought. For example, an early suggestion was to use schemes based on the subset sum problem. This turned out rather quickly to be unsuitable. as of 2004, the best known trapdoor function (family) candidates are the RSA and Rabin families of functions. Both are written as exponentiation modulo a composite number, and both are related to the problem of prime factorization. Functions related to the hardness of the discrete logarithm problem (either modulo a prime or in a group defined over an elliptic curve) are not known to be trapdoor functions, because there is no known "trapdoor" information about the group that enables the efficient computation of discrete logarithms. A trapdoor in cryptography has the very specific aforementioned meaning and is not to be confused with a backdoor (these are frequently used interchangeably, which is incorrect). A backdoor is a deliberate mechanism that is added to a cryptographic algorithm (e. g., a key pair generation algorithm, digital signing algorithm, etc.) or operating system, for example, that permits one or more unauthorized parties to bypass or subvert the security of the system in some fashion.
Мысалдар
Келесі екі мысалда, үлкен жаратылыс санды жіктеу қиын деп қарастырамыз (Бүтін санды жіктеуді қараңыз).
Рабиннің квадраттық қалдықтар болжамы
Келіңіздер, N үлкен құрама сан болсын, мұндағы p және q үлкен жай сандар, және p ≠ q, бұл қарсыласқа құпия сақталады. Қарсыластың берілген N бойынша x-ті есептеу мәселесі тұр, мұндағы x² ≡ y (mod N). Тұйық есік – N санын жай сандарға жіктеу болып табылады. Тұйық есік болған жағдайда, x-тің шешімдері x ≡ ±y^( (p+1)/4 ) (mod p) және x ≡ ±y^( (q+1)/4 ) (mod q) түрінде беріледі, толықрақ мәлімет алу үшін Қытайлық қалдық теоремасын қараңыз. Егер p және q жай сандары берілсе, онда N = pq және gcd(p, q) = 1 табуға болады. Мұндағы p ≠ q және p, q жай сандар шарты, x пен y шешімдерінің дұрыс анықталғанын қамтамасыз етеді.