扩展欧几里得
扩展欧几里得算法用于计算同余方程 d⋅e≡1(modϕ(n)) 中的 d,即求解 d 使得 d⋅e−1 是 ϕ(n) 的倍数。以下是详细的计算步骤。
步骤 1:计算最大公约数
首先,需要计算 e 和 ϕ(n) 的最大公约数 gcd(e,ϕ(n))。如果 gcd(e,ϕ(n))=1,则说明 e 和 ϕ(n) 互素,存在解;否则无法解出 d。
步骤 2:使用扩展欧几里得算法
扩展欧几里得算法用于求解线性方程:
d⋅e+k⋅ϕ(n)=1
其中,d 就是我们需要找到的私钥指数。
扩展欧几里得算法步骤:
初始化: 给定 e 和 ϕ(n),目标是找到 d 和 k。
迭代步骤:使用欧几里得算法递归计算最大公约数,并逐步得到 d 和 k 的值。
反向代入:从最后的余数开始反推,得到系数 d 和 k。
示例
假设我们要解以下方程:
d⋅7≡1(mod40)
计算 gcd(7,40):
使用欧几里得算法:
- 40=5⋅7+5
- 7=1⋅5+2
- 5=2⋅2+1
- 2=2⋅1+0
因为 gcd(7,40)=1,可以继续。
反向代入:
从最后的余数开始反推:
- 1=5−2⋅2
- 1=5−2⋅(7−1⋅5)=3⋅5−2⋅7
- 1=3⋅(40−5⋅7)−2⋅7=3⋅40−17⋅7
所以,d=−17(mod40)。
将 d 转换为正数:
d=−17+40=23
因此,d=23,这是满足 d⋅7≡1(mod40) 的解。
代码示例(Python)
def extended_gcd(a, b):
if b == 0:
return a, 1, 0
gcd, x1, y1 = extended_gcd(b, a % b)
x = y1
y = x1 - (a // b) * y1
return gcd, x, y
def mod_inverse(e, phi_n):
gcd, x, y = extended_gcd(e, phi_n)
if gcd != 1:
raise Exception('No modular inverse exists')
else:
return x % phi_n
e = 7
phi_n = 40
d = mod_inverse(e, phi_n)
print(f"d = {d}")