分解质因数有什么用,分解质因数详细讲解

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-03-26 08:56:29

数学来源于生活。我们所学的数学知识,都是直接或间接地为实际服务的。大家都知道,小学学分解质因数是为了学习分数的需要。因为分数的加减法要用到通分,乘除法要用到约分,而通分、约分需要用到分解质因数。除此而外,分解质因数还有什么用,大家可能就不知道了。前几年,美国数学家把分解质因数问题应用于密电码,为国家安全保密工作找到了一条新的途径。

分解质因数有什么用,分解质因数详细讲解(1)

我们需要先讲一点密码学。把明文变换成密文,需要两个元素:变换的规则和变换的参数。前者是编码的算法,例如"在英文字母表上前进x步"。后者是密钥,例如上述算法中的x这个数。如果取x = 1,明文的"fly at once"(立即起飞)就会变成密文的"gmz bu podf"。

最容易想到的保密框架,是通信双方都知道同一组密钥,A用它将明文转换成密文,B用它将密文变换回原文。《红灯记》、《潜伏》等谍战片中情报人员舍死忘生、殚精竭虑保护和争夺的密码本,就是密钥。由于通信双方都知道同一组密钥,所以这种方法叫做"对称密码体制"。对称密码体制究竟安全不安全呢?回答是:密码本身可以是安全的,但密钥的分发不安全。

分解质因数有什么用,分解质因数详细讲解(2)

在易守难攻的数学问题中,"因数分解"就是一个典型例子。目前世界最常用的密码系统之一,就是基于因数分解的RSA(这是三位发明者的首字母缩写)公钥密码体制。

把两个质数相乘,这是很容易的事。可是,反过来,要想把一个相当大的数分解为质因数的乘积,就不那么简单了。例如,计算29与31的乘积,这是不难的,答案是899。但反过来,若要把899分解为质因数,就不那么容易了。至于要分解更大的数,就更困难了。下面是分解几个大数的质因数所需用的时间:

分解质因数有什么用,分解质因数详细讲解(3)

由表中可以看出,用笔算试除法来分解一个50位的大数,竟需要约100亿年的时间,这实际上是不可能做到的事。而用电子计算机,只要15秒钟就可以完成。可是,也应该看到,对于更大的数,即使用电子计算机,目前也是很费事费时的。例如一个1000位大的大数进行分解,就需用连续一星期的时间。至于更大的数,那困难就更大了。大数难分解,国家安全机关就把这种"难"的原理应用到密电码上,为国家的安全保卫工作立了大功,且被银行和工矿企业广泛应用。

原来,在具体编码时,是用01、02、03、04、……09、10、11、……26分别表示英文的26个字母,将电文中的单词按字母的顺序"翻译"成数,然后按照一定的方法进行编码。由于人们只知道大数(即质因数的乘积),而不知道这些质因数,因此并不知道电码的秘密。唯一能破译这种密电码的是掌握质因数这个"谜底"的人。

目前世界最常用的密码系统之一,就是基于因数分解的RSA(这是三位发明者的首字母缩写)公钥密码体制。

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