信息安全数学基础(武汉大学)第七章

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1、信息安全数学基础MathematicsFundamentalsofInformationSecurity张文芳西南交通大学信息科学与技术学院E-mail:wfzhang@home.swjtu.edu.cn第7章有限域2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院2近代信息理论中的密码问题要系统的用到有限域理论,如在公钥密码学中的基于离散对数密码体制和椭圆曲线密码体制;以及私钥密码体制的分组密码和流密码中涉及到的布尔函数的研究中都大量应用了有限域的结构和性质。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院3由于域是一种特殊的环,所以环的性质都适合域,并且有些更为特

2、殊和简单。例如:1.域内没有非平凡理想,因而两个域的同态只有零同态和同构;2.域不存在因子分解问题。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院4第7章有限域7.1域和域的扩张(素域、扩域)7.2多项式的分裂域7.3有限域的构造及唯一性7.4有限域的性质7.5有限域的自然基和正规基2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院5第7章有限域7.1域和域的扩张(素域、扩域)7.2多项式的分裂域7.3有限域的构造及唯一性7.4有限域的性质7.5有限域的自然基和正规基2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院6域的定义若是交换除环,则称

3、.>为域。注意:域Ù为整环,且A中至少含有两个元素,且∀aA∈−{0}都有a-1∈A。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院7域的基本性质设F是域,则有:(1)∀aFa∈⋅,000=⋅a=;(2)∀abFa,,(∈⋅−b)=(−ab)()⋅=−ab⋅;(3)∀abF,,∈−(a)⋅(−=b);ab⋅(4)∀abFnZnabanb,,,∈∀∈()(⋅=⋅=⋅)()nab;−−−111(5)∀∈−abF,{0},(ab⋅=⋅)ab;2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院8(6)(乘法消去律):∀abFcF,,∈∀∈−{0},如果cacb

4、⋅=⋅,则ab=;(7)∀abFcdF,,∈∀∈−,{0},acbd+=⋅()adbccd+⋅⋅();nn⎛⎞(8)nkn−k∀∈∀∈abFnZab,,,()+=∑⎜⎟ab⋅;k=0⎝⎠k⎛⎞mnm⎛⎞n(9)∀∈abFij,,⎜⎟∑∑∑ai⋅⎜⎟bj=∑()abij⋅。⎝⎠iji===111⎝⎠j=12010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院9素域的定义如果域F不包含真子域,则称F为一个素域。注意:1.以素数p为模的剩余类环为一个素域;p2.有理数域也是一个素域。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院10定理7-1:设F

5、为一个域,若F的特征是0,则F含有一个与有理数域同构的素域;若F的特征是素数p,则F含有一个与整数模p剩余类环Z同构的素域。p特别的,如果F为素域,则当ChF=0时,;F≅Q当ChF=p(p为素数)时,F≅Z。p2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院11由定理7.1知:1.每一个域的素域的结构只取决于域的特征。2.任何一个域都是Q或Z的扩域,所以若p把握了Q和Z的全部扩域,也就把握了所p有的域。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院12扩域(扩张):如果域K是域F的子域,则称F是K的扩域(或称扩张)。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学

6、院13扩域F(S):设E是域F的扩域,S为E的子集,一切同时含有S和F的E的子域的交交仍是E的子域,它是含有S和F的E的最小子域,称这个最小子域为E在F上的由S生成的扩域,也称F添加S得到的扩域,记为F(S)。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院14定理7-2:设E为域F的扩域,S是E的一个非空有限子集,即S={α,α,…,α},则12nFSF()=(,,αα"α)12n⎧f(,,αα"α)⎫12n=⎨fgF,[∈≠αα,,]"α,0g⎬12ng(,,αα"α)⎩⎭12n即,域F(α,α,…,α)是F上的多项式环12nF[α,α,…,α]在E中的分式域。

7、12n2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院15定理7-3:设E为域F的扩域,S是E的一个非空子集,则F()SF=∪()TTS⊆其中,T为S的任意有限子集。2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院16定理7-4:设E为域F的扩域,S是E的一个非空子集,则⎧⎫⎪⎪∀∈∈+f(,,αα"α)αα,,"αSn,Z12n12nFS()=⎨⎬⎪⎪g(,,αα"α)fgF,[∈αα,,]"α,0g≠⎩⎭12n12n2010-6-26西南交通大学信息科学与技术学院17定理7-5:设E为域F的扩域,S,S是E的两个非空子集,12则⎡⎤⎣⎦F()()(SSF==

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