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Day3 理解Shor如何指數級破解非對稱密碼,Grover如何對稱密碼

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一、Shor演算法如何用指數級破解非對稱密碼?
非對稱密碼(如RSA)的安全性依賴於把兩個超大質數相乘很容易(PQ=N),但要把N分解回P和Q非常之難
古典電腦只能用試誤法,一個一個數字去除;而 Shor 演算法它可以繞過質因數分解:
1.轉化為找週期:
Shor數學證明了與其直接猜質因數,不如去解一個隨機函數的週期問題(例如:f(x)=a^x(mod N)
會在哪個數字r之後開始重複,並且只要找到這個週期r,就能透過簡單的因式分解算出P和Q
2.量子疊加(Superposition):
古典電腦一次只能算一個x;量子電腦則利用疊加態,可以同時把所有的x帶入函數中計算
3.量子傅立葉變換(QFT):
當所有計算結果疊加在一起時,答案裡藏著一個規律,且QFT就像是一個超級過濾器,能瞬間把這個隱藏的週期r找出來。
總結來說,原本古典超級電腦需要跑幾萬年的質因數分解,被簡化成「找週期」,時間直接從指數級縮短到多項式級,速度提升非常多
二、Grover 演算法如何對稱密碼?
對稱密碼(如AES)的安全性依賴於金鑰夠長,讓攻擊者必須透過暴力破解
如果在一個有N種可能性的迷宮裡找正確答案:
1.古典電腦:
像瞎子摸象,平均要試N/2次
2.Grover 演算法:
利用量子力學的波函數干涉原理,進行所謂的「振幅放大(Amplitude Amplification)」
2-1.全域並行檢查:量子電腦把所有可能的金鑰放進同一個疊加態中
2-2.干涉與放大:在每次迭代中,演算法會把錯誤答案的機率波互相干涉抵消,同時把正確答案的機率波振幅不斷放大
2-3.收網:經過大約根號N次重複後,正確答案的機率會暴增到接近100%,一讀取幾乎就能直接得到答案
總結來說,因為是根號N的平方級加速(例如2^128變成2^64),雖然不是像Shor那樣直接把整個體系打碎,但這也是為什麼資安界會透過「把AES金鑰從128bits加倍到256bits」來抵銷這個威脅——因為根號2^256=2^128,安全性又回到了量子前的水準


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