第 15 课 · Shor 离散对数与 Trotter 哈密顿模拟 · 模块三:现代算法体系

离散对数:定义、唯一性与复杂度

  • 命题框:离散对数问题——给定素数 $p$、生成元 $g$ 与 $h \in \mathbb{Z}_p^*$,求 $x$ 使 $g^x \equiv h \pmod{p}$;$g$ 的阶为 $n = p-1$,解在 $\mathrm{mod}\ n$ 意义下存在且唯一
  • 推导/演算步骤:
    1. 唯一性:$g^u = g^v \iff u \equiv v \pmod{n}$——$g^0, g^1, \ldots, g^{n-1}$ 互不相同且铺满全群
    2. 演算($p = 13$、$g = 2$):逐一计算 $2^1,\ldots,2^{12} \bmod 13 = 2, 4, 8, 3, 6, 12, 11, 9, 5, 10, 7, 1$ → 阶 $= 12 = p-1$ ✓;$2^7 = 128 = 9\times 13+11 \equiv 11$,即 $\log_2 11 = 7$
    3. 密码依赖(各一行式子):Diffie–Hellman 公开 $g^a$、$g^b$ → 共享 $g^{ab}$;DSA 签名验证依赖 DLP;ECC 依赖 ECDLP
    4. 复杂度公式卡:经典数域筛 $O(e^{(1.92+o(1))\cdot(\log p)^{1/3}\cdot(\log\log p)^{2/3}})$(亚指数,$1.92 = (64/9)^{1/3}$);ECDLP 经典 Pollard rho $O(\sqrt{n})$;量子 Shor $O((\log p)^3)$
  • 结果框:经典亚指数 vs 量子多项式——DLP 是全部主流公钥密码(RSA/DH/DSA/ECC)的共同地基
类型definition-derivation