实现椭圆曲线分解的生日悖论延续

时间:2012-12-21 02:25:08

标签: python primes factorization

我想将椭圆曲线分解算法的生日悖论延续添加到我的collection因子分解程序中。 Brent描述了two papers中的算法,Montgomery也算describes算法,我正在尝试根据Bosma和Lenstra详细的description来实现算法。以下是我到目前为止在Python中的内容,您可以在ideone.com/vMXSab运行:

# lenstra's algorithm per bosma/lenstra

from random import randint
from fractions import gcd

def primes(n):
    b, p, ps = [True] * (n+1), 2, []
    for p in xrange(2, n+1):
        if b[p]:
            ps.append(p)
            for i in xrange(p, n+1, p):
                b[i] = False
    return ps

def bezout(a, b):
    if b == 0: return 1, 0, a
    q, r = divmod(a, b)
    x, y, g = bezout(b, r)
    return y, x-q*y, g

def add(p, q, a, b, m):
    if p[2] == 0: return q
    if q[2] == 0: return p
    if p[0] == q[0]:
        if (p[1] + q[1]) % m == 0:
            return 0, 1, 0 # infinity
        n = (3 * p[0] * p[0] + a) % m
        d = (2 * p[1]) % m
    else:
        n = (q[1] - p[1]) % m
        d = (q[0] - p[0]) % m
    x, y, g = bezout(d, m)
    if g > 1: return 0, 0, d # failure
    z = (n*x*n*x - p[0] - q[0]) % m
    return z, (n * x * (p[0] - z) - p[1]) % m, 1

def mul(k, p, a, b, m):
    r = (0,1,0)
    while k > 0:
        if k % 2 == 1:
            r = add(p, r, a, b, m)
            if r[2] > 1: return r
        k = k // 2
        p = add(p, p, a, b, m)
        if p[2] > 1: return p
    return r

def lenstra1(n, limit):
    g = n
    while g == n:
        q = randint(0, n-1), randint(0, n-1), 1
        a = randint(0, n-1)
        b = (q[1]*q[1] - q[0]*q[0]*q[0] - a*q[0]) % n
        g = gcd(4*a*a*a + 27*b*b, n)
    if g > 1: return 0, g # lucky factor
    for p in primes(limit):
        pp = p
        while pp < limit:
            q = mul(p, q, a, b, n)
            if q[2] > 1:
                return 1, gcd(q[2], n)
            pp = p * pp
    return False

def parms(b1):
    b2 = 10 * b1
    er = [(1,31), (2,63), (3,127), (6,255), (12,511), \
          (18,511), (24,1023), (30,1023), (60,2047)]
    prev = 1,31
    for (e, r) in er:
        if e*e > b1/1250: break
        prev = e, r
    e, r = prev
    rBar = int(round(b2/r))
    u = randint(0, pow(2,30)//(e+2))
    v = randint(0, pow(2,30)//(e+2))
    uBar = randint(0, pow(2,30)//(e+2))
    vBar = randint(0, pow(2,30)//(e+2))
    return b2, e, r, rBar, u, v, uBar, vBar

def lenstra2(n, b1):
    g = n
    while g == n:
        q = randint(0, n-1), randint(0, n-1), 1
        a = randint(0, n-1)
        b = (q[1]*q[1] - q[0]*q[0]*q[0] - a*q[0]) % n
        g = gcd(4*a*a*a + 27*b*b, n)
    if g > 1: return 0, g # lucky factor
    for p in primes(b1):
        pp = p
        while pp < b1:
            q = mul(p, q, a, b, n)
            if q[2] > 1: return 1, gcd(q[2], n)
            pp = p * pp
    b2, e, r, rBar, u, v, uBar, vBar = parms(b1)
    f = [1] * (r+1)
    for i in range(1, r):
        p = mul(pow(u*i+v,e), q, a, b, n)
        if p[2] > 1: return 2, gcd(p[2], n)
        f[i] = (f[i-1] * (q[0] - p[0])) % n
    d = 1
    for j in range(1, rBar):
        pBar = mul(pow(uBar*j+vBar,e), q, a, b, n)
        if pBar[2] > 1: return 3, gcd(pBar[2], n)
        t = 0
        for i in range(0, r):
            t = (t + p[0] * f[i]) % n
        d = (d * t) % n
    g = gcd(d, n)
    if 1 < g < n: return 4, g
    return False

primes函数实现了Eratosthenes的Sieve的简单版本,返回小于 n 的素数列表,bezout函数实现了扩展的Euclidean算法,返回 a 的倒数, b 的倒数,以及它们最大的公约数。椭圆算术由addmul函数给出; add返回一个“点”(0,0, d )来表示不可逆分母,mul传播它,并且在因子分解函数中使用mul必须检查它每次调用mul时。函数lenstra1是一个简单的椭圆曲线分解的单阶段版本,并且工作正常。

函数lenstra2及其辅助函数parms是我尝试实现上面引用的Bosma / Lenstra paper中给出的算法。我首先尝试使用基本版本,如第6.1节所述,而不考虑第6.4和6.7节中的优化。我认为parms中的计算是正确的。函数运行,但始终返回False,表示它没有找到因子,或者在完成算法并从最终gcd计算返回之前,在椭圆运算的早期中断后返回。我认为问题在于计算 f 的系数,以及使用 f 来计算 d

所以我的问题:

  1. 我是否正确计算了 f 的系数?
  2. 我是否正确计算了 d 的价值?
  3. 如何实施6.4和6.7节的优化?我不明白其中任何一个。
  4. 如何使用Weierstrass坐标实现5.1节的Suyama曲线?
  5. 非常感谢。

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