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author | Reto <reto.fritsche@ost.ch> | 2021-07-29 23:07:18 +0200 |
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committer | Reto <reto.fritsche@ost.ch> | 2021-07-29 23:07:18 +0200 |
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diff --git a/buch/papers/mceliece/Makefile.inc b/buch/papers/mceliece/Makefile.inc index ed1affa..53ecf7a 100644 --- a/buch/papers/mceliece/Makefile.inc +++ b/buch/papers/mceliece/Makefile.inc @@ -7,8 +7,8 @@ dependencies-mceliece = \ papers/mceliece/packages.tex \ papers/mceliece/main.tex \ papers/mceliece/references.bib \ - papers/mceliece/teil0.tex \ - papers/mceliece/teil1.tex \ - papers/mceliece/teil2.tex \ - papers/mceliece/teil3.tex + papers/mceliece/einleitung.tex \ + papers/mceliece/aufbau.tex \ + papers/mceliece/funktionsweise.tex \ + papers/mceliece/fazit.tex diff --git a/buch/papers/mceliece/aufbau.tex b/buch/papers/mceliece/aufbau.tex new file mode 100644 index 0000000..08ef037 --- /dev/null +++ b/buch/papers/mceliece/aufbau.tex @@ -0,0 +1,128 @@ +% +% einleitung.tex -- Beispiel-File für die Einleitung +% +% (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil +% +\section{Aufbau\label{mceliece:section:Aufbau}} +\rhead{Aufbau} +Das McEliece-Kryptosystem besteht aus folgenden Elementen: + +\subsection{Datenvektor $d_k$ +\label{mceliece:subsection:d_k}} +In diesem Vektor der Länge $k$ sind die zu verschlüsselnden Daten enthalten. +Beispielsweise +\[d_4= +\begin{pmatrix} + 1\\ + 1\\ + 1\\ + 0 +\end{pmatrix} +\] + +\subsection{Binäre Zufallsmatrix $S_k$ +\label{mceliece:subsection:s_k}} +$S_k$ ist eine Binäre Zufallsmatrix der Grösse $k \times k$. +Auch muss diese Matrix in $\mathbb{F}_2$ invertierbar sein. +Für kleine Matrizen kann durchaus jedes Matrizenelement zufällig generiert werden, +wobei danach mithilfe des Gauss-Algorythmusses deren Inverse bestimmt werden kann. +Da eine solche Matrix möglicherweise singulär ist, muss in diesem Fall eine neue Zufallsmatrix erzeugt werden. +Für grössere Matrizen existieren bessere Methoden, auf welche hier nicht weiter eingegangen wird \cite{mceliece:GenerationRandMatrix}. +Beispielsweise +\[S_4= +\begin{pmatrix} + 0 & 1 & 1 & 1\\ + 0 & 1 & 1 & 0\\ + 0 & 0 & 1 & 1\\ + 1 & 0 & 0 & 1 +\end{pmatrix} +\] + +\[ + S_4^{-1}= + \begin{pmatrix} + 1 & 0 & 1 & 0\\ + 1 & 1 & 0 & 1\\ + 1 & 1 & 1 & 0\\ + 1 & 1 & 0 & 0 + \end{pmatrix} +\] + +\subsection{Linear-Code-Generatormatrix $G_{n,k}$ +\label{mceliece:subsection:g_m}} +Das wichtigste Element des McEliece-Systems ist ein fehlerkorrigierender Code, +der in der Lage ist, $t$ Fehler zu korrigieren. +Im Zusammenhang mit McEliece werden dabei meist Goppa-Codes verwendet, +es können prinzipiell auch andere Codes wie beispielsweise Reed-Solomin verwendet werden, +jedoch besitzen einige Codes Schwachstellen \cite{mceliece:lorenz}. +Das Codieren mit diesem linearen Code kann mithilfe dessen Generatormatrix $G_{n,k}$ erfolgen. +Da es sich um einen fehlerkorrigierenden Code handelt, +wird das Codewort länger als das Datenwort, +es wird also Redundanz hinzugefügt, +um die Fehlerkorrektur möglich zu machen. + +Beispiel +\[ + G_{7,4}= + \begin{pmatrix} + 1 & 0 & 0 & 0\\ + 1 & 1 & 0 & 0\\ + 0 & 1 & 1 & 0\\ + 1 & 0 & 1 & 1\\ + 0 & 1 & 0 & 1\\ + 0 & 0 & 1 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 1 + \end{pmatrix} +\] + +\subsection{Permutations-Matrix $P_n$ +\label{mceliece:subsection:p_m}} +Mit der zufällig generierten Permutationsmatrix $P_n$ wird die Reihenfolge der Bits geändert. +Mit der Inversen $P_n^{-1}$ kann die Bitvertauschung rückgängig gemacht werden. +Beispiel +\[ + P_7= + \begin{pmatrix} + 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1\\ + 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0\\ + 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0\\ + 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 + \end{pmatrix} +\] +, +\[ + P_7^{-1}=P_7^t= + \begin{pmatrix} + 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0\\ + 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0\\ + 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1\\ + 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0\\ + 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 + \end{pmatrix} +\] + +\subsection{Fehler-Vektor $e_n$ +\label{mceliece:subsection:p_m}} +Dieser Vektor der Länge $n$ besteht aus $t$ Einsen, welche zufällig innerhalb des Vektors angeordnet sind, +alle anderen Einträge sind Null. +Dieser Fehlervektor besitzt also gleich viele Einer, +wie die Anzahl Fehler, die der Linearcode zu korrigieren vermag. + +Beispiel +\[ + E_7= + \begin{pmatrix} + 0\\ + 0\\ + 1\\ + 0\\ + 0\\ + 0\\ + 0 + \end{pmatrix} +\] diff --git a/buch/papers/mceliece/einleitung.tex b/buch/papers/mceliece/einleitung.tex new file mode 100644 index 0000000..48b55b0 --- /dev/null +++ b/buch/papers/mceliece/einleitung.tex @@ -0,0 +1,14 @@ +% +% teil1.tex -- Beispiel-File für das Paper +% +% (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil +% +\section{Einleitung +\label{mceliece:section:einleitung}} +\rhead{Einleitung} +Das McEliece-Kryptosystem ist eine Variante zum Austausch +von Schlüsselpaaren über ein Netzwerk analog dem Diffie-Hellman-Schlüsseltausch \ref{buch:subsection:diffie-hellman}, +wobei das McEliece-System als Quantencomputerresistent gilt. +Das Verschlüsseln/Entschlüsseln von Nachrichten wird bei diesem System hauptsächlich mit Matrizenoperationen durchgeführt. + + diff --git a/buch/papers/mceliece/teil3.tex b/buch/papers/mceliece/fazit.tex index 421b331..37152bf 100644 --- a/buch/papers/mceliece/teil3.tex +++ b/buch/papers/mceliece/fazit.tex @@ -3,9 +3,9 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Teil 3 -\label{mceliece:section:teil3}} -\rhead{Teil 3} +\section{Fazit +\label{mceliece:section:fazit}} +\rhead{Fazit} Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae diff --git a/buch/papers/mceliece/teil2.tex b/buch/papers/mceliece/funktionsweise.tex index fd247c7..0e2ed1b 100644 --- a/buch/papers/mceliece/teil2.tex +++ b/buch/papers/mceliece/funktionsweise.tex @@ -3,9 +3,9 @@ % % (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil % -\section{Teil 2 -\label{mceliece:section:teil2}} -\rhead{Teil 2} +\section{Funktionsweise +\label{mceliece:section:funktionsweise}} +\rhead{Funktionsweise} Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae diff --git a/buch/papers/mceliece/main.tex b/buch/papers/mceliece/main.tex index dbbaaac..352a6be 100644 --- a/buch/papers/mceliece/main.tex +++ b/buch/papers/mceliece/main.tex @@ -8,29 +8,10 @@ \begin{refsection} \chapterauthor{Reto Fritsche} -Ein paar Hinweise für die korrekte Formatierung des Textes -\begin{itemize} -\item -Absätze werden gebildet, indem man eine Leerzeile einfügt. -Die Verwendung von \verb+\\+ ist nur in Tabellen und Arrays gestattet. -\item -Die explizite Platzierung von Bildern ist nicht erlaubt, entsprechende -Optionen werden gelöscht. -Verwenden Sie Labels und Verweise, um auf Bilder hinzuweisen. -\item -Beginnen Sie jeden Satz auf einer neuen Zeile. -Damit ermöglichen Sie dem Versionsverwaltungssysteme, Änderungen -in verschiedenen Sätzen von verschiedenen Autoren ohne Konflikt -anzuwenden. -\item -Bilden Sie auch für Formeln kurze Zeilen, einerseits der besseren -Übersicht wegen, aber auch um GIT die Arbeit zu erleichtern. -\end{itemize} - -\input{papers/mceliece/teil0.tex} -\input{papers/mceliece/teil1.tex} -\input{papers/mceliece/teil2.tex} -\input{papers/mceliece/teil3.tex} +\input{papers/mceliece/einleitung.tex} +\input{papers/mceliece/aufbau.tex} +\input{papers/mceliece/funktionsweise.tex} +\input{papers/mceliece/fazit.tex} \printbibliography[heading=subbibliography] \end{refsection} diff --git a/buch/papers/mceliece/references.bib b/buch/papers/mceliece/references.bib index 47798d3..56f2d19 100644 --- a/buch/papers/mceliece/references.bib +++ b/buch/papers/mceliece/references.bib @@ -4,13 +4,13 @@ % (c) 2020 Autor, Hochschule Rapperswil % -@online{mceliece:bibtex, - title = {BibTeX}, - url = {https://de.wikipedia.org/wiki/BibTeX}, - date = {2020-02-06}, - year = {2020}, - month = {2}, - day = {6} +@online{mceliece:GenerationRandMatrix, + title = {Efficient Generation of Random Nonsingular Matrices}, + url = {https://www.researchgate.net/publication/2729950_Efficient_Generation_of_Random_Nonsingular_Matrices}, + date = {Januar 1993}, + year = {2021}, + month = {7}, + day = {29} } @book{mceliece:numerical-analysis, @@ -33,3 +33,11 @@ url = {https://doi.org/10.1016/j.acha.2017.11.004} } +@online{mceliece:lorenz, + title = {Cryptography based on error correcting codes}, + url = {https://algo.epfl.ch/_media/en/projects/lorenz_thesis.pdf}, + date = {2007-07-27}, + year = {2021}, + month = {7}, + day = {29} +}
\ No newline at end of file diff --git a/buch/papers/mceliece/teil0.tex b/buch/papers/mceliece/teil0.tex deleted file mode 100644 index b98f8be..0000000 --- a/buch/papers/mceliece/teil0.tex +++ /dev/null @@ -1,22 +0,0 @@ -% -% einleitung.tex -- Beispiel-File für die Einleitung -% -% (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil -% -\section{Teil 0\label{mceliece:section:teil0}} -\rhead{Teil 0} -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua \cite{mceliece:bibtex}. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. -Stet clita kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum -dolor sit amet. - -Lorem ipsum dolor sit amet, consetetur sadipscing elitr, sed diam -nonumy eirmod tempor invidunt ut labore et dolore magna aliquyam -erat, sed diam voluptua. -At vero eos et accusam et justo duo dolores et ea rebum. Stet clita -kasd gubergren, no sea takimata sanctus est Lorem ipsum dolor sit -amet. - - diff --git a/buch/papers/mceliece/teil1.tex b/buch/papers/mceliece/teil1.tex deleted file mode 100644 index 06035a6..0000000 --- a/buch/papers/mceliece/teil1.tex +++ /dev/null @@ -1,55 +0,0 @@ -% -% teil1.tex -- Beispiel-File für das Paper -% -% (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil -% -\section{Teil 1 -\label{mceliece:section:teil1}} -\rhead{Problemstellung} -Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa -quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae -dicta sunt explicabo. -Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit aspernatur aut odit -aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores eos qui ratione -voluptatem sequi nesciunt -\begin{equation} -\int_a^b x^2\, dx -= -\left[ \frac13 x^3 \right]_a^b -= -\frac{b^3-a^3}3. -\label{mceliece:equation1} -\end{equation} -Neque porro quisquam est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, -consectetur, adipisci velit, sed quia non numquam eius modi tempora -incidunt ut labore et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. - -Ut enim ad minima veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis -suscipit laboriosam, nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? -Quis autem vel eum iure reprehenderit qui in ea voluptate velit -esse quam nihil molestiae consequatur, vel illum qui dolorem eum -fugiat quo voluptas nulla pariatur? - -\subsection{De finibus bonorum et malorum -\label{mceliece:subsection:finibus}} -At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui -blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos -dolores et quas molestias excepturi sint occaecati cupiditate non -provident, similique sunt in culpa qui officia deserunt mollitia -animi, id est laborum et dolorum fuga \eqref{000tempmlate:equation1}. - -Et harum quidem rerum facilis est et expedita distinctio -\ref{mceliece:section:loesung}. -Nam libero tempore, cum soluta nobis est eligendi optio cumque nihil -impedit quo minus id quod maxime placeat facere possimus, omnis -voluptas assumenda est, omnis dolor repellendus -\ref{mceliece:section:folgerung}. -Temporibus autem quibusdam et aut officiis debitis aut rerum -necessitatibus saepe eveniet ut et voluptates repudiandae sint et -molestiae non recusandae. -Itaque earum rerum hic tenetur a sapiente delectus, ut aut reiciendis -voluptatibus maiores alias consequatur aut perferendis doloribus -asperiores repellat. - - |