質數與我們

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文/香港桂冠論壇 
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圖/123RF
文/香港桂冠論壇 

質數,是指在大於1的自然數中,除了1和該數自身外,無法被其他自然數整除的數。我們在日常生活中所用到的數學大多是加減乘除四則基本運算。所以,質數看似和我們日常生活完全扯不上關係,但其實有輕易察覺的關係。

日常生活中有質數?大家或許都會帶有疑問:質數究竟和我們的日常生活到底有何關係?其實它已默默隱藏在我們的生活中。其實,質數是加密方法的基石。根據算術基本定理,每個大於1的自然數,要麼本身是一個質數,要麼可以寫為兩個或以上質數的積,我們稱之為質因數分解,相乘的質數稱為質因子。

算術分解 次序可變



舉例說,60可被質因數分解並寫成2×2×3×5,而這些質因子除了可以更換排列次序之外,只有一種算式的寫法。質數在因數分解法中有一些特別的特性,其中一個特性就是,若我們已有一個很大的整數,要找出這個整數的質因子排列方式是十分困難的。

若我們有一個7位的整數3526842,要質因數分解3526842並寫成2×3×11×53437是十分困難的,而2,3,11,53437都是質數。1977年,羅納德.李維斯特、阿迪.薩莫爾和倫納德.阿德曼這三位來自麻省理工學院的科學家提出的「RSA加密法」,就是建基於質數的特性。「RSA加密法」已在訊息傳送加密和電子商業中被廣泛使用。例如我們日常會接觸到的網上銀行等商業交易,都會用到「RSA加密法」。

公鑰私鑰 密文解鎖



RSA乃非對稱加密法的一種,使用者需要兩把鑰匙才可以將密文解密。所謂的兩把鑰匙,就是「公鑰」和「私鑰」。「公鑰」由發訊和收訊者共同持有,「私鑰」則只有收訊一方得知。RSA加密法的基本原理,是在發送訊息時將訊息原文以公鑰加密,收訊者收到密文後需以私鑰解密,才可看到訊息原文。非對稱加密法能確保只有發訊和收訊者看到訊息,即使訊息被中途截取,截取者都無法解開密文閱讀信息。其次,因兩把鑰匙的知悉者只有發訊和收訊者二人,故可確保訊息不會被他人偽冒。

截至2018年,量子電腦只能成功破解到768個位元的RSA密碼,但現時網路普遍應用的密碼為1024位元。在一些重要情況中,密碼更可長達2048位元。基於保安需要,系統供應者亦會每隔數月就更改加密方式。因此,相信在可見將來,建基於質數特性的RSA加密法,仍會是最安全的訊息加密方法。
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