本書系統(tǒng)地介紹了信息安全理論與技術所涉及的數(shù)論、代數(shù)、橢圓曲線等數(shù)學理論基礎。內(nèi)容包括數(shù)論基礎,涉及整除、同余、次數(shù)與原根、二次剩余和素數(shù)檢驗與整數(shù)分解等內(nèi)容;代數(shù)系統(tǒng),涉及群、環(huán)、域的概念及其應用等內(nèi)容;橢圓曲線,涉及橢圓曲線的預備知識,橢圓曲線,橢圓曲線上的離散對數(shù)等內(nèi)容;離散對數(shù)等。書中每章末都配有適量習題,以供學生學習和復習鞏固書中所學內(nèi)容。
第2版前言
“信息安全數(shù)學基礎”是本科信息安全、網(wǎng)絡空間安全、密碼科學與技術的專業(yè)基礎課程之一,是進一步深入學習網(wǎng)絡空間安全理論與技術、密碼技術的重要基礎本書是南開大學信息安全專業(yè)和密碼科學與技術專業(yè)“信息安全數(shù)學基礎”課程的教材,在上一版的基礎上,針對網(wǎng)絡空間安全理論與技術的新進展所需的數(shù)學知識,綜合考慮教學過程中的實際要求和遇到的問題做了修訂和調(diào)整
在上一版中,代數(shù)系統(tǒng)部分(第8章,域)的難度偏高,本科生接受起來稍顯困難而且,書中數(shù)學知識的相關應用內(nèi)容較少,使得此課程與后繼課程的關聯(lián)性不足,學生不能很好地把握所學知識的應用前景為此,一方面,我們對上一版中群、環(huán)、域部分的內(nèi)容次序進行了適當調(diào)整,并且為了滿足密碼科學與技術專業(yè)的需求,增加了有限域的內(nèi)容;另一方面,增加了第9章,用于介紹所學數(shù)學知識在密碼學中的應用此外,我們刪除了上一版中的第1章(預備知識),將相關內(nèi)容適當?shù)卣{(diào)整至相關的章節(jié)內(nèi)而且,我們還將教學過程中積累的部分精選習題補充到各章習題中,幫助學生理解和掌握所學知識并進行能力拓展
全書分為4個部分,共包括9章內(nèi)容:
數(shù)論基礎部分(第1~4章),介紹數(shù)論的基礎內(nèi)容,包括整除、同余、同余方程、原根與指數(shù)以及數(shù)論的應用等內(nèi)容
代數(shù)系統(tǒng)部分(第5~7章),介紹群、環(huán)、域的概念和知識,以及有限域理論
橢圓曲線部分(第8章),介紹橢圓曲線的算術理論,包括Weierstrass方程與橢圓曲線、橢圓曲線上的群結構、有限域上的橢圓曲線等內(nèi)容
密碼學中的數(shù)學問題部分(第9章),主要介紹書中數(shù)學知識在密碼學中的應用問題需要特別說明的是,這一章在內(nèi)容組織方面涵蓋密碼算法涉及的多個數(shù)學問題,在內(nèi)容表述方面淺顯易懂,利用簡單的例子,讓讀者通過手動推演就能理解問題的實質(zhì)
本書適合高等學校信息安全、網(wǎng)絡空間安全和密碼科學與技術專業(yè)的本科生作為教材使用,也適合計算機科學與技術和通信工程等專業(yè)的研究生,以及相關領域的科研人員和技術人員作為參考書使用
本書由賈春福、李瑞琪、袁科編著,鐘安鳴參與了第8、9章的編寫本書經(jīng)過多年的完善逐漸形成,參與本書之前版本編寫的包括趙源超(天津理工大學)、楊駿(現(xiàn)于哈佛大學從事博士后研究工作)和高敏芬(南開大學)
在編寫過程中,機械工業(yè)出版社的編輯給予了大力支持和幫助,在此深表感謝
編者
2022年10月于南開園
第1版前言
計算機和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展與廣泛應用,極大地促進了社會的發(fā)展,也徹底改變了人們的生活和工作方式與此同時,網(wǎng)絡與信息安全問題也更多地受到關注,網(wǎng)絡空間安全理論與技術已經(jīng)成為當前重要的研究領域之一,網(wǎng)絡空間安全專門人才的培養(yǎng)受到了社會的空前重視
“信息安全數(shù)學基礎”是信息安全本科專業(yè)的基礎課之一,對網(wǎng)絡空間安全理論與技術(特別是網(wǎng)絡空間安全的核心技術——密碼技術)的深入學習具有重要的意義本書是在南開大學信息安全專業(yè)“信息安全數(shù)學基礎”課程授課講義的基礎上整理而成的
全書分為4部分,共包括9章內(nèi)容:
第一部分:預備知識(第1章),介紹書中后續(xù)章節(jié)所涉及的基本概念和基礎知識,包括集合、關系、函數(shù)、映射與勢以及拓撲空間等
第二部分:數(shù)論基礎(第2~5章),介紹數(shù)論的基本內(nèi)容,包括整除(整數(shù)的因子分解)、同余、原根與指數(shù)、二次剩余以及數(shù)論的應用等內(nèi)容
第三部分:抽象代數(shù)基礎(第6~8章),介紹群、環(huán)、域的概念和知識,以及初等伽羅瓦理論和有限域理論
第四部分:橢圓曲線(第9章),介紹橢圓曲線的算術理論,包括仿射空間和射影空間、Weierstrass方程與橢圓曲線、橢圓曲線上的群結構、有限域上的橢圓曲線和橢圓曲線上的離散對數(shù)等內(nèi)容
書中每節(jié)末都配有適量的習題,供學生在復習和鞏固書中所學內(nèi)容時使用習題包括A、B兩組:A組主要用于鞏固學生在課堂上所學的內(nèi)容和知識,B組主要用于拓展學生的知識和技能
本書依據(jù)《高等學校信息安全專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)范》(清華大學出版社,2014)中關于“信息安全數(shù)學基礎”的相關教學要求選取內(nèi)容,并將編者多年積累的實際教學經(jīng)驗融入其中,力求知識系統(tǒng)化,能較好地覆蓋網(wǎng)絡空間安全領域所涉及的數(shù)學基礎知識書中全面涵蓋相關基礎知識,對其中的數(shù)學結論都給出了詳細的證明,書中所配的習題著力于幫助學生鞏固所學的內(nèi)容和拓展能力本書適合高等學校信息安全、計算機科學技術和通信工程等專業(yè)的本科生和研究生使用,也可供相關領域的科研人員和技術人員參考
本書由賈春福、鐘安鳴和楊駿編寫.高敏芬老師、李瑞琪、梁爽、呂童童、田美琦、程曉陽和鄭萬通等參與了書稿的閱讀和校對.由于時間倉促,書中難免有疏漏和不當之處,敬請讀者批評指正.
編者
2016年10月于南開園
賈春福,南開大學網(wǎng)絡空間安全學院教授、博士生導師,天津市網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)安全重點實驗室主任。研究領域包括系統(tǒng)與網(wǎng)絡安全、軟件安全與惡意代碼分析、可信計算等。承擔973計劃、重點研發(fā)、863計劃和國家自然科學基金項目等18項,省部級項目10余項,發(fā)表論文120余篇。2021年入選“高校計算機專業(yè)優(yōu)秀教師獎勵計劃”,2019年獲網(wǎng)絡安全優(yōu)秀教師獎,2016年獲南開大學優(yōu)秀博士學位論文指導教師稱號,2001年獲天津市自然科學二等獎1項,F(xiàn)任高等學校教學指導委員會、高等學校網(wǎng)絡空間安全專業(yè)教學指導委員會委員,天津市人民政府學科評議組成員,天津市網(wǎng)絡安全和信息化工作特聘專家,《電子與信息學報》期刊編委等。
第2版前言
第1版前言
教學建議
第1章整除1
11整除與帶余除法1
12最大公因子與輾轉(zhuǎn)相除法5
13算術基本定理11
14連分數(shù)15
141連分數(shù)的定義和性質(zhì)15
142連分數(shù)的應用——RSA的
Wiener攻擊23
15完全數(shù)、梅森素數(shù)和費馬素數(shù)25
第2章同余28
21同余的概念和性質(zhì)28
22剩余類和剩余系33
23歐拉定理和費馬小定理35
24擴展歐幾里得算法和威爾遜定理41
第3章同余方程46
31線性同余方程46
32線性同余方程組與中國剩余定理49
33二次剩余58
34勒讓德符號與二次互反律61
341勒讓德符號61
342高斯引理63
343二次互反律67
35雅可比符號72
36高次同余方程76
第4章原根與指數(shù)82
41次數(shù)82
42原根88
43指數(shù)與高次剩余96
第5章群101
51映射與關系101
511映射102
512關系103
52群的概念與性質(zhì)107
53陪集與商群112
54同態(tài)和同構116
55循環(huán)群121
56置換群124
第6章環(huán)與域129
61環(huán)與域的概念和性質(zhì)129
62子環(huán)、理想和商環(huán)134
63三類重要的環(huán)140
631唯一析因環(huán)140
632主理想整環(huán)142
633歐幾里得環(huán)143
64多項式環(huán)145
641交換幺環(huán)上的多項式環(huán)145
642域上的多項式147
65素理想和極大理想153
第7章有限域157
71域的擴張157
72有限域及其性質(zhì)162
721有限域及其子域162
722有限域的群結構 164
723有限域中元素的表示 170
73基173
731跡和范數(shù)174
732多項式基和對偶基 177
733正規(guī)基182
74有限域上的多項式183
741有限域上的多項式分解184
742有限域上的不可約多項式188
第8章橢圓曲線192
81仿射平面與射影平面192
82Weierstrass方程與橢圓曲線195
83橢圓曲線上的群結構200
84有限域上的橢圓曲線204
第9章密碼學中的數(shù)學問題212
91素性檢測212
92大整數(shù)分解問題216
93RSA問題219
94二次剩余問題220
95離散對數(shù)問題223
96雙線性對問題231
參考文獻234