Kriptográfia 0. A biztonság alapja. Számítás-komplexitási kérdések

Hasonló dokumentumok
NP-teljesség röviden

Deníciók és tételek a beugró vizsgára

definiálunk. Legyen egy konfiguráció, ahol és. A következő három esetet különböztetjük meg. 1. Ha, akkor 2. Ha, akkor, ahol, ha, és egyébként.

A számítógépes nyelvészet elmélete és gyakorlata. Automaták

Az informatika elméleti alapjai 2 elővizsga december 19.

A Számítástudomány alapjai

Algoritmusok Tervezése. 6. Előadás Algoritmusok 101 Dr. Bécsi Tamás

Tesztkérdések az ALGORITMUSELMÉLET tárgyból, 2001/ félév

Számításelmélet. Will június 13. A kiszámíthatóság fogalma és a Church-Turing tézis

Algoritmuselmélet 12. előadás

Algoritmuselmélet. Bonyolultságelmélet. Katona Gyula Y.

Turing-gépek. Számításelmélet (7. gyakorlat) Turing-gépek 2009/10 II. félév 1 / 1

Bonyolultságelmélet. Monday 26 th September, 2016, 18:28

Bonyolultságelmélet. Monday 26 th September, 2016, 18:27. Bonyolultságelmélet

Kiegészítő részelőadás 1. Az algoritmusok hatékonyságának mérése

Algoritmusok bonyolultsága

Kriptográfia I. Kriptorendszerek

A Számítógépek felépítése, mőködési módjai. A Számítógépek hardverelemei

Bonyolultságelmélet. Monday 26 th September, 2016, 18:50

A Formális nyelvek vizsga teljesítése. a) Normál A vizsgán 60 pont szerezhet, amely két 30 pontos részb l áll össze az alábbi módon:

Online algoritmusok. Algoritmusok és bonyolultságuk. Horváth Bálint március 30. Horváth Bálint Online algoritmusok március 30.

Számításelmélet. Második előadás

ALGORITMUSOK ÉS BONYOLULTSÁGELMÉLET Matematika MSc hallgatók számára. 11. Előadás

1. Alapfogalmak Algoritmus Számítási probléma Specifikáció Algoritmusok futási ideje

A Formális nyelvek vizsga teljesítése. a) Normál A vizsgán 60 pont szerezhet, amely két 30 pontos részb l áll össze az alábbi módon:

Függvények növekedési korlátainak jellemzése

Nagyordó, Omega, Theta, Kisordó

Turing-gép május 31. Turing-gép 1. 1

Formális módszerek GM_IN003_1 Program verifikálás, formalizmusok

Informatika 1 2. el adás: Absztrakt számítógépek

Logika és számításelmélet. 11. előadás

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Algoritmuselmélet. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. 13.

ALGORITMUSOK ÉS BONYOLULTSÁGELMÉLET Matematika MSc hallgatók számára

Bonyolultságelmélet. Thursday 1 st December, 2016, 22:21

Shor kvantum-algoritmusa diszkrét logaritmusra

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Véletlenszám generátorok és tesztelésük HORVÁTH BÁLINT

Dr. Schuster György február / 32

A programozás alapjai előadás. Amiről szólesz: A tárgy címe: A programozás alapjai

Formális nyelvek - 9.

Approximációs algoritmusok

Automaták mint elfogadók (akceptorok)

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Algoritmuselmélet 18. előadás

A digitális számítás elmélete

Emlékeztet! matematikából

Államvizsga kérdések a matematikus szakon, 2001.

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

Számítógépek felépítése

Bevezetés az informatikába

Kiterjesztések sek szemantikája

CHT& NSZT Hoeffding NET mom. stabilis november 9.

Turing-gépek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz VIII. Friedl Katalin BME SZIT március 18.

Hibadetektáló és javító kódolások

Turing-gépek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz. Friedl Katalin BME SZIT augusztus 16.

Nagyságrendek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz. Friedl Katalin BME SZIT február 1.

Programozás I. 1. előadás: Algoritmusok alapjai. Sergyán Szabolcs

Rekurzió. Dr. Iványi Péter

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

A valós számok halmaza

Logika és számításelmélet. 10. előadás












Algoritmuselmélet. Katona Gyula Y. Számítástudományi és Információelméleti Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. 12.

Formális nyelvek és automaták vizsgához statisztikailag igazolt várható vizsgakérdések

Emlékeztető: LR(0) elemzés. LR elemzések (SLR(1) és LR(1) elemzések)

Információs rendszerek elméleti alapjai. Információelmélet

Modellek ellenőrzése és tesztelése

Logika és számításelmélet. 7. előadás

Elérhetőségi probléma egyszerűsítése: Állapottér és struktúra redukció Petri-háló alosztályok

The Architecture of Computer Hardware and Systems Software: An InformationTechnology Approach 3. kiadás, Irv Englander John Wiley and Sons 2003

Sapientia Egyetem, Műszaki és Humántudományok Tanszék.

Gépi tanulás. Hány tanítómintára van szükség? VKH. Pataki Béla (Bolgár Bence)

Információk. Ismétlés II. Ismétlés. Ismétlés III. A PROGRAMOZÁS ALAPJAI 2. Készítette: Vénné Meskó Katalin. Algoritmus. Algoritmus ábrázolása

A Jövő Internet elméleti alapjai. Vaszil György Debreceni Egyetem, Informatikai Kar

Számítógép hálózatok, osztott rendszerek 2009

XIII. Bolyai Konferencia Bodnár József Eötvös József Collegium, ELTE TTK, III. matematikus. A véletlen nyomában

Eseményalgebra. Esemény: minden amirl a kísérlet elvégzése során eldönthet egyértelmen hogy a kísérlet során bekövetkezett-e vagy sem.

Titkosítási rendszerek CCA-biztonsága

Julia halmazok, Mandelbrot halmaz

Sztochasztikus folyamatok alapfogalmak

Skalárszorzat, norma, szög, távolság. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ 2005.

Programozási módszertan

Párhuzamos algoritmusmodellek Herendi, Tamás Nagy, Benedek

Valószínűségszámítás összefoglaló

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Teljesítmény Mérés. Tóth Zsolt. Miskolci Egyetem. Tóth Zsolt (Miskolci Egyetem) Teljesítmény Mérés / 20

13. Egy x és egy y hosszúságú sorozat konvolúciójának hossza a. x-y-1 b. x-y c. x+y d. x+y+1 e. egyik sem

Készítette: Trosztel Mátyás Konzulens: Hajós Gergely

Számítógép és programozás 2

Átírás:

Kriptográfia 0 Számítás-komplexitási kérdések A biztonság alapja Komplexitás elméleti modellek független, egyenletes eloszlású véletlen változó értéke számítással nem hozható kapcsolatba más információval pl. üzenet kódolása vele azonos hosszúságú random bitsorozat segítségével (gyakorlatban használhatatlan módszer) Valóságban elég ha, véletlennek látszó info-t használunk feltételes biztonság: jelenleg kezelhetetlen bonyolultságú számítások kellenek (nincsenek e!ektív módszerek) 2

Turing gépek Általános számítási modell algoritmusok matematikai elemzésére cellákra osztott szalag (ABC, üres szimbólum) fej (olvasás, írás, egy cella jobbra balra mozgatás) tranzíció függvény (utasítások véges halmaza) q iaj"qi1aj1dk állapot regiszter (kezd# állapot) 3 Turing gépek (folyt.) Formálisan: Q is a finite, non-empty set of states $ is a finite, non-empty set of the tape alphabet/symbols b is the blank symbol (the only symbol allowed to occur on the tape infinitely often at any step during the computation) % is the set of input symbols q0 is the initial state F is the set of final or accepting states. is a partial function called the transition function, where L is left shift, R is right shift. 4

Turing gépek (folyt.) M Turing gépre lépések száma, mely terminálási helyzetre vezet (a gép futási ideje, id# komplexitása) TM írt cellák száma (tárolási hely komplexitás) SM n hosszúságú input stringre: T M(n) S M(n) 5 Determinisztikus polinom id! Azon nyelvek osztálya, melyet egy determinisztikus Turing gép polinom id#ben felismer p(n) = c k n k + c k"1 n k"1 +...+ c 1 n + c 0 L nyelv P osztályban van, ha létezik M Turing gép és p(n) polinom, hogy M minden I " L példányt T M (n) # p(n) alatt felismer, n I méretét reprezentálja. 6

Számítási problémák Komplexitás szempontjából elhanyagolható: Számítási vs. döntési problémák Turing gép vs. von Neumann architektúrájú gép egyenletes ill. nem egyenletes számítási költség 7 Algoritmusok számítási komplexitása O jelölés (nagy ordó) g(n) = O(f(n)), ha létezik c > 0 konstans és N természetes szám, hogy g(n) " c f(n) minden n # N - re. Bit szint& O jelölés O B() jelölje O()-t bitszint& számítási modellt használva 8

Valószín"ségi polinom id! Valószín&ségi Turing gép (PM) nem determinisztikus Turing gép korlátos hibával determinisztikus Turing gép véletlen szalaggal (egyenletes eloszlású véletlen szimbólumok) PP osztály Prob[PM recognizes I " L I " L] # e and Prob[PM recognizes I " L I $ L] % d, 1 1 e " (,1], & " [0, ). 2 2 9! PP alosztályai (zero-sided-error) ZPP Prob[PM recognizes I " L I " L] = 1 and Prob[PM recognizes I " L I # L] = 0. Carlo) PP(Monte Prob[PM recognizes I " L I " L] = 1 and! Prob[PM recognizes I " L I # L] $ %. PP(Las Vegas) Prob[PM recognizes I " L I " L] # $ and! Prob[PM recognizes I " L I % L] = 0. ZPP = PP(Monte Carlo) " PP(Las Vegas) 10!

Hatékony algoritmusok Egy determinisztikus vagy véletlen algoritmust hatékonynak nevezünk, ha végrehajtási ideje az input méretét#l polinomiálisan függ. polinom id# Kezelhet# és nem kezelhet# problémák PP(Monte Carlo) P " ZPP " " PP PP(LasVegas) Gyakorlatilag hatékony algoritmusok alacsony fokszámú polinom 11 Nem determinisztikus polinom id! Nem determinisztikus Turing gép lépésenként véges számú lehetséges következ# lépés Id! komplexitás 12

Nem determinisztikus polinom id! (folyt.) NP osztály: nem determinisztikus Turing géppel polinom id#ben felismerhet# nyelvek P " NP " PP Egy eldöntési probléma akkor NP-beli, ha minden I inpuhoz, melyre a válasz igen, létezik I-t#l függ# tanú, hogy az ellen#rzés polinom id#ben elvégezhet#. co-np osztály: nemleges válasz polinom id#ben bizonyítható P " NP? 13 NP teljessség Polinomiális redukció (visszavezetés): L polinomiálisan redukálható L0-á, ha létezik egy M polinom id#korlátos determinisztikus Turing gép, ami minden I!L -t I0!L0 -á alakít, úgy hogy I!L akkor és csak akkor ha I0!L0. L 0!NP NP teljes, ha bármely L!NP polinomiálisan redukálható L0-á. 14

Komplexitás osztályok NP P NP-teljes co-np NP-nehéz 15 Polinom id!beli megkülönböztethetetlenség Megkülönböztet#: E={e 1,e2,...}, E ={e 1,e 2...} véletlen változók együttese S térb#l, k=log2#s, a=(a1,a2,...al), l<k, D valószin&ségi alg., D(a,E)=1 i! a E-b#l való, D(a,E )=1 i! a E -b#l való. Adv(D)= Prob[D(a,E)=1]-Prob[D(a,E )=1] E,E polinomiálisan nem különböztethet# meg, ha nem létezik D, hogy Adv(D)>0 elég nagy k-hoz 16

Komplexitás és kriptográfia A modern kriptográfia él a feltételezéssel, hogy P'NP egyirányú függvények a kulcs tanú szerepet játszik P'NP nem elégséges feltétel biztonságos kriptorendszer létrehozásához feltöréshez nem feltétlenül szükséges minden I!L-re (legrosszabb eset) megközelítés 17