全同態加密數學基礎—分圓多項式-3

2020-12-05 格密緻知

本文由陳智罡博士撰寫

前面說過,可以對xn-1 分解為更低次數的不可約多項式,例如xn-1= (xk-1) f(x)。

這就引出了我們要講的中心概念:分圓多項式

這個次數更低的不可約多項式,稱為分圓多項式,記為

分圓多項式的次數就是n次單位原根的個數,即

另外,再次提醒:分圓多項式在有理數域上是不可約的

所以,

是在環

上次數為的

不可約多項式。

分圓多項式與 n次單位原根產生了關係,具體地說,分圓多項式的次數就是n次單位原根的個數。這就是為什麼我們花了很多口舌說單位原根的原因。

牆裂注意:n次單位根中有

個n次單位原根!!!!

再次重複:那些在n次單位根中,不是n次單位原根的都是某個a次單位原根,其中a是n的一個因子。

而這

個 n次單位原根就是分圓多項式

的根!

令n次單位原根,對應

令a次單位原根,對應

所以就把z,z 2,…,zn-1 進行了劃分,表示為

,其中d是n的因子。

問題來了,分圓多項式

分解形式是什麼樣的?

根據上面論述有:

下面來看看分圓多項式與單位原根之間的關係。

由於每個n次單位根,要麼是n次單位原根,要麼是某個d次單位原根。所以xn-1可以表示成下面形式:

另外,n次分圓多項式其實就是xn-1 的一個「最大」的不可約多項式因子。最大就是對於任意k<n,該n次分圓多項式都不是xk-1 的因子。

所以分圓多項式還可以定義為:它是一個整係數首一多項式,該多項式是任何n次單位原根上的有理數域上的最小多項式。

根據上面公式,多項式zn-1的分解如下:

分圓多項式如下:

分圓多項式在有理數域上是不可分解的,但是在複數域上可以分解為一次因子的乘積。那麼,在有限域上表現如何呢?

應用最小多項式在有限域上,分圓多項式在有限域Fp[x]上可以分解為最小多項式的乘積。有如下性質:

假設有限域的元素個數是p,其中p是素數而且p不是n的因子,則分圓多項式

可以分解為

個次數為d的不可約多項式,其中pd=1 (mod n)。

這個性質經常用於全同態加密中明文空間的明文槽的劃分。

最後說說最小多項式長得啥樣。

假設a是域F(元素個數為n)的任意一個元素,a的次數d是n的因子,則a最小多項式如下:

有了這些知識,再看全同態加密論文中關於明文空間的劃分就容易理解了。

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