人生的有限域—死於決鬥的數學天才伽羅瓦

2021-01-18 中國保密協會科學技術分會

       網絡安全依賴於兩種技術。一是傳統意義上的存取控制和授權,如存取控制表技術、口令驗證技術等;二是利用密碼技術實現對信息的加密、身份鑑別等。前者從理論和技術上是完全可以攻破的,而後者是有條件的,所以網絡安全的核心仍將長期建立在密碼學基礎之上。橢圓曲線密碼體制(ECC: Elliptic Curve Cryptosystem)的安全性依賴於橢圓曲線離散對數問題,是目前已知的公鑰體制中強度最高的加密機制。考慮到實現難度以及加密效率,通常選擇素域GF(p)、二進位域GF(2n)或最佳擴域(OEF:Optimal Extension Field)等有限域作為ECC的基域,作為實現ECC的先決條件,有限域運算己廣泛應用於RSA、ElGamal等著名的公鑰密碼體制中,在編碼理論以及多種籤名算法中也大量的應用場景。[1]

       在抽象代數中,域是一種可進行加、減、乘和除運算的代數結構。域的概念是數域以及四則運算的推廣。域是環的一種。域和一般環的區別在於域要求它的元素可以進行除法運算,這等價於每個非零的元素都要有乘法逆元。同時,在現代定義中,域中元素關於乘法是可交換的。簡單來說,域是乘法可交換的除環。乘法非交換的除環則稱為體,或者反稱域。在過去的定義中,除環被稱為「域」,而現代意義上的域被稱為「交換域」,包含有限個元素的域被稱為有限域。

       實際上,域是一個可以在其上進行加、減、乘和除法運算而結果不會超出域的集合。如有理數集合、實數集合、複數集合都是域,但整數集合不是(很明顯,使用除法得到的分數或小數已超出整數集合)。

       如果域F只包含有限個元素,則稱其為有限域。有限域中元素的個數稱為有限域的階。儘管存在有無限個元素的無限域,但只有有限域在密碼編碼學中得到了廣泛的應用。每個有限域的階必為素數的冪,即有限域的階可表示為pⁿ(p是素數、n是正整數),該有限域通常稱為Galois域(Galois Fields),記為GF(pⁿ)。

      當n=1時,存在有限域GF(p),也稱為素數域。在密碼學中,最常用的域是階為p的素數域GF(p)或階為2m的GF(2m)域。[2]

    上述的Galois域就是伽羅瓦域,是由法國天才數學家埃瓦裡斯特·伽羅瓦(Évariste Galois)於18世紀30年代研究代數方程根式求解問題時引出的。年輕的伽羅瓦是不世出的奇才,作為法國對函數論、方程式論和數論作出重要貢獻的數學家,在他還只有十幾歲的時候,就用群論徹底解決了根式求解代數方程的問題,並且由此發展了一整套關於群和域的理論,為了紀念他,人們稱之為伽羅瓦理論。正是這套理論創立了抽象代數學,把代數學的研究推向了一個新的裡程。正是這套理論為數學研究工作提供了新的數學工具——群論。它對數學分析、幾何學的發展有很大影響,並標誌著數學發展現代階段的開始。

相關焦點

  • 人物|伽羅瓦:一位數學天才,竟死於一場決鬥……
    今天一碗芝士為大家介紹一位數學家,一個推動了數學界發展卻在21歲就去世的數學天才:伽羅瓦。1811年10月25日出生,法國數學家,現代數學群論的創立者,21歲時死於一場決鬥              ▼1811年10月25日,伽羅瓦出生在一個法國的知識分子家庭裡。
  • 死於決鬥的數學天才伽羅華
    1832年5月29日晚,在決鬥的前夜 ,一個年僅21歲的年輕人預料到自己將會死去,通宵達旦奮筆疾書,與時間賽跑,力圖把他的所有數學成果記錄下來,時不時在一旁寫下 「我沒有時間」、「我沒有時間」。 第二天,這位智力值滿點幸運值為零的年輕人,死在了決鬥現場,但是他在黎明前絕望的最後時刻寫下的東西,一勞永逸地發現了一個折磨了數學家幾個世紀的謎團的答案:在什麼條件下一個方程有解?」 他就是數學天才伽羅華。
  • 被時代辜負的天才——21歲即去世的數學家伽羅瓦
    第二天,這位智力值滿點幸運值為零的年輕人,死在了決鬥現場,但是他在黎明前絕望的最後時刻寫下的東西,一勞永逸地發現了一個折磨了數學家幾個世紀的謎團的答案:在什麼條件下一個方程有解?」        他就是數學天才伽羅瓦。
  • 數學天才中的天才——伽羅瓦
    伽羅瓦理論的誕生阿貝爾未竟的事業,由一位比阿貝爾小9歲的極富傳奇色彩的法國青年伽羅瓦擔當起來。伽羅瓦於1811年10月26日生於巴黎附近的雷因堡,父親是鎮長,母親是一個法官的女兒,受過正統教育。中學時代,數學教師範涅爾的出色講授喚起伽羅瓦對數學的興趣。
  • 伽羅瓦:法國著名數學家,現代群論創始人,卻因決鬥而死
    其父親的死不僅僅影響了伽羅瓦的這次考試,更是對他的政治觀和人生觀產生巨大影響。伽瓦羅的數學天分十分出眾,18歲時便在代數方程解這一領域取得不小的成果,並將他在這一領域的結果呈交給法國科學院,這一結果將由柯西審閱,但十分不巧的是,柯西將稿件和摘要全都能丟了,這導致伽瓦羅的結果得不到證實,他的數學才能再次被淹沒。
  • 數學大師啟示錄——伽羅瓦
    伽羅瓦把對方程的係數施行四則運算產生的數域的各個層次的擴域和根的置換群的各個層次的子群聯繫起來,建立了後人所謂的"伽羅瓦對應";通過群的研究來了解域的構造,從而解決方程可不可以用根式解的問題。接著吉尼奧趕緊上書教育大臣,宣稱伽羅瓦"無可救藥了";並且為他自己"擅自決定" "深感遺憾";還表白他個人對伽羅瓦的寬容:他"器重他的不容置疑的數學天才","容忍他的反覆無常的行為,容忍他的懶散和不能容人的性格"。
  • 伽羅瓦究竟有多牛快進來膜拜吧
    有人16歲才接觸數學,17歲自學包括拉格朗日,歐拉,18歲解決了代數方程根式解的存在性的千古難題,之後又順勢創立了一個新的數學分支,但21歲卻死於決鬥,你敢相信嗎?相信大多數人都不敢相信,這份經歷,恐怕連小說都不敢這麼寫吧,還真的有,他就是伽羅瓦,伽羅瓦的名氣很大。
  • 伽羅瓦
    在一次幾近自殺的決鬥中英年早逝,引起種種揣測。 伽羅瓦的父母都是知識分子,12歲以前,伽羅瓦的教育全部由他的母親負責,他的父親在伽羅瓦4歲時被選為Bourg La Reine的市長。 12歲,伽羅瓦進入路易皇家中學就讀,成績都很好,卻要到16歲才開始跟隨 Vernier 老師學習數學,他對數學的熱情劇然引爆,對於其他科目再也提不起任何興趣。
  • 年僅21歲,一個智商碾壓同期數學家,但為情所困數學天才的隕落
    ——悼念一位數學天才天才居然被迫留級破解得了百年難題,卻在愛情路上一去不返,天妒英才!沒錯,他就是我們今天的主人公,數學系同學的噩夢——伽羅瓦。1811年,埃爾瓦斯特.伽羅瓦出生於一個法國巴黎的中產階級家庭。
  • 數學史20大數學家之—阿貝爾和伽羅瓦,頭角崢嶸之際便與世長辭
    數學大師我們已經說了很多了,像數學王子高斯,史上第二高產的歐拉,版權纏身的約翰伯努利,他們都極其高壽,年逾八旬才被上帝召喚。但也有這樣一類天才,他們的人生像流星一樣的絢爛但也一樣的短暫,我們不得不驚嘆於這些天才的天賦之高。
  • 數學奇星——伽羅瓦 1832年5月30 日
    1811 年,伽羅瓦出生於巴黎,少年奇才,為人怪僻。 15 歲時,開始鑽研數學大師的專著,17 歲時,天才和努力使他的數學水平遠遠地超出了老師。然而此時父親的突然自殺、自己兩次投考法國綜合理工學院的失利,對他打擊很大。不久後,他向法國科學院遞交了兩篇論文,卻意外遭拒;又因政治原因兩次被捕入獄,命運進一步惡化。 1832 年,他介入了一場無畏的愛情決鬥。
  • 天才少年伽羅瓦傳奇
    後世的數學家在評論這場毫無意義的決鬥時說,因為這個年輕人的死,人類數學的發展被推遲了幾十年。這個在決鬥中因傷致死的年輕人名叫埃.伽羅華,死亡時年僅二十一歲! 今天回顧歷史,我們可以看到這位早逝的年輕數學家創造了數學史上的幾個奇蹟,第一、他並非著作等身,他只寫了幾篇數學論文以及在決鬥前夜倉促寫下的一個潦草的大綱。
  • 伽羅瓦理論:影響代數、幾何、物理、化學等眾多學科的天才之作
    這個時候,數學史上的天才少年阿貝爾出現了,阿貝爾13歲就展露數學才華,他學習如牛頓、歐拉等數學大家的理論,甚至能從中找出他們的小漏洞。1824年,阿貝爾的工作揭示了高次方程與低次方程的根本不同,證明了五次或五次以上的代數方程沒有一般的用根式求解的公式,然而仍然存在一些特殊的高次多項式能夠用根式求解,如何區分能夠求解的和不能求解的多項式仍然是一個未決的問題。
  • 數學天才的世界你不懂
    不過,這個家族在歷史上並沒有出現過數學天才。1823年,伽羅瓦12歲時,他被送去學校,就讀於巴黎的路易大帝中學(the lycée of the Louis-le-Grand)。那時,法國分成相互交戰的兩排,左翼是革命理想最狂熱的支持者,他們信奉:自由、平等、博愛。右翼則是支持王權的保皇黨。路易大帝中學內部也分為兩派。
  • 伽羅瓦,高斯,阿貝爾,這三人誰的數學天賦最高?
    而實際上數學是一門非常吃天賦的科學,有些人年紀輕輕就已經完成了很多人一生都達不到的學術成就。所以說如若我們拋開成就不談,都有哪些數學天賦極高的天才呢?我們一起來看看。伽羅瓦埃瓦裡斯特·伽羅瓦,1811年10月25日生,法國數學家。伽羅瓦16歲才開始系統學習數學,18歲就創立了群論。這是當代代數與數論的基本支柱之一。
  • 歷史上最「悲催」的數學天才:20歲就成了數學家,21歲與別人決鬥而死
    不過也許你會說了:「數學是一門非常難的學科,能稱為數學家的人,至少也都有三四十歲,能年輕到哪兒去呢?」實際上還真有,法國就有這樣一位小夥子,年僅二十歲就成了數學家,只不過很不幸的是,他在21歲的時候就與人決鬥去世了。他就是「伽羅瓦」。 關於伽羅瓦的故事,我們在上文中已經說到了,我們本文來說一下伽羅瓦為何要跟別人決鬥!
  • 科學網—中法學者追憶數學天才伽羅瓦
    本報訊(記者魯偉攝影報導)「伽羅瓦雖然英年早逝
  • 伽羅瓦之死
    伽羅瓦就是這樣的一個年輕人。      他的人生短短二十一年,卻歷經劫難,為了政治主張而身陷囹圄,出獄後立刻又捲入一場愛情漩渦,最終倒在情敵的槍下,他非常清楚,在決鬥的前夜,將頭腦中所有的數學成果一一記錄下來,還寫著我沒有時間了。一直寫到凌晨,而後毅然投入必死的決鬥。
  • 伽羅瓦,解得開數學史上最高深的方程,卻解不開愛情的本質
    他21歲就與世長辭,完全是「不作死就不會死」的行為,如果你了解到他天才的成就而又愚蠢的一生,一定為他的遭遇感到扼腕嘆息甚至捶胸頓足!我們先了解一下他對數學發展史上的偉大貢獻。學理科的鋼鐵直男應該知道,數學的高次方程在四次以後根式解就戛然而止,換言之用根式解在四次方程後已經行不通。
  • 解決了三百年來的難題,卻在與情敵決鬥中喪命——伽羅瓦的一生
    出生於1811年10月25日的伽羅瓦,絕對稱得上是一位天才數學家。與尼爾斯·阿貝爾並稱為現代群論的創始人。伽羅瓦的出身非常好,父母都是知識分子,他的父親在他4歲時當選市長。但是,或許是因為對數學的偏愛,伽羅瓦嚴重偏科,導致了他的第一次高考失利。而第二次高考,又因為伽羅瓦的對面試官問題的蔑視讓他失去了進入巴黎綜合理工大學的機會。最後,他選擇考取這所學校的附屬師範學院。法國綜合理工大學在備考階段,伽羅瓦做出了一篇非常有價值的學術論文。