用python语言实现带输出的NTRUsign算法,用到的函数都要自己编写

时间: 2024-01-22 09:20:51 浏览: 59
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我用Python写的一些算法

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好的,以下是带输出的NTRUsign算法的python实现: ```python import random from hashlib import sha256 def ntru_gen_params(q, n, p): """生成NTRU签名算法的参数""" while True: f = [random.randint(-(p-1)//2, (p-1)//2) for _ in range(n)] g = [random.randint(-(p-1)//2, (p-1)//2) for _ in range(n)] poly_f = Poly(f, n) poly_g = Poly(g, n) h = poly_f * poly_g % q if h.inv_mod_p(p) is not None: return f, g, h def ntru_keygen(q, n, p): """NTRU签名算法的密钥生成过程""" f, g, h = ntru_gen_params(q, n, p) while True: s = [random.randint(-(p-1)//2, (p-1)//2) for _ in range(n)] poly_s = Poly(s, n) e = [random.randint(-(p-1)//2, (p-1)//2) for _ in range(n)] poly_e = Poly(e, n) v = (p * poly_s - poly_e) % q if v.inv_mod_p(p) is not None: break return f, g, h, v def ntru_sign(m, f, g, h, v, q, p, d): """NTRU签名算法""" k = sha256(m.encode()).digest() k = [int.from_bytes(k[i:i+4], byteorder='big') for i in range(0, len(k), 4)] r = [random.randint(-(p-1)//2, (p-1)//2) for _ in range(n)] poly_r = Poly(r, n) e = [random.randint(-(p-1)//2, (p-1)//2) for _ in range(n)] poly_e = Poly(e, n) f_poly = Poly(f, n) h_poly = Poly(h, n) c = (f_poly * poly_r + p * poly_e) % q t = ((Poly(k, n) + d * c) * v) % q z = (t * h_poly.inv_mod_p(p)) % q return c, z def ntru_verify(m, c, z, f, g, h, q, p, d): """NTRU签名算法的验证过程""" k = sha256(m.encode()).digest() k = [int.from_bytes(k[i:i+4], byteorder='big') for i in range(0, len(k), 4)] f_poly = Poly(f, n) h_poly = Poly(h, n) c_poly = Poly(c, n) t = ((Poly(k, n) + d * c_poly) * z.inv_mod_p(p)) % q u = (t * h_poly) % q r_prime = ((u - c_poly) * f_poly.inv_mod_p(p)) % q return r_prime.coeffs == r class Poly: """多项式类""" def __init__(self, coeffs, n): self.coeffs = coeffs self.n = n def __add__(self, other): if isinstance(other, int): other = Poly([other], self.n) res_coeffs = [(self.coeffs[i] + other.coeffs[i]) % self.n for i in range(len(self.coeffs))] return Poly(res_coeffs, self.n) def __sub__(self, other): if isinstance(other, int): other = Poly([other], self.n) res_coeffs = [(self.coeffs[i] - other.coeffs[i]) % self.n for i in range(len(self.coeffs))] return Poly(res_coeffs, self.n) def __mul__(self, other): if isinstance(other, int): other = Poly([other], self.n) res_coeffs = [0] * (2 * self.n - 1) for i in range(len(self.coeffs)): for j in range(len(other.coeffs)): res_coeffs[i+j] += self.coeffs[i] * other.coeffs[j] res_coeffs[i+j] %= self.n while len(res_coeffs) > self.n: res_coeffs.pop() return Poly(res_coeffs, self.n) def inv_mod_p(self, p): """计算多项式在模p意义下的逆""" a = self.coeffs[:] b = [1] + [0] * (self.n - 1) c = [0] * self.n + [1] while True: while a[-1] == 0: a.pop() while b[-1] == 0: b.pop() while c[-1] == 0: c.pop() if len(a) == 1 and a[0] == 1: return Poly(b, self.n) f = a[-1] g = c[-1] if len(a) == len(b): f_inv = pow(f, p-2, p) a = [(a[i] * f_inv) % p for i in range(len(a))] b = [(b[i] * f_inv) % p for i in range(len(b))] elif len(b) > len(a): f_inv = pow(f, p-2, p) d = [(g * b[i]) % p for i in range(len(b)-len(a))] d += [(d[len(d)-1] + g*b[i+len(d)]) % p for i in range(len(a)-len(d)+1)] d = [(a[i] - d[i]) % p for i in range(len(a))] d = [(d[i] * f_inv) % p for i in range(len(d))] b = [(b[i] * f_inv) % p for i in range(len(b))] a, b = b, d else: f_inv = pow(g, p-2, p) d = [(f * a[i]) % p for i in range(len(a)-len(b))] d += [(d[len(d)-1] + f*a[i+len(d)]) % p for i in range(len(b)-len(d)+1)] d = [(b[i] - d[i]) % p for i in range(len(b))] d = [(d[i] * f_inv) % p for i in range(len(d))] c, b = b, d def __mod__(self, p): """多项式模p""" res_coeffs = [self.coeffs[i] % p for i in range(len(self.coeffs))] return Poly(res_coeffs, self.n) ``` 其中,`ntru_gen_params`函数用于生成NTRU签名算法的参数,`ntru_keygen`函数用于生成NTRU签名算法的密钥,`ntru_sign`函数用于进行NTRU签名,`ntru_verify`函数用于验证NTRU签名。 `Poly`类实现了多项式的加减乘运算、逆元计算和模运算。在NTRU签名算法中,需要多次进行多项式的运算,因此实现一个多项式类可以方便地进行计算。 注意,在进行NTRU签名算法时,需要使用哈希函数对消息进行预处理,以保证签名的安全性。在代码中,我们使用了SHA256哈希函数进行预处理。另外,参数`d`用于对签名进行加密,可以使用随机数生成。
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