Primzahlen

Unter einer Primzahl versteht man eine von 1 verschiedene natürliche Zahl, die nur durch 1 und durch sich selbst teilbar ist.
Die Menge der Primzahlen wird in der Regel mit dem Symbol \mathbb{P} bezeichnet. Mit \mathbb{P} verknüpft ist die Folge (p_n)_{n \in \mathbb{N}} der nach ihrer Größe geordneten Primzahlen, die man auch Primzahlfolge nennt.

Demanch gilt:

\mathbb{P} \supset \mathbb{N} = \{p_n \ | \ n \ \in \mathbb{N}  \}

Da wir nun festgelegt haben, was eine Primzahl ist, stellt sich nun die Frage, wofür werden diese in der Kryptographie verwendet und warum haben diese einen so großen Stellenwert inne?
In der Kryptographie basieren viele Verschlüsselungsverfahren auf Primzahlen, so z.B. das RSA (Rivest-Shamir-Adleman)-Verfahren.

Beispiel einer verschlüsselten Übertragung anhand des RSA-Verfahrens:
Die Personen Alice und Bob möchten verschlüsselt kommunizieren. Zuerst möchte Bob Alice eine geheime Nachricht schicken. Um dies zu ermöglichen, trifft Alice folgende Vorbereitungen:

1) Alice wählt zufällig zwei Primzahlen p und q. 
2) Sie berechnet N:=p \cdot q und \varphi(N)=(p-1) \cdot (q-1). 
3) Dann wählt Sie e \in \{2,..., \varphi(N)-2\} mit ggT(e,\varphi(N))=1. 
4) Alice bestimmt d mit e \cdot d \equiv 1 \ mod \ \varphi(N). 
5) Dann ist N,e der öffentliche und N,d der geheime Schlüssel. 
6) Die Werte p,q und \varphi(N) löscht Alice.

Bob möchte nun Alice die Nachricht x \in \{0,...,N-1 \} schicken. Er geht nun wie folgt vor:

7) Bob berechnet y:=x^e \ mod \ N und schickt y an Alice. 
8) Alice berechnet x=y^d \ mod \ N.

Es stellen sich nun z.B folgende Fragen:

  • Wie findet man ausreichend große Primzahlen p und q ?
  • Was bedeutet die Funktion \varphi(N) \ (Eulersche Phi-Funktion)?
  • Wie wird die Rechenoperation modulo (Division mit Rest) angewendet ?

Auf diese Fragen wird in Beiträgen in den Kategorien Zahlentheorie und Primzahltest noch näher eingegangen.

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