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信息安全数学基础的几个C语言代码

时间：2024-07-03 13:54:26浏览次数：18  
标签：return gcd int 代码 信息安全 C语言 tab include ll

相关书籍：《信息安全数学基础-陈恭亮-清华大学出版社-第2版》 (豆瓣)

1.埃氏筛

/*输入一个正整数，输出小于其的全部素数*/
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

#define MAXN 100001

bool vis[MAXN]={1,1};
void Era(int qwq){
    for(int i=2;i<=qwq;i++){
        if(vis[i]){
            continue;
        }
        for(int j=i*2;j<=qwq;j+=i){
            vis[j]=true;
        }
    }
}
int main(){
	int n;
    scanf("%d", &n);
    Era(n);
    for(int i=2;i<=n;i++){
        if(!vis[i]){
            printf("%d ", i);
        }
    }
    return 0;
}

2.1欧几里得算法递归形式

/*输入两个整数，输出二者的最大公约数*/
#include <stdio.h>

int gcd(int a,int b){
	if(b==0) return a;
	else return gcd(b,a%b); 
}

int main(){
	int m,n,ans;
	scanf("%d %d",&m, &n);
    ans=gcd(m,n);
    printf("%d", ans);
    return 0;
}

2.2欧几里得算法迭代形式

/*输入两个整数，输出二者的最大公约数*/
#include <stdio.h>

int gcd(int a,int b){
	int t;
	while(b){
		t=a%b;
		a=b;
		b=t;
	}
	return a;
}

int main(){
	int m,n,ans;
	scanf("%d %d",&m, &n);
    ans=gcd(m,n);
    printf("%d", ans);
    return 0;
}

3.广义欧几里得除法及最小公倍数 

/*输入两个整数，求出二者的最大公约数和最小公倍数，并将求gcd的过程打表*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXN 100

long long tab[MAXN][4]={0};

// 交换函数，保证a >= b
void order(int *a, int *b) {
    if (*a < *b) {
        int t = *a;
        *a = *b;
        *b = t;
    }
}

int main() {
    int m, n, step, s, t, gcd;
    scanf("%d %d", &m, &n);
    order(&m, &n);
    tab[0][3] = m, tab[1][3] = n;
    tab[1][0] = 1, tab[1][1] = 0;
    if (n == 0) {
        step = 1, s = 1, t = 0, gcd = m;
    } else {
        for (int i = 2;; i++) {
            tab[i][2] = tab[i - 2][3] / tab[i - 1][3];
            tab[i][3] = tab[i - 2][3] % tab[i - 1][3];
            if (i == 2) {
                tab[2][0] = 0, tab[2][1] = 1;
            } else {
                tab[i][0] = tab[i - 2][0] - tab[i - 1][0] * tab[i - 1][2];
                tab[i][1] = tab[i - 2][1] - tab[i - 1][1] * tab[i - 1][2];
            }
            if (tab[i][3] == 0) {
                step = i;
                s = tab[i][0], t = tab[i][1], gcd = tab[i - 1][3];
                break;
            }
        }
    }

    printf("%d和%d的最大公约数:%d", m, n, gcd);
    if(s>=0&&t>=0){
    	printf("=%d*%d+%d*%d\n",s,m,t,n);
	}
	else if(s>=0&&t<0){
		printf("=%d*%d+(%d)*%d\n",s,m,t,n);
	}
	else if(s<0&&t>=0){
		printf("=(%d)*%d+%d*%d\n",s,m,t,n);
	}
	else if(s<0&&t<0){
		printf("=(%d)*%d+(%d)*%d\n",s,m,t,n);
	}
    printf("%d和%d的最小公倍数:%d\n",m,n,m/gcd*n);
    printf("j       s(j)    t(j)    q(j+1)  r(j+1)\n");
    for (int i = 0; i <= step; i++) {
        if (i == 0) {
            printf("%-8d\t\t\t%-8lld\n", i - 3, tab[i][3]);
        } else if (i == 1) {
            printf("%-8d%-8lld%-8lld\t%-8lld\n", i - 3, tab[i][0], tab[i][1], tab[i][3]);
        } else {
            printf("%-8d%-8lld%-8lld%-8lld%-8lld\n", i - 3, tab[i][0], tab[i][1], tab[i][2], tab[i][3]);
        }
    }
    return 0;
}

4.定理1.1.9算法 

/*编程实现欧几里得除法(定理1.1.9)并可判断整数a是否被非零整数b整除*/
#include <stdio.h>

int main(){
	int a,b;
	scanf("%d %d", &a, &b);
    printf("%d=%d*%d+%d\n",a,a/b,b,a%b);
    if(a%b==0){
    	printf("%d能被%d整除\n",a,b);
	}
	else{
		printf("%d不能被%d整除\n",a,b);
	}
    return 0;
}

5.定理1.5.1算法

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define ll long long

ll gcd(ll a, ll b) {
    if (b == 0) return a;
    else return gcd(b, a % b);
}

int main() {
    ll n, s, t, p1, p2, a, b, end = 0;
    scanf("%lld", &n);
    for (ll i = n; i > 0; i += n) {
        for (ll j = 2; j <= sqrt(i); j++) {
            if (i % j == 0) {
                s = j;
                t = i / j;
                if (n % s && n % t) {
                    p1 = gcd(n, s);
                    p2 = gcd(n, t);
                    if (p1 != 1 && p1 != n && p2 != 1 && p2 != n) {
                        a = (t + s) / 2;
                        b = (t - s) / 2;
                        printf("a=%lld, b=%lld, a-b=%lld, a+b=%lld\n", a, b, s, t);
                        printf("(%lld,%lld)=%lld和(%lld,%lld)=%lld都是%lld的真因数\n", n, s, p1, n, t, p2, n);
                        end = 1;
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        if (end) break;
    }
    return 0;
}

 

6.定理1.6.4算法

/*编程实现整数的素因数分解(定理1.6.4)*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXN 1000

int main(){
	int a[MAXN],n,q=0;
	scanf("%d", &n);
    printf("%d=",n);
    for(int i=2;i<=n;i++){
    	while(n%i==0){
    		a[q++]=i;
    		n/=i;
		}
	}
	for(int i=0;i<q;i++){
		if(i==0) printf("%d",a[i]);
		else printf("*%d",a[i]);
	}     
    return 0;
}

 

7.定理2.3.3 

/*输入m和φ(m),输出模m的一个简化剩余系(定理2.3.3)*/
#include <stdio.h>
#define MAXN 10000

int gcd(int a,int b){
	int t;
	while(b){
		t=a%b;
		a=b;
		b=t;
	}
	return a;
}

int main(){
	int m,n,a[MAXN],cnt=0;
	printf("m=");
	scanf("%d", &m);
    printf("φ(m)=");
    scanf("%d", &n); 
    for(int i=1;i<m;i++){
    	if(gcd(i,m)==1) a[cnt++]=i;
	}
	for(int i=0;i<n;i++){
		printf("r%d ",a[i]);		
	}  
	printf("是模%d的一个简化剩余系",m);   
    return 0;
}

8.计算同余式ax≡b(modm)

/*计算同余式ax≡b(modm)*/
#include <stdio.h>

int exgcd(int a,int b,int *x,int *y) { //ax+by=gcd(a,b)=d
	if (!b) {
		*x=1, *y=0;
		return a;
	}
	int d=exgcd(b,a%b,y,x);
	*y-=a/b* *x;
	return d;
}

int main() {
	int a,b,m,s,t,d,k;
	scanf("%d %d %d", &a, &b, &m);
	d=exgcd(a,m,&s,&t);//as+mt=gcd(a,m)=d
	if(b%d) puts("无解");
	else {
		k=m/d;
		s=b/d*s%k;
		if(s<0) s+=k;
		printf("解x≡%d",s);
		for(int i=2,x=s+k; i<=d; i++,x+=k) {
			if(i==d) printf(",%d(mod%d)\n",x,m);
			else printf(",%d",x);
		}
	}
	return 0;
}

9.计算中国剩余定理

/*计算中国剩余定理*/
#include <stdio.h>
#define MAXN 1000
#define ll long long

ll exgcd(ll a,ll b,ll *x,ll *y){//ax+by=gcd(a,b)=d
	if (!b) {
		*x=1, *y=0;
		return a;
	}
	ll d=exgcd(b,a%b,y,x);
	*y-=a/b* *x;
	return d;
}
ll CRT(ll b[],ll mod[],ll n,ll modn){
    ll ans = 0;
    printf("解x≡");
    for(int i=0; i<n; i++){    
        ll x, y;
        ll mi=modn/mod[i];      
        exgcd(mi,mod[i],&x,&y);      
        ans+=b[i]*x*mi;
        if(i==0) printf("%ld*%ld*%ld",b[i],x,mi);
        else printf("+%ld*%ld*%ld",b[i],x,mi);
    }
    ans%=modn;
    if(ans<0) ans+=modn; 
    printf("≡%ld(mod%ld)",ans,modn);
    return ans;
}

int main(){ 
	ll b[MAXN],mod[MAXN];
	ll n,modn=1,ans;
	printf("输入式子个数：");
	scanf("%d", &n);
	for(ll i=0;i<n;i++){    
		scanf("%d %d", &b[i], &mod[i]);
        modn*=mod[i];
    }
    CRT(b,mod,n,modn);
	return 0;
}

10.模重复平方计算法

/*模重复平方计算法*/
#include <stdio.h>
#define ll long long

ll repeatMod(ll base,ll n,ll mod){
	ll a=1;
	while(n){
		if(n&1){
			a=(a*base)%mod;
		}
		base=(base*base)%mod;
		n=n>>1;
	}
	return a;
}
int main(){ 
	ll base,n,mod,ans;
	scanf("%d %d %d", &base, &n, &mod);
	ans=repeatMod(base,n,mod);
	printf("%lld^%lld≡%lld(mod%lld)\n",base,n,ans,mod);	
	return 0;
}

11.高次同余式的提升

这个代码编译较慢，需要改进。

/*高次同余式的提升*/
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define ll long long
#define MAXN 100
#define PRIME_NUM 20

int prime[MAXN];//素数表  
typedef struct fx_info{
	int freq;//次数 
	int coe;//系数 
}fx_info;//f(x)次数系数 
void find_prime(int num){//求前num个素数 
	prime[0]=2;
	prime[1]=3;
	prime[2]=5;
	int j=3;
	for(int i=1;;i++){
		int num1=6*i+1,num5=6*i+5;
		bool flag1=true,flag5=true;
		for(int k=0;k<j;k++){
			if(num1%prime[k]==0) flag1=false;
			if(num5%prime[k]==0) flag5=false;
			if(flag1==false&&flag5==false) break;
		} 
		if(flag1) prime[j++]=num1;
		if(j>=num) return;
		if(flag5) prime[j++]=num5;		
		if(j>=num) return;
	}
}
int find_p(int mod){//mod=p^a,求p	
	for(int i=0;i<PRIME_NUM;i++){
		if(mod%prime[i]==0) return prime[i];
	}
}
void deri(fx_info *fx,int len,fx_info *fx1,int *len1){//求导 
	for(int i=0;i<len;i++){
		if(i==len-1){
			if(fx[i].freq==0) break;
		}
		fx1[i].freq=fx[i].freq-1;
		fx1[i].coe=fx[i].coe*fx[i].freq;
		(*len1)++;
	}
}
void disp(fx_info *fx,int len){//输出测试 
	for(int i=0;i<len;i++){
		if(i==len-1){
			if(fx[i].freq==0) printf("%d\n",fx[i].coe);
			else printf("%dx^%d\n",fx[i].coe,fx[i].freq);
		} 
		else printf("%dx^%d+",fx[i].coe,fx[i].freq);
	}
}
int find_x1(fx_info *fx,int len,int p){//求f(x)≡0(modp)的解x1 
	ll sum;
	for(int i=0;i<p;i++){
		sum=0;
		for(int j=0;j<len;j++){
			sum+=pow(i,fx[j].freq)*fx[j].coe;
		}
		if(sum%p==0) return i; 
	}
}
int exgcd(int a,int b,int *x,int *y){//ax+by=gcd(a,b)=d，求a模b的可逆元x	
	if (!b) {
		*x=1, *y=0;
		return a;
	}
	int d=exgcd(b,a%b,y,x);
	*y-=a/b* *x;
	return d;
}
int find_fx1x1modp(fx_info *fx1,int len1,int x1,int p){//求f'(x1) mod p的可逆元 
	ll sum=0;
	int a;
	for(int i=0;i<len1;i++){
		sum+=pow(x1,fx1[i].freq)*fx1[i].coe;
	}
	a=sum%p;
	int x,y;
	exgcd(a,p,&x,&y);
	return x;
}
int solve(fx_info *fx,int len,int x1,int x11,int p,int mod){
	int x=x1,t,sum;
	for(int i=1;;i++){
		sum=0;
		for(int j=0;j<len;j++){
			sum+=pow(x,fx[j].freq)*fx[j].coe;
		}
		t=((ll)(-sum/pow(p,i)*x11))%p;
		x=((ll)(x+t*pow(p,i)))%((ll)pow(p,i+1));
		if (fabs((ll)pow(p, i+1) - mod) < 1e-9) {
            return (int)(x % mod); // 确保返回的x小于mod
        }
	}
}

int main(){
	int non_zero,non_zero1=0,freq,coe,freqH,mod,p,x1,x11,ans; 
	fx_info fx[MAXN],fx1[MAXN];
	printf("输入f(x)的非零系数个数：");
	scanf("%d", &non_zero);
	printf("输入f(x)的非零系数及对应次数：");
	for(int i=0;i<non_zero;i++){
		scanf("%d %d", &coe, &freq);
		if(i==0) freqH=freq;
		fx[i].coe=coe; 
		fx[i].freq=freq; 
	}
	printf("输入mod：");
	scanf("%d", &mod);
	find_prime(PRIME_NUM);//生成前PRIME_NUM个素数
	p=find_p(mod);//mod=p^a,求p	
	deri(fx,non_zero,fx1,&non_zero1);
	printf("f(x)=");
	disp(fx,non_zero);
	printf("f'(x)=");
	disp(fx1,non_zero1);
	x1=find_x1(fx,non_zero,p);
	x11=find_fx1x1modp(fx1,non_zero1,x1,p);
	ans=solve(fx,non_zero,x1,x11,p,mod);
	printf("f(x)≡0(mod%d)的解为x≡%d(mod%d)",mod,ans,mod);
	return 0;
}

12.求逆元

//a*inva≡1(mod b) 求a的逆元inva 
#include <stdio.h>

int exgcd(int a,int b,int *x,int *y) { //ax+by=gcd(a,b)=d
	if (!b) {
		*x=1, *y=0;
		printf("END:a=%d,b=%d,x=%d,y=%d\n",a,b,*x,*y);
		return a;
	}
	int d=exgcd(b,a%b,y,x);
	printf("1:a=%d,b=%d,x=%d,y=%d\n",a,b,*x,*y);
	*y-=a/b* *x;
	printf("2:a=%d,b=%d,x=%d,y=%d\n",a,b,*x,*y);
	return d;
}
int invmod(int a,int b){
	int s,t,gcd;
	gcd=exgcd(a,b,&s,&t);
	if(gcd!=1){
		printf("逆元不存在\n");
		return 0;
	}else{
		if(s<0) s+=b;
		return s;
	}
}
int main() {
	int a,b,inva;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("inva=%d\n",invmod(a,b));
	return 0;
}

 

标签：return,gcd,int,代码,信息安全,C语言,tab,include,ll
From： https://www.cnblogs.com/infocodez/p/18281444

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