LLL格約減算法與舉例

? ? LLL格約減算法由Arjen Lenstra膜廊,Hendrik Lenstra以及László Lovász三人于1982年提出的一種在多項式時間內(nèi)求解格中的近似正交基的算法啸驯。由于格的性質(zhì),如果能夠通過某種方式求得一個格的正交基法牲,那么求解最近向量問題(CVP)與最短向量問題(SVP)都將是十分容易的慎陵。

? ? 事實上腥刹,在某種情況下,我們可以把LLL算法看作是對Gauss約減算法的一種拓展宴卖,因為Gauss約減算法解決了求解二維格中的一個近似正交基問題滋将,而LLL算法則將這個維度拓展到了n維。

LLL格約減算法的定義

LLL Lattice Reduction Algorithm

? 其中要注意的一點是症昏,對于羅瓦茲條件随闽,其可以有多種表達形式,其另一種同樣常見且正確的表達方式為||v^*_i+\mu _{i,i-1}v^*_{i-1}||^2 \geq \frac{3}{4} ||v^*_{i-1} ||^2? 齿兔。?

? ? 對于LLL約減算法的定義橱脸,用更直白的語言來說,給定一個格L的一組基B分苇,B^*是其經(jīng)過施密特正交化后的一組基添诉,那么我們說,如果對于基B医寿,其滿足以上兩個條件(尺度條件與羅瓦茲條件)栏赴,那么便認為基B是經(jīng)LLL約減后的一組基。

? ? 經(jīng)過LLL格約減算法后得到的一組基有著一些良好的性質(zhì)靖秩,利用這些性質(zhì)我們可以很容易地求解某些問題须眷,例如,通過使用LLL格約減算法可以在一個令密鑰持有者十分不安的時間內(nèi)沟突,破解那些使用基于背包密碼體制問題的密碼系統(tǒng)密鑰花颗。

LLL格約減算法的計算

? ? LLL格約減算法的偽代碼如下所示:

LLL算法

? ? 該算法沒有什么難點,只要按照步驟走惠拭,就可以得到一組LLL的近似正交基扩劝。但是需要注意的是Gram-Shimidt正交化的時機。在實際使用該算法時职辅,并不是在一開始計算一次Gram-Schimidt就可以了棒呛,而是在每一次步驟(這里的步驟指的是k的循環(huán))的開始,需要重新計算一次當(dāng)前基(v1,v2,v3,...,vn)的Gram-Schimidt正交化基域携。

? ? 考慮到在許多寫LLL算法的博客都沒有給出LLL算法的例子簇秒,我這里便給出一個使用LLL算法的例子,供大家參考秀鞭,該例子來源于Youtube鏈接趋观。

? 問題:給定格L\subset \mathbb{R}^3扛禽,其一組基B=\{(15,23,11),(46,15,3),(32,1,1) \},利用LLL算法求其約減后的一組基皱坛。

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