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@ -1,4 +1,4 @@
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This is pdfTeX, Version 3.14159265-2.6-1.40.21 (TeX Live 2020/Arch Linux) (preloaded format=pdflatex 2020.9.11) 12 SEP 2020 23:28
entering extended mode
restricted \write18 enabled.
file:line:error style messages enabled.
@ -277,7 +277,7 @@ File: ursfs.fd 1998/03/24 rsfs font definition file (jk)
] (/home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/chapters/Substitutionsverfahren.tex
Kapitel 1.
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<images/Skytale.png, id=17, 614.6965pt x 351.3125pt>
File: images/Skytale.png Graphic file (type png)
<use images/Skytale.png>
Package pdftex.def Info: images/Skytale.png used on input line 6.
@ -302,22 +302,27 @@ Underfull \hbox (badness 10000) in paragraph at lines 47--51
[3 </home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/images/Vignère-Verfahren.png (PNG copy)>]) (/home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/chapters/Modulare Arithmetik.tex [4]
Kapitel 2.
) [5
[5
] [6] (/home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/Zusammenfassung_DC.aux) )
] [6]
Underfull \hbox (badness 10000) in paragraph at lines 108--109
[]
[7]) [8] (/home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/Zusammenfassung_DC.aux) )
Here is how much of TeX's memory you used:
5305 strings out of 480478
72040 string characters out of 5905959
339778 words of memory out of 5000000
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21244 multiletter control sequences out of 15000+600000
553003 words of font info for 80 fonts, out of 8000000 for 9000
1141 hyphenation exceptions out of 8191
30i,9n,37p,353b,217s stack positions out of 5000i,500n,10000p,200000b,80000s
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Output written on "/home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/Zusammenfassung_DC.pdf" (7 pages, 2206985 bytes).
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Output written on "/home/paul/Documents/TH/Datensicherheit (DC)/Zusammenfassung/Zusammenfassung_DC.pdf" (9 pages, 2238968 bytes).
PDF statistics:
109 PDF objects out of 1000 (max. 8388607)
77 compressed objects within 1 object stream
123 PDF objects out of 1000 (max. 8388607)
87 compressed objects within 1 object stream
0 named destinations out of 1000 (max. 500000)
11 words of extra memory for PDF output out of 10000 (max. 10000000)

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@ -31,7 +31,7 @@
\thispagestyle{empty}
\end{titlepage}
\tableofcontents{}
\tableofcontents
\pagebreak
\input{chapters/Substitutionsverfahren.tex}

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@ -18,8 +18,18 @@
\contentsline {section}{\numberline {2.1}Exkurs: Division mit Rest}{5}%
\contentsline {section}{\numberline {2.2}Der Ring $\mathbb {Z}_n$}{5}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.1}Addition und Multiplikation}{5}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.2}Inverse bezüglich der Addition}{5}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.3}Subtraktion}{5}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.4}Teiler, Vielfache}{5}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.2.4.1}Teilerregeln}{5}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.5}Kongruenz}{6}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.2.1.1}Inverse bezüglich der Addition}{5}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.2.1.2}Inverse bezüglich der Multiplikation}{5}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.2}Subtraktion}{6}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.3}Teiler, Vielfache}{6}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.2.3.1}Teilerregeln}{6}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.4}Kongruenz}{6}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.2.5}Matrizen}{6}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.2.5.1}Determinantenberechnung}{6}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.2.5.2}Inverse Matrix}{6}%
\contentsline {section}{\numberline {2.3}Der erweiterte Euklid'sche Algorithmus}{6}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.1}Euklid'scher Algorithmus}{7}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.3.2}erweiterter Euklid'scher Algorithmus}{7}%
\contentsline {subsubsection}{\numberline {2.3.2.1}Beispiel}{7}%
\contentsline {section}{\numberline {2.4}Euler'sche $\varphi $-Funktion}{8}%
\contentsline {subsection}{\numberline {2.4.1}$\varphi $-Funktion und Primzahlen}{8}%

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@ -18,13 +18,24 @@
\end{aligned}
\end{equation}
\subsection{Inverse bezüglich der Addition}
jedes $a\in \mathbb{Z}$ hat ein Inverses:
$$ -a :=
\begin{cases}
0 &\text{für }a=0 \\
n-a &\text{sonst}
\end{cases}$$
\subsubsection{Inverse bezüglich der Addition}
jedes $a\in \mathbb{Z}$ hat ein Inverses:
$$ -a :=
\begin{cases}
0 &\text{für }a=0 \\
n-a &\text{sonst}
\end{cases}$$
\subsubsection{Inverse bezüglich der Multiplikation}
ein Element $a\in \mathbb{Z}_n$ ist \textit{(multiplikativ) invertierbar}, falls es ein Element $b\in \mathbb{Z}_n$ gibt, für das gilt:
$$a\cdot b = 1$$
man schreibt auch:
$$a^{-1}:=b$$
Die Menge der invertierbaren Elemente in $\mathbb{Z}_n$ wird als $\mathbb{Z}_n^*$ bezeichnet:
$$\mathbb{Z}_n^* = \{a\in\mathbb{Z}_n\mid a\cdot b=1 \text{ für ein }b\in\mathbb{Z}n\}$$
Zudem gilt, dass ein Element nur dann invertierbar ist, falls $ggT(a,n)=1$:
$$\mathbb{Z}_n^* = \{a\in\mathbb{Z}_n\mid ggT(a,n)=1\}$$
\subsection{Subtraktion}
Eine Subtraktion entspricht einer Addition mit der Inverse:
@ -45,3 +56,86 @@
\subsection{Kongruenz}
$a,b\in \mathbb{Z}$ sind \textit{kongruent modulo n}, falls $n\in \mathbb{N}|(a-b)$.
Man schreibt auch $a\equiv b$
\subsection{Matrizen}
\subsubsection{Determinantenberechnung}
Die Determinante $\det(A)$ der ($N,N$)-Matrix $A=(a_{ij})_{1\le i,j \le N}$ (mit ganzzahligen Einträgen) über $\mathbb{Z}_n$ wird definiert durch:
$$\det(A) \mod n = det((a_{i,j} \mod n)_{1\le i,j\le N})$$
Zudem gilt für die Matrizen $A=(a_{ij})_{1\le i,j \le N}$ und $B=(b_{ij})_{1\le i,j \le N}$ (mit ganzzahligen Einträgen):
$$\begin{aligned}
\det(A\cdot B) \mod n &= (det(A)\cdot \det(B)) \mod n \\
&= ((\det(A) \mod n)\cdot(\det(B) \mod n)) \mod n\\
&= (\det(A) \mod n)\cdot_{\mathbb{Z}_n}(\det(B) \mod n)
\end{aligned}$$
\subsubsection{Inverse Matrix}
Die Inverse einer quadratischen Matrix $A$ über $\mathbb{Z}_n$ lässt sich mithilfe der Adjunkten berechnen:
$$A^{-1} = (\det(A))^{-1} \cdot adj(A)$$
Die Adjunkte lässt sich über $\mathbb{Z}_n$ berechnen, da lediglich Summen und Differenzen von Produkten berechnet werden müssen.
\section{Der erweiterte Euklid'sche Algorithmus}
Der Euklid'sche Algorithmus ist ein sehr effizienter Weg den ggT zweier Zahlen zu ermitteln.
Der Euklid'sche Algorithmus lässt sich auch über $\mathbb{Z}_n$ verwenden.
Man spricht dann von dem erweiterten Euklid'schen Algorithmus.
\subsection{Euklid'scher Algorithmus}
gegeben: $a_0,b_0\in\mathbb{Z}$
\begin{enumerate}
\item $a:=a_0$ und $b:=b_0$
\item falls $b=0$ gebe $|a|$ aus und beende
\item $r:=a \mod b$
\item $a:=b$
\item $b:=r$
\item goto 2.
\end{enumerate}
\subsection{erweiterter Euklid'scher Algorithmus}
gegeben: $a_0,b_0\in\mathbb{N}_0$\\
gesucht: $\alpha\cdot a_0+\beta \cdot b_0 = g = ggT(a_0,b_0)$
\begin{enumerate}
\item $a:=a_0$, $\alpha_a=1$, $\beta_b=0$, $b := b_0$, $\alpha_b := 0$, $\beta_b:=1$
\item falls $b=0$ gebe $g:=a$, $\alpha:=\alpha_a$ und $\beta:=\beta_a$ aus
\item $q:=a/_\mathbb{Z} b$
\item $r:=a-q\cdot b$,$\alpha_r := \alpha_a-q\cdot \alpha_b$, $\beta_r := \beta_a-q\cdot \beta_b$
\item $a:=b$, $\alpha_a:=\alpha_b$, $\beta_a := \beta_b$
\item $b:=r$, $\alpha_b :=\alpha_r$ $\beta_b := \beta_r$
\item goto 2.
\end{enumerate}
\subsubsection{Beispiel}
Eingabe: $$a_0 = 1224\text{ und } b_0 = 156 $$
Berechnung:\\
\begin{center}
\begin{tabular}{c|c|c|c}
1224 & 156 & a,b & q\\
\hline
1 & 0 & 1224 \\
0 & 1 & 156 & 7\\
1 & -7 & 132 & 1\\
-1 & 8 & 24 & 5\\
6 & -47 & 12 & 2 \\
& & 0\\
\end{tabular}\\
\end{center}
Ergebnis: $$6\cdot 1224 + (-47)\cdot 156 = 12$$
\section{Euler'sche $\varphi$-Funktion}
Die Euler'sche $\varphi$-Funktion bezeichnet die Anzahl invertierbarer Elemente in $\mathbb{Z}_n$
$$\varphi(n):=\begin{cases}
|\mathbb{Z}_n^*| &\text{für } n\in\mathbb{N},n\ge 2\\
1 &\text{für } n = 1
\end{cases}$$
Für $a,b\in\mathbb{N}$ mit $ggT(a,b)=1$ gilt:
$$\varphi(a\cdot b) = \varphi(a) \cdot \varphi(b)$$
Zudem gilt für ein $n\in\mathbb{N}$ dessen Primzahlzerlegung $n = p_1^{e_1} \cdots p_r^{e_r}$:
$$\varphi(n) = n\cdot \prod_{i=1}^r \big( 1-\frac{a}{p_i} \big)$$
\subsection{$\varphi$-Funktion und Primzahlen}
für eine Primzahl $p$ gilt:
$$\varphi(p)=p-1$$
Für Primzahlpotenzen gilt zudem:
$$\varphi(p^e)=p^{e-1}(p-1)$$