费马小定理和二项式的运用

标签（空格分隔）： 刷题杂记

选自NSSCTF—[GKCTF 2021]RRRRsa

开始

首先是题目原题

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
from Crypto.Util.number import *
from gmpy2 import gcd

flag = b'xxxxxxxxxxxxx'
p = getPrime(512)
q = getPrime(512)
m = bytes_to_long(flag)
n = p*q
e = 65537
c = pow(m,e,n)
print('c={}'.format(c))

p1 = getPrime(512)
q1 = getPrime(512)
n1 = p1*q1
e1 = 65537
assert gcd(e1,(p1-1)*(q1-1)) == 1
c1 = pow(p,e1,n1)
print('n1={}'.format(n1))
print('c1={}'.format(c1))
hint1 = pow(2020 * p1 + q1, 202020, n1)
hint2 = pow(2021 * p1 + 212121, q1, n1)
print('hint1={}'.format(hint1))
print('hint2={}'.format(hint2))

p2 = getPrime(512)
q2 = getPrime(512)
n2 = p2*q2
e2 = 65537
assert gcd(e1,(p2-1)*(q2-1)) == 1
c2 = pow(q,e2,n2)
hint3 = pow(2020 * p2 + 2021 * q2, 202020, n2)
hint4 = pow(2021 * p2 + 2020 * q2, 212121, n2)
print('n2={}'.format(n2))
print('c2={}'.format(c2))
print('hint3={}'.format(hint3))
print('hint4={}'.format(hint4))

#c=13492392717469817866883431475453770951837476241371989714683737558395769731416522300851917887957945766132864151382877462142018129852703437240533684604508379950293643294877725773675505912622208813435625177696614781601216465807569201380151669942605208425645258372134465547452376467465833013387018542999562042758
#n1=75003557379080252219517825998990183226659117019770735080523409561757225883651040882547519748107588719498261922816865626714101556207649929655822889945870341168644508079317582220034374613066751916750036253423990673764234066999306874078424803774652754587494762629397701664706287999727238636073466137405374927829
#c1=68111901092027813007099627893896838517426971082877204047110404787823279211508183783468891474661365139933325981191524511345219830693064573462115529345012970089065201176142417462299650761299758078141504126185921304526414911455395289228444974516503526507906721378965227166653195076209418852399008741560796631569
#hint1=23552090716381769484990784116875558895715552896983313406764042416318710076256166472426553520240265023978449945974218435787929202289208329156594838420190890104226497263852461928474756025539394996288951828172126419569993301524866753797584032740426259804002564701319538183190684075289055345581960776903740881951
#hint2=52723229698530767897979433914470831153268827008372307239630387100752226850798023362444499211944996778363894528759290565718266340188582253307004810850030833752132728256929572703630431232622151200855160886614350000115704689605102500273815157636476901150408355565958834764444192860513855376978491299658773170270
#n2=114535923043375970380117920548097404729043079895540320742847840364455024050473125998926311644172960176471193602850427607899191810616953021324742137492746159921284982146320175356395325890407704697018412456350862990849606200323084717352630282539156670636025924425865741196506478163922312894384285889848355244489
#c2=67054203666901691181215262587447180910225473339143260100831118313521471029889304176235434129632237116993910316978096018724911531011857469325115308802162172965564951703583450817489247675458024801774590728726471567407812572210421642171456850352167810755440990035255967091145950569246426544351461548548423025004
#hint3=25590923416756813543880554963887576960707333607377889401033718419301278802157204881039116350321872162118977797069089653428121479486603744700519830597186045931412652681572060953439655868476311798368015878628002547540835719870081007505735499581449077950263721606955524302365518362434928190394924399683131242077
#hint4=104100726926923869566862741238876132366916970864374562947844669556403268955625670105641264367038885706425427864941392601593437305258297198111819227915453081797889565662276003122901139755153002219126366611021736066016741562232998047253335141676203376521742965365133597943669838076210444485458296240951668402513

题目解析

关键代码在这里

1
2
3
4
5
6
c1 = pow(p,e1,n1)
hint1 = pow(2020 * p1 + q1, 202020, n1)
hint2 = pow(2021 * p1 + 212121, q1, n1)
c2 = pow(q,e2,n2)
hint3 = pow(2020 * p2 + 2021 * q2, 202020, n2)
hint4 = pow(2021 * p2 + 2020 * q2, 212121, n2)
$$ \begin{cases} hint1=(2020*p_1+q_1)^{202020} \quad mod \quad n_1 \\ hint2=(2021*p_1+212121)^{q_1} \quad mod \quad n_1 \\ hint3=(2020*p_2+2021*q_2)^{202020} \quad mod \quad n_2 \\ hint4=(2021 * p_2 +2020*q_2 )^{212121} \quad mod \quad n_2 \end{cases} $$

此时对于1，3，4可以进行一个多项式化简

$$ \begin{cases} hint1=(2020*p_1)^{202020}+q_1^{202020} \quad mod \quad n_1 \\ hint3=(2020*p_2)^{202020}+(2021*q_2)^{202020} \quad mod \quad n2 \\ hint4=(2021*p_2)^{212121}+(2020*q_2)^{212121} \quad mod \quad n2 \end{cases} $$

对于1，2可以先进行一个降模化简

$$ \begin{cases} hint1 = (2020 *p_1)^{202020} \quad mod \quad q_1 \\ hint2 = (2021*p_1+212121)^{q_1} \quad mod \quad q_1 \end{cases} $$

由费马小定理可得,如果p是素数，那么 $a^p=a \mod \ p$

$hint2=2021*p_1+212121 \quad mod \quad q_1$

整理一下hint1与hint2

$$ \begin{cases} hint1=(2020*p_1)^{202020} +k_1*q_1 \\ hint2-212121=(2021*p_1)+k_2*q_1 \\ \end{cases} \\ $$
$$ \begin{cases} 2021^{202020}*hint1=(2021*2020*p_1)^{202020}+t_1*q_1 \quad mod \quad n_1 &➀\\ (hint2-212121)^{202020}=(2021*2020*p_1)^{202020} + t_2*q_1*q_1^{202020} \mod n_1 &➁ \end{cases} $$
由➀-➁可以得到只由q1组成的式子 然后再与n_1进行gcd就可以得到q1然后就可以得到p 同理我们可以按照这样的构造得到q

##exp如下

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
from Crypto.Util.number import *
from gmpy2 import *

e=65537
c=13492392717469817866883431475453770951837476241371989714683737558395769731416522300851917887957945766132864151382877462142018129852703437240533684604508379950293643294877725773675505912622208813435625177696614781601216465807569201380151669942605208425645258372134465547452376467465833013387018542999562042758
n1=75003557379080252219517825998990183226659117019770735080523409561757225883651040882547519748107588719498261922816865626714101556207649929655822889945870341168644508079317582220034374613066751916750036253423990673764234066999306874078424803774652754587494762629397701664706287999727238636073466137405374927829
c1=68111901092027813007099627893896838517426971082877204047110404787823279211508183783468891474661365139933325981191524511345219830693064573462115529345012970089065201176142417462299650761299758078141504126185921304526414911455395289228444974516503526507906721378965227166653195076209418852399008741560796631569
hint1=23552090716381769484990784116875558895715552896983313406764042416318710076256166472426553520240265023978449945974218435787929202289208329156594838420190890104226497263852461928474756025539394996288951828172126419569993301524866753797584032740426259804002564701319538183190684075289055345581960776903740881951
hint2=52723229698530767897979433914470831153268827008372307239630387100752226850798023362444499211944996778363894528759290565718266340188582253307004810850030833752132728256929572703630431232622151200855160886614350000115704689605102500273815157636476901150408355565958834764444192860513855376978491299658773170270
n2=114535923043375970380117920548097404729043079895540320742847840364455024050473125998926311644172960176471193602850427607899191810616953021324742137492746159921284982146320175356395325890407704697018412456350862990849606200323084717352630282539156670636025924425865741196506478163922312894384285889848355244489
c2=67054203666901691181215262587447180910225473339143260100831118313521471029889304176235434129632237116993910316978096018724911531011857469325115308802162172965564951703583450817489247675458024801774590728726471567407812572210421642171456850352167810755440990035255967091145950569246426544351461548548423025004
hint3=25590923416756813543880554963887576960707333607377889401033718419301278802157204881039116350321872162118977797069089653428121479486603744700519830597186045931412652681572060953439655868476311798368015878628002547540835719870081007505735499581449077950263721606955524302365518362434928190394924399683131242077
hint4=104100726926923869566862741238876132366916970864374562947844669556403268955625670105641264367038885706425427864941392601593437305258297198111819227915453081797889565662276003122901139755153002219126366611021736066016741562232998047253335141676203376521742965365133597943669838076210444485458296240951668402513

hint1 = (hint1 * pow(2021,202020,n1))%n1
hint2 = (pow(hint2-212121,202020,n1)*pow(2020,202020,n1))%n1
q1 = gmpy2.gcd(hint2-hint1,n1)
print(q1)
p1 = n1 // q1
d1 = gmpy2.invert(e,(p1-1)*(q1-1))
p = pow(c1,d1,n1)

hint3 = pow(hint3 * pow(2021,202020,n2),212121,n2)
hint4 = pow(hint4 * pow(2020,212121,n2),202020,n2)
q2 = gmpy2.gcd(hint4-hint3,n2)
print(q2)
p2 = n2 // q2
d2 = gmpy2.invert(e,(p2-1)*(q2-1))
q = pow(c2,d2,n2)

n = p * q
d = gmpy2.invert(e,(p-1)*(q-1))
m = pow(c,d,n)
print(long_to_bytes(m))