Au début du XXe siècle, Godfrey Hardy, éminent spécialiste de la théorie des nombres, la décrivait comme l'une des branches les plus manifestement inutiles des mathématiques pures. Trente ans seulement après sa mort, un algorithme de cryptage de messages secrets a été mis au point en s'appuyant sur les acquis de la théorie des nombres. Il a été baptisé RSA, du nom de ses auteurs, et sa mise en œuvre est probablement le programme informatique le plus utilisé dans le monde aujourd'hui. Sans lui, personne ne serait en mesure d'effectuer des paiements sécurisés sur l'internet, ni même de se connecter en toute sécurité à son courrier électronique ou à d'autres services personnels. Dans ce cours, nous commencerons par les bases de la théorie des nombres et nous aborderons les protocoles cryptographiques basés sur cette théorie. À la fin du cours, vous serez capable d'appliquer les bases de la théorie des nombres pour crypter et décrypter des messages, et de casser le code si l'on applique RSA sans précaution. Comme prérequis, nous supposons seulement des mathématiques de base (par exemple, nous nous attendons à ce que vous sachiez ce qu'est un carré ou comment additionner des fractions), une programmation de base en python (fonctions, boucles, récursion), du bon sens et de la curiosité. Notre public cible est constitué de toutes les personnes qui travaillent ou envisagent de travailler dans le domaine des technologies de l'information, à commencer par les lycéens motivés.
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Théorie des nombres et cryptographie
Ce cours fait partie de Spécialisation Introduction aux mathématiques discrètes pour l'informatique
Instructeurs : Michael Levin
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Compétences que vous acquerrez
- Catégorie : Théorie des nombres
- Catégorie : Cryptographie
- Catégorie : Exponentiation modulaire
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Il y a 4 modules dans ce cours
Cette semaine, nous aborderons les nombres entiers et les opérations standard sur ces derniers : l'addition, la soustraction, la multiplication et la division. Cette dernière opération est la plus intéressante et crée une structure compliquée sur les nombres entiers. Nous discuterons de la division avec un reste et introduirons une arithmétique sur les restes. Cette structure mathématique nous permettra de créer des constructions informatiques et cryptographiques non triviales dans les semaines à venir.
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Cette semaine, nous étudierons l'algorithme d'Euclide et ses applications. Cet algorithme fondamental est le principal tremplin pour comprendre une grande partie de la cryptographie moderne ! Non seulement cet algorithme permet de trouver le plus grand diviseur commun de deux nombres (ce qui est un problème incroyablement important en soi), mais sa version étendue offre également un moyen efficace de résoudre les équations diophantiennes et de calculer les inverses modulaires.
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La cryptographie étudie les moyens de partager des secrets en toute sécurité, de sorte que même les oreilles indiscrètes ne puissent extraire aucune information de ce qu'elles entendent ou du trafic réseau qu'elles interceptent. L'un des algorithmes cryptographiques les plus populaires, appelé RSA, est basé sur la factorisation unique des nombres entiers, le théorème chinois des restes et l'exponentiation modulaire rapide. Dans ce module, nous allons étudier ces propriétés et ces algorithmes qui sont les éléments constitutifs de RSA. Dans le module suivant, nous utiliserons ces éléments pour mettre en œuvre l'algorithme RSA, ainsi que pour lancer des attaques intelligentes contre l'algorithme RSA et décrypter certains codes secrets.
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11 lectures6 devoirs
La cryptographie moderne s'est surtout développée pendant la Première et la Seconde Guerre mondiale, parce que tout le monde espionnait tout le monde. Vous entendrez cette histoire et vous comprendrez pourquoi les cyphers simples ne fonctionnaient plus. Vous apprendrez que la clé secrète partagée doit être modifiée à chaque communication si l'on veut qu'elle soit sécurisée. Cela pose un problème lorsque la demande de communication sécurisée monte en flèche et que les parties qui communiquent peuvent se trouver sur des continents différents. Vous étudierez ensuite le système cryptographique RSA, qui permet aux parties d'échanger des clés secrètes de telle sorte qu'aucun espion ne puisse déchiffrer ces clés secrètes dans un délai raisonnable. Ensuite, vous étudierez et mettrez en œuvre quelques attaques contre un système RSA mal implémenté, ce qui vous permettra de déchiffrer quelques codes secrets et même de réussir une petite épreuve cryptographique !
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