#P4454. [CQOI2018] 破解D-H协议

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[CQOI2018] 破解D-H协议

题目背景

Diffie-Hellman 密钥交换协议是一种简单有效的密钥交换方法。它可以让通讯双方在没有事先约定密钥的情况下,通过不安全(可能被窃听)的信道确定一个安全的密钥 KK,用于加密之后的通讯内容。

题目描述

假定通讯双方名为 Alice 和 Bob,协议的工作过程描述如下(其中 mod\bmod 表示取模运算):

  1. 协议规定一个固定的质数 PP,以及模 PP 的一个原根 ggP\boldsymbol Pg\boldsymbol g 的数值都是公开的,无需保密。

  2. Alice 生成一个随机数 aa,并计算 A=gamodPA=g^a\bmod P,将 AA 通过不安全信道发送给 Bob。

  3. Bob 生成一个随机数 bb,并计算 B=gbmodPB=g^b\bmod P,将 BB 通过不安全信道发送给 Alice。

  4. Bob 根据收到的 AA 计算出密钥 K=AbmodPK=A^b \bmod P,而 Alice 根据收到的 BB 计算出 K=BamodPK=B^a\bmod P

  5. 双方得到了相同的 KK,即 gabmodPg^{ab} \bmod PKK 即之后通讯的加密密钥。

可见,这个过程中可能被窃听的只有 A,BA,B,而 a,b,Ka,b,K 是保密的。并且根据 A,B,P,gA,B,P,g44 个数,不能轻易计算出 KK,因此 KK 可以作为一个安全的密钥。

当然安全是相对的,该协议的安全性取决于数值的大小,通常 a,b,Pa,b,P 都选取数百位以上的大整数以避免被破解。然而如果 Alice 和 Bob 编程时偷懒,为了避免实现大数运算,选择的数值都小于 2312^{31},那么破解他们的密钥就比较容易了。

TT 次给定窃听得到的 A,BA,B,你需要尝试破解出密钥 KK

输入格式

输入文件第一行包含两个空格分开的正整数 ggPP

第二行为一个正整数 nn,表示 Alice 和 Bob 共进行了 nn 次连接(即运行了 nn 次协议)。

接下来 nn 行,每行包含两个空格分开的正整数 AABB,表示某次连接中,被窃听的 A,BA,B 的数值。

输出格式

输出包含 nn 行,每行 11 个正整数 KK,为每次连接你破解得到的密钥。

3 31
3
27 16
21 3
9 26
4
21
25

提示

对于 30%30\% 的数据,2A,B,P10002\le A,B,P\le 1000

对于 100%100\% 的数据,2A,B<P<2312g<201n202\le A,B<P<2^{31},2\le g<20,1\le n\le 20

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