70 5. Asymmetrische Verfahreng 1g 2g 3gAbbildung 5.1. Gruppenoperation: g 1 g 2 g 3 = 1 und g = g −13 = g 1 g 2 .dann definieren wir die Verknüpfung so, dass g 1 g 2 g 3 = 1. Geometrischkonstruiert man die Verknüpfung also so, dass man den die Gerade durchg 1 und g 2 mit <strong>der</strong> Kurve schneidet, um g 3 zu erhalten, und diesen Punktan <strong>der</strong> x-Achse spiegelt, also g 1 g 2 = g3 −1 .Lei<strong>der</strong> lässt sich diese Vereinfachung für p = 2 nicht durchführen, weilin F 2 l die Zahl 2 nicht invertierbar ist, also das quadratische Ergänzen
5.5. <strong>Kryptographie</strong> mit elliptischen Kurven 71(bei dem durch 2 geteilt werden muss) nicht durchführbar ist. Dahermuss die korrekte Definition <strong>der</strong> Gruppenoperation von <strong>der</strong> ursprünglichgenannten Gleichung ausgehen.Gruppenoperation im Allgemeinen Fall. Die Gruppenoperation<strong>der</strong> elliptischen Kurve muss für zwei Lösungen (X 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ) ∈ E a,beine weiteres Paar (X 3 , Y 3 ) ∈ E a,b produzieren. Ausserdem muss dieOperation assoziativ sein, weil nur so die Definition g x eindeutig ist 7 .Die Operation lässt sich über R geometrisch wie folgt veranschaulichen.Die Menge E a,b (R) ist die Nullstellenmenge einer Gleichung drittenGrades mit reellen Koeffizienten. Die Punkte g 1 = (X 1 , Y 1 ) undg 2 = (X 2 , Y 2 ) erfüllen die Gleichung. Die Gerade durch die beiden Punktelässt sich wie folgt beschreiben:(X, Y ) = (X 1 , Y 1 ) + t(X 2 − X 1 , Y 2 − Y 1 ), t ∈ R.Durch Einsetzen in <strong>der</strong> Gleichung erhält man eine kubische Gleichungmit den Lösungen t = 0 und t = 1, folglich gibt es noch eine weitereLösung t = t 3 , zu <strong>der</strong> <strong>der</strong> Punktg 1 g 2 = (X 3 , Y 3 ) = (X 1 + t 3 (X 2 − X 1 ), Y 1 + t 3 (Y 2 − Y 1 )) ∈ E a,b (R)gehört, ein Kandidat für den gesuchten dritten Punkt. Nun wäre dieseLösung aber nicht symmetrisch, wir verlangen daher, dass g 1 g 2 g 3 = 1ist, <strong>der</strong> dritte Punkt ist also das Inverse von g 1 g 2 .Das geometrische Bild zeigt unmittelbar, dass das so konstruierte Produktkommutativ ist. Die Assoziativität ist dagegen schwieriger, sie besagtnämlich dass sich die Geraden durch g 1 g 2 und g 3 einerseits unddurch g 1 und g 2 g 3 an<strong>der</strong>erseits in einem Punkt auf <strong>der</strong> Kurve schneidenmüssen.In einem beliebigen Körper können wir die Elemente <strong>der</strong> Geradendurch g 1 und g 2 immer noch durchy = y 1 + y 2 − y 1x 2 − x 1(x − x 1 )7 Im Prinzip würde es natürlich ausreichen, dass die Assoziativität in <strong>der</strong> Menge vonPunkten gilt, die sich als beliebige Produkte von g schreiben lassen. Lei<strong>der</strong> ist dieseBedinung viel schwieriger nachzuprüfen als die Assoziativität für die ganze Gruppe.Es ist aber auch nicht nötig, denn die Konstruktion zeigt ja, dass für beliebig a undb eine “gute” Gruppenoperation definiert ist.