一种因式分解的方法、装置、设备和存储介质

1.本公开属于微波光子领域，具体涉及一种因式分解的方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.在现代计算机网络安全中，为保证信息在真实可靠的同时，又具有私密性，rsa算法作为一种非对称加密算法，在互联网金融、保密通讯等领域产生了广泛的应用。信息安全对国家和个人都具有重要的意义。对于大整数的因式分解是保障rsa算法的安全基础。然而，目前现有的shor算法不足以对其构成安全威胁。
3.本公开提出了一种使用光子相干伊辛机解决因式分解问题的方法，可以对大整数进行因式分解，是一种有希望的破解rsa密码的方法。相干伊辛机系统也是未来超级计算机发展的一种方向。
4.公开内容
5.(一)要解决的技术问题
6.针对现有技术的上述不足，本公开的主要目的在于提供一种因式分解的方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
7.(二)技术方案
8.为了实现上述目的，本公开提出了一种因式分解的方法，该方法包括：
9.获取待进行因式分解的整数；
10.将该待进行因式分解的整数用两个相乘的二进制形式的未知数表示；
11.利用该待进行因式分解的整数和上述两个二进制形式的未知数构造目标函数；
12.将该目标函数构造成多元二次方程；
13.将该多元二次方程转换成伊辛模型的矩阵h和向量h；
14.根据该矩阵h和所述向量h利用光子相干伊辛机获得该待进行因式分解的整数的因式分解结果。
15.另一方面，本公开提供了一种因式分解的装置，该装置包括：
16.采集模块，获取待进行因式分解的整数；
17.转换模块，将待进行因式分解的整数用两个相乘的二进制形式的未知数表示；
18.利用该待进行因式分解的整数和上述两个二进制形式的未知数构造目标函数；
19.将该目标函数构造成多元二次方程；
20.将该多元二次方程转换成伊辛模型的矩阵h和向量h；
21.计算模块，根据上述矩阵h和上述向量h利用光子相干伊辛机获得该待进行因式分解的整数的因式分解结果。
22.另一方面，本公开提供了一种电子设备，该设备包括：
23.通信器，用于与服务器通信；
24.处理器；
25.存储器，其存储有计算机可执行程序，该程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的一种因式分解的方法。
26.另一方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种因式分解的方法。
27.(三)有益效果
28.(1)本公开提供的使用光子相干伊辛机解决因式分解问题的方法可直接在室温环境下进行计算，无需使用环境要求苛刻的量子计算机。
29.(2)本公开提供的使用光子相干伊辛机解决因式分解问题的方法具有相干性好，稳定性高的特点。
30.(3)本公开提供的使用光子相干伊辛机解决因式分解问题的方法具有大规模、快速、准确率高的计算特点。
附图说明
31.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
32.图1为本公开一实施提供的因式分解的方法的流程示意图；
33.图2为本公开一实施例提供的因式分解的装置的结构示意图；
34.图3示意性示出了根据本公开实施例的电子设备框图。
具体实施方式
35.为使本公开的目的、特征、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。
36.图1为本公开一实施提供的使用光子相干伊辛机进行因式分解的方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
37.s101、获取待进行因式分解的整数；
38.s102、将该待进行因式分解的整数用两个相乘的二进制形式的未知数表示；
39.首先，将需要进行因式分解的整数设为未知数n，并设该待进行因式分解的整数的解为未知数p和未知数q。然后，将p、q两个未知数转换为二进制的形式，并将转换后的未知数n、未知数p和未知数q写成n＝p*q的形式。
40.s103、利用该待进行因式分解的整数和上述两个二进制形式的未知数构造目标函数；
41.设置多个未知数将n＝p*q用更多的未知数表达成一个或者多个完整的方程式，因为当目标函数等于零时，伊辛模型能量状态最低，此时可根据伊辛模型能量计算公式求得因式分解问题的解，因此，设方程式为f＝(n-p*q)2，即目标函数为f＝(n-p*q)2。
42.用目标函数用来表示待进行因式分解的整数，即将求解因式分解转换成求解构造
的目标函数。
43.s104、将该目标函数构造成多元二次方程；
44.用数学方法对上述目标函数进行降次处理，将目标函数中多次项转换为二次项，使目标函数变为一个多元二次方程，其中的每一个多项式都包含两个未知数；其中可以使用更多未知数代替多次项。
45.s105、将该多元二次方程转换成伊辛模型的矩阵h和向量h；
46.把上述获得的多元二次方程转换为伊辛模型，即矩阵h和向量h的形式，使目标函数可以适应伊辛机求解。
47.由于多元二次方程中所有的未知数都只有两个取值，所以可以将未知数用伊辛模型中的自旋状态σ来表示，把未知数的两个取值规定为自旋向上(σ＝1)或者向下(σ＝-1)的状态。
48.伊辛模型将因式分解问题映射到光子相干伊辛机系统的增益损耗特性上，根据最小增益原理，当光子相干伊辛机系统稳定振荡时，光子相干伊辛机系统的损耗最低，此时的光子相干伊辛机处系统处于能量最低的状态，即伊辛模型能量最低的状态，此时伊辛模型的能量计算公式的解即为因式分解问题的解。
49.伊辛模型的能量的计算公式为：
[0050][0051]
其中，σi表示第i个自旋的状态，σj表示第j个自旋的状态，σi和σj均有且仅有+1和-1两种取值，a和b是系数，n表示所述矩阵σ的维度。
[0052]
s106、根据上述矩阵h和上述向量h利用光子相干伊辛机获得该待进行因式分解的整数的因式分解结果。
[0053]
通过光子相干伊辛机系统计算上述的多元二次方程，光子相干伊辛机系统得到的一组或者多组整数集合即为带进行因式分解的整数的解。
[0054]
除光子相干伊辛机外，还可以利用相干伊辛机、量子退火对所述矩阵h和所述向量h进行运算，得到所述待进行因式分解的整数的因式分解结果；还可以利用模拟退火获得待进行因式分解的整数的因式分解结果。
[0055]
图2为本公开一实施例提供的因式分解的装置的结构示意图，如图2所示，本公开还提供了一种装置，该装置包括：采集模块201、转换模块202、计算模块203。
[0056]
采集模块201，获取待进行因式分解的整数；
[0057]
转换模块202，将该待进行因式分解的整数用两个相乘的二进制形式的未知数表示；
[0058]
利用该待进行因式分解的整数和上述两个二进制形式的未知数构造目标函数；
[0059]
将该目标函数构造成多元二次方程；
[0060]
将该多元二次方程转换成伊辛模型的矩阵h和向量h；
[0061]
计算模块203，根据上述矩阵h和上述向量h利用光子相干伊辛机获得该待进行因式分解的整数的因式分解结果。
[0062]
本公开还提供了一种电子设备300，该设备包括：
[0063]
通信器310，用于与服务器通信；
[0064]
处理器320；
[0065]
存储器330，其存储有计算机可执行程序，该程序包含如上文所述因式分解的方法。
[0066]
图3示意性示出了根据本公开实施例的电子设备框图，如图3所示，所述电子设备300包括通信器310、处理器320和存储器330。该电子设备300可以执行根据本公开实施例的方法。
[0067]
具体地，处理器320例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))，等等。处理器320还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器320可以是用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
[0068]
存储器330，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；和/或有线/无线通信链路。其存储有计算机可执行程序，该程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的因式分解的方法。
[0069]
本公开还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序包含如上文所述的因式分解的方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的装置/设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该装置/设备中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
[0070]
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0071]
在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线、光缆、射频信号等等，或者上述的任意合适的组合。
[0072]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种
组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。