/// <summary>
/// Determines whether BigInteger is prime number with probability that can be greater than requested probability
/// </summary>
/// <param name="number">The BigInteger to check</param>
/// <param name="probability">Probability of error</param>
/// <returns></returns>
public bool IsPrime(BigInteger number, BigNumDec probability)
{
if (probability.Equals(0) || probability.Equals(1))
throw new ArgumentException("Probability must be in range (0; 1)");
int iterations = 1;
BigNum baseNum = 0.25;
while (true)
{
if (baseNum <= probability)
break;
baseNum *= 0.25;
iterations++;
}
while (iterations > 0)
{
if (!IsPrime(number))
return false;
--iterations;
}
return true;
}
/// <summary>Calculates Pi, but is inaccuate beyond 4 digits for some reason. Not recommended.</summary>
public static BigNum CalculatePi(Int32 iterations)
{
BigNum retVal = new BigNumDec();
for (int i = 0; i < iterations; i++)
{
// calculate inner polynomial
// numerator
BigNum innerPolynomialNumerator = new BigNumDec(
120 * new BigNumDec(i).Power(2) +
151 * new BigNumDec(i) +
47
);
BigNum innerPolynomrialDenominator = new BigNumDec(
512 * new BigNumDec(i).Power(4) +
1024 * new BigNumDec(i).Power(3) +
712 * new BigNumDec(i).Power(2) +
192 * new BigNumDec(i) +
15
);
BigNum innerPolynomial = innerPolynomialNumerator / innerPolynomrialDenominator;
BigNum outerReciprocal = new BigNumDec(1) / new BigNumDec(16).Power(i);
BigNum result = outerReciprocal * innerPolynomial;
retVal += result;
}
return(retVal);
}
/// <summary>Calculates Pi, but is inaccuate beyond 4 digits for some reason. Not recommended.</summary>
public static BigNum CalculatePi(Int32 iterations)
{
BigNum retVal = new BigNumDec();
for(int i=0;i<iterations;i++) {
// calculate inner polynomial
// numerator
BigNum innerPolynomialNumerator = new BigNumDec(
120 * new BigNumDec(i).Power(2) +
151 * new BigNumDec(i) +
47
);
BigNum innerPolynomrialDenominator = new BigNumDec(
512 * new BigNumDec(i).Power(4) +
1024 * new BigNumDec(i).Power(3) +
712 * new BigNumDec(i).Power(2) +
192 * new BigNumDec(i) +
15
);
BigNum innerPolynomial = innerPolynomialNumerator / innerPolynomrialDenominator;
BigNum outerReciprocal = new BigNumDec( 1 ) / new BigNumDec( 16 ).Power(i);
BigNum result = outerReciprocal * innerPolynomial;
retVal += result;
}
return retVal;
}
private void GenerateButton_Click_1(object sender, RoutedEventArgs e)
{
ShowComputing();
BigNumDec prob;
try
{
prob = new BigNumDec(probabilityTextBox.Text.Replace(',', '.'));
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("Probability is entered incorrectly", Title, MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);
CloseComputing();
return;
}
int n;
int b;
try
{
n = Int32.Parse(nTextBox.Text, new CultureInfo("ru-RU"));
b = Int32.Parse(bTextBox.Text, new CultureInfo("ru-RU"));
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("N or B is entered incorrectly", Title, MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);
CloseComputing();
return;
}
Generator gen = new Generator();
try
{
var primeNumbers = gen.Next(n, b, prob);
pTextBox.Text = primeNumbers.Item1.ToString();
qTextBox.Text = primeNumbers.Item2.ToString();
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("Error occurred: " + ex.Message, Title, MessageBoxButton.OK, MessageBoxImage.Error);
}
CloseComputing();
}
private int GetInterationsAmount(BigNumDec probability)
{
if (probability.Equals(0) || probability.Equals(1))
throw new ArgumentException("Probability must be in range (0; 1)");
int iterations = 1;
BigNum baseNum = 0.25;
while (true)
{
if (baseNum <= probability)
break;
baseNum *= 0.25;
iterations++;
}
return iterations;
}
/// <summary>
/// Generates 2 prime numbers
/// </summary>
/// <param name="n">Number to generate L where L - 1 = B * 160 + N. This value must be in range between 0 and 160</param>
/// <param name="b">Number to generate L where L - 1 = B * 160 + N. This value must be in range between 0 and 160</param>
/// <param name="probability"></param>
/// <returns>Returns Tuple with 2 prime numbers where Item1 = p and Item2 = q</returns>
public Tuple<BigInteger, BigInteger> Next(int n, int b, BigNumDec probability)
{
if (n > 160 || b > 160 || n < 0 || b < 0)
throw new ArgumentException("n and b must be in range between 0 and 160");
int L = n * 160 + b + 1;
BigInteger twoInLminusOne = BigInteger.Pow(2, L - 1);
int iterationsAmount = GetInterationsAmount(probability);
while (true)
{
// Шаг 1. Выбираем произвольную последовательность из как минимум 160 бит и называем ее "seed". Пусть "SequenceLength" – длина "seed" в битах
byte[] seedArray = new byte[SequenceLength >> 3];
_provider.GetBytes(seedArray);
byte[] positiveSeedArray = seedArray.Reverse().Concat(new byte[] { 0 }).ToArray(); // set "positive" byte
Seed = new BigInteger(positiveSeedArray);
// Шаг 2. Вычисляем U = SHA[SEED] XOR SHA[(SEED+1) mod 2^SequenceLength ]
byte[] U = _sha.ComputeHash(seedArray).Xor(_sha.ComputeHash( ((Seed + 1) % BigInteger.Pow(2, SequenceLength)).ToByteArray() ) );
// Шаг 3. Создаем q из U устанавливая младший и старший бит равным 1:
// q = U OR 2^159 OR 1
// Заметим, что 2^159 < q < 2^160
byte[] qArray = (byte[]) U.Clone();
qArray[0] |= 128;
qArray[qArray.Length - 1] |= 1;
byte[] positiveQArray = qArray.Reverse().Concat(new byte[] {0}).ToArray();
BigInteger q = new BigInteger(positiveQArray);
// Шаг 4. Проверяем q на простоту
// IsPrime()
// Шаг 5. Если q непростое, переходим на шаг 1
if (!IsPrime(q, iterationsAmount))
{
continue;
}
// Шаг 6. Пусть counter = 0 и offset = 2
Counter = 0;
int offset = 2;
while (true)
{
// Шаг 7. Для k = 0, ... , n вычисляем Vk = SHA[(SEED + offset + k) mod 2^g]
// GetVk()
// Шаг 8. Вычисляем W = V0 + V1 * 2^160 + ... + Vn-1 * 2^((n-1)*160) + (Vn mod 2^b) * 2^(n*160)
// X = W + 2^(L-1)
// Заметим, что 0 < = W < 2^(L-1) и 2^(L-1) < = X < 2^L.
BigInteger W = new BigInteger(0);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
BigInteger Vk = GetVk(Seed, offset, i);
Vk *= Twoin160 * BigInteger.Pow(2, i);
W += Vk;
}
W += (GetVk(Seed, offset, n) % BigInteger.Pow(2, b)) * Twoin160 * BigInteger.Pow(2, n);
BigInteger X = W + BigInteger.Pow(2, L - 1);
// Шаг 9. Пусть c = X mod 2q и p = X - (c - 1). Заметим, что p равно 1 mod 2q
BigInteger c = X % (2 * q);
BigInteger p = X - c + 1;
// Шаг 10. Если p < 2^(L-1), тогда переходим на шаг 13
if (p < twoInLminusOne)
{
// Шаг 13. Counter = Counter + 1 и offset = offset + n + 1
Counter++;
offset += n + 1;
// Шаг 14. Если counter >= 2^12 = 4096 переходим на шаг 1, иначе переходим на шаг 7
if (Counter > 4096)
{
break;
}
else
{
continue;
}
}
// Шаг 11. Проверяем p на простоту
if (IsPrime(p, iterationsAmount))
{
// Шаг 12. Если p прошло тест переходим на шаг 15
// Шаг 15. Сохраняем SEED и Counter для того, чтобы подтвердить правильную генерацию p и q
return new Tuple<BigInteger, BigInteger>(p, q);
}
else
{
// Шаг 13. Counter = Counter + 1 и offset = offset + n + 1
Counter++;
offset += n + 1;
// Шаг 14. Если counter >= 2^12 = 4096 переходим на шаг 1, иначе переходим на шаг 7
if (Counter > 4096)
{
break;
}
else
{
continue;
}
}
}
}
}
