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同构与同态 #129

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先说同构吧,一般数学上讨论这个会更多一点,一般提到同构你就要明白,是在讨论两个代数结构的关系,同构即保持相同的结构(元素数量和运算)。比如,所有二元群都是同构的。就是从代数上看,二者本质不变,其本质是一样的,群元素可以各种各样,但是同构。

再对同构进行一点更严谨的描述吧,上面说了,同构是两个代数结构的关系,那么这个关系是什么呢?这个关系其实就是一个映射f,这个映射f满足一些性质:

举个例子,设f是群A到群B上的同构映射,那么群A和群B的集合之间双射,*和o分别是群A,群B上的二元运算,任意a, b ∈ A 且该映射保持(没破坏)群的二元运算,即: f(a*b) = f(a) o f(b)。

而同态更generalize,如果两个代数结构不同构,还是为了研究它们之间的关系,可以把条件不限制那么严格,就可以考虑它们之间保持(没破坏)运算的映射,也就是同构是同态的特例,同态限制少,那么会更好找。同态映射不是双射,也就是不是单射或不是满射。当映射不是满射的时候,就只用考虑映射的像(目标集合),这个像是原来目标代数结构的子结构。例如,对于群同态的情况,同态的像集是一个子群。用子结构替换原来的代数结构,那么此时的同态映射就变成了满射。当同态映射不是单射时,不同的元素被映射到相同的元素。这时,可以把映射到同一个元素的不同元素看作是一样的(等价的),这样我们就得到一个等价关系,叫商集合。在这个商集上诱导的同态映射就是一个单射了,这个同态映射从商集映射到原来的子结构上又变成了同构映射。也就是满足双射的同态就是同构,不然就是单同态或者满同态。

在密码学中,为了更方便的研究,所以放宽了一些限制,大部分用到的是同态,不强调同构。密码学上的同态也就是某个满足同态性质的函数(映射),考虑两个椭圆曲线群(加法群),上面的二元运算都是加法,那么就可以试图研究这两个群的关系,在它们之间找到一个同态函数H,H(x + y) = H(x) + H(y)。