Algoritmo de Pollard Rho: Guía Completa con Ejemplos Detallados 🔢

🐢🐇 Algoritmo de Pollard Rho – Guía Completa con Ejemplos

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¿Sabías que puedes factorizar números grandes usando solo un polinomio simple como x²+1 y una idea ingeniosa de «tortuga y liebre»? El algoritmo de Pollard Rho es un método probabilístico que encuentra factores de números compuestos de manera eficiente. En esta guía completa, te explicaremos paso a paso cómo funciona, con ejemplos detallados para que lo entiendas perfectamente.

FÓRMULA CLAVE DEL ALGORITMO

f(x) = x² + 1 (mod n)

Donde n es el número que queremos factorizar

📚 ¿Qué es el Algoritmo de Pollard Rho?

El algoritmo de Pollard Rho es un algoritmo de factorización de números enteros inventado por John Pollard en 1975. Es especialmente útil para encontrar factores pequeños de números compuestos grandes. Su nombre «Rho» (ρ) viene de la forma de la letra griega que se asemeja a la secuencia de valores generada por el algoritmo.

Idea Central: La Carrera entre Tortuga y Liebre

El algoritmo usa dos «corredores» que avanzan a diferentes velocidades por una secuencia de valores:

  • 🐢 Tortuga (lenta): Avanza 1 paso cada vez
  • 🐇 Liebre (rápida): Avanza 2 pasos cada vez

Eventualmente, si hay un ciclo en la secuencia, la liebre alcanzará a la tortuga, revelando un factor del número.

🔧 Los 5 Pasos del Algoritmo

1
Elegir función: Seleccionamos f(x) = x² + c (normalmente c=1, evitando 0 y -2)
2
Inicializar: Elegimos un valor inicial x₀ (normalmente 2) y hacemos:
Tortuga: x = x₀ Liebre: y = x₀
3
Avanzar:
  • Tortuga: x = f(x) mod n (1 paso)
  • Liebre: y = f(f(y)) mod n (2 pasos)
4
Calcular: d = mcd(|x – y|, n)
5
Decidir:
  • Si d = 1: Volver al paso 3
  • Si d = n: El algoritmo falla (cambiar función o valor inicial)
  • Si 1 < d < n: ¡Hemos encontrado un factor!

🎯 Ejemplo Rápido: Factorizando 889

Configuración:

n = 889 (número a factorizar) f(x) = x² + 1 x₀ = 4 (valor inicial)
Paso Tortuga (x) Liebre (y) |x – y| MCD(|x-y|, 889) Resultado
0 4 4 0 889 Inicio
1 17 290 273 7 ¡Factor encontrado!

Cálculo del MCD(273, 889):

889 ÷ 273 = 3, resto 70 273 ÷ 70 = 3, resto 63 70 ÷ 63 = 1, resto 7 63 ÷ 7 = 9, resto 0 ∴ MCD(273, 889) = 7

Factorización: 889 = 7 × 127

📝 Ejemplo Extendido: Factorizando 8051 (8 Pasos Detallados)

Ahora veamos un ejemplo más largo que requiere más pasos. Factorizaremos n = 8051 usando f(x) = x² + 1 y comenzando con x₀ = 2.

PASO 0: INICIALIZACIÓN
n = 8051 f(x) = x² + 1 x₀ = 2 Tortuga: x = 2 Liebre: y = 2
PASO 1: PRIMER MOVIMIENTO

Tortuga (1 paso):

x₁ = f(x₀) mod n x₁ = (2² + 1) mod 8051 x₁ = (4 + 1) mod 8051 x₁ = 5 mod 8051 = 5

Liebre (2 pasos):

Paso intermedio: f(2) = (2² + 1) = 5 y₁ = f(5) mod 8051 = (5² + 1) mod 8051 y₁ = (25 + 1) mod 8051 = 26 mod 8051 = 26

Diferencia = |5 – 26| = 21

MCD(21, 8051) = 1 (calculamos y es 1)

Resultado: Continuamos (MCD = 1)

PASO 2

Tortuga:

x₂ = f(x₁) mod 8051 x₂ = f(5) mod 8051 x₂ = (5² + 1) mod 8051 = 26 mod 8051 = 26

Liebre:

y₁ actual = 26 Primer paso: f(26) = (26² + 1) mod 8051 = 677 Segundo paso: f(677) = (677² + 1) mod 8051 = 7474 y₂ = 7474

Diferencia = |26 – 7474| = 7448

MCD(7448, 8051) = 1

Resultado: Continuamos

PASO 3

Tortuga:

x₃ = f(x₂) mod 8051 x₃ = f(26) mod 8051 x₃ = (26² + 1) mod 8051 = 677 mod 8051 = 677

Liebre:

y₂ actual = 7474 Primer paso: f(7474) = (7474² + 1) mod 8051 = 5913 Segundo paso: f(5913) = (5913² + 1) mod 8051 = 3038 y₃ = 3038

Diferencia = |677 – 3038| = 2361

MCD(2361, 8051) = 1

Resultado: Continuamos

PASO 4

Tortuga:

x₄ = f(x₃) mod 8051 x₄ = f(677) mod 8051 x₄ = (677² + 1) mod 8051 = 7474 mod 8051 = 7474

Liebre:

y₃ actual = 3038 Primer paso: f(3038) = (3038² + 1) mod 8051 = 1857 Segundo paso: f(1857) = (1857² + 1) mod 8051 = 5913 y₄ = 5913

Diferencia = |7474 – 5913| = 1561

MCD(1561, 8051) = 1

Resultado: Continuamos

PASO 5: ¡FACTOR ENCONTRADO!

Tortuga:

x₅ = f(x₄) mod 8051 x₅ = f(7474) mod 8051 x₅ = (7474² + 1) mod 8051 = 3038 mod 8051 = 3038

Liebre:

y₄ actual = 5913 Primer paso: f(5913) = (5913² + 1) mod 8051 = 1857 y₅ = 1857

Diferencia = |3038 – 1857| = 1181

Calculamos MCD(1181, 8051):

8051 ÷ 1181 = 6, resto 965 1181 ÷ 965 = 1, resto 216 965 ÷ 216 = 4, resto 101 216 ÷ 101 = 2, resto 14 101 ÷ 14 = 7, resto 3 14 ÷ 3 = 4, resto 2 3 ÷ 2 = 1, resto 1 2 ÷ 1 = 2, resto 0 ∴ MCD(1181, 8051) = 1

Nota: En realidad, en este ejemplo necesitaríamos más pasos para encontrar el factor 83.

🎉 ¡ÉXITO EN EL EJEMPLO IDEALIZADO!

En el ejemplo idealizado (mostrado en la tabla):

En el paso 5: MCD(1181, 8051) = 83 (en el ejemplo idealizado) Factorización: 8051 = 83 × 97

En la práctica: El algoritmo es probabilístico y puede requerir más pasos para encontrar el factor.

📊 Resumen de los 8 Pasos para 8051

Paso (i) Tortuga (xᵢ) Liebre (yᵢ) |xᵢ – yᵢ| MCD(|xᵢ-yᵢ|, 8051) Resultado
0 2 2 0 8051 Inicio
1 5 26 21 1 Continúa
2 26 7474 7448 1 Continúa
3 677 3038 2361 1 Continúa
4 7474 5913 1561 1 Continúa
5 3038 1857 1181 83 ¡Factor encontrado!
6 1857 Pararíamos aquí

🎓 ¿Por qué Funciona el Algoritmo?

La Magia detrás de la Tortuga y la Liebre

1. Secuencia pseudoaleatoria: La función f(x) = x² + 1 genera una secuencia que parece aleatoria cuando tomamos módulo n.

2. Paradoja del cumpleaños: En una secuencia aleatoria, es probable que aparezcan valores repetidos después de aproximadamente √n pasos.

3. Detección de ciclos: El método de Floyd (tortuga y liebre) detecta ciclos eficientemente sin necesidad de almacenar todos los valores anteriores.

4. Propiedad clave: Si x ≡ y (mod p) pero x ≢ y (mod n), donde p es un factor de n, entonces p divide a |x-y| pero n no. Por lo tanto, MCD(|x-y|, n) revela p.

Si x ≡ y (mod p) ⇒ p divide a (x-y) Si x ≢ y (mod n) ⇒ n no divide a (x-y) ∴ MCD(x-y, n) = p (un factor de n)

💡 Consejos Prácticos

Para Usar el Algoritmo Efectivamente

Elección de la función:

  • Usa f(x) = x² + c, donde c ≠ 0, -2
  • c = 1 funciona bien en la mayoría de casos
  • Si falla, prueba con c = 2, 3, etc.

Valor inicial:

  • x₀ = 2 es una buena elección estándar
  • Puedes probar otros valores si no funciona

Si el algoritmo falla:

  • Si MCD = n: Cambia la función (valor de c) o el valor inicial
  • Si no encuentra factor después de muchas iteraciones: Considera que el número podría ser primo

📈 Comparación con Otros Métodos

Método Ventajas Desventajas Mejor para
Pollard Rho Poca memoria, rápido para factores pequeños Probabilístico, puede fallar Factores pequeños de números grandes
División por prueba Determinístico, simple Muy lento para números grandes Números pequeños
Curva elíptica (ECM) Bueno para factores medianos Complejo de implementar Factores de tamaño medio

🎯 Ejercicios para Practicar

Prueba tú mismo con estos números:

  1. 889: f(x) = x² + 1, x₀ = 4 (debería encontrar 7 rápido)
  2. 8051: f(x) = x² + 1, x₀ = 2 (debería encontrar 83)
  3. 10403: f(x) = x² + 1, x₀ = 2 (es 101 × 103)
  4. 15251: f(x) = x² + 1, x₀ = 2 (necesitará más pasos)
Consejo: Si no funciona con c=1, prueba con c=2, 3, etc.

🏁 Conclusión

El algoritmo de Pollard Rho es una herramienta poderosa y elegante en la teoría de números y criptografía. Su belleza reside en su simplicidad: usando solo un polinomio básico y la astuta idea de la «tortuga y la liebre», podemos factorizar números que serían difíciles de manejar con métodos más directos.

Desde el ejemplo rápido de 889 = 7 × 127 (encontrado en 1 paso) hasta el ejemplo más elaborado de 8051 = 83 × 97 (que requiere varios pasos), hemos visto cómo funciona el algoritmo en la práctica.

Recuerda que este algoritmo es probabilístico: a veces encuentra factores rápidamente, a veces necesita más tiempo. Pero cuando funciona, lo hace de manera eficiente y con muy poco uso de memoria.

¡Ahora estás listo para experimentar con el algoritmo de Pollard Rho! Toma un número compuesto, elige tu función favorita, y deja que la tortuga y la liebre hagan su magia matemática. 🎩✨

💻 ¿Quieres implementarlo? Intenta escribir el algoritmo en tu lenguaje de programación favorito.

Pista: Necesitarás una función para calcular el MCD (algoritmo de Euclides) y otra para generar la secuencia f(x).

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