RU2639661C1 - Method of multiplication and division of finite field elements - Google Patents

Method of multiplication and division of finite field elements Download PDF

Info

Publication number
RU2639661C1
RU2639661C1 RU2016135719A RU2016135719A RU2639661C1 RU 2639661 C1 RU2639661 C1 RU 2639661C1 RU 2016135719 A RU2016135719 A RU 2016135719A RU 2016135719 A RU2016135719 A RU 2016135719A RU 2639661 C1 RU2639661 C1 RU 2639661C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
indices
fields
field
subfields
Prior art date
Application number
RU2016135719A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Валентинович Квашенников
Original Assignee
Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств" filed Critical Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств"
Priority to RU2016135719A priority Critical patent/RU2639661C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2639661C1 publication Critical patent/RU2639661C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/40Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using contact-making devices, e.g. electromagnetic relay
    • G06F7/44Multiplying; Dividing
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/20Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using signal quality detector

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: upon the multiplication of the finite field elements, first the finite field elements are transferred to the multiplicative form of representation from the additive forms of representation by using a table of preset functions through the elements of subfields, the indices of the subfield elements are found by the subfield index tables, that perform multiplication and division of the finite field elements using the indices of the subfield, for which first the indices of the factors are found by the subfield index tables, then the indices are folded modulo n-1, where n is the number of elements in the subfield, and the product is found by the table of the anti-indices. By dividing the elements of the subfields, first the indices of the divident and the divider are found by the subfield index tables, then the index of the divider is subtracted from the index of the divident, is resulted modulo n-1 and the quotient is found by the table of the anti-indices. Then the product and the quotient are converted from the multiplicative form of presentation of the finite field elements to additive form of presentation using the table of the specified functions.EFFECT: simplification of the method due to the use of the multiplicative form of representation of the finite field elements through the elements of the subfields and the reduction of the memory capacity.4 cl, 1 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при создании специализированных вычислителей для кодирования и декодирования информации, защищенной помехоустойчивым кодом.The invention relates to the field of computer technology and can be used to create specialized computers for encoding and decoding information protected by error-correcting code.

Одним из основных путей повышения помехоустойчивости передачи сообщений по каналам связи с ошибками является применение помехоустойчивого кодирования. Для кодирования и декодирования алгебраических помехоустойчивых кодов Боуза-Чоудхури-Хоквинхема (БЧХ-коды), Рида-Соломона, Гоппы и других необходимо выполнение арифметических операций с элементами конечных полей. Структура конечных полей отличается от структуры обычных бесконечных числовых полей, таких как поля рациональных, действительных и комплексных чисел. Выполнение умножения и деления элементов конечных полей отличается от умножения и деления обычных чисел и часто вызывает затруднения. Для умножения и деления элементов конечных полей, особенно при большой их разрядности, требуется выполнение большого числа команд и наличие большого объема памяти для хранения таблиц логарифмов и антилогарифмов (таблиц индексов и антииндексов). Предлагаемый способ основан на использовании аддитивной и мультипликативной формы представления элементов конечных полей в виде соответственно суммы и произведения элементов подполей. Умножение и деление элементов конечных полей выполняется для мультипликативной формы их представления и сводится к умножению и делению элементов подполей, что и позволяет уменьшить сложность способа. При этом уменьшается объем памяти, требуемой для умножения и деления элементов конечных полей, и тем самым сокращаются необходимые вычислительные ресурсы. Способ может использоваться в расширениях конечных полей, содержащих подполя, например в полях Галуа GF(22m), и других, число элементов в которых разлагается на простые множители.One of the main ways to improve the noise immunity of message transmission over error communication channels is to use noise immunity coding. For coding and decoding of algebraic noise-resistant codes of Bowse-Chowdhury-Hockvinham (BCH-codes), Reed-Solomon, Goppa and others, arithmetic operations with elements of finite fields are necessary. The structure of finite fields is different from the structure of ordinary infinite number fields, such as rational, real, and complex number fields. Performing multiplication and division of elements of finite fields differs from multiplication and division of ordinary numbers and often causes difficulties. To multiply and divide the elements of finite fields, especially with a large bit depth, it requires the execution of a large number of commands and the presence of a large amount of memory to store tables of logarithms and anti-logarithms (index and anti-index tables). The proposed method is based on the use of the additive and multiplicative form of representing the elements of finite fields in the form, respectively, of the sum and product of the elements of subfields. Multiplication and division of elements of finite fields is performed for the multiplicative form of their representation and is reduced to multiplication and division of elements of subfields, which allows to reduce the complexity of the method. This reduces the amount of memory required to multiply and divide the elements of the final fields, and thereby reduce the necessary computing resources. The method can be used in extensions of finite fields containing subfields, for example, in Galois fields GF (2 2m ), and others, the number of elements in which is decomposed into prime factors.

Известен способ умножения и деления элементов конечных полей, при котором для умножения элементов конечных полей сначала оба сомножителя представляют в виде полиномов с двоичными коэффициентами, затем вычисляют произведение этих двух полиномов и определяют остаток от деления произведения на порождающий полином поля, для деления элементов конечных полей сначала по таблице обратных элементов конечного поля находят обратный элемент делителя, а затем умножают делимое на этот обратный элемент [Касами Т., Токура Н., Ивадари Е., Инагаки Я. Теория кодирования. Пер. с японского А.В. Кузнецова. - М.: - Мир. - 1978. - с. 72-78].A known method of multiplying and dividing the elements of finite fields, in which to multiply the elements of finite fields, first both factors are represented as polynomials with binary coefficients, then the product of these two polynomials is calculated and the remainder of dividing the product by the generating polynomial of the field is determined, to divide the elements of the finite fields first from the table of inverse elements of a finite field, find the inverse element of the divisor, and then multiply the dividend by this inverse element [Kasami T., Tokura N., Ivadari E., Inagaki Y. Theo coding Ia. Per. from Japanese A.V. Kuznetsova. - M.: - The world. - 1978. - p. 72-78].

Недостатком этого способа является его большая сложность из-за большого числа команд, необходимых для вычисления произведения полиномов и остатка от деления произведения на порождающий многочлен конечного поля, а также большой объем памяти для хранения таблицы обратного элемента конечного поля.The disadvantage of this method is its great complexity due to the large number of instructions needed to calculate the product of polynomials and the remainder of dividing the product by the generating polynomial of the finite field, as well as the large amount of memory for storing the table of the inverse element of the finite field.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) умножения и деления элементов конечных полей, заключающийся в том, что при умножении элементов конечных полей сначала по таблицам индексов конечного поля находят индексы сомножителей, затем складывают эти индексы по модулю n-1, где n - число элементов в конечном поле, и по таблице антииндексов находят произведение. При делении элементов конечных полей сначала по таблицам индексов конечного поля находят индексы делимого и делителя, затем вычитают из индекса делимого индекс делителя, приводят по модулю n-1 и по таблице антииндексов находят частное (Мак-Вильямс Ф.Дж., Слоэн Н.Дж.А. Теория кодов, исправляющих ошибки. - Пер с англ. Грушко И.И. и Зиновьева Б.А. - М.: Мир. - 1979. - с. 95-98).Closest to the proposed method is a method (prototype) of multiplying and dividing the elements of finite fields, which consists in the fact that when multiplying the elements of the final fields, first find the indices of the factors on the index tables of the final field, then add these indices modulo n-1, where n is the number of elements in the final field, and the product is found from the anti-index table. When dividing the elements of the final fields, first, the indices of the dividend and the divisor are found from the tables of indexes of the final field, then the index of the divisor is subtracted from the index of the divisor, given modulo n-1 and the quotient is found from the anti-index table (Mc Williams F.J., Sloane N.J .A. Theory of error correction codes. - Translated from English by I. Grushko and B. A. Zinoviev - M .: Mir. - 1979. - p. 95-98).

Недостатком этого способа является большая сложность из-за большого объема памяти для хранения таблиц индексов и антииндексов элементов конечного поля.The disadvantage of this method is the great complexity due to the large amount of memory for storing index tables and anti-indices of the elements of the final field.

Целью изобретения является уменьшение сложности способа за счет использования мультипликативной формы представления элементов конечного поля через элементы подполей, что сокращает объем памяти для хранения табличных функций по сравнению с объемом памяти для хранения таблиц индексов и антииндексов элементов конечного поля.The aim of the invention is to reduce the complexity of the method by using the multiplicative form of representing the elements of the final field through the elements of the subfields, which reduces the amount of memory for storing table functions in comparison with the amount of memory for storing tables of indices and anti-indices of the elements of the final field.

Для достижения цели предложен способ умножения и деления элементов конечных полей, заключающийся в том, что при умножении элементов конечных полей сначала по таблицам индексов конечного поля находят индексы сомножителей, затем складывают эти индексы по модулю n-1, где n - число элементов в конечном поле, и по таблице антииндексов находят произведение. При делении элементов конечных полей сначала по таблицам индексов конечного поля находят индексы делимого и делителя, затем вычитают из индекса делимого индекс делителя, приводят по модулю n-1 и по таблице антииндексов находят частное. Новым является то, что сначала элементы конечных полей из аддитивной формы представления с помощью таблично заданных функций переводят в мультипликативную форму представления через элементы подполей, по таблицам индексов подполей находят индексы элементов подполей, выполняют умножение и деление элементов конечных полей через индексы подполей, а затем переводят с помощью таблично заданных функций произведение и частное из мультипликативной формы представления элементов конечных полей в аддитивную форму представления. При этом таблично заданные функции преобразования элементов конечных полей из аддитивной формы представления в мультипликативную форму представления и обратно вычисляют заранее и хранят в памяти. Причем таблицы индексов и антииндексов элементов подполей вычисляют заранее и хранят в памяти. При этом таблично заданные функции преобразования элементов конечных полей из аддитивной формы представления в мультипликативную форму и обратно вычисляют путем перебора всех элементов конечных полей и вычислений с использованием таблиц индексов и антииндексов элементов конечных полей.To achieve the goal, a method for multiplying and dividing the elements of finite fields is proposed, which consists in the fact that when multiplying the elements of the final fields, first find the indices of the factors on the index tables of the final field, then add these indices modulo n-1, where n is the number of elements in the final field , and on the anti-index table find the product. When dividing the elements of finite fields, first, the indices of the dividend and the divisor are found from the tables of indexes of the final field, then the index of the divisor is subtracted from the index of the dividend, modulo n-1 is given, and the quotient is found from the anti-index table. What is new is that first the elements of the final fields from the additive representation form are converted into the multiplicative form of the representation through the elements of the subfields using table-defined functions, the indexes of the subfields are found from the tables of the indexes of the subfields, the multiplication and division of the elements of the final fields through the indices of the subfields is performed, and then they are translated using table-defined functions, the product and quotient from the multiplicative form of representing the elements of finite fields to the additive form of representation. At the same time, the table-defined functions for converting the elements of finite fields from the additive representation form to the multiplicative representation form and vice versa are calculated in advance and stored in memory. Moreover, the tables of indices and anti-indices of subfield elements are calculated in advance and stored in memory. In this case, the table-defined functions for converting the elements of finite fields from the additive representation form to the multiplicative form and vice versa are calculated by enumerating all the elements of the finite fields and calculations using tables of indices and anti-indices of the elements of the final fields.

Реализацию способа умножения и деления элементов конечных полей рассмотрим на примере поля Галуа GF(22m). Поле Галуа GF(22m) содержит подполе GF(2m). Пусть α - примитивный элемент GF(22m), тогда подполе GF(2m) состоит из множества элементовThe implementation of the method of multiplication and division of elements of finite fields will be considered using the example of the Galois field GF (2 2m ). The Galois field GF (2 2m ) contains the subfield GF (2 m ). Let α be a primitive element of GF (2 2m ), then the subfield GF (2 m ) consists of many elements

Figure 00000001
Figure 00000001

Элементы поля с е GF(22m) обычно представляют в аддитивной формеField elements with e GF (2 2m ) are usually represented in additive form

Figure 00000002
Figure 00000002

где d, g∈EGF(2m),where d, g∈EGF (2 m ),

α - примитивный элемент GF(22m).α is a primitive element of GF (2 2m ).

При таком представлении несложно выполнять сложение и вычитание элементов поля. Допустим c1=d1+αg1 и c2=d2+αg2, тогда сложение элементов поля запишетсяWith this representation, it is easy to add and subtract field elements. Suppose c 1 = d 1 + αg 1 and c 2 = d 2 + αg 2 , then the addition of field elements is written

Figure 00000003
Figure 00000003

Сложение элементов поля сводится к более простому сложению элементов подполя. Аналогично для вычитания элементов поля.The addition of field elements is reduced to a simpler addition of elements of the subfield. Similarly for subtracting field elements.

Для умножения и деления элементы конечных полей из аддитивной формы представления с помощью таблично заданных функций переводят сначала в мультипликативную форму представления через элементы подполей. Мультипликативной формой представления элементов конечного поля c∈GF(22m) будет записьTo multiply and divide, the elements of finite fields from the additive representation form using table-defined functions are first transferred to the multiplicative representation form through the elements of subfields. The multiplicative form for representing the elements of the finite field c∈GF (2 2m ) is the notation

Figure 00000004
Figure 00000004

где а - элемент подполя GF(2m) поля GF(22m), а∈GF(2m)⊂GF(22m),where a is an element of the subfield GF (2 m ) of the field GF (2 2m ), and ∈GF (2 m ) ⊂GF (2 2m ),

α - примитивный элемент GF(22m),α is a primitive element of GF (2 2m ),

b - множество индексов элементов поля, b=0…2m, ∞, α=0, операции с индексами поля GF(2m) проводят по модулю 2m-1. Индекса нулевого элемента поля не существует, поэтому для него используют условное обозначение ∞.b is the set of indices of the field elements, b = 0 ... 2 m , ∞, α = 0, operations with the indices of the field GF (2 m ) are carried out modulo 2 m -1. The index of the zero element of the field does not exist; therefore, the symbol ∞ is used for it.

Переход от аддитивной формы представления элементов конечного поля к мультипликативной форме представления записывается в видеThe transition from the additive form of representation of the elements of the finite field to the multiplicative form of representation is written as

Figure 00000005
Figure 00000005

Задание d и g однозначно определяет a и b. Разделим обе части на d и преобразуем (5) к видуDefining d and g uniquely defines a and b. Divide both sides by d and transform (5) to

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
, а
Figure 00000008
, d≠0.Where
Figure 00000007
, but
Figure 00000008
, d ≠ 0.

В силу единственности (6)By virtue of uniqueness (6)

Figure 00000009
Figure 00000009

где r1(h) - функция: GF(2m)→GF(2m),where r 1 (h) is the function: GF (2 m ) → GF (2 m ),

a r2(h) - функция: GF(2m)→{0…2m, ∞}.ar 2 (h) - function: GF (2 m ) → {0 ... 2 m , ∞}.

Функции r1(h) и r2(h) можно определить заранее и хранить в табличном виде. ТогдаThe functions r 1 (h) and r 2 (h) can be determined in advance and stored in a table form. Then

Figure 00000010
Figure 00000010

После перевода элементов конечных полей в мультипликативную форму представления по таблицам индексов подполей находят индексы элементов подполей, выполняют умножение и деление элементов конечных полей через индексы подполей. Пусть два операнда, участвующих в умножении и делении, в мультипликативной форме представления записываются в видеAfter translating the elements of the final fields into the multiplicative form of the presentation, the indexes of the elements of the subfields are found from the tables of indexes of the subfields, the multiplication and division of the elements of the final fields through the indexes of the subfields is performed. Let two operands involved in multiplication and division, in a multiplicative form of representation, be written as

Figure 00000011
Figure 00000011

Умножение и деление элементов поля выполняют через индексы элементов подполя i1 и i2 в соответствии с формуламиThe multiplication and division of the field elements is performed through the indices of the elements of the subfield i 1 and i 2 in accordance with the formulas

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
- примитивный элемент поля GF(2m),Where
Figure 00000013
- a primitive element of the field GF (2 m ),

Сложение и вычитание индексов элементов поля и подполя выполняется с приведение по модулю числа элементов соответственно в поле или подполе минус 1.Addition and subtraction of the indices of the field and subfield elements is carried out by modulo reduction of the number of elements in the field or subfield, respectively, minus 1.

Затем переводят произведение и частное из мультипликативной формы представления элементов конечных полей в аддитивную форму представления. Такой перевод выражается в видеThen the product and the quotient are transferred from the multiplicative form of representation of the elements of finite fields to the additive form of representation. Such a translation is expressed as

Figure 00000014
Figure 00000014

Или можно записатьOr you can write

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
и
Figure 00000017
, а≠0.Where
Figure 00000016
and
Figure 00000017
, and ≠ 0.

Из единственности (12) следуетFrom uniqueness (12) it follows

Figure 00000018
Figure 00000018

где функции

Figure 00000019
и
Figure 00000020
: {0…2m, ∞}→GF(2m).where are the functions
Figure 00000019
and
Figure 00000020
: {0 ... 2 m , ∞} → GF (2 m ).

ТогдаThen

Figure 00000021
Figure 00000021

Функции

Figure 00000019
и
Figure 00000020
можно определить заранее и хранить в табличном виде.Functions
Figure 00000019
and
Figure 00000020
can be determined in advance and stored in tabular form.

На фигуре представлена схема выполнения операции умножения над полем GF(22m). Для деления схема будет аналогичной, только индексы элементов подполя будут не складываться, а вычитаться.The figure shows a diagram of the operation of the multiplication over the field GF (2 2m ). For division, the scheme will be similar, only the indices of the subfield elements will not add up, but subtracted.

Таким образом, операции умножения и деления над элементами поля GF(22m) сводятся к вычислению функций с m разрядным входом и арифметическим операциям над элементами подполя GF(2m). Табличное задание функций с m разрядным входом требует существенно меньшей памяти, чем выполнение операций умножения и деления над полем GF(22m) с использованием, например, таблиц индексов и антииндексов этого поля. В первом случае объем памяти оценивается величиной O(2m), а во втором - O(22m).Thus, the operations of multiplication and division over the elements of the field GF (2 2m ) are reduced to the calculation of functions with m bit input and arithmetic operations on the elements of the subfield GF (2 m ). The tabular definition of functions with m bit input requires significantly less memory than the performance of multiplication and division operations on the field GF (2 2m ) using, for example, index tables and anti-indices of this field. In the first case, the amount of memory is estimated at O (2 m ), and in the second, O (2 2m ).

Табличное задание функций

Figure 00000022
,
Figure 00000023
, r1 (x), r2 (x) может выполняться заранее, и, поэтому не критично к числу операций и объему памяти. Например, составление таблиц этих функций можно выполнять заранее перебором элементов поля GF(22m) и используя таблицы индексов и антииндексов для элементов поля GF(22m).Table assignment of functions
Figure 00000022
,
Figure 00000023
, r 1 (x), r 2 (x) can be performed in advance, and therefore it is not critical to the number of operations and the amount of memory. For example, the compilation of tables of these functions can be performed in advance by enumerating the elements of the field GF (2 2m ) and using tables of indices and anti-indices for elements of the field GF (2 2m ).

Для определения таблиц функций

Figure 00000022
и
Figure 00000023
необходимо выполнение следующих шагов.To define function tables
Figure 00000022
and
Figure 00000023
The following steps are required.

Шаг 1. Положим

Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
Step 1. Put
Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026

Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
Figure 00000029

Шаг 2. Положим b=2, a=1,

Figure 00000013
Step 2. Put b = 2, a = 1,
Figure 00000013

Шаг 3. Положим g1=1Step 3. Put g 1 = 1

Шаг 4. Положим d1=1Step 4. Put d 1 = 1

Шаг 5. Проверить d1+αg1=aαb, если выполняется, идти к 7Step 5. Check d 1 + αg 1 = a α b , if satisfied, go to 7

Шаг 6. Если

Figure 00000030
, идти к 8, иначе d1:=βd1, идти к 5Step 6. If
Figure 00000030
, go to 8, otherwise d 1 : = βd 1 , go to 5

Шаг 7.

Figure 00000031
,
Figure 00000032
, идти к 9Step 7
Figure 00000031
,
Figure 00000032
go to 9

Шаг 8. g1:=βg1 идти к 4Step 8. g 1: = βg 1 go to 4

Шаг 9. Если b=2m-2, идти к 10, иначе b:=b+1, идти к 3Step 9. If b = 2 m -2, go to 10, otherwise b: = b + 1, go to 3

Шаг 10. КонецStep 10. The End

Таблицы функций r1(x) и r2(x) составляют аналогичным образом.The tables of functions r 1 (x) and r 2 (x) are compiled in a similar way.

Пример.Example.

Поле GF(24) с порождающим полиномом g(x)=x4+x+1The field GF (2 4 ) with the generating polynomial g (x) = x 4 + x + 1

Figure 00000033
Figure 00000033

Подполе GF(22) с порождающим полиномом g(x)=x2+х+1The subfield GF (2 2 ) with the generating polynomial g (x) = x 2 + x + 1

Figure 00000034
Figure 00000034

Элементы поля GF(24), являющиеся элементами подполя GF(22)Elements of the field GF (2 4 ), which are elements of the subfield GF (2 2 )

0, α°=β°=l, α5=β=α+α2, α102=1+α+α2 0, α ° = β ° = l, α 5 = β = α + α 2 , α 10 = β 2 = 1 + α + α 2

Figure 00000035
Figure 00000035

Figure 00000036
Figure 00000036

Умножение элементов поля GF(24).Multiplication of elements of the field GF (2 4 ).

Пусть элементы поля заданы в форме (2)Let field elements be given in the form (2)

c110+αα5, а c25+αα10.c 1 = α 10 + αα 5 , and c 2 = α 5 + αα 10 .

Шаг 1. Перевод элементов поля из формы (2) в форму (1)Step 1. Transfer of field elements from form (2) to form (1)

c110+αα5, а10r110)=α5, b=r210)=2, c15α2 c 1 = α 10 + αα 5 , a = α 10 r 110 ) = α 5 , b = r 210 ) = 2, c 1 = α 5 α 2

c25+αα10, а5r15)=1, b=r25)=3, c2=1α3 c 2 = α 5 + αα 10 , a = α 5 r 15 ) = 1, b = r 25 ) = 3, c 2 = 1α 3

Шаг 2. Умножение элементов поляStep 2. Multiplication of field elements

c=c1c2=-α5α2310α0 c = c 1 c 2 = -α 5 α 23 = α 10 α 0

Шаг 3. Перевод произведения в форму (2)Step 3. Translation of the work into form (2)

Figure 00000037
Figure 00000037

Деление элементов поля GF(24).Division of elements of the field GF (2 4 ).

Пусть элементы поля заданы в форме (2)Let field elements be given in the form (2)

c110+αα0, а c25+αα5.c 1 = α 10 + αα 0 , and c 2 = α 5 + αα 5 .

Шаг 1. Перевод элементов поля из формы (2) в форму (1)Step 1. Transfer of field elements from form (2) to form (1)

c110+αα0, а10r15)=α5, b=r25)=3, c15α3 c 1 = α 10 + αα 0 , a = α 10 r 15 ) = α 5 , b = r 25 ) = 3, c 1 = α 5 α 3

c25+αα5, а5r1(1)=α5, b=r2(1)=4, c25α4 c 2 = α 5 + αα 5 , a = α 5 r 1 (1) = α 5 , b = r 2 (1) = 4, c 2 = α 5 α 4

Шаг 2. Деление элементов поляStep 2. Division of field elements

Figure 00000038
Figure 00000038

Шаг 3. Перевод частного в форму (2)Step 3. Transfer private to form (2)

Figure 00000039
Figure 00000039

Предложенный способ может быть использован не только в расширениях полей Галуа GF(22m) характеристики 2, но и в других расширениях конечных полей с характеристикой, отличной от 2, которые могут быть разложены на подполя. Многие важные технические приложения, например кодирование и декодирование помехоустойчивых кодов, могут быть реализованы только при сокращении памяти для хранения табличных функций, с помощью которых выполняют умножение и деление элементов конечных полей. Для небольших значений разрядности элементов конечного поля m умножение и деление можно выполнять с использованием таблиц индексов и антииндексов. Однако для больших m(≥8) возникают затруднения из-за возрастания объема таблиц индексов и антииндексов. Предложенный способ требует для своей реализации меньшего объема памяти и упрощает умножение и деление элементов поля Галуа GF(22m). Объем памяти для хранения таблиц индексов и антииндексов оценивается величиной O (22m), а для предложенного способа объем памяти для хранения табличных функций - величиной O(2m). Например, при m=8 объем памяти для хранения таблиц индексов и антииндексов равен 262144 байта, а для предложенного способа требуемый объем памяти - всего 1540 байт. Причем с увеличением m преимущество предложенного способа возрастает по экспоненте, то есть очень быстро.The proposed method can be used not only in extensions of Galois fields GF (2 2m ) of characteristic 2, but also in other extensions of finite fields with characteristics other than 2, which can be decomposed into subfields. Many important technical applications, for example, coding and decoding of error-correcting codes, can be implemented only with a reduction in memory for storing tabular functions by which multiplication and division of finite field elements is performed. For small values of bit depth of elements of a finite field m, multiplication and division can be performed using index tables and anti-indices. However, for large m (≥8), difficulties arise due to an increase in the volume of index tables and anti-indices. The proposed method requires less memory for its implementation and simplifies the multiplication and division of the Galois field elements GF (2 2m ). The amount of memory for storing index tables and anti-indices is estimated by O (2 2m ), and for the proposed method, the amount of memory for storing table functions is estimated by O (2 m ). For example, with m = 8, the amount of memory for storing index tables and anti-indices is 262144 bytes, and for the proposed method, the required memory size is only 1540 bytes. Moreover, with increasing m, the advantage of the proposed method increases exponentially, that is, very quickly.

Достигаемым техническим результатом способа умножения и деления элементов конечных полей является уменьшение объема памяти для реализации способа и его упрощение.Achievable technical result of the method of multiplication and division of elements of finite fields is to reduce the amount of memory for implementing the method and its simplification.

Claims (4)

1. Способ умножения и деления элементов конечных полей, заключающийся в том, что при умножении элементов конечных полей сначала по таблицам индексов конечного поля находят индексы сомножителей, затем складывают эти индексы по модулю n-1, где n - число элементов в конечном поле, и по таблице антииндексов находят произведение, при делении элементов конечных полей сначала по таблицам индексов конечного поля находят индексы делимого и делителя, затем вычитают из индекса делимого индекс делителя, приводят по модулю n-1 и по таблице антииндексов находят частное, отличающийся тем, что сначала элементы конечных полей из аддитивной формы представления с помощью таблично заданных функций переводят в мультипликативную форму представления через элементы подполей, по таблицам индексов подполей находят индексы элементов подполей, выполняют умножение и деление элементов конечных полей через индексы подполей, а затем переводят с помощью таблично заданных функций произведение и частное из мультипликативной формы представления элементов конечных полей в аддитивную форму представления.1. The method of multiplying and dividing the elements of finite fields, which is that when multiplying the elements of finite fields, first find the indices of the factors from the tables of indexes of the final field, then add these indices modulo n-1, where n is the number of elements in the final field, and find the product from the anti-index table, when dividing the elements of the final fields, first find the indices of the dividend and the divisor from the index tables of the final field, then subtract the divisor index from the index of the dividend, give modulo n-1 and the anti-index table by there is a quotient, characterized in that first the elements of the final fields from the additive representation form are converted into multiplicative representations via the elements of the subfields using table-defined functions, the indexes of the subfields are found from the tables of the indexes of the subfields, the multiplication and division of the elements of the final fields through the indices of the subfields are performed, and then the product and the quotient from the multiplicative representation form of the elements of the finite fields are translated into the additive representation form using table-defined functions. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что таблично заданные функции преобразования элементов конечных полей из аддитивной формы представления в мультипликативную форму представления и обратно вычисляют заранее и хранят в памяти.2. The method according to p. 1, characterized in that the tabularly defined functions for converting the elements of finite fields from the additive presentation form to the multiplicative presentation form and vice versa are calculated in advance and stored in memory. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что таблицы индексов и антииндексов элементов подполей вычисляют заранее и хранят в памяти.3. The method according to p. 1, characterized in that the tables of indices and anti-indices of the elements of the subfields are calculated in advance and stored in memory. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что таблично заданные функции преобразования элементов конечных полей из аддитивной формы представления в мультипликативную форму и обратно вычисляют путем перебора всех элементов конечных полей и вычислений с использованием таблиц индексов и антииндексов элементов конечных полей.4. The method according to claim 1, characterized in that the tabularly defined functions for converting the elements of finite fields from the additive representation form to the multiplicative form and vice versa are calculated by enumerating all the elements of the finite fields and calculations using tables of indices and anti-indices of the elements of the final fields.
RU2016135719A 2016-09-02 2016-09-02 Method of multiplication and division of finite field elements RU2639661C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135719A RU2639661C1 (en) 2016-09-02 2016-09-02 Method of multiplication and division of finite field elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135719A RU2639661C1 (en) 2016-09-02 2016-09-02 Method of multiplication and division of finite field elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2639661C1 true RU2639661C1 (en) 2017-12-21

Family

ID=63857579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135719A RU2639661C1 (en) 2016-09-02 2016-09-02 Method of multiplication and division of finite field elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2639661C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1698886A1 (en) * 1990-04-04 1991-12-15 Научно-Исследовательский Институт Бытовой Радиоэлектронной Аппаратуры Gf(@@@) finite-field polynomials multiplier
RU2058040C1 (en) * 1992-07-08 1996-04-10 Таганрогский Радиотехнический Институт Device for multiplication in finite fields
US20090199075A1 (en) * 2002-11-25 2009-08-06 Victor Demjanenko Array form reed-solomon implementation as an instruction set extension
RU2373641C2 (en) * 2004-12-15 2009-11-20 Нек Корпорейшн Coding device with correction of errors and method of coding with correction of errors used in it
RU2408979C2 (en) * 2006-05-12 2011-01-10 Нек Корпорейшн Error-correction coding method and device
EP2738670A2 (en) * 2012-11-29 2014-06-04 Electronics and Telecommunications Research Institute Method of performing multiplication operation in binary extension finite field

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1698886A1 (en) * 1990-04-04 1991-12-15 Научно-Исследовательский Институт Бытовой Радиоэлектронной Аппаратуры Gf(@@@) finite-field polynomials multiplier
RU2058040C1 (en) * 1992-07-08 1996-04-10 Таганрогский Радиотехнический Институт Device for multiplication in finite fields
US20090199075A1 (en) * 2002-11-25 2009-08-06 Victor Demjanenko Array form reed-solomon implementation as an instruction set extension
RU2373641C2 (en) * 2004-12-15 2009-11-20 Нек Корпорейшн Coding device with correction of errors and method of coding with correction of errors used in it
RU2408979C2 (en) * 2006-05-12 2011-01-10 Нек Корпорейшн Error-correction coding method and device
EP2738670A2 (en) * 2012-11-29 2014-06-04 Electronics and Telecommunications Research Institute Method of performing multiplication operation in binary extension finite field

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МАК-ВИЛЬЯМС Ф.ДЖ., СЛОЭН Н.ДЖ.А. "Теория кодов, исправляющих ошибки", перевод Грушко И.И и Зиновьева Б.А., Москва, Мир, 1979 г., с.95-98. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pollard The fast Fourier transform in a finite field
Blahut Algebraic methods for signal processing and communications coding
EP1995974B1 (en) Method for realizing arithmetic coding
JP2011520404A (en) Performing optional Galois Field computations on a programmable processor
JP6621813B2 (en) Electronic computing device for performing obfuscated arithmetic
JP2018503113A (en) Electronic computing device for performing obfuscated operations
JP2017533458A5 (en)
JPH0728782A (en) Operating circuit and operating method
Ghorpade A note on Nullstellensatz over finite fields
Westall et al. An introduction to Galois fields and Reed-Solomon coding
RU2639661C1 (en) Method of multiplication and division of finite field elements
Fedorenko Duhamel/Hollmann-like discrete Fourier transform algorithm with the smallest multiplicative complexity over a finite field
Hill Introduction to number theory
RU2698763C2 (en) Electronic computing device
Aggarwal et al. Improved hardness results for unique shortest vector problem
Feng A characterization of two-weight projective cyclic codes
Cramer et al. An improvement to the Hasse–Weil bound and applications to character sums, cryptography and coding
Chan et al. The representation of integers by positive ternary quadratic polynomials
Fauser et al. The Dirichlet Hopf algebra of arithmetics
US9672009B2 (en) Method and system of improved galois multiplication
Beukers Fields of definition of finite hypergeometric functions
JP2018538620A (en) Computing device and method
CONRAD Dedekind’s Index Theorem
Tsarev Factorization in categories of systems of linear partial differential equations
Barsky et al. p-adic Properties of Lengyel's Numbers.