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信息安全数学基础(18)模重复平方计算法

2025/2/8 23:24:41 来源:https://blog.csdn.net/m0_73399576/article/details/142336819  浏览:    关键词:信息安全数学基础(18)模重复平方计算法

前言

       模重复平方计算法(Modular Exponentiation by Squaring),也称为快速幂算法,是一种用于高效计算 abmodn 的算法,其中 a、b 和 n 是整数,且 b 可能非常大。这种算法通过减少乘法操作的次数来加速计算过程,其时间复杂度为 O(logb)。

一、算法步骤

  1. 初始化
    • 令 result=1(因为任何数的0次方都是1)。
    • 令 base=a(即底数)。
  2. 处理指数
    • 将指数 b 转换为二进制形式。
    • 从 b 的最低位(即最右边的位)开始,到最高位结束,逐位处理。
  3. 迭代计算:对于 b 的每一位(从右到左):
    • 移动到下一位(即处理 b 的更高位)。
    • 将 base 平方(即 base=(base×base)modn),为处理下一位做准备。
    • 如果当前位是1,则将 result 乘以当前的 base(即 result=(result×base)modn)。
  4. 输出结果:当处理完 b 的所有位后,result 就是 abmodn 的结果。

二、示例

假设我们要计算 310mod7。

  1. b=10 的二进制表示为 10102​。
  2. 初始化 result=1,base=3。
  3. 迭代计算:
    • 处理最低位(1):result=(result×base)mod7=(1×3)mod7=3,base=(base×base)mod7=(3×3)mod7=2。
    • 处理次低位(0):不乘 result,只更新 base=(base×base)mod7=(2×2)mod7=4。
    • 处理第三位(1):result=(result×base)mod7=(3×4)mod7=12mod7=5,base=(base×base)mod7=(4×4)mod7=2。
    • 处理最高位(0):不乘 result,只更新 base=(base×base)mod7=(2×2)mod7=4(但这一步实际上对最终结果没有影响,因为我们已经处理完了所有位)。
  4. 输出结果:result=5,所以 310mod7=5。

三、优点

  • 高效:通过减少乘法操作的次数,显著提高了计算大数幂模运算的效率。
  • 简单:算法逻辑清晰,易于实现。

四、应用

       模重复平方计算法在密码学、信息安全等领域有着广泛的应用,特别是在实现公钥加密算法(如RSA)时,需要频繁地进行大数幂模运算。

 结语 

迎难而上

让生命因奋斗而精彩

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