蒙哥马利算法

在模算數領域,蒙哥馬利模乘()、蒙哥馬利乘算()是一种快速大数(通常是几百個二進位)模乘算法, 由彼得·蒙哥马利在1985年提出。

一般以傳統方式計算模乘 時,是將乘積 除以 並取餘數,然而除法需要相當消耗時間的商數位估算和校正。因此蒙哥馬利模乘引入了一種特殊的數字表達形式「蒙哥馬利型()」。將 與 轉化為蒙哥馬利型後,計算在蒙哥馬利型下的 。令 為一整數常數且與 互質,则记 的蒙哥马利形式为。在計算蒙哥馬利演算法的過程中,唯一必要的除法就僅為除以 。而此常數 是可以設計為容易進行除法的。以實務來說, 通常會設為 的冪次方,如此一來,除法就僅僅需要進行移位。

單次的蒙哥馬利模乘因為需要將 與 轉化為蒙哥馬利型,速度上可能反而不及傳統方法以及巴雷特約減。然而,當我們需要進行連續乘法時(例如模冪()運算),其優勢就會展現出來:只有在連續乘法起始與結束時需要進行蒙哥馬利型轉化,而過程中所產生的中間值可以一直維持在蒙哥馬利型的狀態。相較於連乘,轉化的時間花費在整個過程中就相對微小許多。

諸多的密碼系統如 RSA 與 迪菲-赫爾曼密鑰交換 都是基於在一個很大的奇數模上做運算。對這些演算法來說,使用 為二的次方的蒙哥馬利乘算是非常有效率的一種做法。

蒙哥馬利約減
參見

  • 模算數

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參考資料

*[https://web.archive.org/web/20100701212347/http://islab.oregonstate.edu/papers/j37acmon.pdf Analyzing and Comparing Montgomery Multiplication Algorithms]

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