有限域上运算的实现(2)

有限域多项式乘法
在有限域上进行多项式乘法涉及到两个主要问题：多项式系数在有限域上的取值和多项式乘法的实现。

首先，对于一个有限域$GF(q)$，多项式系数的取值范围仅为$0,1,\ldots,q-1$，因此在进行多项式乘法时，需要将每个系数限制在这个范围内。

同时，由于有限域上的加法和乘法运算具有特殊性质，因此需要使用相应的算法来实现多项式乘法。

一个简单的多项式乘法算法是“朴素算法”，即按照多项式乘法的定义进行乘法，然后将同次幂的项相加。

但这种算法的时间复杂度为$O(n^2)$，在多项式次数很高时效率较低。

更高效的多项式乘法算法包括FFT算法和NTT算法，它们的时间复杂度为$O(n\log_2 n)$，其中$n$为多项式次数。

这些算法利用了有限域上的特殊性质，通过将多项式转换为点值形式来加速多项式乘法。

因此，在进行有限域多项式乘法时，需要注意多项式系数的取值范围，并选择适当的算法以提高计算效率。

实验二：有限域GF28上的加减乘除运算实现
2、任选两个多项式进行四则运算：
代码如下：
/*本实验需要解决的几个问题：
1、用什么方法存储多项式最好
我用的是向量来储存多项式，比如：
ployn temp ;
temp.push_back(make_pair(1,0));
说明多项式temp 中只有一项，为x^0，
如果再执行temp.push_back(make_pair(1,4));
则多项式temp 变为x^0+x^4
make_pair中第一个元素是系数，第二个是次数
2、怎么生生成域
用递归生成，我们知道成域GFpn会有2的n 次方个元素，只要能求出2的n-1个，就可以求出2的n个
因为当为n 时，n-1中的每一个多项式添加一个x^n次方就可以了。

3、实现四则运算，尤其是在乘法和除法时，还有一个模运算的
因为是在二维的情形下啊的，所以实验中的加法减法的答案是同一个，
至于乘法，乘出来的多项式的次数每循环一次都会减小至少1，所以最终会小于8的。

有限域上的多项式理论有限域上的多项式理论在代数学中，有限域是一种特殊的数学结构，它具有有限个元素的特性。

有限域的研究在代数理论和密码学等领域起到了重要的作用。

本文将探讨有限域上的多项式理论。

一、有限域的定义有限域是一个由有限个元素构成的域。

域是一个满足一定性质的数学结构，具有加法和乘法两种运算，并满足一系列的公理。

有限域在代数学中具有重要的地位，它的性质与无限域有很大的差别。

二、有限域上的多项式运算在有限域上，多项式的定义和运算也有所不同。

在有限域上，多项式的系数和指数都必须来自有限域中的元素。

多项式的加法和乘法运算也需要根据有限域的特性进行定义。

有限域上的多项式运算是有限域理论中的重要内容。

三、有限域上的多项式方程在有限域上，多项式方程的性质与实数域或复数域上的多项式方程有所不同。

有限域上的多项式方程通常具有非常特殊的性质，这也是有限域理论的研究重点之一。

通过研究有限域上的多项式方程，人们可以得到一些关于有限域性质的重要结论。

四、有限域在密码学中的应用有限域在密码学中有广泛的应用。

在密码学中，有限域上的多项式理论可以用来设计和分析密码算法。

例如，有限域上的多项式运算可用于实现循环冗余校验（CRC）码，这是一种常用的差错检测技术。

此外，有限域上的多项式方程还可用于设计与解密很难破解的密码系统。

五、有限域的应用领域除了密码学，有限域在其他领域也有广泛的应用。

例如，在编码理论中，有限域上的多项式运算可以用于设计纠错码和编码方案。

在代数几何中，有限域上的多项式方程被广泛用于研究曲线和曲面的性质。

六、有限域上的多项式理论的发展历程有限域上的多项式理论的研究可以追溯到19世纪末，当时数学家对有限域的性质进行了初步的研究。

随着代数学的发展和计算机技术的进步，有限域上的多项式理论得到了更深入的研究和应用。

七、有限域上的多项式理论的未来发展有限域上的多项式理论在代数学和相关领域中扮演着重要的角色，其未来发展仍有很大的潜力。

有限域多项式除法
有限域上的多项式除法是指在有限域上的两个多项式的相除运算，其计算过程与实数域上的多项式除法类似，但存在一些特殊情况。

在有限域上进行多项式除法时，必须先确定一个有限域的特定特性，例如模运算的特殊规则。

具体的操作步骤如下：
1. 对被除式和除式进行归纳整理，使其次数以及所有项的指数都符合有限域的规定。

2. 确定一个有限域的特定特性（例如模运算的规则），以此作为除法运算的规则。

3. 将被除式和除式中的项依据特定特性进行运算，得到商式的每一项系数。

4. 将商式的每一项系数依次带入被除式中，计算得到一个中间结果。

5. 通过重复步骤4，将中间结果减去当前项的积，并将结果作为下一次计算的被减数。

6. 重复步骤4和5，直到所有项都被计算完毕。

7. 将每一次计算得到的中间结果放在一起，得到最终的商式。

需要注意的是，在有限域上进行多项式除法时，模数必须是一个不可约多项式（即不能再进行因式分解的多项式）。

如果模数不是不可约多项式，则运算结果可能不准确。

有限域GF（2n）运算在研究的数字电路系统中，如加解密算法、信道编码和数字信号处理等领域会涉及近似代数的相关理论，如群伦、Galois域等基础知识。

同时我们引入概念，域。

一个域是一组元素的集合，它可以在集合中完成加减乘除等四则运算。

加法和乘法必须满足交换、结合和分配的规律。

给定一个集合G，在其上定于了一个二元运算*。

交换：对于G中任意的元素a和b，满足a*b=b*a，则G称为交换群（Abel群）结合：二元运算*具有结合性，即对任何a,b,c属于G，a*(b*c)=(a*b)*c.分配：对于F域中任意三个元素a,b,c，有a*(b+c)=a*b+a*c;域中元素的个数称为域的阶（order），此时该域的阶为3.有限域多项式：GF(2)=x^6+x^4+x^2+x+1等价于比特串01010111，即16进制表示的57。

1、有限域加法多项式之和等于先对具有相同x次幂的系数求和，然后各项再相加。

而各系数求和是在域F中进行的；c(x)=a(x)+b(x) 等价于ci=ai+bi2、有限域乘法多项式乘法关于多项式加法满足结合律、交换律和分配律。

单元元素为x0项的系数等于1和0次多项式。

为使乘法运算在F域上具有封闭性，选取一个1次多项式m(x),当多项式a （x）和b(x)的乘积定义为模多项式m(x)下的多项式乘积：C(x)=a(x).b(x)等价于c(x)恒=a(x)*b(x) (mod m(x))二进制域GF（2）在编码理论扮演重要的角色，而在数字计算机和数据传输或是存储系统中同样得到了普遍的运用。

在多项式表达中，有限域2^8内的乘法就是乘法所得到的结果经一个不可约简的8次二进制多项式取模后的结果。

不可约简的多项式是指多项式除了它本身和1以外没有其他的因式。

Rijndael中这个多项式被命名为m（x），定义如下：m(x)=x^8+x^4+x^3+x+1(b7b6b5b4b3b2b1b0)* '01' = （b7b6b5b4b3b2b1b0）(b7b6b5b4b3b2b1b0)* '02' = （b6b5b4b3b2b1b00）+(000b7b70b7b7)(b7b6b5b4b3b2b1b0)* '03' = （b7b6b5b4b3b2b1b0）* '01'+ (b7b6b5b4b3b2b1b0)* '02'记为xtime（）。

有限域上因式分解及应用有限域是一个包含有限个元素的数学结构。

它是一种重要的代数结构，在密码学、编码理论、数字信号处理等领域有广泛应用。

在有限域上，整除关系和因式分解与我们熟知的自然数域上的情况有很多不同。

本文将介绍有限域上的因式分解及其应用。

一、有限域上的整除关系在自然数域上，可以使用除法算法判断整除关系。

但是，有限域Q(p)上，除法算法并不存在。

为了描述有限域上的整除关系，我们需要定义模运算。

有限域Q(p) 上，模运算记作a \pmod p。

定义如下：对于任意整数a，比p 小的最大非负整数n，我们可以写成a-qp，其中q 是整数。

则a \pmod p 的意思是它的值和0 至p-1 中的一个一样。

即a \pmod p = \{ a - qp q \in \mathbb{Z}, 0 \leq a -qp < p \}例如，若p=5，且a=17，则17 \pmod 5 = \{12\}而在有限域Q(p) 上，一个元素a 模p 的值必然是一个Q(p) 上的元素。

这个元素是唯一的。

因此，在有限域Q(p) 上，我们可以定义整除关系。

定义：如果a 和b 能够产生整数k使得a = bk 且k \neq 0，则我们说a整除b，记作a b。

例如，在有限域Q(11) 上，4 12 是成立的，因为12=4\times 3。

但3 7 是不成立的，因为没有整数k使得7=3k。

与自然数域的情况不同的是，有限域上不是每个元素都能够产生因子。

例如，在有限域Q(11) 上，元素3 就无法产生因子，也就是k 不存在使得3=4k。

二、有限域上的因式分解在有限域上，因式分解的一般过程就是将多项式分解为一些不可再分解的因子的积的形式。

每一个不可再分解的因子称作一次不可约多项式，又称为素多项式。

定理：多项式f(x) 在有限域Q(p) 上是可约的，当且仅当存在一个次数小于f(x) 的多项式且它不是0 或\pm1，能整除f(x)，并且次数大于或等于二。

有限域上的多项式理论多项式理论是代数学中的一个重要分支，它研究的对象是多项式及其相关的性质与运算。

有限域则是指其元素个数有限的域。

本文将介绍有限域上的多项式理论，包括有限域的定义与性质、有限域上的多项式运算以及一些相关的应用。

一、有限域的定义与性质在开始介绍有限域之前，我们先来了解一下域的基本概念。

域是一个包含加法、减法、乘法和除法运算的数学结构，满足一定的运算规律。

有限域则是指其元素个数有限的域。

有限域的定义如下：设F是一个含有q个元素的域，若其中的元素个数是有限的，则称F为有限域，记作Fq。

有限域有许多独特的性质，下面列举其中一些重要的性质：1. 有限域Fq中有q个非零元素，其中0为零元素。

2. 有限域Fq中的非零元素满足乘法交换律和乘法结合律。

3. 有限域Fq中的非零元素构成一个乘法群，其中单位元为1。

4. 有限域Fq中的元素满足加法交换律、加法结合律和分配律。

5. 有限域Fq中的元素的乘法逆元和加法逆元都存在。

二、有限域上的多项式运算有限域上的多项式是一种形如f(x) = a0 + a1x + a2x^2 + ... + an-1x^n-1的表达式，其中a0, a1, ..., an-1属于有限域Fq，n为多项式的次数。

在有限域上，多项式的加法和乘法运算定义如下：1. 多项式的加法运算：f(x) + g(x) = (a0 + b0) + (a1 + b1)x + (a2 +b2)x^2 + ... + (an-1 + bn-1)x^n-1，其中f(x) = a0 + a1x + ... + an-1x^n-1，g(x) = b0 + b1x + ... + bn-1x^n-1。

2. 多项式的乘法运算：f(x) * g(x) = c0 + c1x + ... + c2n-2x^2n-2，其中c0, c1, ..., c2n-2属于有限域Fq，c0 = a0 * b0，c1 = a0 * b1 + a1 *b0，...，c2n-2 = an-1 * bn-1。

有限域矩阵计算有限域（finite field），也称为伽罗瓦域（Galois field），是一个包含有限个元素的数学结构。

它是代数和密码学领域中重要的概念，可用于进行矩阵计算。

有限域矩阵计算主要涉及到矩阵的加法、减法、乘法、求逆等基本运算。

在有限域中，矩阵的元素取值在一个有限的范围内，不同于实数域或复数域中的无穷取值。

首先，我们来介绍有限域矩阵的加法和减法。

在有限域中，矩阵的加法和减法都是按照模运算的方式进行的。

对于两个相同大小的矩阵A和B，其加法运算定义为将对应位置的元素相加，并对有限域的域数取余。

即，对于矩阵C = A + B，有C[i][j] = (A[i][j] +B[i][j]) % p，其中p为有限域的域数。

有限域矩阵的乘法是一个更为复杂的运算。

在有限域中，每个非零元素都有一个乘法逆元素。

矩阵的乘法需要同时考虑两个元素的乘积和乘法逆元素的运算。

对于两个矩阵A和B的乘法运算，定义为将A 的每一行与B的每一列对应元素相乘再相加，并对有限域的域数取余。

即，对于矩阵C = A * B，有C[i][j] = Σ(A[i][k] * B[k][j]) % p，其中k为矩阵A的列数或矩阵B的行数。

有限域矩阵的求逆运算是一个重要的操作。

在有限域中，如果一个矩阵A存在逆矩阵A^-1，那么A * A^-1 = I，其中I是单位矩阵。

求逆矩阵的方法可以使用高斯消元法或者矩阵的行列式等方法。

通过求解线性方程组，可以得到矩阵的逆。

有限域矩阵计算在密码学领域中得到广泛应用。

例如，在密码算法中，矩阵计算可以用于对称密码算法中的代换操作和混淆操作。

通过有限域矩阵的加法、减法、乘法和逆运算，可以实现加密和解密过程中的基本运算。

此外，在错误检测和纠正编码中，有限域矩阵计算也扮演着重要的角色。

总结起来，有限域矩阵计算是一种在有限个元素上进行的矩阵运算，包括加法、减法、乘法和逆运算。

它在代数和密码学领域具有重要的应用。

有限素域GF(p)运算的Verilog实现1. 导言：有限素域GF(p)是计算机科学和工程领域中的一个重要概念，它在信息安全、编码理论、密码学等方面有着广泛的应用。

在数字电路设计中，利用Verilog语言实现有限素域GF(p)的运算可以为我们提供一种高效而可扩展的方法。

本文将深入探讨有限素域GF(p)的概念及其在Verilog中的实现方式。

2. 有限素域GF(p)的概念：有限素域GF(p)，也称为有限域，是一个包含有限数目元素的域。

在GF(p)中，p是一个质数，表示有限域中元素的个数。

GF(p)的加法和乘法运算遵循一定的规则，并且满足域的公理。

因为有限域的元素个数是有限的，因此在Verilog实现中，我们可以使用有限数量的存储单元来表示GF(p)的元素，并且可以灵活地进行加法和乘法运算。

3. GF(p)运算的Verilog实现：在Verilog中，我们可以使用寄存器来表示GF(p)的元素，并且使用Verilog的逻辑运算符来实现GF(p)的加法、乘法和逆元运算。

对于GF(p)中的加法，我们可以使用Verilog中的“+”运算符来实现，对于GF(p)中的乘法，我们可以使用Verilog中的“*”运算符来实现，而GF(p)中的逆元运算则可以通过Verilog中的逻辑运算和移位运算来实现。

通过合理地设计Verilog模块和电路结构，我们可以高效地实现GF(p)的运算，并且可以灵活地扩展到较大的有限素域。

4. 我对有限素域GF(p)的个人观点和理解：在我看来，有限素域GF(p)是一种非常重要的数学概念，它在计算机科学和工程领域有着广泛的应用。

通过Verilog实现GF(p)的运算，我们可以在数字电路中高效地处理GF(p)元素的加法、乘法和逆元运算，从而为各种应用提供了强大的数学基础。

我相信，在将来的工作中，有限素域GF(p)的Verilog实现将会成为数字电路设计的重要组成部分，为各种计算机系统和应用提供更加高效和可靠的数学运算支持。

gf2运算规则GF2运算，又称二次剩余运算，是一种在有限域上进行的数学运算。

其应用广泛，尤其在密码学和计算机科学领域具有重要意义。

本文将详细介绍GF2运算的规则、方法以及在实际应用中的例子，帮助读者更好地理解和掌握这一重要概念。

一、GF2运算的定义和意义GF2，即Galois Field of order 2，表示模2的有限域。

在GF2中，所有元素都是整数，且范围从0到1（不包括1）。

GF2运算的意义在于，在有限域上进行加法、减法、乘法和除法等运算，使得运算结果仍然在该有限域内。

二、GF2运算的规则和方法1.加法运算：同余类之间的加法运算规则与普通加法相同，即异号相加为减，同号相加保持不变。

2.减法运算：减法运算可以转化为加法运算，即a - b = a + (-b)。

3.乘法运算：乘法运算遵循乘法分配律，例如：(a * b) * c = a * (b * c)。

4.除法运算：除法运算采用带余除法，即a ÷ b = a * q + r，其中q为商，r为余数。

5.求逆元：在GF2中，求逆元的方法为扩展欧几里得算法，用于求解a * x ≡ 1 (mod n)的解。

三、GF2运算在实际应用中的例子1.密码学：GF2运算在椭圆曲线密码学（ECC）中具有重要应用。

ECC是一种公钥加密体制，其安全性依赖于椭圆曲线上的离散对数问题。

在ECC中，GF2运算用于表示和处理椭圆曲线上的点。

2.计算机科学：GF2运算在有限域上的计算有助于解决一些复杂数学问题，如求解线性方程组、矩阵运算等。

3.数字信号处理：在数字信号处理领域，GF2运算可用于实现高效的数字滤波器和信号调制解调。

总结：GF2运算作为一种在有限域上进行的数学运算，在数学和实际应用中具有重要价值。

1 有限域基础知识之阿布丰王创作1.1 有限域（Galois域）的构造令 p 为一个素数. 则对任意的一个正整数n，存在一个特征为p，元素个数为 pn 的有限域 GF(pn).注：任意一个有限域，其元素的个数一定为 pn，其中 p 为一个素数（有限域的特征），n 为一个正整数.例1（有限域 GF(p)）令 p 为一个素数，集合GF(p)=Zp={0,1,2,…,p−1}.在 GF(p) 上定义加法⊕ 和乘法⊙ 分别为模 p 加法和模 p 乘法，即任意的a,b∈GF(p)，a⊕b=(a+b)modp, a⊙b=(a⋅b)modp则<GF(p),⊕,⊙> 为一个有 p 个元素的有限域，其中零元素为0，单位元为 1.令 a 为 GF(p) 中的一个非零元素. 由于 gcd(a,p)=1，因此，存在整数 b,c，使得 ab+pc=1. 由此得到 a 的逆元为 a−1=bmodp.域 GF(p) 称为一个素域(prime field).例注1：给定 a 和 p，例1中的等式 ab+pc=1 可以通过扩展的欧几里得除法得到，从而求得 GF(p) 中任意非零元素的逆元.例2（有限域 GF(pn)）从 GF(p) 出发，对任意正整数 n，n≥2，我们可以构造元素元素个数为 pn 的有限域 GF(pn) 如下：令 g(x) 为一个 GF(p) 上次数为 n 的不成约多项式，集合GF(pn)=GF(p)[x]/⟨g(x)⟨={a0+a1x+a2x2+⋯+an−1xn−1 | ai∈GF(p),0≤i≤n−1}在 GF(pn) 上定义加法⊕ 和乘法⊙ 分别为模 g(x) 加法和模g(x) 乘法，即任意的a(x),b(x)∈GF(pn)，a(x)⊕b(x)=a(x)+b(x), a(x)⊙b(x)=(a(x)⋅b(x))modg(x)则<GF(pn),⊕,⊙> 为一个有 pn 个元素，特征为 p 的有限域，其中零元素为 GF(p) 中的 0，单位元为 GF(p) 中的 1.令 a(x) 为 GF(pn) 中的一个非零元素. 由于gcd(a(x),g(x))=1，因此，存在 GF(p) 上的多项式 b(x),c(x)，使得 a(x)b(x)+g(x)c(x)=1. 由此得到 a(x) 的逆元为a−1(x)=b(x)modg(x).域 GF(pn) 称为 GF(p) 的（n 次）扩域(extension field)，而GF(p) 称为 GF(pn) 的子域(subfield).例注2.1：给定 GF(p) 上的多项式 a(x) 和 g(x)，例2中的等式 a(x)b(x)+g(x)c(x)=1 可以通过扩展的欧几里得除法得到，从而求得 GF(pn) 中任意非零元素的逆元.例注2.2：设 GF(q) 是一个含有 q 个元素的有限域. 对任意正整数 n, GF(q) 上的 n 次不成约多项式一定存在. 更进一步，GF(q) 上首项系数为 1 的 n 次不成约多项式的个数为Nq(n)=1n∑d|nμ(nd)qd=1n∑d|nμ(d)qn/d其中μ 为Moebius函数，定义为μ(m)=⟨⟨⟨1(−1)k0如果m=1如果m=p1p2⋯pk,其中p1,p2,…,pk为互不相同的素数其它1.2 有限域的性质令 GF(q) 是一个含有 q 个元素的有限域，F∗q=GF(q)∖{0} 为有限域 GF(q) 中所有非零元素构成的集合. 则在乘法之下 F∗q 是一个有限循环群. 循环群 F∗q 的一个生成元称为有限域 GF(q) 的一个来源根基元.若α∈GF(q) 为一个来源根基元，则GF(q)={0,1,α,α2,…,αq−2}而且αq−1=1，即αq=α.定义：设 GF(q) 是一个含有 q 个元素的有限域，GF(p) 是 GF(q) 的一个含有 p 个元素的子域（p 纷歧定为素数），α∈GF(q).则 GF(p) 上以α 为根，首项系数为 1，而且次数最低的多项式称为α 在 GF(p) 上的极小多项式(minimal polynomial of α over GF(p)).特别地，若α∈GF(q) 为 GF(q) 的一个来源根基元，则α 在GF(p) 上的极小多项式称为 GF(p) 上的一个来源根基多项式(primitive polynomial for GF(q) over GF(p)).定义注1：对任意的α∈GF(q)，α 在 GF(p) 上的极小多项式存在而且唯一，而且α 在 GF(p) 上的极小多项式为 GF(p) 上的一个不成约多项式.定义注2：设α∈GF(q)，则α 和αp 在 GF(p) 上具有相同的极小多项式. 更进一步，集合B(α)={α,αp,αp2,αp3,…,αpi,…}中的元素具有相同的极小多项式. 设 q=pn，则αpn=α. 因此，集合B(α) 中互不相同的元素的个数（记为 r）不超出 n. 可以证明，α 为 GF(q) 的一个来源根基元当且仅当 r=n.定理：设 GF(q) 是一个含有 q 个元素的有限域，GF(p) 是 GF(q) 的一个含有 p 个元素的子域. 设α∈GF(q)，r 为满足αpr=α 的最小正整数. 则α 在 GF(p) 上的极小多项式 g(x) 是一个 r 次不成约多项式，而且B(α)={α,αp,αp2,…,αpr−1}中的元素为 g(x) 在 GF(q) 上的所有分歧的根，即g(x)=(x−α)(x−αp)(x−αp2)⋯(x−αpr−1).注：r 的计算方法如下：设α 在 F∗q 中的阶为 k. 集合Z∗k={m | 0≤m≤k−1,gcd(m,k)=1}在模 k 乘法运算下是一个含有φ(k) 个元素的有限群（其中φ 为欧拉(Euler)函数）. 则 r 等于 pmodk 在 Z∗k 中的阶.推论：设 GF(q) 是一个含有 q 个元素的有限域，GF(p) 是 GF(q) 的一个含有 p 个元素的子域. 设 |GF(q)|=pn，即 q=pn. 设α∈GF(q) 为 GF(q) 的一个来源根基元，则α 在 GF(p) 上的极小多项式 g(x) 的次数为 n，而且g(x)=(x−α)(x−αp)(x−αp2)⋯(x−αpn−1).更进一步，α,αp,αp2,…,αpn−1 均为 GF(q) 的来源根基元.注：设 GF(p) 是一个含有 p 个元素的有限域，n 是任意一个正整数，则 GF(p) 上的 n 次来源根基多项式一定存在. 更进一步，GF(p) 上的首项系数为 1 的 n 次来源根基多项式的个数为φ(pn−1)n，其中φ 为欧拉函数.例3 考虑二元域 GF(2) 上的不成约多项式p(α)=α3+α+1，构造有限域GF(23)=GF(2)[α]/⟨p(α)⟨={0,1,α,α+1,α2,α2+1,α2+α,α2+α+1}.容易验证，α,α2,α3,α4,α5,α6 都是 GF(23) 的来源根基元. GF(2) 上的首项系数为 1 的 3 次来源根基多项式有两个，分别为(i) α,α2,α4 在 GF(2) 上的极小多项式g(x)=(x+α)(x+α2)(x+α4)=x3+x+1(ii) α3,α5,α6 在 GF(2) 上的极小多项式g(x)=x3+x2+1有限域 GF(p) 上的来源根基多项式一定是 GF(p) 上的不成约多项式；但是，GF(p) 上的不成约多项式纷歧定是 GF(p) 上的来源根基多项式.定理：设 GF(q) 是一个含有 q 个元素的有限域，GF(p) 是 GF(q) 的一个含有 p 个元素的子域， g(x) 是 GF(p) 上的一个不成约多项式. 则 g(x) 为 GF(p) 上的来源根基多项式当且仅当 g(x)在 GF(q) 上的根都是 GF(q) 的来源根基元.下面例子说明不成约多项式纷歧定是来源根基多项式.例4 考虑二元域 GF(2) 上的不成约多项式p(x)=x4+x3+x2+x+1，构造有限域GF(24)=GF(2)[x]/⟨p(x)⟨={a+bx+cx2+dx3 | a,b,c,d∈GF(2)}.显然，x∈GF(24). 由于 x5=1，即 x 的阶为 5，因此，x 不是GF(24) 的来源根基元. 于是， p(x) 不是 GF(2) 上的来源根基多项式. 另外，可以验证 x+1 是 GF(24) 的来源根基元.2 Matlab 中的有限域计算函数Matlab 中自带的有限域的计算是在 GF(2m) 上进行的，即在二元域 GF(2) 的扩域中进行计算，其中1≤m≤16.由“1.1 有限域的构造” 的“例2” 可知，我们只需先找到一个 GF(2) 上的 m 次不成约多项式 g(x)，得到集合GF(2)[x]/⟨g(x)⟨，然后定义其上的加法和乘法分别为模 g(x) 加法和模 g(x) 乘法，即得到有限域 GF(2m).然而，这样得到的有限域 GF(2m) 中，元素 x 未必是来源根基元，这将给后面的（乘法）运算带来很多麻烦. 因此，在不成约多项式 g(x) 的挑选上，我们最好选择一个来源根基多项式. 这其实就是 Matlab 中的做法.Matlab 中 GF(2m) 的元素：在 Matlab 中GF(2m):=GF(2)[D]/⟨p(D)⟨，其中 p(D) 为一个 GF(2) 上的 m 次来源根基多项式.GF(2m)={am−1Dm−1+am−2Dm−2+⋯+a1D+a0, | ai∈GF(2),0≤i≤m−1}因此，每个 GF(2m) 中的元素实质上是一个次数小于 m 的多项式，每个元素和多项式之间有“11”对应关系. 例如，取 m=3 和来源根基多项式 p(D)=D3+D+1，则我们得到有限域 GF(23)，其中的元素和多项式之间的对应关系如下：GF(23)G F(2)[D]/⟨p(D)⟩二进制00000110012D0103D+10114D2100GF(23)G F(2)[D]/⟨p(D)⟩二进制5D2+11016D2+D1107D2+D+1111GF(2) 上的多项式由系数组成的二进制所对应的（十进制）数字来暗示. 例如，多项式 p(D)=D3+D+1 的系数组成的二进制为1011，因此，多项式 p(D) 暗示为数字 11.2.1 定义有限域数组在 Matlab 中，函数 gf 用来定义一个有限域数组，函数申明如下：X_GF = GF(X,M,PRIM_POLY)函数创建有限域 GF(2M) 上的一个数组，使用的 GF(2) 上的 M 次来源根基多项式为 PRIM_POLY； M 是一个 1 至 16 之间的整数；数组 X 中的元素为 0 至 2M−1 之间的数.例如，生成有限域 GF(23) 中的所有元素，并令来源根基多项式为 p(D)=D3+D2+1.>> GF8 = gf(0:7,3,13)GF8 = GF(2^3) array. Primitive polynomial = D^3+D^2+1 (13 decimal)Array elements =0 1 2 3 4 5 6 7如果不指定来源根基多项式，则 Matlab 将使用默认来源根基多项式. 例如>> gf(0:7,3)ans = GF(2^3) array. Primitive polynomial = D^3+D+1 (11 decimal)Array elements =0 1 2 3 4 5 6 7在这里例子中，Matlab 使用了 3 次来源根基多项式 D3+D+1.如果不指定次数 M 和来源根基多项式 PRIM_POLY，则生成二元域GF(2) 中的元素.>> gf(0:1)ans = GF(2) array.Array elements =0 1生成的有限域中的数组可以介入运算（+、、.、.^、\等). 注意：介入运算的操纵数必须来自同一个有限域，用于生成有限域的来源根基多项式也必须相同！一个典型的例子是计算有限域的乘法表如下：>> GF8 = gf(0:7,3)GF8 = GF(2^3) array. Primitive polynomial = D^3+D+1 (11 decimal)Array elements =0 1 2 3 4 5 6 7>> GF8'*GF8ans = GF(2^3) array. Primitive polynomial = D^3+D+1 (11 decimal)Array elements =0 0 0 0 0 0 0 00 1 2 3 4 5 6 70 2 4 6 3 1 7 50 3 6 5 7 4 1 20 4 3 7 6 2 5 10 5 1 4 2 7 3 60 6 7 1 5 3 2 40 7 5 2 1 6 4 3>> GF8 = gf(0:7,3,13)GF8 = GF(2^3) array. Primitive polynomial = D^3+D^2+1 (13 decimal)Array elements =0 1 2 3 4 5 6 7>> GF8'*GF8Warning: Lookup tables not defined for this order 2^3 and primitive polynomial 13. Arithmetic still workscorrectly but multiplication, exponentiation, and inversion of elements is faster with lookup tables.Use gftable to create and save the lookup tables.> In gf.gettables at 35In gf.mtimes at 20ans = GF(2^3) array. Primitive polynomial = D^3+D^2+1 (13 decimal)Array elements =0 0 0 0 0 0 0 00 1 2 3 4 5 6 70 2 4 6 5 7 1 30 3 6 5 1 2 7 40 4 5 1 7 3 2 60 5 7 2 3 6 4 10 6 1 7 2 4 3 50 7 3 4 6 1 5 2在这里我们用两个分歧的来源根基多项式构造有限域 GF(23)，得到两张分歧的乘法表.注1：当我们计算 GF(2)[D]/⟨D3+D2+1⟨的乘法表时，Matlab 给发生一个警告“Warning: Lookup tables not defined for this order 2^3 and primitive polynomial 13.” 从警告中我们可以看出，Matlab 中有限域的乘法是通过查表来完成的，这样可以显著地提高计算的速度. 我们可以通过命令 gftable 来创建并保管查找表格.注2：用来源根基多项式 D3+D+1 和 D3+D2+1 生成两个分歧的元素个数为 8 的有限域，然而这两个有限域是同构的. 一般地，我们有如下有限域同构定理：定理：任意两个元素个数相同的有限域一定同构.与来源根基元多项式相关的函数primpoly函数 primpoly 用于计算 GF(2) 上的来源根基多项式，函数申明如下：PR = PRIMPOLY(M, OPT, 'nodisplay')其中 M 为来源根基多项式的次数，其取值为 2 至 16 之间的整数；选项 OPT 的定义如下：OPT = 'min' 给出一个权值最小的来源根基多项式OPT = 'max' 给出一个权值最大的来源根基多项式OPT = 'all' 给出所有的来源根基多项式OPT = L 给出所有权值为L的来源根基多项式字符串‘nodisplay’ 用于关闭默认的来源根基多项式显示方式.例如，输出 GF(2) 上所有次数为 3 的来源根基多项式.>> primpoly(3,'all')Primitive polynomial(s) =D^3+D^1+1D^3+D^2+1ans =1113>> primpoly(3,'all','nodisplay')ans =1113isprimitive函数 isprimitive 用来检查 GF(2) 上的多项式是否为来源根基多项式，函数申明如下：CK = ISPRIMITIVE(A)其中 A 为一个暗示多项式的数字，而且暗示的多项式的次数不克不及超出 16. 如果 A 为来源根基多项式，则返回 1；否则返回0.例如，检查多项式 D3+D2+1 和 D3+D2+D+1 是否为来源根基多项式如下：>> isprimitive(13)ans =1>> isprimitive(15)ans =。

gf2运算规则【原创版】目录1.GF2 运算规则的概述2.GF2 运算规则的定义和性质3.GF2 运算规则的运算方法4.GF2 运算规则的应用领域正文【1.GF2 运算规则的概述】GF2 运算规则，全称为 Galois Field 2 运算规则，是一种基于伽罗华理论的数学运算规则。

GF2 运算规则是在有限域上的一种运算方式，其有限域的元素个数为 2，即只有两个元素：0 和 1。

这种规则在密码学、编码理论等领域具有广泛的应用。

【2.GF2 运算规则的定义和性质】GF2 运算规则的定义是基于伽罗华理论的，其基本运算包括加法、乘法和乘法逆元。

GF2 运算规则的性质包括：1）封闭性，即 GF2 域中的加法、乘法运算结果仍属于 GF2 域；2）结合律，即对于 GF2 域中的任意元素 a、b、c，有 (a+b)+c=a+(b+c)；3）交换律，即对于 GF2 域中的任意元素 a、b，有 a*b=b*a；4）分配律，即对于 GF2 域中的任意元素 a、b、c，有 a*(b+c)=a*b+a*c。

【3.GF2 运算规则的运算方法】GF2 运算规则的运算方法主要包括加法、乘法和乘法逆元。

其中，加法运算直接将两个元素相加即可；乘法运算是将两个元素通过异或（XOR）操作得到结果；乘法逆元运算是在 GF2 域中寻找一个元素，使得该元素与另一个元素相乘的结果为 1。

GF2 运算规则的运算方法在硬件实现上具有较高的效率。

【4.GF2 运算规则的应用领域】GF2 运算规则在多个领域具有广泛的应用。

在密码学领域，GF2 运算规则被用于基于格的密码体制（如 NTRU 加密算法）中，这种密码体制具有较高的安全性和效率；在编码理论领域，GF2 运算规则被用于低密度奇偶校验码（LDPC 码）的编码和解码，这种编码方式具有较高的纠错性能。

有限域加减乘法有限域加减乘法是代数学中的重要概念，它在密码学、编码理论、有限域理论等领域有着广泛的应用。

本文将介绍有限域加减乘法的基本概念和运算规则，并探讨其在实际应用中的意义。

有限域，又称为伽罗瓦域，是一种具有有限个元素的域结构。

有限域加减乘法即是在有限域上进行加法、减法和乘法运算。

有限域的元素个数称为域的阶数，用q表示。

在有限域上进行加法和减法运算时，需要满足以下几个规则：1. 封闭性：对于任意两个有限域元素a和b，a+b和a-b仍然是有限域中的元素，即加减的结果仍在有限域中。

2. 结合律：对于任意三个有限域元素a、b和c，(a+b)+c = a+(b+c)，(a-b)-c = a-(b+c)。

3. 交换律：对于任意两个有限域元素a和b，a+b = b+a，a-b = b-a。

4. 零元素：有限域中存在一个特殊的元素0，对于任意有限域元素a，a+0 = a，a-0 = a。

5. 负元素：对于任意有限域元素a，存在一个元素-b，使得a+b = 0，这个元素-b称为a的负元素。

在有限域上进行乘法运算时，还需要满足以下规则：1. 封闭性：对于任意两个有限域元素a和b，a*b仍然是有限域中的元素，即乘法的结果仍在有限域中。

2. 结合律：对于任意三个有限域元素a、b和c，(a*b)*c = a*(b*c)。

3. 交换律：对于任意两个有限域元素a和b，a*b = b*a。

4. 单位元素：有限域中存在一个特殊的元素1，对于任意有限域元素a，a*1 = a。

5. 非零元素的逆元素：对于任意非零有限域元素a，存在一个元素a^-1，使得a*a^-1 = 1。

有限域加减乘法在密码学中有着重要的应用。

例如，RSA加密算法中的加解密过程就涉及到有限域加减乘法。

在RSA算法中，需要对大素数进行加减乘法运算，以实现数据的加密和解密。

有限域加减乘法的运算规则保证了加解密的正确性和安全性。

有限域加减乘法还在编码理论中扮演着重要角色。