Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology (정보보호학회논문지)

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Efficient Computation of Square Roots in Finite Fields $F{_p}{^{k}}$

유한체 $F{_p}{^{k}}$에서 효율적으로 제곱근을 구하는 알고리즘들

  • Published : 2008.12.31
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Abstract

In this paper we study exponentiation in finite fields $F{_p}{^{k}}$(k is odd) with very special exponents such as they occur in algorithms for computing square roots. Our algorithmic approach improves the corresponding exponentiation independent of the characteristic of $F{_p}{^{k}}$. To the best of our knowledge, it is the first major improvement to the Tonelli-Shanks algorithm, for example, the number of multiplications can be reduced to at least 60% on average when $p{\equiv}1$ (mod 16). Several numerical examples are given that show the speed-up of the proposed methods.

본 논문에서는 확장체 $F{_p}{^{k}}$(k 홀수) 에서 효율적으로 제곱근을 구하는 방법을 제안한다. 제곱근을 구하는 알고리즘은 표수 p의 조건에 따라서 여러 가지 방법들이 제안되었다. 특히, 알고리즘을 구성하는 중심 되는 연산 중의 하나가 지수승연산이다. 본 연구에서는 기존의 제곱근을 구하는 알고리즘에 사용되는 지수승의 지수들이 표수 p을 활용한 p-진법으로 표현할 경우, 특별한 형태의 주기성을 가지는 표현으로 나타내어짐을 증명하고, 이것을 활용해 기존의 알고리즘들을 효율적으로 계선하는 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 방법은 표수 p의 조건에 의존하지 않고, 지수승 기반의 기존의 모든 제곱근 알고리즘에 적용 가능하다는 장점을 가지고 있다. 지금까지 알려진 바로는, 본 논문이 처음으로 Tonelli-Shanks 알고리즘을 효율적으로 개선하였으며, $p{\equiv}1$ (mod 16) 인 경우 60% 이상의 효율성 증대가 있었다. 다른 제곱근 알고리즘에 적용한 결과들도 비교표들을 이용해 언급되어 있으며, 기존의 방법들에 비해 상당히 효율적임을 나타내고 있다.

Keywords

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