Алгоритм Монтгомери — приём, позволяющий ускорить выполнение операций умножения и возведения в квадрат, необходимых при возведении числа в степень по модулю, когда модуль велик (порядка сотен бит). Был предложен в 1985 году Питером Монтгомери.

По данным целым числам a, b < n, r, НОД алгоритм Монтгомери вычисляет

В приложениях обычно берётся , так как в этом случае деление с остатком и умножение на , используемые внутри алгоритма, происходят быстро.

Умножение Монтгомери Определим n-остаток (n-residue) числа как .

Алгоритм Монтгомери использует свойство, что множество является полной системой вычетов, то есть содержит все числа от 0 до n-1.

MonPro вычисляет . Результат является n-остатком от , так как

Определим n' так, что . и можно вычислить с помощью расширенного алгоритма Евклида.

Функция 1. 2. 3. while 4. return

При операции умножения и деления на выполняются очень быстро, так как представляют собой просто сдвиги бит, а при цикл в строчке 3 выполнится не более одного раза. Таким образом алгоритм Монтгомери быстрее обычного вычисления , которое содержит деление на n. Однако вычисление n' и перевод чисел в n-остатки и обратно — трудоёмкие операции, вследствие чего применять алгоритм Монтгомери при однократном вычислении произведения двух чисел представляется неразумным.

Возведение в степень Монтгомери Использование алгоритма Монтгомери оправдывает себя при возведении числа в степень по модулю .

Функция 1. 2. 3. for i=j-1 downto 0

if then 4. return

Возведение числа в степень битовой длины k алгоритмом «возводи в квадрат и перемножай» включает в себя от k до 2k умножений, где k имеет порядок сотен или тысяч бит. При использовании алгоритма возведения в степень Монтгомери объём дополнительных вычислений фиксирован (вычисления , , в начале и в конце), а операция MonPro выполняется быстрее обычного умножения по модулюAnalyzing and Comparing Montgomery Multiplication Algorithms , поэтому алгоритм возведения в степень Монтгомери даст выигрыш в производительности по сравнению с алгоритмом «возводи в квадрат и перемножай».

Примечания

Литература Analyzing and Comparing Montgomery Multiplication Algorithms

Категория:Теоретико-числовые алгоритмы Категория:Длинная арифметика