蒙哥马利算法－快速幂模

蒙哥马利幂模运算 - 简介

           蒙哥马利(Montgomery)幂模运算是快速计算a^b%k的一种算法，是RSA加密算法的核心之一。

蒙哥马利幂模运算 - 特点及原理

          蒙哥马利模乘的优点在于减少了取模的次数（在大数的条件下）以及简化了除法的复杂度（在2的k次幂的进制下除法仅需要进行左移操作）。

模幂运算是RSA 的核心算法，gh最直接地决定了RSA 算法的性能。 针对快速模幂运算这一课题，西方现代数学家提出了大量的解决方案，通常都是

先将幂模运算转化为乘模运算。 

例如求D=C^15%N
由于：a*b % n = (a % n)*(b % n) % n
所以令：
　　C1 =C*C % N =C^2 % N
　　C2 =C1*C % N =C^3 % N
　　C3 =C2*C2 % N =C^6 % N
　　C4 =C3*C % N =C^7 % N
　　C5 =C4*C4 % N =C^14 % N
　　C6 =C5*C % N =C^15 % N
即：对于E=15的幂模运算可分解为6 个乘模运算，归纳分析以上方法可以发现：
对于任意指数E，都可采用以下算法计算D=C**E % N：
　　D=1
　　WHILE E>=0
　　IF E%2=0
　　C=C*C % N
　　E=E/2
　　ELSE
　　D=D*C % N
　　E=E-1
　　RETURN D
　　继续分析会发现，要知道E 何时能整除 2，并不需要反复进行减一或除二的操作，只需验证E 的二进制各位是0 还是1 就可以了，从左至右或从右至左验证都可以，从左至右会更简洁，
　　设E=Sum[i=0 to n](E*2**i)，0<=E<=1
　　则：
　　D=1
　　FOR i=n TO 0
　　D=D*D % N
　　IF E=1
　　D=D*C % N

 

　　RETURN D

 

这样，模幂运算就转化成了一系列的模乘运算。

蒙哥马利幂模运算 - C++实现

/*例如求D=C^15%N
由于：C*k % n = (C % n)*(k % n) % n
所以令:
C1 = C*C % N =C^2 % N		1	15
C2 = C1*C % N =C^3 % N		3	7
C3 = C2*C2 % N =C^6 % N
C4 = C3*C % N =C^7 % N		7	3
C5 = C4*C4 % N =C^14 % N
C6 = C5*C % N =C^15 % N		15	1
蒙哥马利算法*/

#include 
using namespace std;

//base 底数，exponential　指数，mod 模
__int64 base,exp,mod;					//base^exp % mod

__int64 Montgomery()
{
	__int64 res = 1;
	while(exp)
	{
		if ( exp&1 )
			res = (res*base) % mod;
		exp >>= 1;
		base = (base*base) % mod;
	}
	return res;
}
int main()
{
	int T;
	cin >> T;
	while(T--)
	{
		cin >> base >> exp >> mod;
		cout << Montgomery() << endl;
	}
	return 0;
}