Method for Calculating Field Convolution Based on the Decomposition of a Multi-Valued Extended Galois Field

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance. One of the unsolved problems of the theory of error-correcting coding is the problem of constructing decoders of long codes with low computational complexity. From the point of view of algebraic coding theory, the cornerstone for this is the operation of multiplying two polynomials a and b over the field GF(qk) modulo the third polynomial g. As q and k increase, the use of methods for calculating the field convolution based on the logarithm and antilogarithm operations becomes ineffective due to the use of a large amount of memory for constructing tables. Simplified implementations of the field convolution using the asymmetry of the accompanying matrix and analytical (non-tabular) methods of logarithm and antilogarithm using Zhegalkin polynomials have been developed only for q = 2. Multipliers based on shift registers have a significantly lower speed for large q and k.The aim of the study is to find options for reducing the computational complexity of the field convolution operation in multivalued extended Galois fields during its synthesis in the logical basis "AND"‒"OR"‒"NOT". Methods. An analysis of single-cycle methods for multiplying elements of a multivalued extended Galois field specified in vector or polynomial form for various power bases is carried out. Examples of calculating field convolutions in multivalued Galois fields by various methods are given. The structure of the considered type of fields is studied. Results. It is shown that addition and multiplication operations in the field GF(q) synthesized on the elements of the logical basis "AND"‒"OR"‒"NOT" make the main contribution to the complexity of the resulting logical circuit. It is revealed that using the property of decomposition of the field GF(qk) into subsets by the power of the primitive element of the field GF(q) allows to reduce the number of multiplication operations. A field convolution method based on the matrix method and the Hankel ‒ Toeplitz transform is proposed, taking into account the field structure, which allows to reduce the total number of logical elements and increase the performance of the designed circuit solution, namely, to reduce the Quine price and the circuit rank. A comparative assessment of the developed method is given. Scientific novelty. For the first time, a method of field convolution of two vectors in the field GF(qk) is proposed, one of which is presented in the indicator form. Theoretical / Practical significance. A new method for calculating the field convolution based on the decomposition of a multivalued extended Galois field is proposed. Reduction of the total number of logical operations is proved. The proposed solution can be used in the synthesis of encoding and decoding devices for multi-valued (symbolic) codes on binary logic elements.

About the authors

I. V. Ulyanov

Academy of the Federal Security Service of the Russian Federation

Email: lopi2.lll@mail.ru

References

  1. Рахман П.А. Кодирование информации с применением кодов Рида-Соломона. Уфа: УГНТУ, 2012. 167 с.
  2. Когновицкий О.С. Теория, методы и алгоритмы решения задач в телекоммуникациях на основе двойственного базиса и рекуррентных последовательностей. Дис. … докт. техн. наук. СПб.: СПбГУТ, 2011. 427 с. EDN:QFKYXL
  3. Муттер В.М. Основы помехоустойчивой телепередачи информации. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. 288 с.
  4. Когновицкий О.С., Сюрин В.Н., Ассанович Б.А. Метод вычисления логарифма в конечном поле GF(2m) // Девятая всесоюзная конференция по теории кодирования и передачи информации. Часть 1. Тезисы докладов. Одесса, 1988. С. 100‒102.
  5. Рахман П.А. Рекуррентный алгоритм вычисления усеченной свертки полиномов над полем Галуа и его аппаратная реализация // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12-2. С. 231‒235. EDN:SZAEYV
  6. Иванова И.В. Научные основы создания автоматизированных систем кодирования данных в конечных полях Галуа методами дискретной алгебры Клини. Дис. … докт. техн. наук. СПб.: СЗТУ, 2005. 276 с. EDN:NNZFPD
  7. Берлекэмп Э.Р. Алгебраическая теория кодирования. Пер. с англ. М.: Мир, 1971. 478 с.
  8. Мак-Вильяме Ф.Дж., Споэн Н.Дж.А. Теория кодов, исправляющих ошибки. Пер. с англ. М: Связь, 1979. 744 с.
  9. Касами Т., Токура Н., Ивадари Е., Ирагаки Я. Теория кодирования. М.: Мир, 1978. 576 с.
  10. Рахман П.А. Арифметика двоичного поля Галуа на базе быстрого умножения и инвертирования элементов поля и ее аппаратная реализация // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12-3. С. 403‒408. EDN:VBUMBJ
  11. Листопад Е.В., Петровский А.А. Особенности реализации операций умножения элементов поля Галуа на FPGA // 53-я научная конференция аспирантов, магистров и студентов БГУИР (Минск, Республика Беларусь, 2‒6 мая 2017 г.). Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 2017. С. 234‒235.
  12. Касперски К. Полиномиальная арифметика и поля Галуа, или информация, воскресшая из пепла II // Системный администратор. 2003;10(11):84‒90. EDN:RDELQN
  13. Салимов Г.Ю. Предложения по реализации умножения в поле Галуа над неприводимым многочленом на примере преобразования L в алгоритме ГОСТ Р 34.1 2 2015 // XXII научно-практическая конференция «РусКрипто 2020» (17‒29 марта 2020 г.) 2020. URL: https://ruscrypto.ru/resource/archive/rc2020/files/14_salimov.pdf (дата обращения 17.04.2025)
  14. Лидл Р., Нидеррайтер Г. Конечные поля. Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 818 с.
  15. Габидулин Э.М., Афанасьев В.Б. Кодирование в радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1986. 176 с.
  16. Питерсон Ч., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. Пер. с англ. М.: Мир, 1976. 594 с.
  17. Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987. 391 с.
  18. Золотарев В.В. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования. М.: Радио и связь, 2006. 266 с.
  19. Трифонов П.В. Основы помехоустойчивого кодирования. СПб.: Университет ИТМО, 2022. 231 с.
  20. Ишмухаметов Ш.Т., Латыпов Р.Х., Столов Е.Л., Рубцова Р.Г. Введение в теорию чисел и теорию кодирования: учебное пособие. Казань: Казанский университет, 2014. 65 с.
  21. Ишмухаметов Ш.Т., Рубцова Р.Г. Вычисления в конечных полях: учебно-методическое пособие. Казань: Казанский университет, 2019. 23 с.
  22. Назарова А.К., Локтионова О.Е., Спесивцев Г.А. Карты Карно // Международная научно-практическая конференция «Моделирование информационных систем и технологий» (Воронеж, Российская Федерация, 02 апреля 2024 г.). Воронеж: Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова, 2024. С. 116‒121. EDN:JPIWIW
  23. Исмагилова Е.И. Булевы функции и построение логических схем. М.: МИРЭА, 2015. 160 с.
  24. Цирлер Н. Линейные возвратные последовательности // Кибернетический сборник. 1963. № 6. С. 31‒48.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).