powmod 函数 原理

最近研究了下网易云音乐的登录机制,涉及到了RSA算法,最初在编写幂运算求模这部分时,直接先幂运算然后再求余,发现效率及其低下,但是由于common lisp里没有提供类似于powmod之类的函数,决定参考资料重写一个。

首先,这个问题用数学表示就是:求一个整数X的N次方除以某个整数P的余数。
用数学公式表示则如下:

经过研究,主要可以基于这两个推导公式写出:


(x * y) % p = (x * (y % p)) % p = ((x % p) * (y % p)) % p
(x ^ n) % p = ((x % p) ^ n) % p

(^ 表示幂运算, % 表示取余)

举例,
当n为偶数时:
x^n % m ==> (x^(n / 2))^2 % m ==> (x^(n / 2) % m)^2 % m

当n为奇数时:
x^n % m ==> (x * x^(n - 1)) % m ==> (x * (x^(n - 1) % m)) % m

最终,我们根据这种思路,可以得出如下递归方式的代码:

(defun square (x)
  (* x x))

(defun expt-mod (base exponent modulus)
  (if (= exponent 0)
      1
      (if (evenp exponent)
          (mod (square (expt-mod base (/ exponent 2) modulus)) modulus)
          (mod (* base (expt-mod base (- exponent 1) modulus)) modulus))))
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