有限域算术

有限體運算是抽象代數中的一個概念，尤指在有限體之中進行的運算。其中有限體是一種體，所以包含的元素數量是有限的。作為比較，無限體運算則指在有無限多元素的體(如有理數)中的運算。

不同的有限體有無限多種，它們的勢(英語：Cardinality)皆以 ${\displaystyle p^{n}}$ 的形式表示，其中 ${\displaystyle \ p}$ 是一個質數； ${\displaystyle n}$ 為自然數。兩個元素數量相同的有限體稱做同構的。${\displaystyle p}$ 同時代表此有限體的特徵數，而${\displaystyle \ n}$ 則是此有限體的維度。

有限體有許多不同的應用，包含編碼理論與線性區塊碼(例如BCH碼和里德-所羅門碼)以及在密碼學中的演算法(例如進階加密標準)等不同领域的应用。

有效多項式表示

伽羅瓦體

有${\displaystyle \ p^{n}}$個元素的有限體可以表示成${\displaystyle \ \mathrm {GF} (p^{n})}$，其中 GF 為伽羅瓦體(英語：Galois field)的縮寫。伽羅瓦體即為有限體的別稱，以紀念現代群論的重要奠基者——埃瓦里斯特·伽羅瓦^[1]。

一個簡單的例子是${\displaystyle \ \mathrm {GF} (p)}$(也能可表示成${\displaystyle \ \mathbf {Z} /p\mathbf {Z} }$ 或 ${\displaystyle \mathbb {F} _{p}}$)，其中${\displaystyle \ p\ }$是一個質數。${\displaystyle \ \mathrm {GF} (p)}$是將正整數作以${\displaystyle \ p\ }$為模的模運算後所得的結構。換言之，我們可以對整數進行加法、減法、乘法的運算，接著再以模運算將結果簡化。因此${\displaystyle \ \mathrm {GF} (p)}$其實也是一種環。

以${\displaystyle \ \mathrm {GF} (5)}$為例

在${\displaystyle \ \mathrm {GF} (5)}$中，${\displaystyle 4+3=2}$ 而不會等於${\displaystyle \ 7}$，這是因為${\displaystyle \ 7_{(}mod\ 5)=2}$。而除法能理解為對其乘法反元素作乘法，並可以使用擴充版的輾轉相除法來計算。

以${\displaystyle \ \mathrm {GF} (2)}$為例

${\displaystyle \ \mathrm {GF} (2)}$的加法为XOR，而乘法是AND。由于唯一具有倒数的元素是数字1，除法则是恆等函數。

GF(pⁿ)的元素可表示为，在GF(p)之上严格小于n次数的多项式。运算则实行在先模除R，而R是一则在GF(p)之上，拥有n次数的不可约多项式，例如运用多项式长除法。两则多项式P和Q则按常规运算；乘法则按如下进行：先按常规计算W = P⋅Q，然后计算模除R之后的余项(存在有更方便方法)。

当素数是2时，一般按常规可以把GF(pⁿ)的元素表示为二进制数，按对应元素的二进制表示，多项式的每一项表示为一比特的，相对应元素的二进制数位，并且括号( "{"和"}" )或类似的分隔符也普遍附加于这些二进制数，或对应它们的十六进制的同等数，以表明数值确确是域内的一则元素。例如，下列数都在具有2的特征下持有相同的数值。

多项式: x⁶ + x⁴ + x + 1

二进制: {01010011}

十六进制: {53}

加法和减法

加法和减法可实施在加与减这两则多项式，再而使用模除其特征值以简化。

在一则特征值为2的有限域之中，加法模2，减法模2，如同使用XOR，因此：

多项式：(x⁶ + x⁴ + x + 1) + (x⁷ + x⁶ + x³ + x) = x⁷ + x⁴ + x³ + 1

二进制： {01010011} + {11001010} = {10011001}

十六进制：{53} + {CA} = {99}

在常规的无限域的多项式的加法下，计算之和需要包含单项 2x⁶，但在有限域的加法下，0x⁶则被去掉，因为其计算结果被模2所消除。

下列是一则包含有对于一些多项式的，常规代数计算和与特征值为2的有限域的计算和，一同列出的图表。

p1	p2	p1 + p2 (normal algebra)	p1 + p2 in GF(2n)
x3 + x + 1	x3 + x2	2x3 + x2 + x + 1	x2 + x + 1
x4 + x2	x6 + x2	x6 + x4 + 2x2	x6 + x4
x + 1	x2 + 1	x2 + x + 2	x2 + x
x3 + x	x2 + 1	x3 + x2 + x + 1	x3 + x2 + x + 1
x2 + x	x2 + x	2x2 + 2x	0

在计算机科学的诸多应用程序之中，特征值为2的有限域运算被简单化，称之为GF(2ⁿ) 伽罗瓦域，使的这些领域在应用程序中，体现出一种特别大众化的选择。

乘法

乘法是在有限域之内，把乘积模除于，一则用来表示有限域的，简约过的不可约多项式。 (换句话说， 乘法再跟上使用，简约了的多项式充当除数的除法，然后余数则是它们的乘积。) 符号 "•" 可以用作于在有限域之内的乘法。