Non-linear polynomial systems over finite fields are used to model functional behavior of cryptosystems, with applications in system security, computer cryptography, and post-quantum cryptography. Solving polynomial systems is also one of the most difficult problems in mathematics. In this paper, we propose an automated reasoning procedure for deciding the satisfiability of a system of non-linear equations over finite fields. We introduce zero decomposition techniques to prove that polynomial constraints over finite fields yield finite basis explanation functions. We use these explanation functions in model constructing satisfiability solving, allowing us to equip a CDCL-style search procedure with tailored theory reasoning in SMT solving over finite fields. We implemented our approach and provide a novel and effective reasoning prototype for non-linear arithmetic over finite fields.


翻译:非线性多项式系统经常被用于建模密码系统的功能行为,这类系统在系统安全、计算机密码学以及后量子密码学等领域具有广泛应用。然而,解决多项式系统是数学中最困难的问题之一。在本文中,我们提出了一种自动推理过程,用于判断非线性方程组在有限域上是否具有满足条件的解。我们引入了零点分解技术,证明有限域上的多项式约束会生成有限基础解释函数。我们使用这些解释函数进行模型构造的满足性求解,从而使得SMT求解在有限域的CDCL风格搜索过程中,具备了定制的理论推理功能。我们实现了该方法,并为处理有限域上的非线性算术问题提供了新颖的有效推理原型。

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