Вы не правы. Произведение двух разных простых чисел вида 4k+3 является числом вида 4k+1, однако не представляется в виде суммы двух квадратов. Например 77 не удастся представить в таком виде. Соответственно при простом k, число

представляется в виде суммы двух квадратов, только если это число не имеет делителей вида 11(mod 12) в нечётной степени.
Но доказать, что существует бесконечное множество простых k с таким условием сложно.
Вроде проще рассмотреть k, являющейся степенью тройки и показать, что в этом случае не имеется простых делителей вида 11(mod 12)/