375 lines
6.6 KiB
C
375 lines
6.6 KiB
C
|
/*
|
||
|
*
|
||
|
* bn_mont2.c
|
||
|
*
|
||
|
* Montgomery Modular Arithmetic Functions.
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||
|
*
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||
|
* Copyright (C) Lenka Fibikova 2000
|
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|
*
|
||
|
*
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||
|
*/
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||
|
|
||
|
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||
|
#include <stdio.h>
|
||
|
#include <stdlib.h>
|
||
|
#include <assert.h>
|
||
|
|
||
|
#include "bn.h"
|
||
|
#include "bn_modfs.h"
|
||
|
#include "bn_mont2.h"
|
||
|
|
||
|
#define BN_mask_word(x, m) ((x->d[0]) & (m))
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||
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|
BN_MONTGOMERY *BN_mont_new()
|
||
|
{
|
||
|
BN_MONTGOMERY *ret;
|
||
|
|
||
|
ret=(BN_MONTGOMERY *)malloc(sizeof(BN_MONTGOMERY));
|
||
|
|
||
|
if (ret == NULL) return NULL;
|
||
|
|
||
|
if ((ret->p = BN_new()) == NULL)
|
||
|
{
|
||
|
free(ret);
|
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|
return NULL;
|
||
|
}
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||
|
|
||
|
return ret;
|
||
|
}
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|
void BN_mont_clear_free(BN_MONTGOMERY *mont)
|
||
|
{
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|
if (mont == NULL) return;
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||
|
|
||
|
if (mont->p != NULL) BN_clear_free(mont->p);
|
||
|
|
||
|
mont->p_num_bytes = 0;
|
||
|
mont->R_num_bits = 0;
|
||
|
mont->p_inv_b_neg = 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
int BN_to_mont(BIGNUM *x, BN_MONTGOMERY *mont, BN_CTX *ctx)
|
||
|
{
|
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|
assert(x != NULL);
|
||
|
|
||
|
assert(mont != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
|
||
|
assert(ctx != NULL);
|
||
|
|
||
|
if (!BN_lshift(x, x, mont->R_num_bits)) return 0;
|
||
|
if (!BN_mod(x, x, mont->p, ctx)) return 0;
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
static BN_ULONG BN_mont_inv(BIGNUM *a, int e, BN_CTX *ctx)
|
||
|
/* y = a^{-1} (mod 2^e) for an odd number a */
|
||
|
{
|
||
|
BN_ULONG y, exp, mask;
|
||
|
BIGNUM *x, *xy, *x_sh;
|
||
|
int i;
|
||
|
|
||
|
assert(a != NULL && ctx != NULL);
|
||
|
assert(e <= BN_BITS2);
|
||
|
assert(BN_is_odd(a));
|
||
|
assert(!BN_is_zero(a) && !a->neg);
|
||
|
|
||
|
|
||
|
y = 1;
|
||
|
exp = 2;
|
||
|
mask = 3;
|
||
|
if((x = BN_dup(a)) == NULL) return 0;
|
||
|
if(!BN_mask_bits(x, e)) return 0;
|
||
|
|
||
|
xy = ctx->bn[ctx->tos];
|
||
|
x_sh = ctx->bn[ctx->tos + 1];
|
||
|
ctx->tos += 2;
|
||
|
|
||
|
if (BN_copy(xy, x) == NULL) goto err;
|
||
|
if (!BN_lshift1(x_sh, x)) goto err;
|
||
|
|
||
|
|
||
|
for (i = 2; i <= e; i++)
|
||
|
{
|
||
|
if (exp < BN_mask_word(xy, mask))
|
||
|
{
|
||
|
y = y + exp;
|
||
|
if (!BN_add(xy, xy, x_sh)) goto err;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
exp <<= 1;
|
||
|
if (!BN_lshift1(x_sh, x_sh)) goto err;
|
||
|
mask <<= 1;
|
||
|
mask++;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
#ifdef TEST
|
||
|
if (xy->d[0] != 1) goto err;
|
||
|
#endif
|
||
|
|
||
|
if (x != NULL) BN_clear_free(x);
|
||
|
ctx->tos -= 2;
|
||
|
return y;
|
||
|
|
||
|
|
||
|
err:
|
||
|
if (x != NULL) BN_clear_free(x);
|
||
|
ctx->tos -= 2;
|
||
|
return 0;
|
||
|
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_set(BIGNUM *p, BN_MONTGOMERY *mont, BN_CTX *ctx)
|
||
|
{
|
||
|
assert(p != NULL && ctx != NULL);
|
||
|
assert(mont != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(!BN_is_zero(p) && !p->neg);
|
||
|
|
||
|
|
||
|
mont->p_num_bytes = p->top;
|
||
|
mont->R_num_bits = (mont->p_num_bytes) * BN_BITS2;
|
||
|
|
||
|
if (BN_copy(mont->p, p) == NULL);
|
||
|
|
||
|
mont->p_inv_b_neg = BN_mont_inv(p, BN_BITS2, ctx);
|
||
|
mont->p_inv_b_neg = 0 - mont->p_inv_b_neg;
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
static int BN_cpy_mul_word(BIGNUM *ret, BIGNUM *a, BN_ULONG w)
|
||
|
/* ret = a * w */
|
||
|
{
|
||
|
if (BN_copy(ret, a) == NULL) return 0;
|
||
|
|
||
|
if (!BN_mul_word(ret, w)) return 0;
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_red(BIGNUM *y, BN_MONTGOMERY *mont, BN_CTX *ctx)
|
||
|
/* yR^{-1} (mod p) */
|
||
|
{
|
||
|
int i;
|
||
|
BIGNUM *up, *p;
|
||
|
BN_ULONG u;
|
||
|
|
||
|
assert(y != NULL && mont != NULL && ctx != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(BN_cmp(y, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(!y->neg);
|
||
|
|
||
|
|
||
|
if (BN_is_zero(y)) return 1;
|
||
|
|
||
|
p = mont->p;
|
||
|
up = ctx->bn[ctx->tos];
|
||
|
ctx->tos += 1;
|
||
|
|
||
|
|
||
|
for (i = 0; i < mont->p_num_bytes; i++)
|
||
|
{
|
||
|
u = (y->d[0]) * mont->p_inv_b_neg; /* u = y_0 * p' */
|
||
|
|
||
|
if (!BN_cpy_mul_word(up, p, u)) goto err; /* up = u * p */
|
||
|
|
||
|
if (!BN_add(y, y, up)) goto err;
|
||
|
#ifdef TEST
|
||
|
if (y->d[0]) goto err;
|
||
|
#endif
|
||
|
if (!BN_rshift(y, y, BN_BITS2)) goto err; /* y = (y + up)/b */
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
if (BN_cmp(y, mont->p) >= 0)
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_sub(y, y, mont->p)) goto err;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
ctx->tos -= 1;
|
||
|
return 1;
|
||
|
|
||
|
err:
|
||
|
ctx->tos -= 1;
|
||
|
return 0;
|
||
|
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_mod_mul(BIGNUM *r, BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_MONTGOMERY *mont, BN_CTX *ctx)
|
||
|
/* r = x * y mod p */
|
||
|
/* r != x && r! = y !!! */
|
||
|
{
|
||
|
BIGNUM *xiy, *up;
|
||
|
BN_ULONG u;
|
||
|
int i;
|
||
|
|
||
|
|
||
|
assert(r != x && r != y);
|
||
|
assert(r != NULL && x != NULL && y != NULL && mont != NULL && ctx != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(BN_cmp(x, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(BN_cmp(y, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(!x->neg);
|
||
|
assert(!y->neg);
|
||
|
|
||
|
if (BN_is_zero(x) || BN_is_zero(y))
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_zero(r)) return 0;
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
xiy = ctx->bn[ctx->tos];
|
||
|
up = ctx->bn[ctx->tos + 1];
|
||
|
ctx->tos += 2;
|
||
|
|
||
|
if (!BN_zero(r)) goto err;
|
||
|
|
||
|
for (i = 0; i < x->top; i++)
|
||
|
{
|
||
|
u = (r->d[0] + x->d[i] * y->d[0]) * mont->p_inv_b_neg;
|
||
|
|
||
|
if (!BN_cpy_mul_word(xiy, y, x->d[i])) goto err;
|
||
|
if (!BN_cpy_mul_word(up, mont->p, u)) goto err;
|
||
|
|
||
|
if (!BN_add(r, r, xiy)) goto err;
|
||
|
if (!BN_add(r, r, up)) goto err;
|
||
|
|
||
|
#ifdef TEST
|
||
|
if (r->d[0]) goto err;
|
||
|
#endif
|
||
|
if (!BN_rshift(r, r, BN_BITS2)) goto err;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
for (i = x->top; i < mont->p_num_bytes; i++)
|
||
|
{
|
||
|
u = (r->d[0]) * mont->p_inv_b_neg;
|
||
|
|
||
|
if (!BN_cpy_mul_word(up, mont->p, u)) goto err;
|
||
|
|
||
|
if (!BN_add(r, r, up)) goto err;
|
||
|
|
||
|
#ifdef TEST
|
||
|
if (r->d[0]) goto err;
|
||
|
#endif
|
||
|
if (!BN_rshift(r, r, BN_BITS2)) goto err;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
if (BN_cmp(r, mont->p) >= 0)
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_sub(r, r, mont->p)) goto err;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
ctx->tos -= 2;
|
||
|
return 1;
|
||
|
|
||
|
err:
|
||
|
ctx->tos -= 2;
|
||
|
return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_mod_add(BIGNUM *r, BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_MONTGOMERY *mont)
|
||
|
{
|
||
|
assert(r != NULL && x != NULL && y != NULL && mont != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(BN_cmp(x, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(BN_cmp(y, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(!x->neg);
|
||
|
assert(!y->neg);
|
||
|
|
||
|
if (!BN_add(r, x, y)) return 0;
|
||
|
if (BN_cmp(r, mont->p) >= 0)
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_sub(r, r, mont->p)) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_mod_sub(BIGNUM *r, BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_MONTGOMERY *mont)
|
||
|
{
|
||
|
assert(r != NULL && x != NULL && y != NULL && mont != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(BN_cmp(x, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(BN_cmp(y, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(!x->neg);
|
||
|
assert(!y->neg);
|
||
|
|
||
|
if (!BN_sub(r, x, y)) return 0;
|
||
|
if (r->neg)
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_add(r, r, mont->p)) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_mod_lshift1(BIGNUM *r, BIGNUM *x, BN_MONTGOMERY *mont)
|
||
|
{
|
||
|
assert(r != NULL && x != NULL && mont != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(BN_cmp(x, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(!x->neg);
|
||
|
|
||
|
if (!BN_lshift1(r, x)) return 0;
|
||
|
|
||
|
if (BN_cmp(r, mont->p) >= 0)
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_sub(r, r, mont->p)) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
int BN_mont_mod_lshift(BIGNUM *r, BIGNUM *x, int n, BN_MONTGOMERY *mont)
|
||
|
{
|
||
|
int sh_nb;
|
||
|
|
||
|
assert(r != NULL && x != NULL && mont != NULL);
|
||
|
assert(mont->p != NULL);
|
||
|
assert(BN_cmp(x, mont->p) < 0);
|
||
|
assert(!x->neg);
|
||
|
assert(n > 0);
|
||
|
|
||
|
if (r != x)
|
||
|
{
|
||
|
if (BN_copy(r, x) == NULL) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
while (n)
|
||
|
{
|
||
|
sh_nb = BN_num_bits(mont->p) - BN_num_bits(r);
|
||
|
if (sh_nb > n) sh_nb = n;
|
||
|
|
||
|
if (sh_nb)
|
||
|
{
|
||
|
if(!BN_lshift(r, r, sh_nb)) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
else
|
||
|
{
|
||
|
sh_nb = 1;
|
||
|
if (!BN_lshift1(r, r)) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
if (BN_cmp(r, mont->p) >= 0)
|
||
|
{
|
||
|
if (!BN_sub(r, r, mont->p)) return 0;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
n -= sh_nb;
|
||
|
}
|
||
|
|
||
|
return 1;
|
||
|
}
|