14650ab9d5a4e2c8c77898ae12fccb9d066006cc
[openssl.git] / crypto / bn / bn_mont.c
1 /* crypto/bn/bn_mont.c */
2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This package is an SSL implementation written
6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
8  * 
9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
15  * 
16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
17  * the code are not to be removed.
18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
19  * as the author of the parts of the library used.
20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
22  * 
23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
24  * modification, are permitted provided that the following conditions
25  * are met:
26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
32  *    must display the following acknowledgement:
33  *    "This product includes cryptographic software written by
34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
36  *    being used are not cryptographic related :-).
37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from 
38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
40  * 
41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
51  * SUCH DAMAGE.
52  * 
53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
55  * copied and put under another distribution licence
56  * [including the GNU Public Licence.]
57  */
58
59 /*
60  * Details about Montgomery multiplication algorithms can be found at
61  * http://security.ece.orst.edu/publications.html, e.g.
62  * http://security.ece.orst.edu/koc/papers/j37acmon.pdf and
63  * sections 3.8 and 4.2 in http://security.ece.orst.edu/koc/papers/r01rsasw.pdf
64  */
65
66 #include <stdio.h>
67 #include "cryptlib.h"
68 #include "bn_lcl.h"
69
70 #define MONT_WORD /* use the faster word-based algorithm */
71
72 int BN_mod_mul_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
73                           BN_MONT_CTX *mont, BN_CTX *ctx)
74         {
75         BIGNUM *tmp;
76         int ret=0;
77
78         BN_CTX_start(ctx);
79         tmp = BN_CTX_get(ctx);
80         if (tmp == NULL) goto err;
81
82         bn_check_top(tmp);
83         if (a == b)
84                 {
85                 if (!BN_sqr(tmp,a,ctx)) goto err;
86                 }
87         else
88                 {
89                 if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
90                 }
91         /* reduce from aRR to aR */
92         if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
93         bn_check_top(r);
94         ret=1;
95 err:
96         BN_CTX_end(ctx);
97         return(ret);
98         }
99
100 int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
101              BN_CTX *ctx)
102         {
103         int retn=0;
104
105 #ifdef MONT_WORD
106         BIGNUM *n,*r;
107         BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
108         int al,nl,max,i,x,ri;
109
110         BN_CTX_start(ctx);
111         if ((r = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
112
113         if (!BN_copy(r,a)) goto err;
114         n= &(mont->N);
115
116         ap=a->d;
117         /* mont->ri is the size of mont->N in bits (rounded up
118            to the word size) */
119         al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
120         
121         nl=n->top;
122         if ((al == 0) || (nl == 0)) { r->top=0; return(1); }
123
124         max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
125         if (bn_wexpand(r,max) == NULL) goto err;
126         if (bn_wexpand(ret,max) == NULL) goto err;
127
128         r->neg=a->neg^n->neg;
129         np=n->d;
130         rp=r->d;
131         nrp= &(r->d[nl]);
132
133         /* clear the top words of T */
134 #if 1
135         for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
136                 r->d[i]=0;
137 #else
138         memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG)); 
139 #endif
140
141         r->top=max;
142         n0=mont->n0;
143
144 #ifdef BN_COUNT
145         fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
146 #endif
147         for (i=0; i<nl; i++)
148                 {
149 #ifdef __TANDEM
150                 {
151                    long long t1;
152                    long long t2;
153                    long long t3;
154                    t1 = rp[0] * (n0 & 0177777);
155                    t2 = 037777600000l;
156                    t2 = n0 & t2;
157                    t3 = rp[0] & 0177777;
158                    t2 = (t3 * t2) & BN_MASK2;
159                    t1 = t1 + t2;
160                    v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(BN_ULONG) t1);
161                 }
162 #else
163                 v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
164 #endif
165                 nrp++;
166                 rp++;
167                 if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
168                         continue;
169                 else
170                         {
171                         if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
172                         if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
173                         for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
174                         }
175                 }
176         bn_correct_top(r);
177         
178         /* mont->ri will be a multiple of the word size */
179 #if 0
180         BN_rshift(ret,r,mont->ri);
181 #else
182         ret->neg = r->neg;
183         x=ri;
184         rp=ret->d;
185         ap= &(r->d[x]);
186         if (r->top < x)
187                 al=0;
188         else
189                 al=r->top-x;
190         ret->top=al;
191         al-=4;
192         for (i=0; i<al; i+=4)
193                 {
194                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
195                 
196                 t1=ap[i+0];
197                 t2=ap[i+1];
198                 t3=ap[i+2];
199                 t4=ap[i+3];
200                 rp[i+0]=t1;
201                 rp[i+1]=t2;
202                 rp[i+2]=t3;
203                 rp[i+3]=t4;
204                 }
205         al+=4;
206         for (; i<al; i++)
207                 rp[i]=ap[i];
208 #endif
209 #else /* !MONT_WORD */ 
210         BIGNUM *t1,*t2;
211
212         BN_CTX_start(ctx);
213         t1 = BN_CTX_get(ctx);
214         t2 = BN_CTX_get(ctx);
215         if (t1 == NULL || t2 == NULL) goto err;
216         
217         if (!BN_copy(t1,a)) goto err;
218         BN_mask_bits(t1,mont->ri);
219
220         if (!BN_mul(t2,t1,&mont->Ni,ctx)) goto err;
221         BN_mask_bits(t2,mont->ri);
222
223         if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
224         if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
225         if (!BN_rshift(ret,t2,mont->ri)) goto err;
226 #endif /* MONT_WORD */
227
228         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
229                 {
230                 if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) goto err;
231                 }
232         retn=1;
233         bn_check_top(ret);
234  err:
235         BN_CTX_end(ctx);
236         return(retn);
237         }
238
239 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new(void)
240         {
241         BN_MONT_CTX *ret;
242
243         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)OPENSSL_malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
244                 return(NULL);
245
246         BN_MONT_CTX_init(ret);
247         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
248         return(ret);
249         }
250
251 void BN_MONT_CTX_init(BN_MONT_CTX *ctx)
252         {
253         ctx->ri=0;
254         BN_init(&(ctx->RR));
255         BN_init(&(ctx->N));
256         BN_init(&(ctx->Ni));
257         ctx->flags=0;
258         }
259
260 void BN_MONT_CTX_free(BN_MONT_CTX *mont)
261         {
262         if(mont == NULL)
263             return;
264
265         BN_free(&(mont->RR));
266         BN_free(&(mont->N));
267         BN_free(&(mont->Ni));
268         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
269                 OPENSSL_free(mont);
270         }
271
272 int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
273         {
274         BIGNUM Ri,*R;
275
276         BN_init(&Ri);
277         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
278         BN_copy(&(mont->N),mod);                        /* Set N */
279         mont->N.neg = 0;
280
281 #ifdef MONT_WORD
282                 {
283                 BIGNUM tmod;
284                 BN_ULONG buf[2];
285
286                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
287                 BN_zero(R);
288                 if (!(BN_set_bit(R,BN_BITS2))) goto err;        /* R */
289
290                 buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
291                 buf[1]=0;
292                 tmod.d=buf;
293                 tmod.top=1;
294                 tmod.dmax=2;
295                 tmod.neg=0;
296                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
297                 if ((BN_mod_inverse(&Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
298                         goto err;
299                 if (!BN_lshift(&Ri,&Ri,BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
300                 if (!BN_is_zero(&Ri))
301                         {
302                         if (!BN_sub_word(&Ri,1)) goto err;
303                         }
304                 else /* if N mod word size == 1 */
305                         {
306                         if (!BN_set_word(&Ri,BN_MASK2)) goto err;  /* Ri-- (mod word size) */
307                         }
308                 if (!BN_div(&Ri,NULL,&Ri,&tmod,ctx)) goto err;
309                 /* Ni = (R*Ri-1)/N,
310                  * keep only least significant word: */
311                 mont->n0 = (Ri.top > 0) ? Ri.d[0] : 0;
312                 BN_free(&Ri);
313                 }
314 #else /* !MONT_WORD */
315                 { /* bignum version */
316                 mont->ri=BN_num_bits(&mont->N);
317                 BN_zero(R);
318                 if (!BN_set_bit(R,mont->ri)) goto err;  /* R = 2^ri */
319                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
320                 if ((BN_mod_inverse(&Ri,R,&mont->N,ctx)) == NULL)
321                         goto err;
322                 if (!BN_lshift(&Ri,&Ri,mont->ri)) goto err; /* R*Ri */
323                 if (!BN_sub_word(&Ri,1)) goto err;
324                                                         /* Ni = (R*Ri-1) / N */
325                 if (!BN_div(&(mont->Ni),NULL,&Ri,&mont->N,ctx)) goto err;
326                 BN_free(&Ri);
327                 }
328 #endif
329
330         /* setup RR for conversions */
331         BN_zero(&(mont->RR));
332         if (!BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2)) goto err;
333         if (!BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx)) goto err;
334
335         return(1);
336 err:
337         return(0);
338         }
339
340 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
341         {
342         if (to == from) return(to);
343
344         if (!BN_copy(&(to->RR),&(from->RR))) return NULL;
345         if (!BN_copy(&(to->N),&(from->N))) return NULL;
346         if (!BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni))) return NULL;
347         to->ri=from->ri;
348         to->n0=from->n0;
349         return(to);
350         }
351