d40a153f24d366d005bd430870b4e69ef556e440
[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, BIGNUM *a, BIGNUM *b,
73                           BN_MONT_CTX *mont, BN_CTX *ctx)
74         {
75         BIGNUM *tmp,*tmp2;
76         int ret=0;
77
78         BN_CTX_start(ctx);
79         tmp = BN_CTX_get(ctx);
80         tmp2 = BN_CTX_get(ctx);
81         if (tmp == NULL || tmp2 == NULL) goto err;
82
83         bn_check_top(tmp);
84         bn_check_top(tmp2);
85
86         if (a == b)
87                 {
88 #if 1 
89                 bn_wexpand(tmp,a->top*2);
90                 bn_wexpand(tmp2,a->top*4);
91                 bn_sqr_recursive(tmp->d,a->d,a->top,tmp2->d);
92                 tmp->top=a->top*2;
93                 if (tmp->top > 0 && tmp->d[tmp->top-1] == 0)
94                         tmp->top--;
95 #else
96                 if (!BN_sqr(tmp,a,ctx)) goto err;
97 #endif
98                 }
99         else
100                 {
101                 if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
102                 }
103         /* reduce from aRR to aR */
104         if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
105         ret=1;
106 err:
107         BN_CTX_end(ctx);
108         return(ret);
109         }
110
111 int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
112              BN_CTX *ctx)
113         {
114         int retn=0;
115
116 #ifdef MONT_WORD
117         BIGNUM *n,*r;
118         BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
119         int al,nl,max,i,x,ri;
120
121         BN_CTX_start(ctx);
122         if ((r = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
123
124         if (!BN_copy(r,a)) goto err;
125         n= &(mont->N);
126
127         ap=a->d;
128         /* mont->ri is the size of mont->N in bits (rounded up
129            to the word size) */
130         al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
131         
132         nl=n->top;
133         if ((al == 0) || (nl == 0)) { r->top=0; return(1); }
134
135         max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
136         if (bn_wexpand(r,max) == NULL) goto err;
137         if (bn_wexpand(ret,max) == NULL) goto err;
138
139         r->neg=a->neg^n->neg;
140         np=n->d;
141         rp=r->d;
142         nrp= &(r->d[nl]);
143
144         /* clear the top words of T */
145 #if 1
146         for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
147                 r->d[i]=0;
148 #else
149         memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG)); 
150 #endif
151
152         r->top=max;
153         n0=mont->n0;
154
155 #ifdef BN_COUNT
156         printf("word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
157 #endif
158         for (i=0; i<nl; i++)
159                 {
160 #ifdef __TANDEM
161                 {
162                    long long t1;
163                    long long t2;
164                    long long t3;
165                    t1 = rp[0] * (n0 & 0177777);
166                    t2 = 037777600000l;
167                    t2 = n0 & t2;
168                    t3 = rp[0] & 0177777;
169                    t2 = (t3 * t2) & BN_MASK2;
170                    t1 = t1 + t2;
171                    v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(BN_ULONG) t1);
172                 }
173 #else
174                 v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
175 #endif
176                 nrp++;
177                 rp++;
178                 if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
179                         continue;
180                 else
181                         {
182                         if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
183                         if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
184                         for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
185                         }
186                 }
187         bn_fix_top(r);
188         
189         /* mont->ri will be a multiple of the word size */
190 #if 0
191         BN_rshift(ret,r,mont->ri);
192 #else
193         x=ri;
194         rp=ret->d;
195         ap= &(r->d[x]);
196         if (r->top < x)
197                 al=0;
198         else
199                 al=r->top-x;
200         ret->top=al;
201         al-=4;
202         for (i=0; i<al; i+=4)
203                 {
204                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
205                 
206                 t1=ap[i+0];
207                 t2=ap[i+1];
208                 t3=ap[i+2];
209                 t4=ap[i+3];
210                 rp[i+0]=t1;
211                 rp[i+1]=t2;
212                 rp[i+2]=t3;
213                 rp[i+3]=t4;
214                 }
215         al+=4;
216         for (; i<al; i++)
217                 rp[i]=ap[i];
218 #endif
219 #else /* !MONT_WORD */ 
220         BIGNUM *t1,*t2;
221
222         BN_CTX_start(ctx);
223         t1 = BN_CTX_get(ctx);
224         t2 = BN_CTX_get(ctx);
225         if (t1 == NULL || t2 == NULL) goto err;
226         
227         if (!BN_copy(t1,a)) goto err;
228         BN_mask_bits(t1,mont->ri);
229
230         if (!BN_mul(t2,t1,&mont->Ni,ctx)) goto err;
231         BN_mask_bits(t2,mont->ri);
232
233         if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
234         if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
235         BN_rshift(ret,t2,mont->ri);
236 #endif /* MONT_WORD */
237
238         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
239                 {
240                 BN_usub(ret,ret,&(mont->N));
241                 }
242         retn=1;
243  err:
244         BN_CTX_end(ctx);
245         return(retn);
246         }
247
248 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new(void)
249         {
250         BN_MONT_CTX *ret;
251
252         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)OPENSSL_malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
253                 return(NULL);
254
255         BN_MONT_CTX_init(ret);
256         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
257         return(ret);
258         }
259
260 void BN_MONT_CTX_init(BN_MONT_CTX *ctx)
261         {
262         ctx->ri=0;
263         BN_init(&(ctx->RR));
264         BN_init(&(ctx->N));
265         BN_init(&(ctx->Ni));
266         ctx->flags=0;
267         }
268
269 void BN_MONT_CTX_free(BN_MONT_CTX *mont)
270         {
271         if(mont == NULL)
272             return;
273
274         BN_free(&(mont->RR));
275         BN_free(&(mont->N));
276         BN_free(&(mont->Ni));
277         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
278                 OPENSSL_free(mont);
279         }
280
281 int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
282         {
283         BIGNUM Ri,*R;
284
285         BN_init(&Ri);
286         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
287         BN_copy(&(mont->N),mod);                        /* Set N */
288
289 #ifdef MONT_WORD
290                 {
291                 BIGNUM tmod;
292                 BN_ULONG buf[2];
293
294                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
295                 BN_zero(R);
296                 BN_set_bit(R,BN_BITS2);                 /* R */
297
298                 buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
299                 buf[1]=0;
300                 tmod.d=buf;
301                 tmod.top=1;
302                 tmod.dmax=2;
303                 tmod.neg=mod->neg;
304                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
305                 if ((BN_mod_inverse(&Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
306                         goto err;
307                 BN_lshift(&Ri,&Ri,BN_BITS2);            /* R*Ri */
308                 if (!BN_is_zero(&Ri))
309                         BN_sub_word(&Ri,1);
310                 else /* if N mod word size == 1 */
311                         BN_set_word(&Ri,BN_MASK2);  /* Ri-- (mod word size) */
312                 BN_div(&Ri,NULL,&Ri,&tmod,ctx); /* Ni = (R*Ri-1)/N,
313                                                  * keep only least significant word: */
314                 mont->n0=Ri.d[0];
315                 BN_free(&Ri);
316                 }
317 #else /* !MONT_WORD */
318                 { /* bignum version */
319                 mont->ri=BN_num_bits(mod);
320                 BN_zero(R);
321                 BN_set_bit(R,mont->ri);                 /* R = 2^ri */
322                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
323                 if ((BN_mod_inverse(&Ri,R,mod,ctx)) == NULL)
324                         goto err;
325                 BN_lshift(&Ri,&Ri,mont->ri);            /* R*Ri */
326                 BN_sub_word(&Ri,1);
327                                                         /* Ni = (R*Ri-1) / N */
328                 BN_div(&(mont->Ni),NULL,&Ri,mod,ctx);
329                 BN_free(&Ri);
330                 }
331 #endif
332
333         /* setup RR for conversions */
334         BN_zero(&(mont->RR));
335         BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2);
336         BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx);
337
338         return(1);
339 err:
340         return(0);
341         }
342
343 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
344         {
345         if (to == from) return(to);
346
347         BN_copy(&(to->RR),&(from->RR));
348         BN_copy(&(to->N),&(from->N));
349         BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni));
350         to->ri=from->ri;
351         to->n0=from->n0;
352         return(to);
353         }
354