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://www.ece.orst.edu/ISL/Publications.html
  62  * http://www.ece.orst.edu/ISL/Koc/papers/j37acmon.pdf
  63  */
  64
  65 #include <stdio.h>
  66 #include "cryptlib.h"
  67 #include "bn_lcl.h"
  68
  69 #define MONT_WORD
  70
  71 int BN_mod_mul_montgomery(r,a,b,mont,ctx)
  72 BIGNUM *r,*a,*b;
  73 BN_MONT_CTX *mont;
  74 BN_CTX *ctx;
  75         {
  76         BIGNUM *tmp,*tmp2;
  77
  78         tmp= &(ctx->bn[ctx->tos]);
  79         tmp2= &(ctx->bn[ctx->tos]);
  80         ctx->tos+=2;
  81
  82         bn_check_top(tmp);
  83         bn_check_top(tmp2);
  84
  85         if (a == b)
  86                 {
  87 #if 0
  88                 bn_wexpand(tmp,a->top*2);
  89                 bn_wexpand(tmp2,a->top*4);
  90                 bn_sqr_recursive(tmp->d,a->d,a->top,tmp2->d);
  91                 tmp->top=a->top*2;
  92                 if (tmp->d[tmp->top-1] == 0)
  93                         tmp->top--;
  94 #else
  95                 if (!BN_sqr(tmp,a,ctx)) goto err;
  96 #endif
  97                 }
  98         else
  99                 {
 100                 if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
 101                 }
 102         /* reduce from aRR to aR */
 103         if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
 104         ctx->tos-=2;
 105         return(1);
 106 err:
 107         return(0);
 108         }
 109
 110 int BN_from_montgomery(ret,a,mont,ctx)
 111 BIGNUM *ret;
 112 BIGNUM *a;
 113 BN_MONT_CTX *mont;
 114 BN_CTX *ctx;
 115         {
 116 #ifdef BN_RECURSION
 117         if (mont->use_word)
 118 #endif
 119                 {
 120                 BIGNUM *n,*r;
 121                 BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
 122                 int al,nl,max,i,x,ri;
 123                 int retn=0;
 124
 125                 r= &(ctx->bn[ctx->tos]);
 126
 127                 if (!BN_copy(r,a)) goto err1;
 128                 n= &(mont->N);
 129
 130                 ap=a->d;
 131                 /* mont->ri is the size of mont->N in bits/words */
 132                 al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
 133
 134                 nl=n->top;
 135                 if ((al == 0) || (nl == 0)) { r->top=0; return(1); }
 136
 137                 max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
 138                 if (bn_wexpand(r,max) == NULL) goto err1;
 139                 if (bn_wexpand(ret,max) == NULL) goto err1;
 140
 141                 r->neg=a->neg^n->neg;
 142                 np=n->d;
 143                 rp=r->d;
 144                 nrp= &(r->d[nl]);
 145
 146                 /* clear the top words of T */
 147 #if 1
 148                 for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
 149                         r->d[i]=0;
 150 #else
 151                 memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG));
 152 #endif
 153
 154                 r->top=max;
 155                 n0=mont->n0;
 156
 157 #ifdef BN_COUNT
 158 printf("word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
 159 #endif
 160                 for (i=0; i<nl; i++)
 161                         {
 162                         v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
 163                         nrp++;
 164                         rp++;
 165                         if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
 166                                 continue;
 167                         else
 168                                 {
 169                                 if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
 170                                 if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
 171                                 for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
 172                                 }
 173                         }
 174                 bn_fix_top(r);
 175
 176                 /* mont->ri will be a multiple of the word size */
 177 #if 0
 178                 BN_rshift(ret,r,mont->ri);
 179 #else
 180                 x=ri;
 181                 rp=ret->d;
 182                 ap= &(r->d[x]);
 183                 if (r->top < x)
 184                         al=0;
 185                 else
 186                         al=r->top-x;
 187                 ret->top=al;
 188                 al-=4;
 189                 for (i=0; i<al; i+=4)
 190                         {
 191                         BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
 192
 193                         t1=ap[i+0];
 194                         t2=ap[i+1];
 195                         t3=ap[i+2];
 196                         t4=ap[i+3];
 197                         rp[i+0]=t1;
 198                         rp[i+1]=t2;
 199                         rp[i+2]=t3;
 200                         rp[i+3]=t4;
 201                         }
 202                 al+=4;
 203                 for (; i<al; i++)
 204                         rp[i]=ap[i];
 205 #endif
 206
 207                 if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
 208                         {
 209                         BN_usub(ret,ret,&(mont->N)); /* XXX */
 210                         }
 211                 retn=1;
 212 err1:
 213                 return(retn);
 214                 }
 215 #ifdef BN_RECURSION
 216         else /* bignum version */
 217                 {
 218                 BIGNUM *t1,*t2,*t3;
 219                 int j,i;
 220
 221 #ifdef BN_COUNT
 222 printf("number BN_from_montgomery\n");
 223 #endif
 224
 225                 t1= &(ctx->bn[ctx->tos]);
 226                 t2= &(ctx->bn[ctx->tos+1]);
 227                 t3= &(ctx->bn[ctx->tos+2]);
 228
 229                 i=mont->Ni.top;
 230                 bn_wexpand(ret,i); /* perhaps only i*2 */
 231                 bn_wexpand(t1,i*4); /* perhaps only i*2 */
 232                 bn_wexpand(t2,i*2); /* perhaps only i   */
 233
 234                 bn_mul_low_recursive(t2->d,a->d,mont->Ni.d,i,t1->d);
 235
 236                 BN_zero(t3);
 237                 BN_set_bit(t3,mont->N.top*BN_BITS2);
 238                 bn_sub_words(t3->d,t3->d,a->d,i);
 239                 bn_mul_high(ret->d,t2->d,mont->N.d,t3->d,i,t1->d);
 240
 241                 /* hmm... if a is between i and 2*i, things are bad */
 242                 if (a->top > i)
 243                         {
 244                         j=(int)(bn_add_words(ret->d,ret->d,&(a->d[i]),i));
 245                         if (j) /* overflow */
 246                                 bn_sub_words(ret->d,ret->d,mont->N.d,i);
 247                         }
 248                 ret->top=i;
 249                 bn_fix_top(ret);
 250                 if (a->d[0])
 251                         BN_add_word(ret,1); /* Always? */
 252                 else    /* Very very rare */
 253                         {
 254                         for (i=1; i<mont->N.top-1; i++)
 255                                 {
 256                                 if (a->d[i])
 257                                         {
 258                                         BN_add_word(ret,1); /* Always? */
 259                                         break;
 260                                         }
 261                                 }
 262                         }
 263
 264                 if (BN_ucmp(ret,&(mont->N)) >= 0)
 265                         BN_usub(ret,ret,&(mont->N));
 266
 267                 return(1);
 268                 }
 269 #endif
 270         }
 271
 272 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new()
 273         {
 274         BN_MONT_CTX *ret;
 275
 276         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)Malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
 277                 return(NULL);
 278
 279         BN_MONT_CTX_init(ret);
 280         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
 281         return(ret);
 282         }
 283
 284 void BN_MONT_CTX_init(ctx)
 285 BN_MONT_CTX *ctx;
 286         {
 287         ctx->use_word=0;
 288         ctx->ri=0;
 289         BN_init(&(ctx->RR));
 290         BN_init(&(ctx->N));
 291         BN_init(&(ctx->Ni));
 292         ctx->flags=0;
 293         }
 294
 295 void BN_MONT_CTX_free(mont)
 296 BN_MONT_CTX *mont;
 297         {
 298         if(mont == NULL)
 299             return;
 300
 301         BN_free(&(mont->RR));
 302         BN_free(&(mont->N));
 303         BN_free(&(mont->Ni));
 304         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
 305                 Free(mont);
 306         }
 307
 308 int BN_MONT_CTX_set(mont,mod,ctx)
 309 BN_MONT_CTX *mont;
 310 BIGNUM *mod;
 311 BN_CTX *ctx;
 312         {
 313         BIGNUM Ri,*R;
 314
 315         BN_init(&Ri);
 316         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
 317         BN_copy(&(mont->N),mod);                        /* Set N */
 318
 319 #ifdef BN_RECURSION
 320         if (mont->N.top < BN_MONT_CTX_SET_SIZE_WORD)
 321 #endif
 322                 {
 323                 BIGNUM tmod;
 324                 BN_ULONG buf[2];
 325
 326                 mont->use_word=1;
 327
 328                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
 329                 BN_zero(R);
 330                 BN_set_bit(R,BN_BITS2);
 331                 /* I was bad, this modification of a passed variable was
 332                  * breaking the multithreaded stuff :-(
 333                  * z=mod->top;
 334                  * mod->top=1; */
 335
 336                 buf[0]=mod->d[0];
 337                 buf[1]=0;
 338                 tmod.d=buf;
 339                 tmod.top=1;
 340                 tmod.max=mod->max;
 341                 tmod.neg=mod->neg;
 342
 343                 if ((BN_mod_inverse(&Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
 344                         goto err;
 345                 BN_lshift(&Ri,&Ri,BN_BITS2);                    /* R*Ri */
 346                 if (!BN_is_zero(&Ri))
 347                         {
 348 #if 1
 349                         BN_sub_word(&Ri,1);
 350 #else
 351                         BN_usub(&Ri,&Ri,BN_value_one());        /* R*Ri - 1 */
 352 #endif
 353                         }
 354                 else
 355                         {
 356                         /* This is not common..., 1 in BN_MASK2,
 357                          * It happens when buf[0] was == 1.  So for 8 bit,
 358                          * this is 1/256, 16bit, 1 in 2^16 etc.
 359                          */
 360                         BN_set_word(&Ri,BN_MASK2);
 361                         }
 362                 BN_div(&Ri,NULL,&Ri,&tmod,ctx);
 363                 mont->n0=Ri.d[0];
 364                 BN_free(&Ri);
 365                 /* mod->top=z; */
 366                 }
 367 #ifdef BN_RECURSION
 368         else
 369                 {
 370                 mont->use_word=0;
 371                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
 372 #if 1
 373                 BN_zero(R);
 374                 BN_set_bit(R,mont->ri);
 375 #else
 376                 BN_lshift(R,BN_value_one(),mont->ri);   /* R */
 377 #endif
 378                 if ((BN_mod_inverse(&Ri,R,mod,ctx)) == NULL)
 379                         goto err;
 380                 BN_lshift(&Ri,&Ri,mont->ri);            /* R*Ri */
 381 #if 1
 382                 BN_sub_word(&Ri,1);
 383 #else
 384                 BN_usub(&Ri,&Ri,BN_value_one());        /* R*Ri - 1 */
 385 #endif
 386                 BN_div(&(mont->Ni),NULL,&Ri,mod,ctx);
 387                 BN_free(&Ri);
 388                 }
 389 #endif
 390
 391         /* setup RR for conversions */
 392 #if 1
 393         BN_zero(&(mont->RR));
 394         BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2);
 395 #else
 396         BN_lshift(mont->RR,BN_value_one(),mont->ri*2);
 397 #endif
 398         BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx);
 399
 400         return(1);
 401 err:
 402         return(0);
 403         }
 404
 405 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(to, from)
 406 BN_MONT_CTX *to, *from;
 407         {
 408         if (to == from) return(to);
 409
 410         BN_copy(&(to->RR),&(from->RR));
 411         BN_copy(&(to->N),&(from->N));
 412         BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni));
 413         to->use_word=from->use_word;
 414         to->ri=from->ri;
 415         to->n0=from->n0;
 416         return(to);
 417         }
 418