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