More 'TODO' items.
[openssl.git] / crypto / ec / ec_lcl.h
1 /* crypto/ec/ec_lcl.h */
2 /* ====================================================================
3  * Copyright (c) 1998-2001 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  *
9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer. 
11  *
12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
14  *    the documentation and/or other materials provided with the
15  *    distribution.
16  *
17  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
18  *    software must display the following acknowledgment:
19  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
20  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
21  *
22  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
23  *    endorse or promote products derived from this software without
24  *    prior written permission. For written permission, please contact
25  *    openssl-core@openssl.org.
26  *
27  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
28  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
29  *    permission of the OpenSSL Project.
30  *
31  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
32  *    acknowledgment:
33  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
34  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
35  *
36  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
37  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
38  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
39  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
40  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
41  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
42  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
43  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
44  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
45  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
46  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
47  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
48  * ====================================================================
49  *
50  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
51  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
52  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
53  *
54  */
55
56
57 #include <stdlib.h>
58
59 #include <openssl/ec.h>
60
61
62 /* Structure details are not part of the exported interface,
63  * so all this may change in future versions. */
64
65 struct ec_method_st {
66         /* used by EC_GROUP_new, EC_GROUP_set_curve_GFp, EC_GROUP_free, EC_GROUP_clear_free, EC_GROUP_copy: */
67         int (*group_init)(EC_GROUP *);
68         int (*group_set_curve_GFp)(EC_GROUP *, const BIGNUM *p, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
69         void (*group_finish)(EC_GROUP *);
70         void (*group_clear_finish)(EC_GROUP *);
71         int (*group_copy)(EC_GROUP *, const EC_GROUP *);
72
73         /* used by EC_GROUP_set_generator: */
74         int (*group_set_generator)(EC_GROUP *, const EC_POINT *generator,
75                 const BIGNUM *order, const BIGNUM *cofactor);
76         
77         /* TODO: 'set' and 'get' functions for EC_GROUPs */
78
79
80         /* used by EC_POINT_new, EC_POINT_free, EC_POINT_clear_free, EC_POINT_copy: */
81         int (*point_init)(EC_POINT *);
82         void (*point_finish)(EC_POINT *);
83         void (*point_clear_finish)(EC_POINT *);
84         int (*point_copy)(EC_POINT *, const EC_POINT *);
85
86         /* used by EC_POINT_set_to_infinity,
87          * EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp, EC_POINT_get_Jprojective_coordinates_GFp,
88          * EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp, EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp,
89          * EC_POINT_set_compressed_coordinates_GFp:
90          */
91         int (*point_set_to_infinity)(const EC_GROUP *, EC_POINT *);
92         int (*point_set_Jprojective_coordinates_GFp)(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
93                 const BIGNUM *x, const BIGNUM *y, const BIGNUM *z, BN_CTX *);
94         int (*point_get_Jprojective_coordinates_GFp)(const EC_GROUP *, const EC_POINT *,
95                 BIGNUM *x, BIGNUM *y, BIGNUM *z, BN_CTX *);
96         int (*point_set_affine_coordinates_GFp)(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
97                 const BIGNUM *x, const BIGNUM *y, BN_CTX *);
98         int (*point_get_affine_coordinates_GFp)(const EC_GROUP *, const EC_POINT *,
99                 BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_CTX *);
100         int (*point_set_compressed_coordinates_GFp)(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
101                 const BIGNUM *x, int y_bit, BN_CTX *);
102
103         /* used by EC_POINT_point2oct, EC_POINT_oct2point: */
104         size_t (*point2oct)(const EC_GROUP *, const EC_POINT *, point_conversion_form_t form,
105                 unsigned char *buf, size_t len, BN_CTX *);
106         int (*oct2point)(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
107                 const unsigned char *buf, size_t len, BN_CTX *);
108
109         /* used by EC_POINT_add, EC_POINT_dbl, ECP_POINT_invert: */
110         int (*add)(const EC_GROUP *, EC_POINT *r, const EC_POINT *a, const EC_POINT *b, BN_CTX *);
111         int (*dbl)(const EC_GROUP *, EC_POINT *r, const EC_POINT *a, BN_CTX *);
112         int (*invert)(const EC_GROUP *, EC_POINT *, BN_CTX *);
113
114         /* used by EC_POINT_is_at_infinity, EC_POINT_is_on_curve, EC_POINT_cmp: */
115         int (*is_at_infinity)(const EC_GROUP *, const EC_POINT *);
116         int (*is_on_curve)(const EC_GROUP *, const EC_POINT *, BN_CTX *);
117         int (*point_cmp)(const EC_GROUP *, const EC_POINT *a, const EC_POINT *b, BN_CTX *);
118
119         /* used by EC_POINT_make_affine: */
120         int (*make_affine)(const EC_GROUP *, EC_POINT *, BN_CTX *);
121
122
123         /* internal functions */
124
125         /* 'field_mul' and 'field_sqr' can be used by 'add' and 'dbl' so that
126          * the same implementations of point operations can be used with different
127          * optimized implementations of expensive field operations: */
128         int (*field_mul)(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
129         int (*field_sqr)(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
130
131         int (*field_encode)(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *); /* e.g. to Montgomery */
132         int (*field_decode)(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *); /* e.g. from Montgomery */
133 } /* EC_METHOD */;
134
135
136 struct ec_group_st {
137         const EC_METHOD *meth;
138
139         void *extra_data;
140         void *(*extra_data_dup_func)(void *);
141         void (*extra_data_free_func)(void *);
142         void (*extra_data_clear_free_func)(void *);
143
144         /* All members except 'meth' and 'extra_data...' are handled by
145          * the method functions, even if they appear generic */
146         
147         BIGNUM field; /* Field specification.
148                        * For curves over GF(p), this is the modulus. */
149
150         BIGNUM a, b; /* Curve coefficients.
151                       * (Here the assumption is that BIGNUMs can be used
152                       * or abused for all kinds of fields, not just GF(p).)
153                       * For characteristic  > 3,  the curve is defined
154                       * by a Weierstrass equation of the form
155                       *     y^2 = x^3 + a*x + b.
156                       */
157         int a_is_minus3; /* enable optimized point arithmetics for special case */
158
159         EC_POINT *generator; /* optional */
160         BIGNUM order, cofactor;
161
162         void *field_data; /* method-specific (e.g., Montgomery structure) */
163 } /* EC_GROUP */;
164
165
166 /* Basically a 'mixin' for extra data, but available for EC_GROUPs only
167  * (with visibility limited to 'package' level for now).
168  * We use the function pointers as index for retrieval; this obviates
169  * global ex_data-style index tables.
170  * (Currently, we have one slot only, but is is possible to extend this
171  * if necessary.) */
172 int EC_GROUP_set_extra_data(EC_GROUP *, void *extra_data, void *(*extra_data_dup_func)(void *),
173         void (*extra_data_free_func)(void *), void (*extra_data_clear_free_func)(void *));
174 void *EC_GROUP_get_extra_data(EC_GROUP *, void *(*extra_data_dup_func)(void *),
175         void (*extra_data_free_func)(void *), void (*extra_data_clear_free_func)(void *));
176 void EC_GROUP_free_extra_data(EC_GROUP *);
177 void EC_GROUP_clear_free_extra_data(EC_GROUP *);
178
179
180
181 struct ec_point_st {
182         const EC_METHOD *meth;
183
184         /* All members except 'meth' are handled by the method functions,
185          * even if they appear generic */
186
187         BIGNUM X;
188         BIGNUM Y;
189         BIGNUM Z; /* Jacobian projective coordinates:
190                    * (X, Y, Z)  represents  (X/Z^2, Y/Z^3)  if  Z != 0 */
191         int Z_is_one; /* enable optimized point arithmetics for special case */
192 } /* EC_POINT */;
193
194
195
196 /* method functions in ecp_smpl.c */
197 int ec_GFp_simple_group_init(EC_GROUP *);
198 int ec_GFp_simple_group_set_curve_GFp(EC_GROUP *, const BIGNUM *p, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
199 void ec_GFp_simple_group_finish(EC_GROUP *);
200 void ec_GFp_simple_group_clear_finish(EC_GROUP *);
201 int ec_GFp_simple_group_copy(EC_GROUP *, const EC_GROUP *);
202 int ec_GFp_simple_group_set_generator(EC_GROUP *, const EC_POINT *generator,
203         const BIGNUM *order, const BIGNUM *cofactor);
204 /* TODO: 'set' and 'get' functions for EC_GROUPs */
205 int ec_GFp_simple_point_init(EC_POINT *);
206 void ec_GFp_simple_point_finish(EC_POINT *);
207 void ec_GFp_simple_point_clear_finish(EC_POINT *);
208 int ec_GFp_simple_point_copy(EC_POINT *, const EC_POINT *);
209 int ec_GFp_simple_point_set_to_infinity(const EC_GROUP *, EC_POINT *);
210 int ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
211         const BIGNUM *x, const BIGNUM *y, const BIGNUM *z, BN_CTX *);
212 int ec_GFp_simple_get_Jprojective_coordinates_GFp(const EC_GROUP *, const EC_POINT *,
213         BIGNUM *x, BIGNUM *y, BIGNUM *z, BN_CTX *);
214 int ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates_GFp(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
215         const BIGNUM *x, const BIGNUM *y, BN_CTX *);
216 int ec_GFp_simple_point_get_affine_coordinates_GFp(const EC_GROUP *, const EC_POINT *,
217         BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_CTX *);
218 int ec_GFp_simple_set_compressed_coordinates_GFp(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
219         const BIGNUM *x, int y_bit, BN_CTX *);
220 size_t ec_GFp_simple_point2oct(const EC_GROUP *, const EC_POINT *, point_conversion_form_t form,
221         unsigned char *buf, size_t len, BN_CTX *);
222 int ec_GFp_simple_oct2point(const EC_GROUP *, EC_POINT *,
223         const unsigned char *buf, size_t len, BN_CTX *);
224 int ec_GFp_simple_add(const EC_GROUP *, EC_POINT *r, const EC_POINT *a, const EC_POINT *b, BN_CTX *);
225 int ec_GFp_simple_dbl(const EC_GROUP *, EC_POINT *r, const EC_POINT *a, BN_CTX *);
226 int ec_GFp_simple_invert(const EC_GROUP *, EC_POINT *, BN_CTX *);
227 int ec_GFp_simple_is_at_infinity(const EC_GROUP *, const EC_POINT *);
228 int ec_GFp_simple_is_on_curve(const EC_GROUP *, const EC_POINT *, BN_CTX *);
229 int ec_GFp_simple_cmp(const EC_GROUP *, const EC_POINT *a, const EC_POINT *b, BN_CTX *);
230 int ec_GFp_simple_make_affine(const EC_GROUP *, EC_POINT *, BN_CTX *);
231 int ec_GFp_simple_field_mul(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
232 int ec_GFp_simple_field_sqr(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
233
234
235 /* method functions in ecp_mont.c */
236 int ec_GFp_mont_group_init(EC_GROUP *);
237 int ec_GFp_mont_group_set_curve_GFp(EC_GROUP *, const BIGNUM *p, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
238 void ec_GFp_mont_group_finish(EC_GROUP *);
239 void ec_GFp_mont_group_clear_finish(EC_GROUP *);
240 int ec_GFp_mont_group_copy(EC_GROUP *, const EC_GROUP *);
241 int ec_GFp_mont_field_mul(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
242 int ec_GFp_mont_field_sqr(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
243 int ec_GFp_mont_field_encode(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
244 int ec_GFp_mont_field_decode(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
245
246
247 /* method functions in ecp_recp.c */
248 int ec_GFp_recp_group_init(EC_GROUP *);
249 int ec_GFp_recp_group_set_curve_GFp(EC_GROUP *, const BIGNUM *p, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
250 void ec_GFp_recp_group_finish(EC_GROUP *);
251 void ec_GFp_recp_group_clear_finish(EC_GROUP *);
252 int ec_GFp_recp_group_copy(EC_GROUP *, const EC_GROUP *);
253 int ec_GFp_recp_field_mul(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
254 int ec_GFp_recp_field_sqr(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
255 int ec_GFp_recp_field_encode(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
256 int ec_GFp_recp_field_decode(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
257
258
259 /* method functions in ecp_nist.c */
260 int ec_GFp_nist_group_init(EC_GROUP *);
261 int ec_GFp_nist_group_set_curve_GFp(EC_GROUP *, const BIGNUM *p, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
262 void ec_GFp_nist_group_finish(EC_GROUP *);
263 void ec_GFp_nist_group_clear_finish(EC_GROUP *);
264 int ec_GFp_nist_group_copy(EC_GROUP *, const EC_GROUP *);
265 int ec_GFp_nist_field_mul(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b, BN_CTX *);
266 int ec_GFp_nist_field_sqr(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
267 int ec_GFp_nist_field_encode(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);
268 int ec_GFp_nist_field_decode(const EC_GROUP *, BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_CTX *);