555bf307dd031af61775500718359e294b1b26af
[openssl.git] / crypto / ec / ecp_nistp224.c
1 /*
2  * Copyright 2010-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
7  * https://www.openssl.org/source/license.html
8  */
9
10 /* Copyright 2011 Google Inc.
11  *
12  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
13  *
14  * you may not use this file except in compliance with the License.
15  * You may obtain a copy of the License at
16  *
17  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
18  *
19  *  Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
20  *  distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
21  *  WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
22  *  See the License for the specific language governing permissions and
23  *  limitations under the License.
24  */
25
26 /*
27  * A 64-bit implementation of the NIST P-224 elliptic curve point multiplication
28  *
29  * Inspired by Daniel J. Bernstein's public domain nistp224 implementation
30  * and Adam Langley's public domain 64-bit C implementation of curve25519
31  */
32
33 #include <openssl/opensslconf.h>
34 #ifdef OPENSSL_NO_EC_NISTP_64_GCC_128
35 NON_EMPTY_TRANSLATION_UNIT
36 #else
37
38 # include <stdint.h>
39 # include <string.h>
40 # include <openssl/err.h>
41 # include "ec_lcl.h"
42
43 # if defined(__SIZEOF_INT128__) && __SIZEOF_INT128__==16
44   /* even with gcc, the typedef won't work for 32-bit platforms */
45 typedef __uint128_t uint128_t;  /* nonstandard; implemented by gcc on 64-bit
46                                  * platforms */
47 # else
48 #  error "Your compiler doesn't appear to support 128-bit integer types"
49 # endif
50
51 typedef uint8_t u8;
52 typedef uint64_t u64;
53
54 /******************************************************************************/
55 /*-
56  * INTERNAL REPRESENTATION OF FIELD ELEMENTS
57  *
58  * Field elements are represented as a_0 + 2^56*a_1 + 2^112*a_2 + 2^168*a_3
59  * using 64-bit coefficients called 'limbs',
60  * and sometimes (for multiplication results) as
61  * b_0 + 2^56*b_1 + 2^112*b_2 + 2^168*b_3 + 2^224*b_4 + 2^280*b_5 + 2^336*b_6
62  * using 128-bit coefficients called 'widelimbs'.
63  * A 4-limb representation is an 'felem';
64  * a 7-widelimb representation is a 'widefelem'.
65  * Even within felems, bits of adjacent limbs overlap, and we don't always
66  * reduce the representations: we ensure that inputs to each felem
67  * multiplication satisfy a_i < 2^60, so outputs satisfy b_i < 4*2^60*2^60,
68  * and fit into a 128-bit word without overflow. The coefficients are then
69  * again partially reduced to obtain an felem satisfying a_i < 2^57.
70  * We only reduce to the unique minimal representation at the end of the
71  * computation.
72  */
73
74 typedef uint64_t limb;
75 typedef uint128_t widelimb;
76
77 typedef limb felem[4];
78 typedef widelimb widefelem[7];
79
80 /*
81  * Field element represented as a byte array. 28*8 = 224 bits is also the
82  * group order size for the elliptic curve, and we also use this type for
83  * scalars for point multiplication.
84  */
85 typedef u8 felem_bytearray[28];
86
87 static const felem_bytearray nistp224_curve_params[5] = {
88     {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, /* p */
89      0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
90      0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01},
91     {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, /* a */
92      0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
93      0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE},
94     {0xB4, 0x05, 0x0A, 0x85, 0x0C, 0x04, 0xB3, 0xAB, 0xF5, 0x41, /* b */
95      0x32, 0x56, 0x50, 0x44, 0xB0, 0xB7, 0xD7, 0xBF, 0xD8, 0xBA,
96      0x27, 0x0B, 0x39, 0x43, 0x23, 0x55, 0xFF, 0xB4},
97     {0xB7, 0x0E, 0x0C, 0xBD, 0x6B, 0xB4, 0xBF, 0x7F, 0x32, 0x13, /* x */
98      0x90, 0xB9, 0x4A, 0x03, 0xC1, 0xD3, 0x56, 0xC2, 0x11, 0x22,
99      0x34, 0x32, 0x80, 0xD6, 0x11, 0x5C, 0x1D, 0x21},
100     {0xbd, 0x37, 0x63, 0x88, 0xb5, 0xf7, 0x23, 0xfb, 0x4c, 0x22, /* y */
101      0xdf, 0xe6, 0xcd, 0x43, 0x75, 0xa0, 0x5a, 0x07, 0x47, 0x64,
102      0x44, 0xd5, 0x81, 0x99, 0x85, 0x00, 0x7e, 0x34}
103 };
104
105 /*-
106  * Precomputed multiples of the standard generator
107  * Points are given in coordinates (X, Y, Z) where Z normally is 1
108  * (0 for the point at infinity).
109  * For each field element, slice a_0 is word 0, etc.
110  *
111  * The table has 2 * 16 elements, starting with the following:
112  * index | bits    | point
113  * ------+---------+------------------------------
114  *     0 | 0 0 0 0 | 0G
115  *     1 | 0 0 0 1 | 1G
116  *     2 | 0 0 1 0 | 2^56G
117  *     3 | 0 0 1 1 | (2^56 + 1)G
118  *     4 | 0 1 0 0 | 2^112G
119  *     5 | 0 1 0 1 | (2^112 + 1)G
120  *     6 | 0 1 1 0 | (2^112 + 2^56)G
121  *     7 | 0 1 1 1 | (2^112 + 2^56 + 1)G
122  *     8 | 1 0 0 0 | 2^168G
123  *     9 | 1 0 0 1 | (2^168 + 1)G
124  *    10 | 1 0 1 0 | (2^168 + 2^56)G
125  *    11 | 1 0 1 1 | (2^168 + 2^56 + 1)G
126  *    12 | 1 1 0 0 | (2^168 + 2^112)G
127  *    13 | 1 1 0 1 | (2^168 + 2^112 + 1)G
128  *    14 | 1 1 1 0 | (2^168 + 2^112 + 2^56)G
129  *    15 | 1 1 1 1 | (2^168 + 2^112 + 2^56 + 1)G
130  * followed by a copy of this with each element multiplied by 2^28.
131  *
132  * The reason for this is so that we can clock bits into four different
133  * locations when doing simple scalar multiplies against the base point,
134  * and then another four locations using the second 16 elements.
135  */
136 static const felem gmul[2][16][3] = {
137 {{{0, 0, 0, 0},
138   {0, 0, 0, 0},
139   {0, 0, 0, 0}},
140  {{0x3280d6115c1d21, 0xc1d356c2112234, 0x7f321390b94a03, 0xb70e0cbd6bb4bf},
141   {0xd5819985007e34, 0x75a05a07476444, 0xfb4c22dfe6cd43, 0xbd376388b5f723},
142   {1, 0, 0, 0}},
143  {{0xfd9675666ebbe9, 0xbca7664d40ce5e, 0x2242df8d8a2a43, 0x1f49bbb0f99bc5},
144   {0x29e0b892dc9c43, 0xece8608436e662, 0xdc858f185310d0, 0x9812dd4eb8d321},
145   {1, 0, 0, 0}},
146  {{0x6d3e678d5d8eb8, 0x559eed1cb362f1, 0x16e9a3bbce8a3f, 0xeedcccd8c2a748},
147   {0xf19f90ed50266d, 0xabf2b4bf65f9df, 0x313865468fafec, 0x5cb379ba910a17},
148   {1, 0, 0, 0}},
149  {{0x0641966cab26e3, 0x91fb2991fab0a0, 0xefec27a4e13a0b, 0x0499aa8a5f8ebe},
150   {0x7510407766af5d, 0x84d929610d5450, 0x81d77aae82f706, 0x6916f6d4338c5b},
151   {1, 0, 0, 0}},
152  {{0xea95ac3b1f15c6, 0x086000905e82d4, 0xdd323ae4d1c8b1, 0x932b56be7685a3},
153   {0x9ef93dea25dbbf, 0x41665960f390f0, 0xfdec76dbe2a8a7, 0x523e80f019062a},
154   {1, 0, 0, 0}},
155  {{0x822fdd26732c73, 0xa01c83531b5d0f, 0x363f37347c1ba4, 0xc391b45c84725c},
156   {0xbbd5e1b2d6ad24, 0xddfbcde19dfaec, 0xc393da7e222a7f, 0x1efb7890ede244},
157   {1, 0, 0, 0}},
158  {{0x4c9e90ca217da1, 0xd11beca79159bb, 0xff8d33c2c98b7c, 0x2610b39409f849},
159   {0x44d1352ac64da0, 0xcdbb7b2c46b4fb, 0x966c079b753c89, 0xfe67e4e820b112},
160   {1, 0, 0, 0}},
161  {{0xe28cae2df5312d, 0xc71b61d16f5c6e, 0x79b7619a3e7c4c, 0x05c73240899b47},
162   {0x9f7f6382c73e3a, 0x18615165c56bda, 0x641fab2116fd56, 0x72855882b08394},
163   {1, 0, 0, 0}},
164  {{0x0469182f161c09, 0x74a98ca8d00fb5, 0xb89da93489a3e0, 0x41c98768fb0c1d},
165   {0xe5ea05fb32da81, 0x3dce9ffbca6855, 0x1cfe2d3fbf59e6, 0x0e5e03408738a7},
166   {1, 0, 0, 0}},
167  {{0xdab22b2333e87f, 0x4430137a5dd2f6, 0xe03ab9f738beb8, 0xcb0c5d0dc34f24},
168   {0x764a7df0c8fda5, 0x185ba5c3fa2044, 0x9281d688bcbe50, 0xc40331df893881},
169   {1, 0, 0, 0}},
170  {{0xb89530796f0f60, 0xade92bd26909a3, 0x1a0c83fb4884da, 0x1765bf22a5a984},
171   {0x772a9ee75db09e, 0x23bc6c67cec16f, 0x4c1edba8b14e2f, 0xe2a215d9611369},
172   {1, 0, 0, 0}},
173  {{0x571e509fb5efb3, 0xade88696410552, 0xc8ae85fada74fe, 0x6c7e4be83bbde3},
174   {0xff9f51160f4652, 0xb47ce2495a6539, 0xa2946c53b582f4, 0x286d2db3ee9a60},
175   {1, 0, 0, 0}},
176  {{0x40bbd5081a44af, 0x0995183b13926c, 0xbcefba6f47f6d0, 0x215619e9cc0057},
177   {0x8bc94d3b0df45e, 0xf11c54a3694f6f, 0x8631b93cdfe8b5, 0xe7e3f4b0982db9},
178   {1, 0, 0, 0}},
179  {{0xb17048ab3e1c7b, 0xac38f36ff8a1d8, 0x1c29819435d2c6, 0xc813132f4c07e9},
180   {0x2891425503b11f, 0x08781030579fea, 0xf5426ba5cc9674, 0x1e28ebf18562bc},
181   {1, 0, 0, 0}},
182  {{0x9f31997cc864eb, 0x06cd91d28b5e4c, 0xff17036691a973, 0xf1aef351497c58},
183   {0xdd1f2d600564ff, 0xdead073b1402db, 0x74a684435bd693, 0xeea7471f962558},
184   {1, 0, 0, 0}}},
185 {{{0, 0, 0, 0},
186   {0, 0, 0, 0},
187   {0, 0, 0, 0}},
188  {{0x9665266dddf554, 0x9613d78b60ef2d, 0xce27a34cdba417, 0xd35ab74d6afc31},
189   {0x85ccdd22deb15e, 0x2137e5783a6aab, 0xa141cffd8c93c6, 0x355a1830e90f2d},
190   {1, 0, 0, 0}},
191  {{0x1a494eadaade65, 0xd6da4da77fe53c, 0xe7992996abec86, 0x65c3553c6090e3},
192   {0xfa610b1fb09346, 0xf1c6540b8a4aaf, 0xc51a13ccd3cbab, 0x02995b1b18c28a},
193   {1, 0, 0, 0}},
194  {{0x7874568e7295ef, 0x86b419fbe38d04, 0xdc0690a7550d9a, 0xd3966a44beac33},
195   {0x2b7280ec29132f, 0xbeaa3b6a032df3, 0xdc7dd88ae41200, 0xd25e2513e3a100},
196   {1, 0, 0, 0}},
197  {{0x924857eb2efafd, 0xac2bce41223190, 0x8edaa1445553fc, 0x825800fd3562d5},
198   {0x8d79148ea96621, 0x23a01c3dd9ed8d, 0xaf8b219f9416b5, 0xd8db0cc277daea},
199   {1, 0, 0, 0}},
200  {{0x76a9c3b1a700f0, 0xe9acd29bc7e691, 0x69212d1a6b0327, 0x6322e97fe154be},
201   {0x469fc5465d62aa, 0x8d41ed18883b05, 0x1f8eae66c52b88, 0xe4fcbe9325be51},
202   {1, 0, 0, 0}},
203  {{0x825fdf583cac16, 0x020b857c7b023a, 0x683c17744b0165, 0x14ffd0a2daf2f1},
204   {0x323b36184218f9, 0x4944ec4e3b47d4, 0xc15b3080841acf, 0x0bced4b01a28bb},
205   {1, 0, 0, 0}},
206  {{0x92ac22230df5c4, 0x52f33b4063eda8, 0xcb3f19870c0c93, 0x40064f2ba65233},
207   {0xfe16f0924f8992, 0x012da25af5b517, 0x1a57bb24f723a6, 0x06f8bc76760def},
208   {1, 0, 0, 0}},
209  {{0x4a7084f7817cb9, 0xbcab0738ee9a78, 0x3ec11e11d9c326, 0xdc0fe90e0f1aae},
210   {0xcf639ea5f98390, 0x5c350aa22ffb74, 0x9afae98a4047b7, 0x956ec2d617fc45},
211   {1, 0, 0, 0}},
212  {{0x4306d648c1be6a, 0x9247cd8bc9a462, 0xf5595e377d2f2e, 0xbd1c3caff1a52e},
213   {0x045e14472409d0, 0x29f3e17078f773, 0x745a602b2d4f7d, 0x191837685cdfbb},
214   {1, 0, 0, 0}},
215  {{0x5b6ee254a8cb79, 0x4953433f5e7026, 0xe21faeb1d1def4, 0xc4c225785c09de},
216   {0x307ce7bba1e518, 0x31b125b1036db8, 0x47e91868839e8f, 0xc765866e33b9f3},
217   {1, 0, 0, 0}},
218  {{0x3bfece24f96906, 0x4794da641e5093, 0xde5df64f95db26, 0x297ecd89714b05},
219   {0x701bd3ebb2c3aa, 0x7073b4f53cb1d5, 0x13c5665658af16, 0x9895089d66fe58},
220   {1, 0, 0, 0}},
221  {{0x0fef05f78c4790, 0x2d773633b05d2e, 0x94229c3a951c94, 0xbbbd70df4911bb},
222   {0xb2c6963d2c1168, 0x105f47a72b0d73, 0x9fdf6111614080, 0x7b7e94b39e67b0},
223   {1, 0, 0, 0}},
224  {{0xad1a7d6efbe2b3, 0xf012482c0da69d, 0x6b3bdf12438345, 0x40d7558d7aa4d9},
225   {0x8a09fffb5c6d3d, 0x9a356e5d9ffd38, 0x5973f15f4f9b1c, 0xdcd5f59f63c3ea},
226   {1, 0, 0, 0}},
227  {{0xacf39f4c5ca7ab, 0x4c8071cc5fd737, 0xc64e3602cd1184, 0x0acd4644c9abba},
228   {0x6c011a36d8bf6e, 0xfecd87ba24e32a, 0x19f6f56574fad8, 0x050b204ced9405},
229   {1, 0, 0, 0}},
230  {{0xed4f1cae7d9a96, 0x5ceef7ad94c40a, 0x778e4a3bf3ef9b, 0x7405783dc3b55e},
231   {0x32477c61b6e8c6, 0xb46a97570f018b, 0x91176d0a7e95d1, 0x3df90fbc4c7d0e},
232   {1, 0, 0, 0}}}
233 };
234
235 /* Precomputation for the group generator. */
236 struct nistp224_pre_comp_st {
237     felem g_pre_comp[2][16][3];
238     CRYPTO_REF_COUNT references;
239     CRYPTO_RWLOCK *lock;
240 };
241
242 const EC_METHOD *EC_GFp_nistp224_method(void)
243 {
244     static const EC_METHOD ret = {
245         EC_FLAGS_DEFAULT_OCT,
246         NID_X9_62_prime_field,
247         ec_GFp_nistp224_group_init,
248         ec_GFp_simple_group_finish,
249         ec_GFp_simple_group_clear_finish,
250         ec_GFp_nist_group_copy,
251         ec_GFp_nistp224_group_set_curve,
252         ec_GFp_simple_group_get_curve,
253         ec_GFp_simple_group_get_degree,
254         ec_group_simple_order_bits,
255         ec_GFp_simple_group_check_discriminant,
256         ec_GFp_simple_point_init,
257         ec_GFp_simple_point_finish,
258         ec_GFp_simple_point_clear_finish,
259         ec_GFp_simple_point_copy,
260         ec_GFp_simple_point_set_to_infinity,
261         ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp,
262         ec_GFp_simple_get_Jprojective_coordinates_GFp,
263         ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates,
264         ec_GFp_nistp224_point_get_affine_coordinates,
265         0 /* point_set_compressed_coordinates */ ,
266         0 /* point2oct */ ,
267         0 /* oct2point */ ,
268         ec_GFp_simple_add,
269         ec_GFp_simple_dbl,
270         ec_GFp_simple_invert,
271         ec_GFp_simple_is_at_infinity,
272         ec_GFp_simple_is_on_curve,
273         ec_GFp_simple_cmp,
274         ec_GFp_simple_make_affine,
275         ec_GFp_simple_points_make_affine,
276         ec_GFp_nistp224_points_mul,
277         ec_GFp_nistp224_precompute_mult,
278         ec_GFp_nistp224_have_precompute_mult,
279         ec_GFp_nist_field_mul,
280         ec_GFp_nist_field_sqr,
281         0 /* field_div */ ,
282         0 /* field_encode */ ,
283         0 /* field_decode */ ,
284         0,                      /* field_set_to_one */
285         ec_key_simple_priv2oct,
286         ec_key_simple_oct2priv,
287         0, /* set private */
288         ec_key_simple_generate_key,
289         ec_key_simple_check_key,
290         ec_key_simple_generate_public_key,
291         0, /* keycopy */
292         0, /* keyfinish */
293         ecdh_simple_compute_key,
294         0, /* field_inverse_mod_ord */
295         0, /* blind_coordinates */
296         0, /* ladder_pre */
297         0, /* ladder_step */
298         0  /* ladder_post */
299     };
300
301     return &ret;
302 }
303
304 /*
305  * Helper functions to convert field elements to/from internal representation
306  */
307 static void bin28_to_felem(felem out, const u8 in[28])
308 {
309     out[0] = *((const uint64_t *)(in)) & 0x00ffffffffffffff;
310     out[1] = (*((const uint64_t *)(in + 7))) & 0x00ffffffffffffff;
311     out[2] = (*((const uint64_t *)(in + 14))) & 0x00ffffffffffffff;
312     out[3] = (*((const uint64_t *)(in+20))) >> 8;
313 }
314
315 static void felem_to_bin28(u8 out[28], const felem in)
316 {
317     unsigned i;
318     for (i = 0; i < 7; ++i) {
319         out[i] = in[0] >> (8 * i);
320         out[i + 7] = in[1] >> (8 * i);
321         out[i + 14] = in[2] >> (8 * i);
322         out[i + 21] = in[3] >> (8 * i);
323     }
324 }
325
326 /* To preserve endianness when using BN_bn2bin and BN_bin2bn */
327 static void flip_endian(u8 *out, const u8 *in, unsigned len)
328 {
329     unsigned i;
330     for (i = 0; i < len; ++i)
331         out[i] = in[len - 1 - i];
332 }
333
334 /* From OpenSSL BIGNUM to internal representation */
335 static int BN_to_felem(felem out, const BIGNUM *bn)
336 {
337     felem_bytearray b_in;
338     felem_bytearray b_out;
339     unsigned num_bytes;
340
341     /* BN_bn2bin eats leading zeroes */
342     memset(b_out, 0, sizeof(b_out));
343     num_bytes = BN_num_bytes(bn);
344     if (num_bytes > sizeof(b_out)) {
345         ECerr(EC_F_BN_TO_FELEM, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
346         return 0;
347     }
348     if (BN_is_negative(bn)) {
349         ECerr(EC_F_BN_TO_FELEM, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
350         return 0;
351     }
352     num_bytes = BN_bn2bin(bn, b_in);
353     flip_endian(b_out, b_in, num_bytes);
354     bin28_to_felem(out, b_out);
355     return 1;
356 }
357
358 /* From internal representation to OpenSSL BIGNUM */
359 static BIGNUM *felem_to_BN(BIGNUM *out, const felem in)
360 {
361     felem_bytearray b_in, b_out;
362     felem_to_bin28(b_in, in);
363     flip_endian(b_out, b_in, sizeof(b_out));
364     return BN_bin2bn(b_out, sizeof(b_out), out);
365 }
366
367 /******************************************************************************/
368 /*-
369  *                              FIELD OPERATIONS
370  *
371  * Field operations, using the internal representation of field elements.
372  * NB! These operations are specific to our point multiplication and cannot be
373  * expected to be correct in general - e.g., multiplication with a large scalar
374  * will cause an overflow.
375  *
376  */
377
378 static void felem_one(felem out)
379 {
380     out[0] = 1;
381     out[1] = 0;
382     out[2] = 0;
383     out[3] = 0;
384 }
385
386 static void felem_assign(felem out, const felem in)
387 {
388     out[0] = in[0];
389     out[1] = in[1];
390     out[2] = in[2];
391     out[3] = in[3];
392 }
393
394 /* Sum two field elements: out += in */
395 static void felem_sum(felem out, const felem in)
396 {
397     out[0] += in[0];
398     out[1] += in[1];
399     out[2] += in[2];
400     out[3] += in[3];
401 }
402
403 /* Subtract field elements: out -= in */
404 /* Assumes in[i] < 2^57 */
405 static void felem_diff(felem out, const felem in)
406 {
407     static const limb two58p2 = (((limb) 1) << 58) + (((limb) 1) << 2);
408     static const limb two58m2 = (((limb) 1) << 58) - (((limb) 1) << 2);
409     static const limb two58m42m2 = (((limb) 1) << 58) -
410         (((limb) 1) << 42) - (((limb) 1) << 2);
411
412     /* Add 0 mod 2^224-2^96+1 to ensure out > in */
413     out[0] += two58p2;
414     out[1] += two58m42m2;
415     out[2] += two58m2;
416     out[3] += two58m2;
417
418     out[0] -= in[0];
419     out[1] -= in[1];
420     out[2] -= in[2];
421     out[3] -= in[3];
422 }
423
424 /* Subtract in unreduced 128-bit mode: out -= in */
425 /* Assumes in[i] < 2^119 */
426 static void widefelem_diff(widefelem out, const widefelem in)
427 {
428     static const widelimb two120 = ((widelimb) 1) << 120;
429     static const widelimb two120m64 = (((widelimb) 1) << 120) -
430         (((widelimb) 1) << 64);
431     static const widelimb two120m104m64 = (((widelimb) 1) << 120) -
432         (((widelimb) 1) << 104) - (((widelimb) 1) << 64);
433
434     /* Add 0 mod 2^224-2^96+1 to ensure out > in */
435     out[0] += two120;
436     out[1] += two120m64;
437     out[2] += two120m64;
438     out[3] += two120;
439     out[4] += two120m104m64;
440     out[5] += two120m64;
441     out[6] += two120m64;
442
443     out[0] -= in[0];
444     out[1] -= in[1];
445     out[2] -= in[2];
446     out[3] -= in[3];
447     out[4] -= in[4];
448     out[5] -= in[5];
449     out[6] -= in[6];
450 }
451
452 /* Subtract in mixed mode: out128 -= in64 */
453 /* in[i] < 2^63 */
454 static void felem_diff_128_64(widefelem out, const felem in)
455 {
456     static const widelimb two64p8 = (((widelimb) 1) << 64) +
457         (((widelimb) 1) << 8);
458     static const widelimb two64m8 = (((widelimb) 1) << 64) -
459         (((widelimb) 1) << 8);
460     static const widelimb two64m48m8 = (((widelimb) 1) << 64) -
461         (((widelimb) 1) << 48) - (((widelimb) 1) << 8);
462
463     /* Add 0 mod 2^224-2^96+1 to ensure out > in */
464     out[0] += two64p8;
465     out[1] += two64m48m8;
466     out[2] += two64m8;
467     out[3] += two64m8;
468
469     out[0] -= in[0];
470     out[1] -= in[1];
471     out[2] -= in[2];
472     out[3] -= in[3];
473 }
474
475 /*
476  * Multiply a field element by a scalar: out = out * scalar The scalars we
477  * actually use are small, so results fit without overflow
478  */
479 static void felem_scalar(felem out, const limb scalar)
480 {
481     out[0] *= scalar;
482     out[1] *= scalar;
483     out[2] *= scalar;
484     out[3] *= scalar;
485 }
486
487 /*
488  * Multiply an unreduced field element by a scalar: out = out * scalar The
489  * scalars we actually use are small, so results fit without overflow
490  */
491 static void widefelem_scalar(widefelem out, const widelimb scalar)
492 {
493     out[0] *= scalar;
494     out[1] *= scalar;
495     out[2] *= scalar;
496     out[3] *= scalar;
497     out[4] *= scalar;
498     out[5] *= scalar;
499     out[6] *= scalar;
500 }
501
502 /* Square a field element: out = in^2 */
503 static void felem_square(widefelem out, const felem in)
504 {
505     limb tmp0, tmp1, tmp2;
506     tmp0 = 2 * in[0];
507     tmp1 = 2 * in[1];
508     tmp2 = 2 * in[2];
509     out[0] = ((widelimb) in[0]) * in[0];
510     out[1] = ((widelimb) in[0]) * tmp1;
511     out[2] = ((widelimb) in[0]) * tmp2 + ((widelimb) in[1]) * in[1];
512     out[3] = ((widelimb) in[3]) * tmp0 + ((widelimb) in[1]) * tmp2;
513     out[4] = ((widelimb) in[3]) * tmp1 + ((widelimb) in[2]) * in[2];
514     out[5] = ((widelimb) in[3]) * tmp2;
515     out[6] = ((widelimb) in[3]) * in[3];
516 }
517
518 /* Multiply two field elements: out = in1 * in2 */
519 static void felem_mul(widefelem out, const felem in1, const felem in2)
520 {
521     out[0] = ((widelimb) in1[0]) * in2[0];
522     out[1] = ((widelimb) in1[0]) * in2[1] + ((widelimb) in1[1]) * in2[0];
523     out[2] = ((widelimb) in1[0]) * in2[2] + ((widelimb) in1[1]) * in2[1] +
524              ((widelimb) in1[2]) * in2[0];
525     out[3] = ((widelimb) in1[0]) * in2[3] + ((widelimb) in1[1]) * in2[2] +
526              ((widelimb) in1[2]) * in2[1] + ((widelimb) in1[3]) * in2[0];
527     out[4] = ((widelimb) in1[1]) * in2[3] + ((widelimb) in1[2]) * in2[2] +
528              ((widelimb) in1[3]) * in2[1];
529     out[5] = ((widelimb) in1[2]) * in2[3] + ((widelimb) in1[3]) * in2[2];
530     out[6] = ((widelimb) in1[3]) * in2[3];
531 }
532
533 /*-
534  * Reduce seven 128-bit coefficients to four 64-bit coefficients.
535  * Requires in[i] < 2^126,
536  * ensures out[0] < 2^56, out[1] < 2^56, out[2] < 2^56, out[3] <= 2^56 + 2^16 */
537 static void felem_reduce(felem out, const widefelem in)
538 {
539     static const widelimb two127p15 = (((widelimb) 1) << 127) +
540         (((widelimb) 1) << 15);
541     static const widelimb two127m71 = (((widelimb) 1) << 127) -
542         (((widelimb) 1) << 71);
543     static const widelimb two127m71m55 = (((widelimb) 1) << 127) -
544         (((widelimb) 1) << 71) - (((widelimb) 1) << 55);
545     widelimb output[5];
546
547     /* Add 0 mod 2^224-2^96+1 to ensure all differences are positive */
548     output[0] = in[0] + two127p15;
549     output[1] = in[1] + two127m71m55;
550     output[2] = in[2] + two127m71;
551     output[3] = in[3];
552     output[4] = in[4];
553
554     /* Eliminate in[4], in[5], in[6] */
555     output[4] += in[6] >> 16;
556     output[3] += (in[6] & 0xffff) << 40;
557     output[2] -= in[6];
558
559     output[3] += in[5] >> 16;
560     output[2] += (in[5] & 0xffff) << 40;
561     output[1] -= in[5];
562
563     output[2] += output[4] >> 16;
564     output[1] += (output[4] & 0xffff) << 40;
565     output[0] -= output[4];
566
567     /* Carry 2 -> 3 -> 4 */
568     output[3] += output[2] >> 56;
569     output[2] &= 0x00ffffffffffffff;
570
571     output[4] = output[3] >> 56;
572     output[3] &= 0x00ffffffffffffff;
573
574     /* Now output[2] < 2^56, output[3] < 2^56, output[4] < 2^72 */
575
576     /* Eliminate output[4] */
577     output[2] += output[4] >> 16;
578     /* output[2] < 2^56 + 2^56 = 2^57 */
579     output[1] += (output[4] & 0xffff) << 40;
580     output[0] -= output[4];
581
582     /* Carry 0 -> 1 -> 2 -> 3 */
583     output[1] += output[0] >> 56;
584     out[0] = output[0] & 0x00ffffffffffffff;
585
586     output[2] += output[1] >> 56;
587     /* output[2] < 2^57 + 2^72 */
588     out[1] = output[1] & 0x00ffffffffffffff;
589     output[3] += output[2] >> 56;
590     /* output[3] <= 2^56 + 2^16 */
591     out[2] = output[2] & 0x00ffffffffffffff;
592
593     /*-
594      * out[0] < 2^56, out[1] < 2^56, out[2] < 2^56,
595      * out[3] <= 2^56 + 2^16 (due to final carry),
596      * so out < 2*p
597      */
598     out[3] = output[3];
599 }
600
601 static void felem_square_reduce(felem out, const felem in)
602 {
603     widefelem tmp;
604     felem_square(tmp, in);
605     felem_reduce(out, tmp);
606 }
607
608 static void felem_mul_reduce(felem out, const felem in1, const felem in2)
609 {
610     widefelem tmp;
611     felem_mul(tmp, in1, in2);
612     felem_reduce(out, tmp);
613 }
614
615 /*
616  * Reduce to unique minimal representation. Requires 0 <= in < 2*p (always
617  * call felem_reduce first)
618  */
619 static void felem_contract(felem out, const felem in)
620 {
621     static const int64_t two56 = ((limb) 1) << 56;
622     /* 0 <= in < 2*p, p = 2^224 - 2^96 + 1 */
623     /* if in > p , reduce in = in - 2^224 + 2^96 - 1 */
624     int64_t tmp[4], a;
625     tmp[0] = in[0];
626     tmp[1] = in[1];
627     tmp[2] = in[2];
628     tmp[3] = in[3];
629     /* Case 1: a = 1 iff in >= 2^224 */
630     a = (in[3] >> 56);
631     tmp[0] -= a;
632     tmp[1] += a << 40;
633     tmp[3] &= 0x00ffffffffffffff;
634     /*
635      * Case 2: a = 0 iff p <= in < 2^224, i.e., the high 128 bits are all 1
636      * and the lower part is non-zero
637      */
638     a = ((in[3] & in[2] & (in[1] | 0x000000ffffffffff)) + 1) |
639         (((int64_t) (in[0] + (in[1] & 0x000000ffffffffff)) - 1) >> 63);
640     a &= 0x00ffffffffffffff;
641     /* turn a into an all-one mask (if a = 0) or an all-zero mask */
642     a = (a - 1) >> 63;
643     /* subtract 2^224 - 2^96 + 1 if a is all-one */
644     tmp[3] &= a ^ 0xffffffffffffffff;
645     tmp[2] &= a ^ 0xffffffffffffffff;
646     tmp[1] &= (a ^ 0xffffffffffffffff) | 0x000000ffffffffff;
647     tmp[0] -= 1 & a;
648
649     /*
650      * eliminate negative coefficients: if tmp[0] is negative, tmp[1] must be
651      * non-zero, so we only need one step
652      */
653     a = tmp[0] >> 63;
654     tmp[0] += two56 & a;
655     tmp[1] -= 1 & a;
656
657     /* carry 1 -> 2 -> 3 */
658     tmp[2] += tmp[1] >> 56;
659     tmp[1] &= 0x00ffffffffffffff;
660
661     tmp[3] += tmp[2] >> 56;
662     tmp[2] &= 0x00ffffffffffffff;
663
664     /* Now 0 <= out < p */
665     out[0] = tmp[0];
666     out[1] = tmp[1];
667     out[2] = tmp[2];
668     out[3] = tmp[3];
669 }
670
671 /*
672  * Get negative value: out = -in
673  * Requires in[i] < 2^63,
674  * ensures out[0] < 2^56, out[1] < 2^56, out[2] < 2^56, out[3] <= 2^56 + 2^16
675  */
676 static void felem_neg(felem out, const felem in)
677 {
678     widefelem tmp = {0};
679     felem_diff_128_64(tmp, in);
680     felem_reduce(out, tmp);
681 }
682
683 /*
684  * Zero-check: returns 1 if input is 0, and 0 otherwise. We know that field
685  * elements are reduced to in < 2^225, so we only need to check three cases:
686  * 0, 2^224 - 2^96 + 1, and 2^225 - 2^97 + 2
687  */
688 static limb felem_is_zero(const felem in)
689 {
690     limb zero, two224m96p1, two225m97p2;
691
692     zero = in[0] | in[1] | in[2] | in[3];
693     zero = (((int64_t) (zero) - 1) >> 63) & 1;
694     two224m96p1 = (in[0] ^ 1) | (in[1] ^ 0x00ffff0000000000)
695         | (in[2] ^ 0x00ffffffffffffff) | (in[3] ^ 0x00ffffffffffffff);
696     two224m96p1 = (((int64_t) (two224m96p1) - 1) >> 63) & 1;
697     two225m97p2 = (in[0] ^ 2) | (in[1] ^ 0x00fffe0000000000)
698         | (in[2] ^ 0x00ffffffffffffff) | (in[3] ^ 0x01ffffffffffffff);
699     two225m97p2 = (((int64_t) (two225m97p2) - 1) >> 63) & 1;
700     return (zero | two224m96p1 | two225m97p2);
701 }
702
703 static int felem_is_zero_int(const void *in)
704 {
705     return (int)(felem_is_zero(in) & ((limb) 1));
706 }
707
708 /* Invert a field element */
709 /* Computation chain copied from djb's code */
710 static void felem_inv(felem out, const felem in)
711 {
712     felem ftmp, ftmp2, ftmp3, ftmp4;
713     widefelem tmp;
714     unsigned i;
715
716     felem_square(tmp, in);
717     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2 */
718     felem_mul(tmp, in, ftmp);
719     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^2 - 1 */
720     felem_square(tmp, ftmp);
721     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^3 - 2 */
722     felem_mul(tmp, in, ftmp);
723     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^3 - 1 */
724     felem_square(tmp, ftmp);
725     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^4 - 2 */
726     felem_square(tmp, ftmp2);
727     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^5 - 4 */
728     felem_square(tmp, ftmp2);
729     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^6 - 8 */
730     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp);
731     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^6 - 1 */
732     felem_square(tmp, ftmp);
733     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^7 - 2 */
734     for (i = 0; i < 5; ++i) {   /* 2^12 - 2^6 */
735         felem_square(tmp, ftmp2);
736         felem_reduce(ftmp2, tmp);
737     }
738     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp);
739     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^12 - 1 */
740     felem_square(tmp, ftmp2);
741     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^13 - 2 */
742     for (i = 0; i < 11; ++i) {  /* 2^24 - 2^12 */
743         felem_square(tmp, ftmp3);
744         felem_reduce(ftmp3, tmp);
745     }
746     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
747     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^24 - 1 */
748     felem_square(tmp, ftmp2);
749     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^25 - 2 */
750     for (i = 0; i < 23; ++i) {  /* 2^48 - 2^24 */
751         felem_square(tmp, ftmp3);
752         felem_reduce(ftmp3, tmp);
753     }
754     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
755     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^48 - 1 */
756     felem_square(tmp, ftmp3);
757     felem_reduce(ftmp4, tmp);   /* 2^49 - 2 */
758     for (i = 0; i < 47; ++i) {  /* 2^96 - 2^48 */
759         felem_square(tmp, ftmp4);
760         felem_reduce(ftmp4, tmp);
761     }
762     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp4);
763     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^96 - 1 */
764     felem_square(tmp, ftmp3);
765     felem_reduce(ftmp4, tmp);   /* 2^97 - 2 */
766     for (i = 0; i < 23; ++i) {  /* 2^120 - 2^24 */
767         felem_square(tmp, ftmp4);
768         felem_reduce(ftmp4, tmp);
769     }
770     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp4);
771     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^120 - 1 */
772     for (i = 0; i < 6; ++i) {   /* 2^126 - 2^6 */
773         felem_square(tmp, ftmp2);
774         felem_reduce(ftmp2, tmp);
775     }
776     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp);
777     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^126 - 1 */
778     felem_square(tmp, ftmp);
779     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^127 - 2 */
780     felem_mul(tmp, ftmp, in);
781     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^127 - 1 */
782     for (i = 0; i < 97; ++i) {  /* 2^224 - 2^97 */
783         felem_square(tmp, ftmp);
784         felem_reduce(ftmp, tmp);
785     }
786     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp3);
787     felem_reduce(out, tmp);     /* 2^224 - 2^96 - 1 */
788 }
789
790 /*
791  * Copy in constant time: if icopy == 1, copy in to out, if icopy == 0, copy
792  * out to itself.
793  */
794 static void copy_conditional(felem out, const felem in, limb icopy)
795 {
796     unsigned i;
797     /*
798      * icopy is a (64-bit) 0 or 1, so copy is either all-zero or all-one
799      */
800     const limb copy = -icopy;
801     for (i = 0; i < 4; ++i) {
802         const limb tmp = copy & (in[i] ^ out[i]);
803         out[i] ^= tmp;
804     }
805 }
806
807 /******************************************************************************/
808 /*-
809  *                       ELLIPTIC CURVE POINT OPERATIONS
810  *
811  * Points are represented in Jacobian projective coordinates:
812  * (X, Y, Z) corresponds to the affine point (X/Z^2, Y/Z^3),
813  * or to the point at infinity if Z == 0.
814  *
815  */
816
817 /*-
818  * Double an elliptic curve point:
819  * (X', Y', Z') = 2 * (X, Y, Z), where
820  * X' = (3 * (X - Z^2) * (X + Z^2))^2 - 8 * X * Y^2
821  * Y' = 3 * (X - Z^2) * (X + Z^2) * (4 * X * Y^2 - X') - 8 * Y^4
822  * Z' = (Y + Z)^2 - Y^2 - Z^2 = 2 * Y * Z
823  * Outputs can equal corresponding inputs, i.e., x_out == x_in is allowed,
824  * while x_out == y_in is not (maybe this works, but it's not tested).
825  */
826 static void
827 point_double(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
828              const felem x_in, const felem y_in, const felem z_in)
829 {
830     widefelem tmp, tmp2;
831     felem delta, gamma, beta, alpha, ftmp, ftmp2;
832
833     felem_assign(ftmp, x_in);
834     felem_assign(ftmp2, x_in);
835
836     /* delta = z^2 */
837     felem_square(tmp, z_in);
838     felem_reduce(delta, tmp);
839
840     /* gamma = y^2 */
841     felem_square(tmp, y_in);
842     felem_reduce(gamma, tmp);
843
844     /* beta = x*gamma */
845     felem_mul(tmp, x_in, gamma);
846     felem_reduce(beta, tmp);
847
848     /* alpha = 3*(x-delta)*(x+delta) */
849     felem_diff(ftmp, delta);
850     /* ftmp[i] < 2^57 + 2^58 + 2 < 2^59 */
851     felem_sum(ftmp2, delta);
852     /* ftmp2[i] < 2^57 + 2^57 = 2^58 */
853     felem_scalar(ftmp2, 3);
854     /* ftmp2[i] < 3 * 2^58 < 2^60 */
855     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp2);
856     /* tmp[i] < 2^60 * 2^59 * 4 = 2^121 */
857     felem_reduce(alpha, tmp);
858
859     /* x' = alpha^2 - 8*beta */
860     felem_square(tmp, alpha);
861     /* tmp[i] < 4 * 2^57 * 2^57 = 2^116 */
862     felem_assign(ftmp, beta);
863     felem_scalar(ftmp, 8);
864     /* ftmp[i] < 8 * 2^57 = 2^60 */
865     felem_diff_128_64(tmp, ftmp);
866     /* tmp[i] < 2^116 + 2^64 + 8 < 2^117 */
867     felem_reduce(x_out, tmp);
868
869     /* z' = (y + z)^2 - gamma - delta */
870     felem_sum(delta, gamma);
871     /* delta[i] < 2^57 + 2^57 = 2^58 */
872     felem_assign(ftmp, y_in);
873     felem_sum(ftmp, z_in);
874     /* ftmp[i] < 2^57 + 2^57 = 2^58 */
875     felem_square(tmp, ftmp);
876     /* tmp[i] < 4 * 2^58 * 2^58 = 2^118 */
877     felem_diff_128_64(tmp, delta);
878     /* tmp[i] < 2^118 + 2^64 + 8 < 2^119 */
879     felem_reduce(z_out, tmp);
880
881     /* y' = alpha*(4*beta - x') - 8*gamma^2 */
882     felem_scalar(beta, 4);
883     /* beta[i] < 4 * 2^57 = 2^59 */
884     felem_diff(beta, x_out);
885     /* beta[i] < 2^59 + 2^58 + 2 < 2^60 */
886     felem_mul(tmp, alpha, beta);
887     /* tmp[i] < 4 * 2^57 * 2^60 = 2^119 */
888     felem_square(tmp2, gamma);
889     /* tmp2[i] < 4 * 2^57 * 2^57 = 2^116 */
890     widefelem_scalar(tmp2, 8);
891     /* tmp2[i] < 8 * 2^116 = 2^119 */
892     widefelem_diff(tmp, tmp2);
893     /* tmp[i] < 2^119 + 2^120 < 2^121 */
894     felem_reduce(y_out, tmp);
895 }
896
897 /*-
898  * Add two elliptic curve points:
899  * (X_1, Y_1, Z_1) + (X_2, Y_2, Z_2) = (X_3, Y_3, Z_3), where
900  * X_3 = (Z_1^3 * Y_2 - Z_2^3 * Y_1)^2 - (Z_1^2 * X_2 - Z_2^2 * X_1)^3 -
901  * 2 * Z_2^2 * X_1 * (Z_1^2 * X_2 - Z_2^2 * X_1)^2
902  * Y_3 = (Z_1^3 * Y_2 - Z_2^3 * Y_1) * (Z_2^2 * X_1 * (Z_1^2 * X_2 - Z_2^2 * X_1)^2 - X_3) -
903  *        Z_2^3 * Y_1 * (Z_1^2 * X_2 - Z_2^2 * X_1)^3
904  * Z_3 = (Z_1^2 * X_2 - Z_2^2 * X_1) * (Z_1 * Z_2)
905  *
906  * This runs faster if 'mixed' is set, which requires Z_2 = 1 or Z_2 = 0.
907  */
908
909 /*
910  * This function is not entirely constant-time: it includes a branch for
911  * checking whether the two input points are equal, (while not equal to the
912  * point at infinity). This case never happens during single point
913  * multiplication, so there is no timing leak for ECDH or ECDSA signing.
914  */
915 static void point_add(felem x3, felem y3, felem z3,
916                       const felem x1, const felem y1, const felem z1,
917                       const int mixed, const felem x2, const felem y2,
918                       const felem z2)
919 {
920     felem ftmp, ftmp2, ftmp3, ftmp4, ftmp5, x_out, y_out, z_out;
921     widefelem tmp, tmp2;
922     limb z1_is_zero, z2_is_zero, x_equal, y_equal;
923
924     if (!mixed) {
925         /* ftmp2 = z2^2 */
926         felem_square(tmp, z2);
927         felem_reduce(ftmp2, tmp);
928
929         /* ftmp4 = z2^3 */
930         felem_mul(tmp, ftmp2, z2);
931         felem_reduce(ftmp4, tmp);
932
933         /* ftmp4 = z2^3*y1 */
934         felem_mul(tmp2, ftmp4, y1);
935         felem_reduce(ftmp4, tmp2);
936
937         /* ftmp2 = z2^2*x1 */
938         felem_mul(tmp2, ftmp2, x1);
939         felem_reduce(ftmp2, tmp2);
940     } else {
941         /*
942          * We'll assume z2 = 1 (special case z2 = 0 is handled later)
943          */
944
945         /* ftmp4 = z2^3*y1 */
946         felem_assign(ftmp4, y1);
947
948         /* ftmp2 = z2^2*x1 */
949         felem_assign(ftmp2, x1);
950     }
951
952     /* ftmp = z1^2 */
953     felem_square(tmp, z1);
954     felem_reduce(ftmp, tmp);
955
956     /* ftmp3 = z1^3 */
957     felem_mul(tmp, ftmp, z1);
958     felem_reduce(ftmp3, tmp);
959
960     /* tmp = z1^3*y2 */
961     felem_mul(tmp, ftmp3, y2);
962     /* tmp[i] < 4 * 2^57 * 2^57 = 2^116 */
963
964     /* ftmp3 = z1^3*y2 - z2^3*y1 */
965     felem_diff_128_64(tmp, ftmp4);
966     /* tmp[i] < 2^116 + 2^64 + 8 < 2^117 */
967     felem_reduce(ftmp3, tmp);
968
969     /* tmp = z1^2*x2 */
970     felem_mul(tmp, ftmp, x2);
971     /* tmp[i] < 4 * 2^57 * 2^57 = 2^116 */
972
973     /* ftmp = z1^2*x2 - z2^2*x1 */
974     felem_diff_128_64(tmp, ftmp2);
975     /* tmp[i] < 2^116 + 2^64 + 8 < 2^117 */
976     felem_reduce(ftmp, tmp);
977
978     /*
979      * the formulae are incorrect if the points are equal so we check for
980      * this and do doubling if this happens
981      */
982     x_equal = felem_is_zero(ftmp);
983     y_equal = felem_is_zero(ftmp3);
984     z1_is_zero = felem_is_zero(z1);
985     z2_is_zero = felem_is_zero(z2);
986     /* In affine coordinates, (X_1, Y_1) == (X_2, Y_2) */
987     if (x_equal && y_equal && !z1_is_zero && !z2_is_zero) {
988         point_double(x3, y3, z3, x1, y1, z1);
989         return;
990     }
991
992     /* ftmp5 = z1*z2 */
993     if (!mixed) {
994         felem_mul(tmp, z1, z2);
995         felem_reduce(ftmp5, tmp);
996     } else {
997         /* special case z2 = 0 is handled later */
998         felem_assign(ftmp5, z1);
999     }
1000
1001     /* z_out = (z1^2*x2 - z2^2*x1)*(z1*z2) */
1002     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp5);
1003     felem_reduce(z_out, tmp);
1004
1005     /* ftmp = (z1^2*x2 - z2^2*x1)^2 */
1006     felem_assign(ftmp5, ftmp);
1007     felem_square(tmp, ftmp);
1008     felem_reduce(ftmp, tmp);
1009
1010     /* ftmp5 = (z1^2*x2 - z2^2*x1)^3 */
1011     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp5);
1012     felem_reduce(ftmp5, tmp);
1013
1014     /* ftmp2 = z2^2*x1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^2 */
1015     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp);
1016     felem_reduce(ftmp2, tmp);
1017
1018     /* tmp = z2^3*y1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^3 */
1019     felem_mul(tmp, ftmp4, ftmp5);
1020     /* tmp[i] < 4 * 2^57 * 2^57 = 2^116 */
1021
1022     /* tmp2 = (z1^3*y2 - z2^3*y1)^2 */
1023     felem_square(tmp2, ftmp3);
1024     /* tmp2[i] < 4 * 2^57 * 2^57 < 2^116 */
1025
1026     /* tmp2 = (z1^3*y2 - z2^3*y1)^2 - (z1^2*x2 - z2^2*x1)^3 */
1027     felem_diff_128_64(tmp2, ftmp5);
1028     /* tmp2[i] < 2^116 + 2^64 + 8 < 2^117 */
1029
1030     /* ftmp5 = 2*z2^2*x1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^2 */
1031     felem_assign(ftmp5, ftmp2);
1032     felem_scalar(ftmp5, 2);
1033     /* ftmp5[i] < 2 * 2^57 = 2^58 */
1034
1035     /*-
1036      * x_out = (z1^3*y2 - z2^3*y1)^2 - (z1^2*x2 - z2^2*x1)^3 -
1037      *  2*z2^2*x1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^2
1038      */
1039     felem_diff_128_64(tmp2, ftmp5);
1040     /* tmp2[i] < 2^117 + 2^64 + 8 < 2^118 */
1041     felem_reduce(x_out, tmp2);
1042
1043     /* ftmp2 = z2^2*x1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^2 - x_out */
1044     felem_diff(ftmp2, x_out);
1045     /* ftmp2[i] < 2^57 + 2^58 + 2 < 2^59 */
1046
1047     /*
1048      * tmp2 = (z1^3*y2 - z2^3*y1)*(z2^2*x1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^2 - x_out)
1049      */
1050     felem_mul(tmp2, ftmp3, ftmp2);
1051     /* tmp2[i] < 4 * 2^57 * 2^59 = 2^118 */
1052
1053     /*-
1054      * y_out = (z1^3*y2 - z2^3*y1)*(z2^2*x1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^2 - x_out) -
1055      *  z2^3*y1*(z1^2*x2 - z2^2*x1)^3
1056      */
1057     widefelem_diff(tmp2, tmp);
1058     /* tmp2[i] < 2^118 + 2^120 < 2^121 */
1059     felem_reduce(y_out, tmp2);
1060
1061     /*
1062      * the result (x_out, y_out, z_out) is incorrect if one of the inputs is
1063      * the point at infinity, so we need to check for this separately
1064      */
1065
1066     /*
1067      * if point 1 is at infinity, copy point 2 to output, and vice versa
1068      */
1069     copy_conditional(x_out, x2, z1_is_zero);
1070     copy_conditional(x_out, x1, z2_is_zero);
1071     copy_conditional(y_out, y2, z1_is_zero);
1072     copy_conditional(y_out, y1, z2_is_zero);
1073     copy_conditional(z_out, z2, z1_is_zero);
1074     copy_conditional(z_out, z1, z2_is_zero);
1075     felem_assign(x3, x_out);
1076     felem_assign(y3, y_out);
1077     felem_assign(z3, z_out);
1078 }
1079
1080 /*
1081  * select_point selects the |idx|th point from a precomputation table and
1082  * copies it to out.
1083  * The pre_comp array argument should be size of |size| argument
1084  */
1085 static void select_point(const u64 idx, unsigned int size,
1086                          const felem pre_comp[][3], felem out[3])
1087 {
1088     unsigned i, j;
1089     limb *outlimbs = &out[0][0];
1090
1091     memset(out, 0, sizeof(*out) * 3);
1092     for (i = 0; i < size; i++) {
1093         const limb *inlimbs = &pre_comp[i][0][0];
1094         u64 mask = i ^ idx;
1095         mask |= mask >> 4;
1096         mask |= mask >> 2;
1097         mask |= mask >> 1;
1098         mask &= 1;
1099         mask--;
1100         for (j = 0; j < 4 * 3; j++)
1101             outlimbs[j] |= inlimbs[j] & mask;
1102     }
1103 }
1104
1105 /* get_bit returns the |i|th bit in |in| */
1106 static char get_bit(const felem_bytearray in, unsigned i)
1107 {
1108     if (i >= 224)
1109         return 0;
1110     return (in[i >> 3] >> (i & 7)) & 1;
1111 }
1112
1113 /*
1114  * Interleaved point multiplication using precomputed point multiples: The
1115  * small point multiples 0*P, 1*P, ..., 16*P are in pre_comp[], the scalars
1116  * in scalars[]. If g_scalar is non-NULL, we also add this multiple of the
1117  * generator, using certain (large) precomputed multiples in g_pre_comp.
1118  * Output point (X, Y, Z) is stored in x_out, y_out, z_out
1119  */
1120 static void batch_mul(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1121                       const felem_bytearray scalars[],
1122                       const unsigned num_points, const u8 *g_scalar,
1123                       const int mixed, const felem pre_comp[][17][3],
1124                       const felem g_pre_comp[2][16][3])
1125 {
1126     int i, skip;
1127     unsigned num;
1128     unsigned gen_mul = (g_scalar != NULL);
1129     felem nq[3], tmp[4];
1130     u64 bits;
1131     u8 sign, digit;
1132
1133     /* set nq to the point at infinity */
1134     memset(nq, 0, sizeof(nq));
1135
1136     /*
1137      * Loop over all scalars msb-to-lsb, interleaving additions of multiples
1138      * of the generator (two in each of the last 28 rounds) and additions of
1139      * other points multiples (every 5th round).
1140      */
1141     skip = 1;                   /* save two point operations in the first
1142                                  * round */
1143     for (i = (num_points ? 220 : 27); i >= 0; --i) {
1144         /* double */
1145         if (!skip)
1146             point_double(nq[0], nq[1], nq[2], nq[0], nq[1], nq[2]);
1147
1148         /* add multiples of the generator */
1149         if (gen_mul && (i <= 27)) {
1150             /* first, look 28 bits upwards */
1151             bits = get_bit(g_scalar, i + 196) << 3;
1152             bits |= get_bit(g_scalar, i + 140) << 2;
1153             bits |= get_bit(g_scalar, i + 84) << 1;
1154             bits |= get_bit(g_scalar, i + 28);
1155             /* select the point to add, in constant time */
1156             select_point(bits, 16, g_pre_comp[1], tmp);
1157
1158             if (!skip) {
1159                 /* value 1 below is argument for "mixed" */
1160                 point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1161                           nq[0], nq[1], nq[2], 1, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1162             } else {
1163                 memcpy(nq, tmp, 3 * sizeof(felem));
1164                 skip = 0;
1165             }
1166
1167             /* second, look at the current position */
1168             bits = get_bit(g_scalar, i + 168) << 3;
1169             bits |= get_bit(g_scalar, i + 112) << 2;
1170             bits |= get_bit(g_scalar, i + 56) << 1;
1171             bits |= get_bit(g_scalar, i);
1172             /* select the point to add, in constant time */
1173             select_point(bits, 16, g_pre_comp[0], tmp);
1174             point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1175                       nq[0], nq[1], nq[2],
1176                       1 /* mixed */ , tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1177         }
1178
1179         /* do other additions every 5 doublings */
1180         if (num_points && (i % 5 == 0)) {
1181             /* loop over all scalars */
1182             for (num = 0; num < num_points; ++num) {
1183                 bits = get_bit(scalars[num], i + 4) << 5;
1184                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 3) << 4;
1185                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 2) << 3;
1186                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 1) << 2;
1187                 bits |= get_bit(scalars[num], i) << 1;
1188                 bits |= get_bit(scalars[num], i - 1);
1189                 ec_GFp_nistp_recode_scalar_bits(&sign, &digit, bits);
1190
1191                 /* select the point to add or subtract */
1192                 select_point(digit, 17, pre_comp[num], tmp);
1193                 felem_neg(tmp[3], tmp[1]); /* (X, -Y, Z) is the negative
1194                                             * point */
1195                 copy_conditional(tmp[1], tmp[3], sign);
1196
1197                 if (!skip) {
1198                     point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1199                               nq[0], nq[1], nq[2],
1200                               mixed, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1201                 } else {
1202                     memcpy(nq, tmp, 3 * sizeof(felem));
1203                     skip = 0;
1204                 }
1205             }
1206         }
1207     }
1208     felem_assign(x_out, nq[0]);
1209     felem_assign(y_out, nq[1]);
1210     felem_assign(z_out, nq[2]);
1211 }
1212
1213 /******************************************************************************/
1214 /*
1215  * FUNCTIONS TO MANAGE PRECOMPUTATION
1216  */
1217
1218 static NISTP224_PRE_COMP *nistp224_pre_comp_new(void)
1219 {
1220     NISTP224_PRE_COMP *ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret));
1221
1222     if (!ret) {
1223         ECerr(EC_F_NISTP224_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1224         return ret;
1225     }
1226
1227     ret->references = 1;
1228
1229     ret->lock = CRYPTO_THREAD_lock_new();
1230     if (ret->lock == NULL) {
1231         ECerr(EC_F_NISTP224_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1232         OPENSSL_free(ret);
1233         return NULL;
1234     }
1235     return ret;
1236 }
1237
1238 NISTP224_PRE_COMP *EC_nistp224_pre_comp_dup(NISTP224_PRE_COMP *p)
1239 {
1240     int i;
1241     if (p != NULL)
1242         CRYPTO_UP_REF(&p->references, &i, p->lock);
1243     return p;
1244 }
1245
1246 void EC_nistp224_pre_comp_free(NISTP224_PRE_COMP *p)
1247 {
1248     int i;
1249
1250     if (p == NULL)
1251         return;
1252
1253     CRYPTO_DOWN_REF(&p->references, &i, p->lock);
1254     REF_PRINT_COUNT("EC_nistp224", x);
1255     if (i > 0)
1256         return;
1257     REF_ASSERT_ISNT(i < 0);
1258
1259     CRYPTO_THREAD_lock_free(p->lock);
1260     OPENSSL_free(p);
1261 }
1262
1263 /******************************************************************************/
1264 /*
1265  * OPENSSL EC_METHOD FUNCTIONS
1266  */
1267
1268 int ec_GFp_nistp224_group_init(EC_GROUP *group)
1269 {
1270     int ret;
1271     ret = ec_GFp_simple_group_init(group);
1272     group->a_is_minus3 = 1;
1273     return ret;
1274 }
1275
1276 int ec_GFp_nistp224_group_set_curve(EC_GROUP *group, const BIGNUM *p,
1277                                     const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
1278                                     BN_CTX *ctx)
1279 {
1280     int ret = 0;
1281     BN_CTX *new_ctx = NULL;
1282     BIGNUM *curve_p, *curve_a, *curve_b;
1283
1284     if (ctx == NULL)
1285         if ((ctx = new_ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
1286             return 0;
1287     BN_CTX_start(ctx);
1288     curve_p = BN_CTX_get(ctx);
1289     curve_a = BN_CTX_get(ctx);
1290     curve_b = BN_CTX_get(ctx);
1291     if (curve_b == NULL)
1292         goto err;
1293     BN_bin2bn(nistp224_curve_params[0], sizeof(felem_bytearray), curve_p);
1294     BN_bin2bn(nistp224_curve_params[1], sizeof(felem_bytearray), curve_a);
1295     BN_bin2bn(nistp224_curve_params[2], sizeof(felem_bytearray), curve_b);
1296     if ((BN_cmp(curve_p, p)) || (BN_cmp(curve_a, a)) || (BN_cmp(curve_b, b))) {
1297         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_GROUP_SET_CURVE,
1298               EC_R_WRONG_CURVE_PARAMETERS);
1299         goto err;
1300     }
1301     group->field_mod_func = BN_nist_mod_224;
1302     ret = ec_GFp_simple_group_set_curve(group, p, a, b, ctx);
1303  err:
1304     BN_CTX_end(ctx);
1305     BN_CTX_free(new_ctx);
1306     return ret;
1307 }
1308
1309 /*
1310  * Takes the Jacobian coordinates (X, Y, Z) of a point and returns (X', Y') =
1311  * (X/Z^2, Y/Z^3)
1312  */
1313 int ec_GFp_nistp224_point_get_affine_coordinates(const EC_GROUP *group,
1314                                                  const EC_POINT *point,
1315                                                  BIGNUM *x, BIGNUM *y,
1316                                                  BN_CTX *ctx)
1317 {
1318     felem z1, z2, x_in, y_in, x_out, y_out;
1319     widefelem tmp;
1320
1321     if (EC_POINT_is_at_infinity(group, point)) {
1322         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1323               EC_R_POINT_AT_INFINITY);
1324         return 0;
1325     }
1326     if ((!BN_to_felem(x_in, point->X)) || (!BN_to_felem(y_in, point->Y)) ||
1327         (!BN_to_felem(z1, point->Z)))
1328         return 0;
1329     felem_inv(z2, z1);
1330     felem_square(tmp, z2);
1331     felem_reduce(z1, tmp);
1332     felem_mul(tmp, x_in, z1);
1333     felem_reduce(x_in, tmp);
1334     felem_contract(x_out, x_in);
1335     if (x != NULL) {
1336         if (!felem_to_BN(x, x_out)) {
1337             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1338                   ERR_R_BN_LIB);
1339             return 0;
1340         }
1341     }
1342     felem_mul(tmp, z1, z2);
1343     felem_reduce(z1, tmp);
1344     felem_mul(tmp, y_in, z1);
1345     felem_reduce(y_in, tmp);
1346     felem_contract(y_out, y_in);
1347     if (y != NULL) {
1348         if (!felem_to_BN(y, y_out)) {
1349             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1350                   ERR_R_BN_LIB);
1351             return 0;
1352         }
1353     }
1354     return 1;
1355 }
1356
1357 static void make_points_affine(size_t num, felem points[ /* num */ ][3],
1358                                felem tmp_felems[ /* num+1 */ ])
1359 {
1360     /*
1361      * Runs in constant time, unless an input is the point at infinity (which
1362      * normally shouldn't happen).
1363      */
1364     ec_GFp_nistp_points_make_affine_internal(num,
1365                                              points,
1366                                              sizeof(felem),
1367                                              tmp_felems,
1368                                              (void (*)(void *))felem_one,
1369                                              felem_is_zero_int,
1370                                              (void (*)(void *, const void *))
1371                                              felem_assign,
1372                                              (void (*)(void *, const void *))
1373                                              felem_square_reduce, (void (*)
1374                                                                    (void *,
1375                                                                     const void
1376                                                                     *,
1377                                                                     const void
1378                                                                     *))
1379                                              felem_mul_reduce,
1380                                              (void (*)(void *, const void *))
1381                                              felem_inv,
1382                                              (void (*)(void *, const void *))
1383                                              felem_contract);
1384 }
1385
1386 /*
1387  * Computes scalar*generator + \sum scalars[i]*points[i], ignoring NULL
1388  * values Result is stored in r (r can equal one of the inputs).
1389  */
1390 int ec_GFp_nistp224_points_mul(const EC_GROUP *group, EC_POINT *r,
1391                                const BIGNUM *scalar, size_t num,
1392                                const EC_POINT *points[],
1393                                const BIGNUM *scalars[], BN_CTX *ctx)
1394 {
1395     int ret = 0;
1396     int j;
1397     unsigned i;
1398     int mixed = 0;
1399     BIGNUM *x, *y, *z, *tmp_scalar;
1400     felem_bytearray g_secret;
1401     felem_bytearray *secrets = NULL;
1402     felem (*pre_comp)[17][3] = NULL;
1403     felem *tmp_felems = NULL;
1404     felem_bytearray tmp;
1405     unsigned num_bytes;
1406     int have_pre_comp = 0;
1407     size_t num_points = num;
1408     felem x_in, y_in, z_in, x_out, y_out, z_out;
1409     NISTP224_PRE_COMP *pre = NULL;
1410     const felem(*g_pre_comp)[16][3] = NULL;
1411     EC_POINT *generator = NULL;
1412     const EC_POINT *p = NULL;
1413     const BIGNUM *p_scalar = NULL;
1414
1415     BN_CTX_start(ctx);
1416     x = BN_CTX_get(ctx);
1417     y = BN_CTX_get(ctx);
1418     z = BN_CTX_get(ctx);
1419     tmp_scalar = BN_CTX_get(ctx);
1420     if (tmp_scalar == NULL)
1421         goto err;
1422
1423     if (scalar != NULL) {
1424         pre = group->pre_comp.nistp224;
1425         if (pre)
1426             /* we have precomputation, try to use it */
1427             g_pre_comp = (const felem(*)[16][3])pre->g_pre_comp;
1428         else
1429             /* try to use the standard precomputation */
1430             g_pre_comp = &gmul[0];
1431         generator = EC_POINT_new(group);
1432         if (generator == NULL)
1433             goto err;
1434         /* get the generator from precomputation */
1435         if (!felem_to_BN(x, g_pre_comp[0][1][0]) ||
1436             !felem_to_BN(y, g_pre_comp[0][1][1]) ||
1437             !felem_to_BN(z, g_pre_comp[0][1][2])) {
1438             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
1439             goto err;
1440         }
1441         if (!EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp(group,
1442                                                       generator, x, y, z,
1443                                                       ctx))
1444             goto err;
1445         if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx))
1446             /* precomputation matches generator */
1447             have_pre_comp = 1;
1448         else
1449             /*
1450              * we don't have valid precomputation: treat the generator as a
1451              * random point
1452              */
1453             num_points = num_points + 1;
1454     }
1455
1456     if (num_points > 0) {
1457         if (num_points >= 3) {
1458             /*
1459              * unless we precompute multiples for just one or two points,
1460              * converting those into affine form is time well spent
1461              */
1462             mixed = 1;
1463         }
1464         secrets = OPENSSL_zalloc(sizeof(*secrets) * num_points);
1465         pre_comp = OPENSSL_zalloc(sizeof(*pre_comp) * num_points);
1466         if (mixed)
1467             tmp_felems =
1468                 OPENSSL_malloc(sizeof(felem) * (num_points * 17 + 1));
1469         if ((secrets == NULL) || (pre_comp == NULL)
1470             || (mixed && (tmp_felems == NULL))) {
1471             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1472             goto err;
1473         }
1474
1475         /*
1476          * we treat NULL scalars as 0, and NULL points as points at infinity,
1477          * i.e., they contribute nothing to the linear combination
1478          */
1479         for (i = 0; i < num_points; ++i) {
1480             if (i == num)
1481                 /* the generator */
1482             {
1483                 p = EC_GROUP_get0_generator(group);
1484                 p_scalar = scalar;
1485             } else
1486                 /* the i^th point */
1487             {
1488                 p = points[i];
1489                 p_scalar = scalars[i];
1490             }
1491             if ((p_scalar != NULL) && (p != NULL)) {
1492                 /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^224 */
1493                 if ((BN_num_bits(p_scalar) > 224)
1494                     || (BN_is_negative(p_scalar))) {
1495                     /*
1496                      * this is an unusual input, and we don't guarantee
1497                      * constant-timeness
1498                      */
1499                     if (!BN_nnmod(tmp_scalar, p_scalar, group->order, ctx)) {
1500                         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
1501                         goto err;
1502                     }
1503                     num_bytes = BN_bn2bin(tmp_scalar, tmp);
1504                 } else
1505                     num_bytes = BN_bn2bin(p_scalar, tmp);
1506                 flip_endian(secrets[i], tmp, num_bytes);
1507                 /* precompute multiples */
1508                 if ((!BN_to_felem(x_out, p->X)) ||
1509                     (!BN_to_felem(y_out, p->Y)) ||
1510                     (!BN_to_felem(z_out, p->Z)))
1511                     goto err;
1512                 felem_assign(pre_comp[i][1][0], x_out);
1513                 felem_assign(pre_comp[i][1][1], y_out);
1514                 felem_assign(pre_comp[i][1][2], z_out);
1515                 for (j = 2; j <= 16; ++j) {
1516                     if (j & 1) {
1517                         point_add(pre_comp[i][j][0], pre_comp[i][j][1],
1518                                   pre_comp[i][j][2], pre_comp[i][1][0],
1519                                   pre_comp[i][1][1], pre_comp[i][1][2], 0,
1520                                   pre_comp[i][j - 1][0],
1521                                   pre_comp[i][j - 1][1],
1522                                   pre_comp[i][j - 1][2]);
1523                     } else {
1524                         point_double(pre_comp[i][j][0], pre_comp[i][j][1],
1525                                      pre_comp[i][j][2], pre_comp[i][j / 2][0],
1526                                      pre_comp[i][j / 2][1],
1527                                      pre_comp[i][j / 2][2]);
1528                     }
1529                 }
1530             }
1531         }
1532         if (mixed)
1533             make_points_affine(num_points * 17, pre_comp[0], tmp_felems);
1534     }
1535
1536     /* the scalar for the generator */
1537     if ((scalar != NULL) && (have_pre_comp)) {
1538         memset(g_secret, 0, sizeof(g_secret));
1539         /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^224 */
1540         if ((BN_num_bits(scalar) > 224) || (BN_is_negative(scalar))) {
1541             /*
1542              * this is an unusual input, and we don't guarantee
1543              * constant-timeness
1544              */
1545             if (!BN_nnmod(tmp_scalar, scalar, group->order, ctx)) {
1546                 ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
1547                 goto err;
1548             }
1549             num_bytes = BN_bn2bin(tmp_scalar, tmp);
1550         } else
1551             num_bytes = BN_bn2bin(scalar, tmp);
1552         flip_endian(g_secret, tmp, num_bytes);
1553         /* do the multiplication with generator precomputation */
1554         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
1555                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
1556                   g_secret,
1557                   mixed, (const felem(*)[17][3])pre_comp, g_pre_comp);
1558     } else
1559         /* do the multiplication without generator precomputation */
1560         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
1561                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
1562                   NULL, mixed, (const felem(*)[17][3])pre_comp, NULL);
1563     /* reduce the output to its unique minimal representation */
1564     felem_contract(x_in, x_out);
1565     felem_contract(y_in, y_out);
1566     felem_contract(z_in, z_out);
1567     if ((!felem_to_BN(x, x_in)) || (!felem_to_BN(y, y_in)) ||
1568         (!felem_to_BN(z, z_in))) {
1569         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP224_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
1570         goto err;
1571     }
1572     ret = EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp(group, r, x, y, z, ctx);
1573
1574  err:
1575     BN_CTX_end(ctx);
1576     EC_POINT_free(generator);
1577     OPENSSL_free(secrets);
1578     OPENSSL_free(pre_comp);
1579     OPENSSL_free(tmp_felems);
1580     return ret;
1581 }
1582
1583 int ec_GFp_nistp224_precompute_mult(EC_GROUP *group, BN_CTX *ctx)
1584 {
1585     int ret = 0;
1586     NISTP224_PRE_COMP *pre = NULL;
1587     int i, j;
1588     BN_CTX *new_ctx = NULL;
1589     BIGNUM *x, *y;
1590     EC_POINT *generator = NULL;
1591     felem tmp_felems[32];
1592
1593     /* throw away old precomputation */
1594     EC_pre_comp_free(group);
1595     if (ctx == NULL)
1596         if ((ctx = new_ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
1597             return 0;
1598     BN_CTX_start(ctx);
1599     x = BN_CTX_get(ctx);
1600     y = BN_CTX_get(ctx);
1601     if (y == NULL)
1602         goto err;
1603     /* get the generator */
1604     if (group->generator == NULL)
1605         goto err;
1606     generator = EC_POINT_new(group);
1607     if (generator == NULL)
1608         goto err;
1609     BN_bin2bn(nistp224_curve_params[3], sizeof(felem_bytearray), x);
1610     BN_bin2bn(nistp224_curve_params[4], sizeof(felem_bytearray), y);
1611     if (!EC_POINT_set_affine_coordinates(group, generator, x, y, ctx))
1612         goto err;
1613     if ((pre = nistp224_pre_comp_new()) == NULL)
1614         goto err;
1615     /*
1616      * if the generator is the standard one, use built-in precomputation
1617      */
1618     if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx)) {
1619         memcpy(pre->g_pre_comp, gmul, sizeof(pre->g_pre_comp));
1620         goto done;
1621     }
1622     if ((!BN_to_felem(pre->g_pre_comp[0][1][0], group->generator->X)) ||
1623         (!BN_to_felem(pre->g_pre_comp[0][1][1], group->generator->Y)) ||
1624         (!BN_to_felem(pre->g_pre_comp[0][1][2], group->generator->Z)))
1625         goto err;
1626     /*
1627      * compute 2^56*G, 2^112*G, 2^168*G for the first table, 2^28*G, 2^84*G,
1628      * 2^140*G, 2^196*G for the second one
1629      */
1630     for (i = 1; i <= 8; i <<= 1) {
1631         point_double(pre->g_pre_comp[1][i][0], pre->g_pre_comp[1][i][1],
1632                      pre->g_pre_comp[1][i][2], pre->g_pre_comp[0][i][0],
1633                      pre->g_pre_comp[0][i][1], pre->g_pre_comp[0][i][2]);
1634         for (j = 0; j < 27; ++j) {
1635             point_double(pre->g_pre_comp[1][i][0], pre->g_pre_comp[1][i][1],
1636                          pre->g_pre_comp[1][i][2], pre->g_pre_comp[1][i][0],
1637                          pre->g_pre_comp[1][i][1], pre->g_pre_comp[1][i][2]);
1638         }
1639         if (i == 8)
1640             break;
1641         point_double(pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
1642                      pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
1643                      pre->g_pre_comp[0][2 * i][2], pre->g_pre_comp[1][i][0],
1644                      pre->g_pre_comp[1][i][1], pre->g_pre_comp[1][i][2]);
1645         for (j = 0; j < 27; ++j) {
1646             point_double(pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
1647                          pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
1648                          pre->g_pre_comp[0][2 * i][2],
1649                          pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
1650                          pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
1651                          pre->g_pre_comp[0][2 * i][2]);
1652         }
1653     }
1654     for (i = 0; i < 2; i++) {
1655         /* g_pre_comp[i][0] is the point at infinity */
1656         memset(pre->g_pre_comp[i][0], 0, sizeof(pre->g_pre_comp[i][0]));
1657         /* the remaining multiples */
1658         /* 2^56*G + 2^112*G resp. 2^84*G + 2^140*G */
1659         point_add(pre->g_pre_comp[i][6][0], pre->g_pre_comp[i][6][1],
1660                   pre->g_pre_comp[i][6][2], pre->g_pre_comp[i][4][0],
1661                   pre->g_pre_comp[i][4][1], pre->g_pre_comp[i][4][2],
1662                   0, pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
1663                   pre->g_pre_comp[i][2][2]);
1664         /* 2^56*G + 2^168*G resp. 2^84*G + 2^196*G */
1665         point_add(pre->g_pre_comp[i][10][0], pre->g_pre_comp[i][10][1],
1666                   pre->g_pre_comp[i][10][2], pre->g_pre_comp[i][8][0],
1667                   pre->g_pre_comp[i][8][1], pre->g_pre_comp[i][8][2],
1668                   0, pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
1669                   pre->g_pre_comp[i][2][2]);
1670         /* 2^112*G + 2^168*G resp. 2^140*G + 2^196*G */
1671         point_add(pre->g_pre_comp[i][12][0], pre->g_pre_comp[i][12][1],
1672                   pre->g_pre_comp[i][12][2], pre->g_pre_comp[i][8][0],
1673                   pre->g_pre_comp[i][8][1], pre->g_pre_comp[i][8][2],
1674                   0, pre->g_pre_comp[i][4][0], pre->g_pre_comp[i][4][1],
1675                   pre->g_pre_comp[i][4][2]);
1676         /*
1677          * 2^56*G + 2^112*G + 2^168*G resp. 2^84*G + 2^140*G + 2^196*G
1678          */
1679         point_add(pre->g_pre_comp[i][14][0], pre->g_pre_comp[i][14][1],
1680                   pre->g_pre_comp[i][14][2], pre->g_pre_comp[i][12][0],
1681                   pre->g_pre_comp[i][12][1], pre->g_pre_comp[i][12][2],
1682                   0, pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
1683                   pre->g_pre_comp[i][2][2]);
1684         for (j = 1; j < 8; ++j) {
1685             /* odd multiples: add G resp. 2^28*G */
1686             point_add(pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][0],
1687                       pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][1],
1688                       pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][2],
1689                       pre->g_pre_comp[i][2 * j][0],
1690                       pre->g_pre_comp[i][2 * j][1],
1691                       pre->g_pre_comp[i][2 * j][2], 0,
1692                       pre->g_pre_comp[i][1][0], pre->g_pre_comp[i][1][1],
1693                       pre->g_pre_comp[i][1][2]);
1694         }
1695     }
1696     make_points_affine(31, &(pre->g_pre_comp[0][1]), tmp_felems);
1697
1698  done:
1699     SETPRECOMP(group, nistp224, pre);
1700     pre = NULL;
1701     ret = 1;
1702  err:
1703     BN_CTX_end(ctx);
1704     EC_POINT_free(generator);
1705     BN_CTX_free(new_ctx);
1706     EC_nistp224_pre_comp_free(pre);
1707     return ret;
1708 }
1709
1710 int ec_GFp_nistp224_have_precompute_mult(const EC_GROUP *group)
1711 {
1712     return HAVEPRECOMP(group, nistp224);
1713 }
1714
1715 #endif