bd15ea48452d7f4cfdf217b9b32f0de06ad34899
[openssl.git] / crypto / ec / ecp_nistp256.c
1 /*
2  * Copyright 2011-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the Apache License 2.0 (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-256 elliptic curve point multiplication
28  *
29  * OpenSSL integration was taken from Emilia Kasper's work in ecp_nistp224.c.
30  * Otherwise based on Emilia's P224 work, which was inspired by my curve25519
31  * work which got its smarts from Daniel J. Bernstein's work on the same.
32  */
33
34 #include <openssl/opensslconf.h>
35 #ifdef OPENSSL_NO_EC_NISTP_64_GCC_128
36 NON_EMPTY_TRANSLATION_UNIT
37 #else
38
39 # include <stdint.h>
40 # include <string.h>
41 # include <openssl/err.h>
42 # include "ec_lcl.h"
43
44 # if defined(__SIZEOF_INT128__) && __SIZEOF_INT128__==16
45   /* even with gcc, the typedef won't work for 32-bit platforms */
46 typedef __uint128_t uint128_t;  /* nonstandard; implemented by gcc on 64-bit
47                                  * platforms */
48 typedef __int128_t int128_t;
49 # else
50 #  error "Your compiler doesn't appear to support 128-bit integer types"
51 # endif
52
53 typedef uint8_t u8;
54 typedef uint32_t u32;
55 typedef uint64_t u64;
56
57 /*
58  * The underlying field. P256 operates over GF(2^256-2^224+2^192+2^96-1). We
59  * can serialise an element of this field into 32 bytes. We call this an
60  * felem_bytearray.
61  */
62
63 typedef u8 felem_bytearray[32];
64
65 /*
66  * These are the parameters of P256, taken from FIPS 186-3, page 86. These
67  * values are big-endian.
68  */
69 static const felem_bytearray nistp256_curve_params[5] = {
70     {0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, /* p */
71      0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
72      0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
73      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff},
74     {0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, /* a = -3 */
75      0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
76      0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
77      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfc}, /* b */
78     {0x5a, 0xc6, 0x35, 0xd8, 0xaa, 0x3a, 0x93, 0xe7,
79      0xb3, 0xeb, 0xbd, 0x55, 0x76, 0x98, 0x86, 0xbc,
80      0x65, 0x1d, 0x06, 0xb0, 0xcc, 0x53, 0xb0, 0xf6,
81      0x3b, 0xce, 0x3c, 0x3e, 0x27, 0xd2, 0x60, 0x4b},
82     {0x6b, 0x17, 0xd1, 0xf2, 0xe1, 0x2c, 0x42, 0x47, /* x */
83      0xf8, 0xbc, 0xe6, 0xe5, 0x63, 0xa4, 0x40, 0xf2,
84      0x77, 0x03, 0x7d, 0x81, 0x2d, 0xeb, 0x33, 0xa0,
85      0xf4, 0xa1, 0x39, 0x45, 0xd8, 0x98, 0xc2, 0x96},
86     {0x4f, 0xe3, 0x42, 0xe2, 0xfe, 0x1a, 0x7f, 0x9b, /* y */
87      0x8e, 0xe7, 0xeb, 0x4a, 0x7c, 0x0f, 0x9e, 0x16,
88      0x2b, 0xce, 0x33, 0x57, 0x6b, 0x31, 0x5e, 0xce,
89      0xcb, 0xb6, 0x40, 0x68, 0x37, 0xbf, 0x51, 0xf5}
90 };
91
92 /*-
93  * The representation of field elements.
94  * ------------------------------------
95  *
96  * We represent field elements with either four 128-bit values, eight 128-bit
97  * values, or four 64-bit values. The field element represented is:
98  *   v[0]*2^0 + v[1]*2^64 + v[2]*2^128 + v[3]*2^192  (mod p)
99  * or:
100  *   v[0]*2^0 + v[1]*2^64 + v[2]*2^128 + ... + v[8]*2^512  (mod p)
101  *
102  * 128-bit values are called 'limbs'. Since the limbs are spaced only 64 bits
103  * apart, but are 128-bits wide, the most significant bits of each limb overlap
104  * with the least significant bits of the next.
105  *
106  * A field element with four limbs is an 'felem'. One with eight limbs is a
107  * 'longfelem'
108  *
109  * A field element with four, 64-bit values is called a 'smallfelem'. Small
110  * values are used as intermediate values before multiplication.
111  */
112
113 # define NLIMBS 4
114
115 typedef uint128_t limb;
116 typedef limb felem[NLIMBS];
117 typedef limb longfelem[NLIMBS * 2];
118 typedef u64 smallfelem[NLIMBS];
119
120 /* This is the value of the prime as four 64-bit words, little-endian. */
121 static const u64 kPrime[4] =
122     { 0xfffffffffffffffful, 0xffffffff, 0, 0xffffffff00000001ul };
123 static const u64 bottom63bits = 0x7ffffffffffffffful;
124
125 /*
126  * bin32_to_felem takes a little-endian byte array and converts it into felem
127  * form. This assumes that the CPU is little-endian.
128  */
129 static void bin32_to_felem(felem out, const u8 in[32])
130 {
131     out[0] = *((u64 *)&in[0]);
132     out[1] = *((u64 *)&in[8]);
133     out[2] = *((u64 *)&in[16]);
134     out[3] = *((u64 *)&in[24]);
135 }
136
137 /*
138  * smallfelem_to_bin32 takes a smallfelem and serialises into a little
139  * endian, 32 byte array. This assumes that the CPU is little-endian.
140  */
141 static void smallfelem_to_bin32(u8 out[32], const smallfelem in)
142 {
143     *((u64 *)&out[0]) = in[0];
144     *((u64 *)&out[8]) = in[1];
145     *((u64 *)&out[16]) = in[2];
146     *((u64 *)&out[24]) = in[3];
147 }
148
149 /* To preserve endianness when using BN_bn2bin and BN_bin2bn */
150 static void flip_endian(u8 *out, const u8 *in, unsigned len)
151 {
152     unsigned i;
153     for (i = 0; i < len; ++i)
154         out[i] = in[len - 1 - i];
155 }
156
157 /* BN_to_felem converts an OpenSSL BIGNUM into an felem */
158 static int BN_to_felem(felem out, const BIGNUM *bn)
159 {
160     felem_bytearray b_in;
161     felem_bytearray b_out;
162     unsigned num_bytes;
163
164     num_bytes = BN_num_bytes(bn);
165     if (num_bytes > sizeof(b_out)) {
166         ECerr(EC_F_BN_TO_FELEM, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
167         return 0;
168     }
169     if (BN_is_negative(bn)) {
170         ECerr(EC_F_BN_TO_FELEM, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
171         return 0;
172     }
173     num_bytes = BN_bn2binpad(bn, b_in, sizeof(b_in));
174     flip_endian(b_out, b_in, num_bytes);
175     bin32_to_felem(out, b_out);
176     return 1;
177 }
178
179 /* felem_to_BN converts an felem into an OpenSSL BIGNUM */
180 static BIGNUM *smallfelem_to_BN(BIGNUM *out, const smallfelem in)
181 {
182     felem_bytearray b_in, b_out;
183     smallfelem_to_bin32(b_in, in);
184     flip_endian(b_out, b_in, sizeof(b_out));
185     return BN_bin2bn(b_out, sizeof(b_out), out);
186 }
187
188 /*-
189  * Field operations
190  * ----------------
191  */
192
193 static void smallfelem_one(smallfelem out)
194 {
195     out[0] = 1;
196     out[1] = 0;
197     out[2] = 0;
198     out[3] = 0;
199 }
200
201 static void smallfelem_assign(smallfelem out, const smallfelem in)
202 {
203     out[0] = in[0];
204     out[1] = in[1];
205     out[2] = in[2];
206     out[3] = in[3];
207 }
208
209 static void felem_assign(felem out, const felem in)
210 {
211     out[0] = in[0];
212     out[1] = in[1];
213     out[2] = in[2];
214     out[3] = in[3];
215 }
216
217 /* felem_sum sets out = out + in. */
218 static void felem_sum(felem out, const felem in)
219 {
220     out[0] += in[0];
221     out[1] += in[1];
222     out[2] += in[2];
223     out[3] += in[3];
224 }
225
226 /* felem_small_sum sets out = out + in. */
227 static void felem_small_sum(felem out, const smallfelem in)
228 {
229     out[0] += in[0];
230     out[1] += in[1];
231     out[2] += in[2];
232     out[3] += in[3];
233 }
234
235 /* felem_scalar sets out = out * scalar */
236 static void felem_scalar(felem out, const u64 scalar)
237 {
238     out[0] *= scalar;
239     out[1] *= scalar;
240     out[2] *= scalar;
241     out[3] *= scalar;
242 }
243
244 /* longfelem_scalar sets out = out * scalar */
245 static void longfelem_scalar(longfelem out, const u64 scalar)
246 {
247     out[0] *= scalar;
248     out[1] *= scalar;
249     out[2] *= scalar;
250     out[3] *= scalar;
251     out[4] *= scalar;
252     out[5] *= scalar;
253     out[6] *= scalar;
254     out[7] *= scalar;
255 }
256
257 # define two105m41m9 (((limb)1) << 105) - (((limb)1) << 41) - (((limb)1) << 9)
258 # define two105 (((limb)1) << 105)
259 # define two105m41p9 (((limb)1) << 105) - (((limb)1) << 41) + (((limb)1) << 9)
260
261 /* zero105 is 0 mod p */
262 static const felem zero105 =
263     { two105m41m9, two105, two105m41p9, two105m41p9 };
264
265 /*-
266  * smallfelem_neg sets |out| to |-small|
267  * On exit:
268  *   out[i] < out[i] + 2^105
269  */
270 static void smallfelem_neg(felem out, const smallfelem small)
271 {
272     /* In order to prevent underflow, we subtract from 0 mod p. */
273     out[0] = zero105[0] - small[0];
274     out[1] = zero105[1] - small[1];
275     out[2] = zero105[2] - small[2];
276     out[3] = zero105[3] - small[3];
277 }
278
279 /*-
280  * felem_diff subtracts |in| from |out|
281  * On entry:
282  *   in[i] < 2^104
283  * On exit:
284  *   out[i] < out[i] + 2^105
285  */
286 static void felem_diff(felem out, const felem in)
287 {
288     /*
289      * In order to prevent underflow, we add 0 mod p before subtracting.
290      */
291     out[0] += zero105[0];
292     out[1] += zero105[1];
293     out[2] += zero105[2];
294     out[3] += zero105[3];
295
296     out[0] -= in[0];
297     out[1] -= in[1];
298     out[2] -= in[2];
299     out[3] -= in[3];
300 }
301
302 # define two107m43m11 (((limb)1) << 107) - (((limb)1) << 43) - (((limb)1) << 11)
303 # define two107 (((limb)1) << 107)
304 # define two107m43p11 (((limb)1) << 107) - (((limb)1) << 43) + (((limb)1) << 11)
305
306 /* zero107 is 0 mod p */
307 static const felem zero107 =
308     { two107m43m11, two107, two107m43p11, two107m43p11 };
309
310 /*-
311  * An alternative felem_diff for larger inputs |in|
312  * felem_diff_zero107 subtracts |in| from |out|
313  * On entry:
314  *   in[i] < 2^106
315  * On exit:
316  *   out[i] < out[i] + 2^107
317  */
318 static void felem_diff_zero107(felem out, const felem in)
319 {
320     /*
321      * In order to prevent underflow, we add 0 mod p before subtracting.
322      */
323     out[0] += zero107[0];
324     out[1] += zero107[1];
325     out[2] += zero107[2];
326     out[3] += zero107[3];
327
328     out[0] -= in[0];
329     out[1] -= in[1];
330     out[2] -= in[2];
331     out[3] -= in[3];
332 }
333
334 /*-
335  * longfelem_diff subtracts |in| from |out|
336  * On entry:
337  *   in[i] < 7*2^67
338  * On exit:
339  *   out[i] < out[i] + 2^70 + 2^40
340  */
341 static void longfelem_diff(longfelem out, const longfelem in)
342 {
343     static const limb two70m8p6 =
344         (((limb) 1) << 70) - (((limb) 1) << 8) + (((limb) 1) << 6);
345     static const limb two70p40 = (((limb) 1) << 70) + (((limb) 1) << 40);
346     static const limb two70 = (((limb) 1) << 70);
347     static const limb two70m40m38p6 =
348         (((limb) 1) << 70) - (((limb) 1) << 40) - (((limb) 1) << 38) +
349         (((limb) 1) << 6);
350     static const limb two70m6 = (((limb) 1) << 70) - (((limb) 1) << 6);
351
352     /* add 0 mod p to avoid underflow */
353     out[0] += two70m8p6;
354     out[1] += two70p40;
355     out[2] += two70;
356     out[3] += two70m40m38p6;
357     out[4] += two70m6;
358     out[5] += two70m6;
359     out[6] += two70m6;
360     out[7] += two70m6;
361
362     /* in[i] < 7*2^67 < 2^70 - 2^40 - 2^38 + 2^6 */
363     out[0] -= in[0];
364     out[1] -= in[1];
365     out[2] -= in[2];
366     out[3] -= in[3];
367     out[4] -= in[4];
368     out[5] -= in[5];
369     out[6] -= in[6];
370     out[7] -= in[7];
371 }
372
373 # define two64m0 (((limb)1) << 64) - 1
374 # define two110p32m0 (((limb)1) << 110) + (((limb)1) << 32) - 1
375 # define two64m46 (((limb)1) << 64) - (((limb)1) << 46)
376 # define two64m32 (((limb)1) << 64) - (((limb)1) << 32)
377
378 /* zero110 is 0 mod p */
379 static const felem zero110 = { two64m0, two110p32m0, two64m46, two64m32 };
380
381 /*-
382  * felem_shrink converts an felem into a smallfelem. The result isn't quite
383  * minimal as the value may be greater than p.
384  *
385  * On entry:
386  *   in[i] < 2^109
387  * On exit:
388  *   out[i] < 2^64
389  */
390 static void felem_shrink(smallfelem out, const felem in)
391 {
392     felem tmp;
393     u64 a, b, mask;
394     u64 high, low;
395     static const u64 kPrime3Test = 0x7fffffff00000001ul; /* 2^63 - 2^32 + 1 */
396
397     /* Carry 2->3 */
398     tmp[3] = zero110[3] + in[3] + ((u64)(in[2] >> 64));
399     /* tmp[3] < 2^110 */
400
401     tmp[2] = zero110[2] + (u64)in[2];
402     tmp[0] = zero110[0] + in[0];
403     tmp[1] = zero110[1] + in[1];
404     /* tmp[0] < 2**110, tmp[1] < 2^111, tmp[2] < 2**65 */
405
406     /*
407      * We perform two partial reductions where we eliminate the high-word of
408      * tmp[3]. We don't update the other words till the end.
409      */
410     a = tmp[3] >> 64;           /* a < 2^46 */
411     tmp[3] = (u64)tmp[3];
412     tmp[3] -= a;
413     tmp[3] += ((limb) a) << 32;
414     /* tmp[3] < 2^79 */
415
416     b = a;
417     a = tmp[3] >> 64;           /* a < 2^15 */
418     b += a;                     /* b < 2^46 + 2^15 < 2^47 */
419     tmp[3] = (u64)tmp[3];
420     tmp[3] -= a;
421     tmp[3] += ((limb) a) << 32;
422     /* tmp[3] < 2^64 + 2^47 */
423
424     /*
425      * This adjusts the other two words to complete the two partial
426      * reductions.
427      */
428     tmp[0] += b;
429     tmp[1] -= (((limb) b) << 32);
430
431     /*
432      * In order to make space in tmp[3] for the carry from 2 -> 3, we
433      * conditionally subtract kPrime if tmp[3] is large enough.
434      */
435     high = (u64)(tmp[3] >> 64);
436     /* As tmp[3] < 2^65, high is either 1 or 0 */
437     high = 0 - high;
438     /*-
439      * high is:
440      *   all ones   if the high word of tmp[3] is 1
441      *   all zeros  if the high word of tmp[3] if 0
442      */
443     low = (u64)tmp[3];
444     mask = 0 - (low >> 63);
445     /*-
446      * mask is:
447      *   all ones   if the MSB of low is 1
448      *   all zeros  if the MSB of low if 0
449      */
450     low &= bottom63bits;
451     low -= kPrime3Test;
452     /* if low was greater than kPrime3Test then the MSB is zero */
453     low = ~low;
454     low = 0 - (low >> 63);
455     /*-
456      * low is:
457      *   all ones   if low was > kPrime3Test
458      *   all zeros  if low was <= kPrime3Test
459      */
460     mask = (mask & low) | high;
461     tmp[0] -= mask & kPrime[0];
462     tmp[1] -= mask & kPrime[1];
463     /* kPrime[2] is zero, so omitted */
464     tmp[3] -= mask & kPrime[3];
465     /* tmp[3] < 2**64 - 2**32 + 1 */
466
467     tmp[1] += ((u64)(tmp[0] >> 64));
468     tmp[0] = (u64)tmp[0];
469     tmp[2] += ((u64)(tmp[1] >> 64));
470     tmp[1] = (u64)tmp[1];
471     tmp[3] += ((u64)(tmp[2] >> 64));
472     tmp[2] = (u64)tmp[2];
473     /* tmp[i] < 2^64 */
474
475     out[0] = tmp[0];
476     out[1] = tmp[1];
477     out[2] = tmp[2];
478     out[3] = tmp[3];
479 }
480
481 /* smallfelem_expand converts a smallfelem to an felem */
482 static void smallfelem_expand(felem out, const smallfelem in)
483 {
484     out[0] = in[0];
485     out[1] = in[1];
486     out[2] = in[2];
487     out[3] = in[3];
488 }
489
490 /*-
491  * smallfelem_square sets |out| = |small|^2
492  * On entry:
493  *   small[i] < 2^64
494  * On exit:
495  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
496  */
497 static void smallfelem_square(longfelem out, const smallfelem small)
498 {
499     limb a;
500     u64 high, low;
501
502     a = ((uint128_t) small[0]) * small[0];
503     low = a;
504     high = a >> 64;
505     out[0] = low;
506     out[1] = high;
507
508     a = ((uint128_t) small[0]) * small[1];
509     low = a;
510     high = a >> 64;
511     out[1] += low;
512     out[1] += low;
513     out[2] = high;
514
515     a = ((uint128_t) small[0]) * small[2];
516     low = a;
517     high = a >> 64;
518     out[2] += low;
519     out[2] *= 2;
520     out[3] = high;
521
522     a = ((uint128_t) small[0]) * small[3];
523     low = a;
524     high = a >> 64;
525     out[3] += low;
526     out[4] = high;
527
528     a = ((uint128_t) small[1]) * small[2];
529     low = a;
530     high = a >> 64;
531     out[3] += low;
532     out[3] *= 2;
533     out[4] += high;
534
535     a = ((uint128_t) small[1]) * small[1];
536     low = a;
537     high = a >> 64;
538     out[2] += low;
539     out[3] += high;
540
541     a = ((uint128_t) small[1]) * small[3];
542     low = a;
543     high = a >> 64;
544     out[4] += low;
545     out[4] *= 2;
546     out[5] = high;
547
548     a = ((uint128_t) small[2]) * small[3];
549     low = a;
550     high = a >> 64;
551     out[5] += low;
552     out[5] *= 2;
553     out[6] = high;
554     out[6] += high;
555
556     a = ((uint128_t) small[2]) * small[2];
557     low = a;
558     high = a >> 64;
559     out[4] += low;
560     out[5] += high;
561
562     a = ((uint128_t) small[3]) * small[3];
563     low = a;
564     high = a >> 64;
565     out[6] += low;
566     out[7] = high;
567 }
568
569 /*-
570  * felem_square sets |out| = |in|^2
571  * On entry:
572  *   in[i] < 2^109
573  * On exit:
574  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
575  */
576 static void felem_square(longfelem out, const felem in)
577 {
578     u64 small[4];
579     felem_shrink(small, in);
580     smallfelem_square(out, small);
581 }
582
583 /*-
584  * smallfelem_mul sets |out| = |small1| * |small2|
585  * On entry:
586  *   small1[i] < 2^64
587  *   small2[i] < 2^64
588  * On exit:
589  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
590  */
591 static void smallfelem_mul(longfelem out, const smallfelem small1,
592                            const smallfelem small2)
593 {
594     limb a;
595     u64 high, low;
596
597     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[0];
598     low = a;
599     high = a >> 64;
600     out[0] = low;
601     out[1] = high;
602
603     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[1];
604     low = a;
605     high = a >> 64;
606     out[1] += low;
607     out[2] = high;
608
609     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[0];
610     low = a;
611     high = a >> 64;
612     out[1] += low;
613     out[2] += high;
614
615     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[2];
616     low = a;
617     high = a >> 64;
618     out[2] += low;
619     out[3] = high;
620
621     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[1];
622     low = a;
623     high = a >> 64;
624     out[2] += low;
625     out[3] += high;
626
627     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[0];
628     low = a;
629     high = a >> 64;
630     out[2] += low;
631     out[3] += high;
632
633     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[3];
634     low = a;
635     high = a >> 64;
636     out[3] += low;
637     out[4] = high;
638
639     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[2];
640     low = a;
641     high = a >> 64;
642     out[3] += low;
643     out[4] += high;
644
645     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[1];
646     low = a;
647     high = a >> 64;
648     out[3] += low;
649     out[4] += high;
650
651     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[0];
652     low = a;
653     high = a >> 64;
654     out[3] += low;
655     out[4] += high;
656
657     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[3];
658     low = a;
659     high = a >> 64;
660     out[4] += low;
661     out[5] = high;
662
663     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[2];
664     low = a;
665     high = a >> 64;
666     out[4] += low;
667     out[5] += high;
668
669     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[1];
670     low = a;
671     high = a >> 64;
672     out[4] += low;
673     out[5] += high;
674
675     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[3];
676     low = a;
677     high = a >> 64;
678     out[5] += low;
679     out[6] = high;
680
681     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[2];
682     low = a;
683     high = a >> 64;
684     out[5] += low;
685     out[6] += high;
686
687     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[3];
688     low = a;
689     high = a >> 64;
690     out[6] += low;
691     out[7] = high;
692 }
693
694 /*-
695  * felem_mul sets |out| = |in1| * |in2|
696  * On entry:
697  *   in1[i] < 2^109
698  *   in2[i] < 2^109
699  * On exit:
700  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
701  */
702 static void felem_mul(longfelem out, const felem in1, const felem in2)
703 {
704     smallfelem small1, small2;
705     felem_shrink(small1, in1);
706     felem_shrink(small2, in2);
707     smallfelem_mul(out, small1, small2);
708 }
709
710 /*-
711  * felem_small_mul sets |out| = |small1| * |in2|
712  * On entry:
713  *   small1[i] < 2^64
714  *   in2[i] < 2^109
715  * On exit:
716  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
717  */
718 static void felem_small_mul(longfelem out, const smallfelem small1,
719                             const felem in2)
720 {
721     smallfelem small2;
722     felem_shrink(small2, in2);
723     smallfelem_mul(out, small1, small2);
724 }
725
726 # define two100m36m4 (((limb)1) << 100) - (((limb)1) << 36) - (((limb)1) << 4)
727 # define two100 (((limb)1) << 100)
728 # define two100m36p4 (((limb)1) << 100) - (((limb)1) << 36) + (((limb)1) << 4)
729 /* zero100 is 0 mod p */
730 static const felem zero100 =
731     { two100m36m4, two100, two100m36p4, two100m36p4 };
732
733 /*-
734  * Internal function for the different flavours of felem_reduce.
735  * felem_reduce_ reduces the higher coefficients in[4]-in[7].
736  * On entry:
737  *   out[0] >= in[6] + 2^32*in[6] + in[7] + 2^32*in[7]
738  *   out[1] >= in[7] + 2^32*in[4]
739  *   out[2] >= in[5] + 2^32*in[5]
740  *   out[3] >= in[4] + 2^32*in[5] + 2^32*in[6]
741  * On exit:
742  *   out[0] <= out[0] + in[4] + 2^32*in[5]
743  *   out[1] <= out[1] + in[5] + 2^33*in[6]
744  *   out[2] <= out[2] + in[7] + 2*in[6] + 2^33*in[7]
745  *   out[3] <= out[3] + 2^32*in[4] + 3*in[7]
746  */
747 static void felem_reduce_(felem out, const longfelem in)
748 {
749     int128_t c;
750     /* combine common terms from below */
751     c = in[4] + (in[5] << 32);
752     out[0] += c;
753     out[3] -= c;
754
755     c = in[5] - in[7];
756     out[1] += c;
757     out[2] -= c;
758
759     /* the remaining terms */
760     /* 256: [(0,1),(96,-1),(192,-1),(224,1)] */
761     out[1] -= (in[4] << 32);
762     out[3] += (in[4] << 32);
763
764     /* 320: [(32,1),(64,1),(128,-1),(160,-1),(224,-1)] */
765     out[2] -= (in[5] << 32);
766
767     /* 384: [(0,-1),(32,-1),(96,2),(128,2),(224,-1)] */
768     out[0] -= in[6];
769     out[0] -= (in[6] << 32);
770     out[1] += (in[6] << 33);
771     out[2] += (in[6] * 2);
772     out[3] -= (in[6] << 32);
773
774     /* 448: [(0,-1),(32,-1),(64,-1),(128,1),(160,2),(192,3)] */
775     out[0] -= in[7];
776     out[0] -= (in[7] << 32);
777     out[2] += (in[7] << 33);
778     out[3] += (in[7] * 3);
779 }
780
781 /*-
782  * felem_reduce converts a longfelem into an felem.
783  * To be called directly after felem_square or felem_mul.
784  * On entry:
785  *   in[0] < 2^64, in[1] < 3*2^64, in[2] < 5*2^64, in[3] < 7*2^64
786  *   in[4] < 7*2^64, in[5] < 5*2^64, in[6] < 3*2^64, in[7] < 2*64
787  * On exit:
788  *   out[i] < 2^101
789  */
790 static void felem_reduce(felem out, const longfelem in)
791 {
792     out[0] = zero100[0] + in[0];
793     out[1] = zero100[1] + in[1];
794     out[2] = zero100[2] + in[2];
795     out[3] = zero100[3] + in[3];
796
797     felem_reduce_(out, in);
798
799     /*-
800      * out[0] > 2^100 - 2^36 - 2^4 - 3*2^64 - 3*2^96 - 2^64 - 2^96 > 0
801      * out[1] > 2^100 - 2^64 - 7*2^96 > 0
802      * out[2] > 2^100 - 2^36 + 2^4 - 5*2^64 - 5*2^96 > 0
803      * out[3] > 2^100 - 2^36 + 2^4 - 7*2^64 - 5*2^96 - 3*2^96 > 0
804      *
805      * out[0] < 2^100 + 2^64 + 7*2^64 + 5*2^96 < 2^101
806      * out[1] < 2^100 + 3*2^64 + 5*2^64 + 3*2^97 < 2^101
807      * out[2] < 2^100 + 5*2^64 + 2^64 + 3*2^65 + 2^97 < 2^101
808      * out[3] < 2^100 + 7*2^64 + 7*2^96 + 3*2^64 < 2^101
809      */
810 }
811
812 /*-
813  * felem_reduce_zero105 converts a larger longfelem into an felem.
814  * On entry:
815  *   in[0] < 2^71
816  * On exit:
817  *   out[i] < 2^106
818  */
819 static void felem_reduce_zero105(felem out, const longfelem in)
820 {
821     out[0] = zero105[0] + in[0];
822     out[1] = zero105[1] + in[1];
823     out[2] = zero105[2] + in[2];
824     out[3] = zero105[3] + in[3];
825
826     felem_reduce_(out, in);
827
828     /*-
829      * out[0] > 2^105 - 2^41 - 2^9 - 2^71 - 2^103 - 2^71 - 2^103 > 0
830      * out[1] > 2^105 - 2^71 - 2^103 > 0
831      * out[2] > 2^105 - 2^41 + 2^9 - 2^71 - 2^103 > 0
832      * out[3] > 2^105 - 2^41 + 2^9 - 2^71 - 2^103 - 2^103 > 0
833      *
834      * out[0] < 2^105 + 2^71 + 2^71 + 2^103 < 2^106
835      * out[1] < 2^105 + 2^71 + 2^71 + 2^103 < 2^106
836      * out[2] < 2^105 + 2^71 + 2^71 + 2^71 + 2^103 < 2^106
837      * out[3] < 2^105 + 2^71 + 2^103 + 2^71 < 2^106
838      */
839 }
840
841 /*
842  * subtract_u64 sets *result = *result - v and *carry to one if the
843  * subtraction underflowed.
844  */
845 static void subtract_u64(u64 *result, u64 *carry, u64 v)
846 {
847     uint128_t r = *result;
848     r -= v;
849     *carry = (r >> 64) & 1;
850     *result = (u64)r;
851 }
852
853 /*
854  * felem_contract converts |in| to its unique, minimal representation. On
855  * entry: in[i] < 2^109
856  */
857 static void felem_contract(smallfelem out, const felem in)
858 {
859     unsigned i;
860     u64 all_equal_so_far = 0, result = 0, carry;
861
862     felem_shrink(out, in);
863     /* small is minimal except that the value might be > p */
864
865     all_equal_so_far--;
866     /*
867      * We are doing a constant time test if out >= kPrime. We need to compare
868      * each u64, from most-significant to least significant. For each one, if
869      * all words so far have been equal (m is all ones) then a non-equal
870      * result is the answer. Otherwise we continue.
871      */
872     for (i = 3; i < 4; i--) {
873         u64 equal;
874         uint128_t a = ((uint128_t) kPrime[i]) - out[i];
875         /*
876          * if out[i] > kPrime[i] then a will underflow and the high 64-bits
877          * will all be set.
878          */
879         result |= all_equal_so_far & ((u64)(a >> 64));
880
881         /*
882          * if kPrime[i] == out[i] then |equal| will be all zeros and the
883          * decrement will make it all ones.
884          */
885         equal = kPrime[i] ^ out[i];
886         equal--;
887         equal &= equal << 32;
888         equal &= equal << 16;
889         equal &= equal << 8;
890         equal &= equal << 4;
891         equal &= equal << 2;
892         equal &= equal << 1;
893         equal = 0 - (equal >> 63);
894
895         all_equal_so_far &= equal;
896     }
897
898     /*
899      * if all_equal_so_far is still all ones then the two values are equal
900      * and so out >= kPrime is true.
901      */
902     result |= all_equal_so_far;
903
904     /* if out >= kPrime then we subtract kPrime. */
905     subtract_u64(&out[0], &carry, result & kPrime[0]);
906     subtract_u64(&out[1], &carry, carry);
907     subtract_u64(&out[2], &carry, carry);
908     subtract_u64(&out[3], &carry, carry);
909
910     subtract_u64(&out[1], &carry, result & kPrime[1]);
911     subtract_u64(&out[2], &carry, carry);
912     subtract_u64(&out[3], &carry, carry);
913
914     subtract_u64(&out[2], &carry, result & kPrime[2]);
915     subtract_u64(&out[3], &carry, carry);
916
917     subtract_u64(&out[3], &carry, result & kPrime[3]);
918 }
919
920 static void smallfelem_square_contract(smallfelem out, const smallfelem in)
921 {
922     longfelem longtmp;
923     felem tmp;
924
925     smallfelem_square(longtmp, in);
926     felem_reduce(tmp, longtmp);
927     felem_contract(out, tmp);
928 }
929
930 static void smallfelem_mul_contract(smallfelem out, const smallfelem in1,
931                                     const smallfelem in2)
932 {
933     longfelem longtmp;
934     felem tmp;
935
936     smallfelem_mul(longtmp, in1, in2);
937     felem_reduce(tmp, longtmp);
938     felem_contract(out, tmp);
939 }
940
941 /*-
942  * felem_is_zero returns a limb with all bits set if |in| == 0 (mod p) and 0
943  * otherwise.
944  * On entry:
945  *   small[i] < 2^64
946  */
947 static limb smallfelem_is_zero(const smallfelem small)
948 {
949     limb result;
950     u64 is_p;
951
952     u64 is_zero = small[0] | small[1] | small[2] | small[3];
953     is_zero--;
954     is_zero &= is_zero << 32;
955     is_zero &= is_zero << 16;
956     is_zero &= is_zero << 8;
957     is_zero &= is_zero << 4;
958     is_zero &= is_zero << 2;
959     is_zero &= is_zero << 1;
960     is_zero = 0 - (is_zero >> 63);
961
962     is_p = (small[0] ^ kPrime[0]) |
963         (small[1] ^ kPrime[1]) |
964         (small[2] ^ kPrime[2]) | (small[3] ^ kPrime[3]);
965     is_p--;
966     is_p &= is_p << 32;
967     is_p &= is_p << 16;
968     is_p &= is_p << 8;
969     is_p &= is_p << 4;
970     is_p &= is_p << 2;
971     is_p &= is_p << 1;
972     is_p = 0 - (is_p >> 63);
973
974     is_zero |= is_p;
975
976     result = is_zero;
977     result |= ((limb) is_zero) << 64;
978     return result;
979 }
980
981 static int smallfelem_is_zero_int(const void *small)
982 {
983     return (int)(smallfelem_is_zero(small) & ((limb) 1));
984 }
985
986 /*-
987  * felem_inv calculates |out| = |in|^{-1}
988  *
989  * Based on Fermat's Little Theorem:
990  *   a^p = a (mod p)
991  *   a^{p-1} = 1 (mod p)
992  *   a^{p-2} = a^{-1} (mod p)
993  */
994 static void felem_inv(felem out, const felem in)
995 {
996     felem ftmp, ftmp2;
997     /* each e_I will hold |in|^{2^I - 1} */
998     felem e2, e4, e8, e16, e32, e64;
999     longfelem tmp;
1000     unsigned i;
1001
1002     felem_square(tmp, in);
1003     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^1 */
1004     felem_mul(tmp, in, ftmp);
1005     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^2 - 2^0 */
1006     felem_assign(e2, ftmp);
1007     felem_square(tmp, ftmp);
1008     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^3 - 2^1 */
1009     felem_square(tmp, ftmp);
1010     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^4 - 2^2 */
1011     felem_mul(tmp, ftmp, e2);
1012     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^4 - 2^0 */
1013     felem_assign(e4, ftmp);
1014     felem_square(tmp, ftmp);
1015     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^5 - 2^1 */
1016     felem_square(tmp, ftmp);
1017     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^6 - 2^2 */
1018     felem_square(tmp, ftmp);
1019     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^7 - 2^3 */
1020     felem_square(tmp, ftmp);
1021     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^8 - 2^4 */
1022     felem_mul(tmp, ftmp, e4);
1023     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^8 - 2^0 */
1024     felem_assign(e8, ftmp);
1025     for (i = 0; i < 8; i++) {
1026         felem_square(tmp, ftmp);
1027         felem_reduce(ftmp, tmp);
1028     }                           /* 2^16 - 2^8 */
1029     felem_mul(tmp, ftmp, e8);
1030     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^16 - 2^0 */
1031     felem_assign(e16, ftmp);
1032     for (i = 0; i < 16; i++) {
1033         felem_square(tmp, ftmp);
1034         felem_reduce(ftmp, tmp);
1035     }                           /* 2^32 - 2^16 */
1036     felem_mul(tmp, ftmp, e16);
1037     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^32 - 2^0 */
1038     felem_assign(e32, ftmp);
1039     for (i = 0; i < 32; i++) {
1040         felem_square(tmp, ftmp);
1041         felem_reduce(ftmp, tmp);
1042     }                           /* 2^64 - 2^32 */
1043     felem_assign(e64, ftmp);
1044     felem_mul(tmp, ftmp, in);
1045     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^64 - 2^32 + 2^0 */
1046     for (i = 0; i < 192; i++) {
1047         felem_square(tmp, ftmp);
1048         felem_reduce(ftmp, tmp);
1049     }                           /* 2^256 - 2^224 + 2^192 */
1050
1051     felem_mul(tmp, e64, e32);
1052     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^64 - 2^0 */
1053     for (i = 0; i < 16; i++) {
1054         felem_square(tmp, ftmp2);
1055         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1056     }                           /* 2^80 - 2^16 */
1057     felem_mul(tmp, ftmp2, e16);
1058     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^80 - 2^0 */
1059     for (i = 0; i < 8; i++) {
1060         felem_square(tmp, ftmp2);
1061         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1062     }                           /* 2^88 - 2^8 */
1063     felem_mul(tmp, ftmp2, e8);
1064     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^88 - 2^0 */
1065     for (i = 0; i < 4; i++) {
1066         felem_square(tmp, ftmp2);
1067         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1068     }                           /* 2^92 - 2^4 */
1069     felem_mul(tmp, ftmp2, e4);
1070     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^92 - 2^0 */
1071     felem_square(tmp, ftmp2);
1072     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^93 - 2^1 */
1073     felem_square(tmp, ftmp2);
1074     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^94 - 2^2 */
1075     felem_mul(tmp, ftmp2, e2);
1076     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^94 - 2^0 */
1077     felem_square(tmp, ftmp2);
1078     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^95 - 2^1 */
1079     felem_square(tmp, ftmp2);
1080     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^96 - 2^2 */
1081     felem_mul(tmp, ftmp2, in);
1082     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^96 - 3 */
1083
1084     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp);
1085     felem_reduce(out, tmp);     /* 2^256 - 2^224 + 2^192 + 2^96 - 3 */
1086 }
1087
1088 static void smallfelem_inv_contract(smallfelem out, const smallfelem in)
1089 {
1090     felem tmp;
1091
1092     smallfelem_expand(tmp, in);
1093     felem_inv(tmp, tmp);
1094     felem_contract(out, tmp);
1095 }
1096
1097 /*-
1098  * Group operations
1099  * ----------------
1100  *
1101  * Building on top of the field operations we have the operations on the
1102  * elliptic curve group itself. Points on the curve are represented in Jacobian
1103  * coordinates
1104  */
1105
1106 /*-
1107  * point_double calculates 2*(x_in, y_in, z_in)
1108  *
1109  * The method is taken from:
1110  *   http://hyperelliptic.org/EFD/g1p/auto-shortw-jacobian-3.html#doubling-dbl-2001-b
1111  *
1112  * Outputs can equal corresponding inputs, i.e., x_out == x_in is allowed.
1113  * while x_out == y_in is not (maybe this works, but it's not tested).
1114  */
1115 static void
1116 point_double(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1117              const felem x_in, const felem y_in, const felem z_in)
1118 {
1119     longfelem tmp, tmp2;
1120     felem delta, gamma, beta, alpha, ftmp, ftmp2;
1121     smallfelem small1, small2;
1122
1123     felem_assign(ftmp, x_in);
1124     /* ftmp[i] < 2^106 */
1125     felem_assign(ftmp2, x_in);
1126     /* ftmp2[i] < 2^106 */
1127
1128     /* delta = z^2 */
1129     felem_square(tmp, z_in);
1130     felem_reduce(delta, tmp);
1131     /* delta[i] < 2^101 */
1132
1133     /* gamma = y^2 */
1134     felem_square(tmp, y_in);
1135     felem_reduce(gamma, tmp);
1136     /* gamma[i] < 2^101 */
1137     felem_shrink(small1, gamma);
1138
1139     /* beta = x*gamma */
1140     felem_small_mul(tmp, small1, x_in);
1141     felem_reduce(beta, tmp);
1142     /* beta[i] < 2^101 */
1143
1144     /* alpha = 3*(x-delta)*(x+delta) */
1145     felem_diff(ftmp, delta);
1146     /* ftmp[i] < 2^105 + 2^106 < 2^107 */
1147     felem_sum(ftmp2, delta);
1148     /* ftmp2[i] < 2^105 + 2^106 < 2^107 */
1149     felem_scalar(ftmp2, 3);
1150     /* ftmp2[i] < 3 * 2^107 < 2^109 */
1151     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp2);
1152     felem_reduce(alpha, tmp);
1153     /* alpha[i] < 2^101 */
1154     felem_shrink(small2, alpha);
1155
1156     /* x' = alpha^2 - 8*beta */
1157     smallfelem_square(tmp, small2);
1158     felem_reduce(x_out, tmp);
1159     felem_assign(ftmp, beta);
1160     felem_scalar(ftmp, 8);
1161     /* ftmp[i] < 8 * 2^101 = 2^104 */
1162     felem_diff(x_out, ftmp);
1163     /* x_out[i] < 2^105 + 2^101 < 2^106 */
1164
1165     /* z' = (y + z)^2 - gamma - delta */
1166     felem_sum(delta, gamma);
1167     /* delta[i] < 2^101 + 2^101 = 2^102 */
1168     felem_assign(ftmp, y_in);
1169     felem_sum(ftmp, z_in);
1170     /* ftmp[i] < 2^106 + 2^106 = 2^107 */
1171     felem_square(tmp, ftmp);
1172     felem_reduce(z_out, tmp);
1173     felem_diff(z_out, delta);
1174     /* z_out[i] < 2^105 + 2^101 < 2^106 */
1175
1176     /* y' = alpha*(4*beta - x') - 8*gamma^2 */
1177     felem_scalar(beta, 4);
1178     /* beta[i] < 4 * 2^101 = 2^103 */
1179     felem_diff_zero107(beta, x_out);
1180     /* beta[i] < 2^107 + 2^103 < 2^108 */
1181     felem_small_mul(tmp, small2, beta);
1182     /* tmp[i] < 7 * 2^64 < 2^67 */
1183     smallfelem_square(tmp2, small1);
1184     /* tmp2[i] < 7 * 2^64 */
1185     longfelem_scalar(tmp2, 8);
1186     /* tmp2[i] < 8 * 7 * 2^64 = 7 * 2^67 */
1187     longfelem_diff(tmp, tmp2);
1188     /* tmp[i] < 2^67 + 2^70 + 2^40 < 2^71 */
1189     felem_reduce_zero105(y_out, tmp);
1190     /* y_out[i] < 2^106 */
1191 }
1192
1193 /*
1194  * point_double_small is the same as point_double, except that it operates on
1195  * smallfelems
1196  */
1197 static void
1198 point_double_small(smallfelem x_out, smallfelem y_out, smallfelem z_out,
1199                    const smallfelem x_in, const smallfelem y_in,
1200                    const smallfelem z_in)
1201 {
1202     felem felem_x_out, felem_y_out, felem_z_out;
1203     felem felem_x_in, felem_y_in, felem_z_in;
1204
1205     smallfelem_expand(felem_x_in, x_in);
1206     smallfelem_expand(felem_y_in, y_in);
1207     smallfelem_expand(felem_z_in, z_in);
1208     point_double(felem_x_out, felem_y_out, felem_z_out,
1209                  felem_x_in, felem_y_in, felem_z_in);
1210     felem_shrink(x_out, felem_x_out);
1211     felem_shrink(y_out, felem_y_out);
1212     felem_shrink(z_out, felem_z_out);
1213 }
1214
1215 /* copy_conditional copies in to out iff mask is all ones. */
1216 static void copy_conditional(felem out, const felem in, limb mask)
1217 {
1218     unsigned i;
1219     for (i = 0; i < NLIMBS; ++i) {
1220         const limb tmp = mask & (in[i] ^ out[i]);
1221         out[i] ^= tmp;
1222     }
1223 }
1224
1225 /* copy_small_conditional copies in to out iff mask is all ones. */
1226 static void copy_small_conditional(felem out, const smallfelem in, limb mask)
1227 {
1228     unsigned i;
1229     const u64 mask64 = mask;
1230     for (i = 0; i < NLIMBS; ++i) {
1231         out[i] = ((limb) (in[i] & mask64)) | (out[i] & ~mask);
1232     }
1233 }
1234
1235 /*-
1236  * point_add calculates (x1, y1, z1) + (x2, y2, z2)
1237  *
1238  * The method is taken from:
1239  *   http://hyperelliptic.org/EFD/g1p/auto-shortw-jacobian-3.html#addition-add-2007-bl,
1240  * adapted for mixed addition (z2 = 1, or z2 = 0 for the point at infinity).
1241  *
1242  * This function includes a branch for checking whether the two input points
1243  * are equal, (while not equal to the point at infinity). This case never
1244  * happens during single point multiplication, so there is no timing leak for
1245  * ECDH or ECDSA signing.
1246  */
1247 static void point_add(felem x3, felem y3, felem z3,
1248                       const felem x1, const felem y1, const felem z1,
1249                       const int mixed, const smallfelem x2,
1250                       const smallfelem y2, const smallfelem z2)
1251 {
1252     felem ftmp, ftmp2, ftmp3, ftmp4, ftmp5, ftmp6, x_out, y_out, z_out;
1253     longfelem tmp, tmp2;
1254     smallfelem small1, small2, small3, small4, small5;
1255     limb x_equal, y_equal, z1_is_zero, z2_is_zero;
1256
1257     felem_shrink(small3, z1);
1258
1259     z1_is_zero = smallfelem_is_zero(small3);
1260     z2_is_zero = smallfelem_is_zero(z2);
1261
1262     /* ftmp = z1z1 = z1**2 */
1263     smallfelem_square(tmp, small3);
1264     felem_reduce(ftmp, tmp);
1265     /* ftmp[i] < 2^101 */
1266     felem_shrink(small1, ftmp);
1267
1268     if (!mixed) {
1269         /* ftmp2 = z2z2 = z2**2 */
1270         smallfelem_square(tmp, z2);
1271         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1272         /* ftmp2[i] < 2^101 */
1273         felem_shrink(small2, ftmp2);
1274
1275         felem_shrink(small5, x1);
1276
1277         /* u1 = ftmp3 = x1*z2z2 */
1278         smallfelem_mul(tmp, small5, small2);
1279         felem_reduce(ftmp3, tmp);
1280         /* ftmp3[i] < 2^101 */
1281
1282         /* ftmp5 = z1 + z2 */
1283         felem_assign(ftmp5, z1);
1284         felem_small_sum(ftmp5, z2);
1285         /* ftmp5[i] < 2^107 */
1286
1287         /* ftmp5 = (z1 + z2)**2 - (z1z1 + z2z2) = 2z1z2 */
1288         felem_square(tmp, ftmp5);
1289         felem_reduce(ftmp5, tmp);
1290         /* ftmp2 = z2z2 + z1z1 */
1291         felem_sum(ftmp2, ftmp);
1292         /* ftmp2[i] < 2^101 + 2^101 = 2^102 */
1293         felem_diff(ftmp5, ftmp2);
1294         /* ftmp5[i] < 2^105 + 2^101 < 2^106 */
1295
1296         /* ftmp2 = z2 * z2z2 */
1297         smallfelem_mul(tmp, small2, z2);
1298         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1299
1300         /* s1 = ftmp2 = y1 * z2**3 */
1301         felem_mul(tmp, y1, ftmp2);
1302         felem_reduce(ftmp6, tmp);
1303         /* ftmp6[i] < 2^101 */
1304     } else {
1305         /*
1306          * We'll assume z2 = 1 (special case z2 = 0 is handled later)
1307          */
1308
1309         /* u1 = ftmp3 = x1*z2z2 */
1310         felem_assign(ftmp3, x1);
1311         /* ftmp3[i] < 2^106 */
1312
1313         /* ftmp5 = 2z1z2 */
1314         felem_assign(ftmp5, z1);
1315         felem_scalar(ftmp5, 2);
1316         /* ftmp5[i] < 2*2^106 = 2^107 */
1317
1318         /* s1 = ftmp2 = y1 * z2**3 */
1319         felem_assign(ftmp6, y1);
1320         /* ftmp6[i] < 2^106 */
1321     }
1322
1323     /* u2 = x2*z1z1 */
1324     smallfelem_mul(tmp, x2, small1);
1325     felem_reduce(ftmp4, tmp);
1326
1327     /* h = ftmp4 = u2 - u1 */
1328     felem_diff_zero107(ftmp4, ftmp3);
1329     /* ftmp4[i] < 2^107 + 2^101 < 2^108 */
1330     felem_shrink(small4, ftmp4);
1331
1332     x_equal = smallfelem_is_zero(small4);
1333
1334     /* z_out = ftmp5 * h */
1335     felem_small_mul(tmp, small4, ftmp5);
1336     felem_reduce(z_out, tmp);
1337     /* z_out[i] < 2^101 */
1338
1339     /* ftmp = z1 * z1z1 */
1340     smallfelem_mul(tmp, small1, small3);
1341     felem_reduce(ftmp, tmp);
1342
1343     /* s2 = tmp = y2 * z1**3 */
1344     felem_small_mul(tmp, y2, ftmp);
1345     felem_reduce(ftmp5, tmp);
1346
1347     /* r = ftmp5 = (s2 - s1)*2 */
1348     felem_diff_zero107(ftmp5, ftmp6);
1349     /* ftmp5[i] < 2^107 + 2^107 = 2^108 */
1350     felem_scalar(ftmp5, 2);
1351     /* ftmp5[i] < 2^109 */
1352     felem_shrink(small1, ftmp5);
1353     y_equal = smallfelem_is_zero(small1);
1354
1355     if (x_equal && y_equal && !z1_is_zero && !z2_is_zero) {
1356         point_double(x3, y3, z3, x1, y1, z1);
1357         return;
1358     }
1359
1360     /* I = ftmp = (2h)**2 */
1361     felem_assign(ftmp, ftmp4);
1362     felem_scalar(ftmp, 2);
1363     /* ftmp[i] < 2*2^108 = 2^109 */
1364     felem_square(tmp, ftmp);
1365     felem_reduce(ftmp, tmp);
1366
1367     /* J = ftmp2 = h * I */
1368     felem_mul(tmp, ftmp4, ftmp);
1369     felem_reduce(ftmp2, tmp);
1370
1371     /* V = ftmp4 = U1 * I */
1372     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp);
1373     felem_reduce(ftmp4, tmp);
1374
1375     /* x_out = r**2 - J - 2V */
1376     smallfelem_square(tmp, small1);
1377     felem_reduce(x_out, tmp);
1378     felem_assign(ftmp3, ftmp4);
1379     felem_scalar(ftmp4, 2);
1380     felem_sum(ftmp4, ftmp2);
1381     /* ftmp4[i] < 2*2^101 + 2^101 < 2^103 */
1382     felem_diff(x_out, ftmp4);
1383     /* x_out[i] < 2^105 + 2^101 */
1384
1385     /* y_out = r(V-x_out) - 2 * s1 * J */
1386     felem_diff_zero107(ftmp3, x_out);
1387     /* ftmp3[i] < 2^107 + 2^101 < 2^108 */
1388     felem_small_mul(tmp, small1, ftmp3);
1389     felem_mul(tmp2, ftmp6, ftmp2);
1390     longfelem_scalar(tmp2, 2);
1391     /* tmp2[i] < 2*2^67 = 2^68 */
1392     longfelem_diff(tmp, tmp2);
1393     /* tmp[i] < 2^67 + 2^70 + 2^40 < 2^71 */
1394     felem_reduce_zero105(y_out, tmp);
1395     /* y_out[i] < 2^106 */
1396
1397     copy_small_conditional(x_out, x2, z1_is_zero);
1398     copy_conditional(x_out, x1, z2_is_zero);
1399     copy_small_conditional(y_out, y2, z1_is_zero);
1400     copy_conditional(y_out, y1, z2_is_zero);
1401     copy_small_conditional(z_out, z2, z1_is_zero);
1402     copy_conditional(z_out, z1, z2_is_zero);
1403     felem_assign(x3, x_out);
1404     felem_assign(y3, y_out);
1405     felem_assign(z3, z_out);
1406 }
1407
1408 /*
1409  * point_add_small is the same as point_add, except that it operates on
1410  * smallfelems
1411  */
1412 static void point_add_small(smallfelem x3, smallfelem y3, smallfelem z3,
1413                             smallfelem x1, smallfelem y1, smallfelem z1,
1414                             smallfelem x2, smallfelem y2, smallfelem z2)
1415 {
1416     felem felem_x3, felem_y3, felem_z3;
1417     felem felem_x1, felem_y1, felem_z1;
1418     smallfelem_expand(felem_x1, x1);
1419     smallfelem_expand(felem_y1, y1);
1420     smallfelem_expand(felem_z1, z1);
1421     point_add(felem_x3, felem_y3, felem_z3, felem_x1, felem_y1, felem_z1, 0,
1422               x2, y2, z2);
1423     felem_shrink(x3, felem_x3);
1424     felem_shrink(y3, felem_y3);
1425     felem_shrink(z3, felem_z3);
1426 }
1427
1428 /*-
1429  * Base point pre computation
1430  * --------------------------
1431  *
1432  * Two different sorts of precomputed tables are used in the following code.
1433  * Each contain various points on the curve, where each point is three field
1434  * elements (x, y, z).
1435  *
1436  * For the base point table, z is usually 1 (0 for the point at infinity).
1437  * This table has 2 * 16 elements, starting with the following:
1438  * index | bits    | point
1439  * ------+---------+------------------------------
1440  *     0 | 0 0 0 0 | 0G
1441  *     1 | 0 0 0 1 | 1G
1442  *     2 | 0 0 1 0 | 2^64G
1443  *     3 | 0 0 1 1 | (2^64 + 1)G
1444  *     4 | 0 1 0 0 | 2^128G
1445  *     5 | 0 1 0 1 | (2^128 + 1)G
1446  *     6 | 0 1 1 0 | (2^128 + 2^64)G
1447  *     7 | 0 1 1 1 | (2^128 + 2^64 + 1)G
1448  *     8 | 1 0 0 0 | 2^192G
1449  *     9 | 1 0 0 1 | (2^192 + 1)G
1450  *    10 | 1 0 1 0 | (2^192 + 2^64)G
1451  *    11 | 1 0 1 1 | (2^192 + 2^64 + 1)G
1452  *    12 | 1 1 0 0 | (2^192 + 2^128)G
1453  *    13 | 1 1 0 1 | (2^192 + 2^128 + 1)G
1454  *    14 | 1 1 1 0 | (2^192 + 2^128 + 2^64)G
1455  *    15 | 1 1 1 1 | (2^192 + 2^128 + 2^64 + 1)G
1456  * followed by a copy of this with each element multiplied by 2^32.
1457  *
1458  * The reason for this is so that we can clock bits into four different
1459  * locations when doing simple scalar multiplies against the base point,
1460  * and then another four locations using the second 16 elements.
1461  *
1462  * Tables for other points have table[i] = iG for i in 0 .. 16. */
1463
1464 /* gmul is the table of precomputed base points */
1465 static const smallfelem gmul[2][16][3] = {
1466     {{{0, 0, 0, 0},
1467       {0, 0, 0, 0},
1468       {0, 0, 0, 0}},
1469      {{0xf4a13945d898c296, 0x77037d812deb33a0, 0xf8bce6e563a440f2,
1470        0x6b17d1f2e12c4247},
1471       {0xcbb6406837bf51f5, 0x2bce33576b315ece, 0x8ee7eb4a7c0f9e16,
1472        0x4fe342e2fe1a7f9b},
1473       {1, 0, 0, 0}},
1474      {{0x90e75cb48e14db63, 0x29493baaad651f7e, 0x8492592e326e25de,
1475        0x0fa822bc2811aaa5},
1476       {0xe41124545f462ee7, 0x34b1a65050fe82f5, 0x6f4ad4bcb3df188b,
1477        0xbff44ae8f5dba80d},
1478       {1, 0, 0, 0}},
1479      {{0x93391ce2097992af, 0xe96c98fd0d35f1fa, 0xb257c0de95e02789,
1480        0x300a4bbc89d6726f},
1481       {0xaa54a291c08127a0, 0x5bb1eeada9d806a5, 0x7f1ddb25ff1e3c6f,
1482        0x72aac7e0d09b4644},
1483       {1, 0, 0, 0}},
1484      {{0x57c84fc9d789bd85, 0xfc35ff7dc297eac3, 0xfb982fd588c6766e,
1485        0x447d739beedb5e67},
1486       {0x0c7e33c972e25b32, 0x3d349b95a7fae500, 0xe12e9d953a4aaff7,
1487        0x2d4825ab834131ee},
1488       {1, 0, 0, 0}},
1489      {{0x13949c932a1d367f, 0xef7fbd2b1a0a11b7, 0xddc6068bb91dfc60,
1490        0xef9519328a9c72ff},
1491       {0x196035a77376d8a8, 0x23183b0895ca1740, 0xc1ee9807022c219c,
1492        0x611e9fc37dbb2c9b},
1493       {1, 0, 0, 0}},
1494      {{0xcae2b1920b57f4bc, 0x2936df5ec6c9bc36, 0x7dea6482e11238bf,
1495        0x550663797b51f5d8},
1496       {0x44ffe216348a964c, 0x9fb3d576dbdefbe1, 0x0afa40018d9d50e5,
1497        0x157164848aecb851},
1498       {1, 0, 0, 0}},
1499      {{0xe48ecafffc5cde01, 0x7ccd84e70d715f26, 0xa2e8f483f43e4391,
1500        0xeb5d7745b21141ea},
1501       {0xcac917e2731a3479, 0x85f22cfe2844b645, 0x0990e6a158006cee,
1502        0xeafd72ebdbecc17b},
1503       {1, 0, 0, 0}},
1504      {{0x6cf20ffb313728be, 0x96439591a3c6b94a, 0x2736ff8344315fc5,
1505        0xa6d39677a7849276},
1506       {0xf2bab833c357f5f4, 0x824a920c2284059b, 0x66b8babd2d27ecdf,
1507        0x674f84749b0b8816},
1508       {1, 0, 0, 0}},
1509      {{0x2df48c04677c8a3e, 0x74e02f080203a56b, 0x31855f7db8c7fedb,
1510        0x4e769e7672c9ddad},
1511       {0xa4c36165b824bbb0, 0xfb9ae16f3b9122a5, 0x1ec0057206947281,
1512        0x42b99082de830663},
1513       {1, 0, 0, 0}},
1514      {{0x6ef95150dda868b9, 0xd1f89e799c0ce131, 0x7fdc1ca008a1c478,
1515        0x78878ef61c6ce04d},
1516       {0x9c62b9121fe0d976, 0x6ace570ebde08d4f, 0xde53142c12309def,
1517        0xb6cb3f5d7b72c321},
1518       {1, 0, 0, 0}},
1519      {{0x7f991ed2c31a3573, 0x5b82dd5bd54fb496, 0x595c5220812ffcae,
1520        0x0c88bc4d716b1287},
1521       {0x3a57bf635f48aca8, 0x7c8181f4df2564f3, 0x18d1b5b39c04e6aa,
1522        0xdd5ddea3f3901dc6},
1523       {1, 0, 0, 0}},
1524      {{0xe96a79fb3e72ad0c, 0x43a0a28c42ba792f, 0xefe0a423083e49f3,
1525        0x68f344af6b317466},
1526       {0xcdfe17db3fb24d4a, 0x668bfc2271f5c626, 0x604ed93c24d67ff3,
1527        0x31b9c405f8540a20},
1528       {1, 0, 0, 0}},
1529      {{0xd36b4789a2582e7f, 0x0d1a10144ec39c28, 0x663c62c3edbad7a0,
1530        0x4052bf4b6f461db9},
1531       {0x235a27c3188d25eb, 0xe724f33999bfcc5b, 0x862be6bd71d70cc8,
1532        0xfecf4d5190b0fc61},
1533       {1, 0, 0, 0}},
1534      {{0x74346c10a1d4cfac, 0xafdf5cc08526a7a4, 0x123202a8f62bff7a,
1535        0x1eddbae2c802e41a},
1536       {0x8fa0af2dd603f844, 0x36e06b7e4c701917, 0x0c45f45273db33a0,
1537        0x43104d86560ebcfc},
1538       {1, 0, 0, 0}},
1539      {{0x9615b5110d1d78e5, 0x66b0de3225c4744b, 0x0a4a46fb6aaf363a,
1540        0xb48e26b484f7a21c},
1541       {0x06ebb0f621a01b2d, 0xc004e4048b7b0f98, 0x64131bcdfed6f668,
1542        0xfac015404d4d3dab},
1543       {1, 0, 0, 0}}},
1544     {{{0, 0, 0, 0},
1545       {0, 0, 0, 0},
1546       {0, 0, 0, 0}},
1547      {{0x3a5a9e22185a5943, 0x1ab919365c65dfb6, 0x21656b32262c71da,
1548        0x7fe36b40af22af89},
1549       {0xd50d152c699ca101, 0x74b3d5867b8af212, 0x9f09f40407dca6f1,
1550        0xe697d45825b63624},
1551       {1, 0, 0, 0}},
1552      {{0xa84aa9397512218e, 0xe9a521b074ca0141, 0x57880b3a18a2e902,
1553        0x4a5b506612a677a6},
1554       {0x0beada7a4c4f3840, 0x626db15419e26d9d, 0xc42604fbe1627d40,
1555        0xeb13461ceac089f1},
1556       {1, 0, 0, 0}},
1557      {{0xf9faed0927a43281, 0x5e52c4144103ecbc, 0xc342967aa815c857,
1558        0x0781b8291c6a220a},
1559       {0x5a8343ceeac55f80, 0x88f80eeee54a05e3, 0x97b2a14f12916434,
1560        0x690cde8df0151593},
1561       {1, 0, 0, 0}},
1562      {{0xaee9c75df7f82f2a, 0x9e4c35874afdf43a, 0xf5622df437371326,
1563        0x8a535f566ec73617},
1564       {0xc5f9a0ac223094b7, 0xcde533864c8c7669, 0x37e02819085a92bf,
1565        0x0455c08468b08bd7},
1566       {1, 0, 0, 0}},
1567      {{0x0c0a6e2c9477b5d9, 0xf9a4bf62876dc444, 0x5050a949b6cdc279,
1568        0x06bada7ab77f8276},
1569       {0xc8b4aed1ea48dac9, 0xdebd8a4b7ea1070f, 0x427d49101366eb70,
1570        0x5b476dfd0e6cb18a},
1571       {1, 0, 0, 0}},
1572      {{0x7c5c3e44278c340a, 0x4d54606812d66f3b, 0x29a751b1ae23c5d8,
1573        0x3e29864e8a2ec908},
1574       {0x142d2a6626dbb850, 0xad1744c4765bd780, 0x1f150e68e322d1ed,
1575        0x239b90ea3dc31e7e},
1576       {1, 0, 0, 0}},
1577      {{0x78c416527a53322a, 0x305dde6709776f8e, 0xdbcab759f8862ed4,
1578        0x820f4dd949f72ff7},
1579       {0x6cc544a62b5debd4, 0x75be5d937b4e8cc4, 0x1b481b1b215c14d3,
1580        0x140406ec783a05ec},
1581       {1, 0, 0, 0}},
1582      {{0x6a703f10e895df07, 0xfd75f3fa01876bd8, 0xeb5b06e70ce08ffe,
1583        0x68f6b8542783dfee},
1584       {0x90c76f8a78712655, 0xcf5293d2f310bf7f, 0xfbc8044dfda45028,
1585        0xcbe1feba92e40ce6},
1586       {1, 0, 0, 0}},
1587      {{0xe998ceea4396e4c1, 0xfc82ef0b6acea274, 0x230f729f2250e927,
1588        0xd0b2f94d2f420109},
1589       {0x4305adddb38d4966, 0x10b838f8624c3b45, 0x7db2636658954e7a,
1590        0x971459828b0719e5},
1591       {1, 0, 0, 0}},
1592      {{0x4bd6b72623369fc9, 0x57f2929e53d0b876, 0xc2d5cba4f2340687,
1593        0x961610004a866aba},
1594       {0x49997bcd2e407a5e, 0x69ab197d92ddcb24, 0x2cf1f2438fe5131c,
1595        0x7acb9fadcee75e44},
1596       {1, 0, 0, 0}},
1597      {{0x254e839423d2d4c0, 0xf57f0c917aea685b, 0xa60d880f6f75aaea,
1598        0x24eb9acca333bf5b},
1599       {0xe3de4ccb1cda5dea, 0xfeef9341c51a6b4f, 0x743125f88bac4c4d,
1600        0x69f891c5acd079cc},
1601       {1, 0, 0, 0}},
1602      {{0xeee44b35702476b5, 0x7ed031a0e45c2258, 0xb422d1e7bd6f8514,
1603        0xe51f547c5972a107},
1604       {0xa25bcd6fc9cf343d, 0x8ca922ee097c184e, 0xa62f98b3a9fe9a06,
1605        0x1c309a2b25bb1387},
1606       {1, 0, 0, 0}},
1607      {{0x9295dbeb1967c459, 0xb00148833472c98e, 0xc504977708011828,
1608        0x20b87b8aa2c4e503},
1609       {0x3063175de057c277, 0x1bd539338fe582dd, 0x0d11adef5f69a044,
1610        0xf5c6fa49919776be},
1611       {1, 0, 0, 0}},
1612      {{0x8c944e760fd59e11, 0x3876cba1102fad5f, 0xa454c3fad83faa56,
1613        0x1ed7d1b9332010b9},
1614       {0xa1011a270024b889, 0x05e4d0dcac0cd344, 0x52b520f0eb6a2a24,
1615        0x3a2b03f03217257a},
1616       {1, 0, 0, 0}},
1617      {{0xf20fc2afdf1d043d, 0xf330240db58d5a62, 0xfc7d229ca0058c3b,
1618        0x15fee545c78dd9f6},
1619       {0x501e82885bc98cda, 0x41ef80e5d046ac04, 0x557d9f49461210fb,
1620        0x4ab5b6b2b8753f81},
1621       {1, 0, 0, 0}}}
1622 };
1623
1624 /*
1625  * select_point selects the |idx|th point from a precomputation table and
1626  * copies it to out.
1627  */
1628 static void select_point(const u64 idx, unsigned int size,
1629                          const smallfelem pre_comp[16][3], smallfelem out[3])
1630 {
1631     unsigned i, j;
1632     u64 *outlimbs = &out[0][0];
1633
1634     memset(out, 0, sizeof(*out) * 3);
1635
1636     for (i = 0; i < size; i++) {
1637         const u64 *inlimbs = (u64 *)&pre_comp[i][0][0];
1638         u64 mask = i ^ idx;
1639         mask |= mask >> 4;
1640         mask |= mask >> 2;
1641         mask |= mask >> 1;
1642         mask &= 1;
1643         mask--;
1644         for (j = 0; j < NLIMBS * 3; j++)
1645             outlimbs[j] |= inlimbs[j] & mask;
1646     }
1647 }
1648
1649 /* get_bit returns the |i|th bit in |in| */
1650 static char get_bit(const felem_bytearray in, int i)
1651 {
1652     if ((i < 0) || (i >= 256))
1653         return 0;
1654     return (in[i >> 3] >> (i & 7)) & 1;
1655 }
1656
1657 /*
1658  * Interleaved point multiplication using precomputed point multiples: The
1659  * small point multiples 0*P, 1*P, ..., 17*P are in pre_comp[], the scalars
1660  * in scalars[]. If g_scalar is non-NULL, we also add this multiple of the
1661  * generator, using certain (large) precomputed multiples in g_pre_comp.
1662  * Output point (X, Y, Z) is stored in x_out, y_out, z_out
1663  */
1664 static void batch_mul(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1665                       const felem_bytearray scalars[],
1666                       const unsigned num_points, const u8 *g_scalar,
1667                       const int mixed, const smallfelem pre_comp[][17][3],
1668                       const smallfelem g_pre_comp[2][16][3])
1669 {
1670     int i, skip;
1671     unsigned num, gen_mul = (g_scalar != NULL);
1672     felem nq[3], ftmp;
1673     smallfelem tmp[3];
1674     u64 bits;
1675     u8 sign, digit;
1676
1677     /* set nq to the point at infinity */
1678     memset(nq, 0, sizeof(nq));
1679
1680     /*
1681      * Loop over all scalars msb-to-lsb, interleaving additions of multiples
1682      * of the generator (two in each of the last 32 rounds) and additions of
1683      * other points multiples (every 5th round).
1684      */
1685     skip = 1;                   /* save two point operations in the first
1686                                  * round */
1687     for (i = (num_points ? 255 : 31); i >= 0; --i) {
1688         /* double */
1689         if (!skip)
1690             point_double(nq[0], nq[1], nq[2], nq[0], nq[1], nq[2]);
1691
1692         /* add multiples of the generator */
1693         if (gen_mul && (i <= 31)) {
1694             /* first, look 32 bits upwards */
1695             bits = get_bit(g_scalar, i + 224) << 3;
1696             bits |= get_bit(g_scalar, i + 160) << 2;
1697             bits |= get_bit(g_scalar, i + 96) << 1;
1698             bits |= get_bit(g_scalar, i + 32);
1699             /* select the point to add, in constant time */
1700             select_point(bits, 16, g_pre_comp[1], tmp);
1701
1702             if (!skip) {
1703                 /* Arg 1 below is for "mixed" */
1704                 point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1705                           nq[0], nq[1], nq[2], 1, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1706             } else {
1707                 smallfelem_expand(nq[0], tmp[0]);
1708                 smallfelem_expand(nq[1], tmp[1]);
1709                 smallfelem_expand(nq[2], tmp[2]);
1710                 skip = 0;
1711             }
1712
1713             /* second, look at the current position */
1714             bits = get_bit(g_scalar, i + 192) << 3;
1715             bits |= get_bit(g_scalar, i + 128) << 2;
1716             bits |= get_bit(g_scalar, i + 64) << 1;
1717             bits |= get_bit(g_scalar, i);
1718             /* select the point to add, in constant time */
1719             select_point(bits, 16, g_pre_comp[0], tmp);
1720             /* Arg 1 below is for "mixed" */
1721             point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1722                       nq[0], nq[1], nq[2], 1, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1723         }
1724
1725         /* do other additions every 5 doublings */
1726         if (num_points && (i % 5 == 0)) {
1727             /* loop over all scalars */
1728             for (num = 0; num < num_points; ++num) {
1729                 bits = get_bit(scalars[num], i + 4) << 5;
1730                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 3) << 4;
1731                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 2) << 3;
1732                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 1) << 2;
1733                 bits |= get_bit(scalars[num], i) << 1;
1734                 bits |= get_bit(scalars[num], i - 1);
1735                 ec_GFp_nistp_recode_scalar_bits(&sign, &digit, bits);
1736
1737                 /*
1738                  * select the point to add or subtract, in constant time
1739                  */
1740                 select_point(digit, 17, pre_comp[num], tmp);
1741                 smallfelem_neg(ftmp, tmp[1]); /* (X, -Y, Z) is the negative
1742                                                * point */
1743                 copy_small_conditional(ftmp, tmp[1], (((limb) sign) - 1));
1744                 felem_contract(tmp[1], ftmp);
1745
1746                 if (!skip) {
1747                     point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1748                               nq[0], nq[1], nq[2],
1749                               mixed, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1750                 } else {
1751                     smallfelem_expand(nq[0], tmp[0]);
1752                     smallfelem_expand(nq[1], tmp[1]);
1753                     smallfelem_expand(nq[2], tmp[2]);
1754                     skip = 0;
1755                 }
1756             }
1757         }
1758     }
1759     felem_assign(x_out, nq[0]);
1760     felem_assign(y_out, nq[1]);
1761     felem_assign(z_out, nq[2]);
1762 }
1763
1764 /* Precomputation for the group generator. */
1765 struct nistp256_pre_comp_st {
1766     smallfelem g_pre_comp[2][16][3];
1767     CRYPTO_REF_COUNT references;
1768     CRYPTO_RWLOCK *lock;
1769 };
1770
1771 const EC_METHOD *EC_GFp_nistp256_method(void)
1772 {
1773     static const EC_METHOD ret = {
1774         EC_FLAGS_DEFAULT_OCT,
1775         NID_X9_62_prime_field,
1776         ec_GFp_nistp256_group_init,
1777         ec_GFp_simple_group_finish,
1778         ec_GFp_simple_group_clear_finish,
1779         ec_GFp_nist_group_copy,
1780         ec_GFp_nistp256_group_set_curve,
1781         ec_GFp_simple_group_get_curve,
1782         ec_GFp_simple_group_get_degree,
1783         ec_group_simple_order_bits,
1784         ec_GFp_simple_group_check_discriminant,
1785         ec_GFp_simple_point_init,
1786         ec_GFp_simple_point_finish,
1787         ec_GFp_simple_point_clear_finish,
1788         ec_GFp_simple_point_copy,
1789         ec_GFp_simple_point_set_to_infinity,
1790         ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp,
1791         ec_GFp_simple_get_Jprojective_coordinates_GFp,
1792         ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates,
1793         ec_GFp_nistp256_point_get_affine_coordinates,
1794         0 /* point_set_compressed_coordinates */ ,
1795         0 /* point2oct */ ,
1796         0 /* oct2point */ ,
1797         ec_GFp_simple_add,
1798         ec_GFp_simple_dbl,
1799         ec_GFp_simple_invert,
1800         ec_GFp_simple_is_at_infinity,
1801         ec_GFp_simple_is_on_curve,
1802         ec_GFp_simple_cmp,
1803         ec_GFp_simple_make_affine,
1804         ec_GFp_simple_points_make_affine,
1805         ec_GFp_nistp256_points_mul,
1806         ec_GFp_nistp256_precompute_mult,
1807         ec_GFp_nistp256_have_precompute_mult,
1808         ec_GFp_nist_field_mul,
1809         ec_GFp_nist_field_sqr,
1810         0 /* field_div */ ,
1811         ec_GFp_simple_field_inv,
1812         0 /* field_encode */ ,
1813         0 /* field_decode */ ,
1814         0,                      /* field_set_to_one */
1815         ec_key_simple_priv2oct,
1816         ec_key_simple_oct2priv,
1817         0, /* set private */
1818         ec_key_simple_generate_key,
1819         ec_key_simple_check_key,
1820         ec_key_simple_generate_public_key,
1821         0, /* keycopy */
1822         0, /* keyfinish */
1823         ecdh_simple_compute_key,
1824         ecdsa_simple_sign_setup,
1825         ecdsa_simple_sign_sig,
1826         ecdsa_simple_verify_sig,
1827         0, /* field_inverse_mod_ord */
1828         0, /* blind_coordinates */
1829         0, /* ladder_pre */
1830         0, /* ladder_step */
1831         0  /* ladder_post */
1832     };
1833
1834     return &ret;
1835 }
1836
1837 /******************************************************************************/
1838 /*
1839  * FUNCTIONS TO MANAGE PRECOMPUTATION
1840  */
1841
1842 static NISTP256_PRE_COMP *nistp256_pre_comp_new(void)
1843 {
1844     NISTP256_PRE_COMP *ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret));
1845
1846     if (ret == NULL) {
1847         ECerr(EC_F_NISTP256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1848         return ret;
1849     }
1850
1851     ret->references = 1;
1852
1853     ret->lock = CRYPTO_THREAD_lock_new();
1854     if (ret->lock == NULL) {
1855         ECerr(EC_F_NISTP256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1856         OPENSSL_free(ret);
1857         return NULL;
1858     }
1859     return ret;
1860 }
1861
1862 NISTP256_PRE_COMP *EC_nistp256_pre_comp_dup(NISTP256_PRE_COMP *p)
1863 {
1864     int i;
1865     if (p != NULL)
1866         CRYPTO_UP_REF(&p->references, &i, p->lock);
1867     return p;
1868 }
1869
1870 void EC_nistp256_pre_comp_free(NISTP256_PRE_COMP *pre)
1871 {
1872     int i;
1873
1874     if (pre == NULL)
1875         return;
1876
1877     CRYPTO_DOWN_REF(&pre->references, &i, pre->lock);
1878     REF_PRINT_COUNT("EC_nistp256", x);
1879     if (i > 0)
1880         return;
1881     REF_ASSERT_ISNT(i < 0);
1882
1883     CRYPTO_THREAD_lock_free(pre->lock);
1884     OPENSSL_free(pre);
1885 }
1886
1887 /******************************************************************************/
1888 /*
1889  * OPENSSL EC_METHOD FUNCTIONS
1890  */
1891
1892 int ec_GFp_nistp256_group_init(EC_GROUP *group)
1893 {
1894     int ret;
1895     ret = ec_GFp_simple_group_init(group);
1896     group->a_is_minus3 = 1;
1897     return ret;
1898 }
1899
1900 int ec_GFp_nistp256_group_set_curve(EC_GROUP *group, const BIGNUM *p,
1901                                     const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
1902                                     BN_CTX *ctx)
1903 {
1904     int ret = 0;
1905     BIGNUM *curve_p, *curve_a, *curve_b;
1906 #ifndef FIPS_MODE
1907     BN_CTX *new_ctx = NULL;
1908
1909     if (ctx == NULL)
1910         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
1911 #endif
1912     if (ctx == NULL)
1913         return 0;
1914
1915     BN_CTX_start(ctx);
1916     curve_p = BN_CTX_get(ctx);
1917     curve_a = BN_CTX_get(ctx);
1918     curve_b = BN_CTX_get(ctx);
1919     if (curve_b == NULL)
1920         goto err;
1921     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[0], sizeof(felem_bytearray), curve_p);
1922     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[1], sizeof(felem_bytearray), curve_a);
1923     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[2], sizeof(felem_bytearray), curve_b);
1924     if ((BN_cmp(curve_p, p)) || (BN_cmp(curve_a, a)) || (BN_cmp(curve_b, b))) {
1925         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_GROUP_SET_CURVE,
1926               EC_R_WRONG_CURVE_PARAMETERS);
1927         goto err;
1928     }
1929     group->field_mod_func = BN_nist_mod_256;
1930     ret = ec_GFp_simple_group_set_curve(group, p, a, b, ctx);
1931  err:
1932     BN_CTX_end(ctx);
1933 #ifndef FIPS_MODE
1934     BN_CTX_free(new_ctx);
1935 #endif
1936     return ret;
1937 }
1938
1939 /*
1940  * Takes the Jacobian coordinates (X, Y, Z) of a point and returns (X', Y') =
1941  * (X/Z^2, Y/Z^3)
1942  */
1943 int ec_GFp_nistp256_point_get_affine_coordinates(const EC_GROUP *group,
1944                                                  const EC_POINT *point,
1945                                                  BIGNUM *x, BIGNUM *y,
1946                                                  BN_CTX *ctx)
1947 {
1948     felem z1, z2, x_in, y_in;
1949     smallfelem x_out, y_out;
1950     longfelem tmp;
1951
1952     if (EC_POINT_is_at_infinity(group, point)) {
1953         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1954               EC_R_POINT_AT_INFINITY);
1955         return 0;
1956     }
1957     if ((!BN_to_felem(x_in, point->X)) || (!BN_to_felem(y_in, point->Y)) ||
1958         (!BN_to_felem(z1, point->Z)))
1959         return 0;
1960     felem_inv(z2, z1);
1961     felem_square(tmp, z2);
1962     felem_reduce(z1, tmp);
1963     felem_mul(tmp, x_in, z1);
1964     felem_reduce(x_in, tmp);
1965     felem_contract(x_out, x_in);
1966     if (x != NULL) {
1967         if (!smallfelem_to_BN(x, x_out)) {
1968             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1969                   ERR_R_BN_LIB);
1970             return 0;
1971         }
1972     }
1973     felem_mul(tmp, z1, z2);
1974     felem_reduce(z1, tmp);
1975     felem_mul(tmp, y_in, z1);
1976     felem_reduce(y_in, tmp);
1977     felem_contract(y_out, y_in);
1978     if (y != NULL) {
1979         if (!smallfelem_to_BN(y, y_out)) {
1980             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1981                   ERR_R_BN_LIB);
1982             return 0;
1983         }
1984     }
1985     return 1;
1986 }
1987
1988 /* points below is of size |num|, and tmp_smallfelems is of size |num+1| */
1989 static void make_points_affine(size_t num, smallfelem points[][3],
1990                                smallfelem tmp_smallfelems[])
1991 {
1992     /*
1993      * Runs in constant time, unless an input is the point at infinity (which
1994      * normally shouldn't happen).
1995      */
1996     ec_GFp_nistp_points_make_affine_internal(num,
1997                                              points,
1998                                              sizeof(smallfelem),
1999                                              tmp_smallfelems,
2000                                              (void (*)(void *))smallfelem_one,
2001                                              smallfelem_is_zero_int,
2002                                              (void (*)(void *, const void *))
2003                                              smallfelem_assign,
2004                                              (void (*)(void *, const void *))
2005                                              smallfelem_square_contract,
2006                                              (void (*)
2007                                               (void *, const void *,
2008                                                const void *))
2009                                              smallfelem_mul_contract,
2010                                              (void (*)(void *, const void *))
2011                                              smallfelem_inv_contract,
2012                                              /* nothing to contract */
2013                                              (void (*)(void *, const void *))
2014                                              smallfelem_assign);
2015 }
2016
2017 /*
2018  * Computes scalar*generator + \sum scalars[i]*points[i], ignoring NULL
2019  * values Result is stored in r (r can equal one of the inputs).
2020  */
2021 int ec_GFp_nistp256_points_mul(const EC_GROUP *group, EC_POINT *r,
2022                                const BIGNUM *scalar, size_t num,
2023                                const EC_POINT *points[],
2024                                const BIGNUM *scalars[], BN_CTX *ctx)
2025 {
2026     int ret = 0;
2027     int j;
2028     int mixed = 0;
2029     BIGNUM *x, *y, *z, *tmp_scalar;
2030     felem_bytearray g_secret;
2031     felem_bytearray *secrets = NULL;
2032     smallfelem (*pre_comp)[17][3] = NULL;
2033     smallfelem *tmp_smallfelems = NULL;
2034     felem_bytearray tmp;
2035     unsigned i, num_bytes;
2036     int have_pre_comp = 0;
2037     size_t num_points = num;
2038     smallfelem x_in, y_in, z_in;
2039     felem x_out, y_out, z_out;
2040     NISTP256_PRE_COMP *pre = NULL;
2041     const smallfelem(*g_pre_comp)[16][3] = NULL;
2042     EC_POINT *generator = NULL;
2043     const EC_POINT *p = NULL;
2044     const BIGNUM *p_scalar = NULL;
2045
2046     BN_CTX_start(ctx);
2047     x = BN_CTX_get(ctx);
2048     y = BN_CTX_get(ctx);
2049     z = BN_CTX_get(ctx);
2050     tmp_scalar = BN_CTX_get(ctx);
2051     if (tmp_scalar == NULL)
2052         goto err;
2053
2054     if (scalar != NULL) {
2055         pre = group->pre_comp.nistp256;
2056         if (pre)
2057             /* we have precomputation, try to use it */
2058             g_pre_comp = (const smallfelem(*)[16][3])pre->g_pre_comp;
2059         else
2060             /* try to use the standard precomputation */
2061             g_pre_comp = &gmul[0];
2062         generator = EC_POINT_new(group);
2063         if (generator == NULL)
2064             goto err;
2065         /* get the generator from precomputation */
2066         if (!smallfelem_to_BN(x, g_pre_comp[0][1][0]) ||
2067             !smallfelem_to_BN(y, g_pre_comp[0][1][1]) ||
2068             !smallfelem_to_BN(z, g_pre_comp[0][1][2])) {
2069             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2070             goto err;
2071         }
2072         if (!EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp(group,
2073                                                       generator, x, y, z,
2074                                                       ctx))
2075             goto err;
2076         if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx))
2077             /* precomputation matches generator */
2078             have_pre_comp = 1;
2079         else
2080             /*
2081              * we don't have valid precomputation: treat the generator as a
2082              * random point
2083              */
2084             num_points++;
2085     }
2086     if (num_points > 0) {
2087         if (num_points >= 3) {
2088             /*
2089              * unless we precompute multiples for just one or two points,
2090              * converting those into affine form is time well spent
2091              */
2092             mixed = 1;
2093         }
2094         secrets = OPENSSL_malloc(sizeof(*secrets) * num_points);
2095         pre_comp = OPENSSL_malloc(sizeof(*pre_comp) * num_points);
2096         if (mixed)
2097             tmp_smallfelems =
2098               OPENSSL_malloc(sizeof(*tmp_smallfelems) * (num_points * 17 + 1));
2099         if ((secrets == NULL) || (pre_comp == NULL)
2100             || (mixed && (tmp_smallfelems == NULL))) {
2101             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
2102             goto err;
2103         }
2104
2105         /*
2106          * we treat NULL scalars as 0, and NULL points as points at infinity,
2107          * i.e., they contribute nothing to the linear combination
2108          */
2109         memset(secrets, 0, sizeof(*secrets) * num_points);
2110         memset(pre_comp, 0, sizeof(*pre_comp) * num_points);
2111         for (i = 0; i < num_points; ++i) {
2112             if (i == num)
2113                 /*
2114                  * we didn't have a valid precomputation, so we pick the
2115                  * generator
2116                  */
2117             {
2118                 p = EC_GROUP_get0_generator(group);
2119                 p_scalar = scalar;
2120             } else
2121                 /* the i^th point */
2122             {
2123                 p = points[i];
2124                 p_scalar = scalars[i];
2125             }
2126             if ((p_scalar != NULL) && (p != NULL)) {
2127                 /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^256 */
2128                 if ((BN_num_bits(p_scalar) > 256)
2129                     || (BN_is_negative(p_scalar))) {
2130                     /*
2131                      * this is an unusual input, and we don't guarantee
2132                      * constant-timeness
2133                      */
2134                     if (!BN_nnmod(tmp_scalar, p_scalar, group->order, ctx)) {
2135                         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2136                         goto err;
2137                     }
2138                     num_bytes = BN_bn2binpad(tmp_scalar, tmp, sizeof(tmp));
2139                 } else
2140                     num_bytes = BN_bn2binpad(p_scalar, tmp, sizeof(tmp));
2141                 flip_endian(secrets[i], tmp, num_bytes);
2142                 /* precompute multiples */
2143                 if ((!BN_to_felem(x_out, p->X)) ||
2144                     (!BN_to_felem(y_out, p->Y)) ||
2145                     (!BN_to_felem(z_out, p->Z)))
2146                     goto err;
2147                 felem_shrink(pre_comp[i][1][0], x_out);
2148                 felem_shrink(pre_comp[i][1][1], y_out);
2149                 felem_shrink(pre_comp[i][1][2], z_out);
2150                 for (j = 2; j <= 16; ++j) {
2151                     if (j & 1) {
2152                         point_add_small(pre_comp[i][j][0], pre_comp[i][j][1],
2153                                         pre_comp[i][j][2], pre_comp[i][1][0],
2154                                         pre_comp[i][1][1], pre_comp[i][1][2],
2155                                         pre_comp[i][j - 1][0],
2156                                         pre_comp[i][j - 1][1],
2157                                         pre_comp[i][j - 1][2]);
2158                     } else {
2159                         point_double_small(pre_comp[i][j][0],
2160                                            pre_comp[i][j][1],
2161                                            pre_comp[i][j][2],
2162                                            pre_comp[i][j / 2][0],
2163                                            pre_comp[i][j / 2][1],
2164                                            pre_comp[i][j / 2][2]);
2165                     }
2166                 }
2167             }
2168         }
2169         if (mixed)
2170             make_points_affine(num_points * 17, pre_comp[0], tmp_smallfelems);
2171     }
2172
2173     /* the scalar for the generator */
2174     if ((scalar != NULL) && (have_pre_comp)) {
2175         memset(g_secret, 0, sizeof(g_secret));
2176         /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^256 */
2177         if ((BN_num_bits(scalar) > 256) || (BN_is_negative(scalar))) {
2178             /*
2179              * this is an unusual input, and we don't guarantee
2180              * constant-timeness
2181              */
2182             if (!BN_nnmod(tmp_scalar, scalar, group->order, ctx)) {
2183                 ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2184                 goto err;
2185             }
2186             num_bytes = BN_bn2binpad(tmp_scalar, tmp, sizeof(tmp));
2187         } else
2188             num_bytes = BN_bn2binpad(scalar, tmp, sizeof(tmp));
2189         flip_endian(g_secret, tmp, num_bytes);
2190         /* do the multiplication with generator precomputation */
2191         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
2192                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
2193                   g_secret,
2194                   mixed, (const smallfelem(*)[17][3])pre_comp, g_pre_comp);
2195     } else
2196         /* do the multiplication without generator precomputation */
2197         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
2198                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
2199                   NULL, mixed, (const smallfelem(*)[17][3])pre_comp, NULL);
2200     /* reduce the output to its unique minimal representation */
2201     felem_contract(x_in, x_out);
2202     felem_contract(y_in, y_out);
2203     felem_contract(z_in, z_out);
2204     if ((!smallfelem_to_BN(x, x_in)) || (!smallfelem_to_BN(y, y_in)) ||
2205         (!smallfelem_to_BN(z, z_in))) {
2206         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2207         goto err;
2208     }
2209     ret = EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp(group, r, x, y, z, ctx);
2210
2211  err:
2212     BN_CTX_end(ctx);
2213     EC_POINT_free(generator);
2214     OPENSSL_free(secrets);
2215     OPENSSL_free(pre_comp);
2216     OPENSSL_free(tmp_smallfelems);
2217     return ret;
2218 }
2219
2220 int ec_GFp_nistp256_precompute_mult(EC_GROUP *group, BN_CTX *ctx)
2221 {
2222     int ret = 0;
2223     NISTP256_PRE_COMP *pre = NULL;
2224     int i, j;
2225     BIGNUM *x, *y;
2226     EC_POINT *generator = NULL;
2227     smallfelem tmp_smallfelems[32];
2228     felem x_tmp, y_tmp, z_tmp;
2229 #ifndef FIPS_MODE
2230     BN_CTX *new_ctx = NULL;
2231 #endif
2232
2233     /* throw away old precomputation */
2234     EC_pre_comp_free(group);
2235
2236 #ifndef FIPS_MODE
2237     if (ctx == NULL)
2238         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
2239 #endif
2240     if (ctx == NULL)
2241         return 0;
2242
2243     BN_CTX_start(ctx);
2244     x = BN_CTX_get(ctx);
2245     y = BN_CTX_get(ctx);
2246     if (y == NULL)
2247         goto err;
2248     /* get the generator */
2249     if (group->generator == NULL)
2250         goto err;
2251     generator = EC_POINT_new(group);
2252     if (generator == NULL)
2253         goto err;
2254     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[3], sizeof(felem_bytearray), x);
2255     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[4], sizeof(felem_bytearray), y);
2256     if (!EC_POINT_set_affine_coordinates(group, generator, x, y, ctx))
2257         goto err;
2258     if ((pre = nistp256_pre_comp_new()) == NULL)
2259         goto err;
2260     /*
2261      * if the generator is the standard one, use built-in precomputation
2262      */
2263     if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx)) {
2264         memcpy(pre->g_pre_comp, gmul, sizeof(pre->g_pre_comp));
2265         goto done;
2266     }
2267     if ((!BN_to_felem(x_tmp, group->generator->X)) ||
2268         (!BN_to_felem(y_tmp, group->generator->Y)) ||
2269         (!BN_to_felem(z_tmp, group->generator->Z)))
2270         goto err;
2271     felem_shrink(pre->g_pre_comp[0][1][0], x_tmp);
2272     felem_shrink(pre->g_pre_comp[0][1][1], y_tmp);
2273     felem_shrink(pre->g_pre_comp[0][1][2], z_tmp);
2274     /*
2275      * compute 2^64*G, 2^128*G, 2^192*G for the first table, 2^32*G, 2^96*G,
2276      * 2^160*G, 2^224*G for the second one
2277      */
2278     for (i = 1; i <= 8; i <<= 1) {
2279         point_double_small(pre->g_pre_comp[1][i][0], pre->g_pre_comp[1][i][1],
2280                            pre->g_pre_comp[1][i][2], pre->g_pre_comp[0][i][0],
2281                            pre->g_pre_comp[0][i][1],
2282                            pre->g_pre_comp[0][i][2]);
2283         for (j = 0; j < 31; ++j) {
2284             point_double_small(pre->g_pre_comp[1][i][0],
2285                                pre->g_pre_comp[1][i][1],
2286                                pre->g_pre_comp[1][i][2],
2287                                pre->g_pre_comp[1][i][0],
2288                                pre->g_pre_comp[1][i][1],
2289                                pre->g_pre_comp[1][i][2]);
2290         }
2291         if (i == 8)
2292             break;
2293         point_double_small(pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
2294                            pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
2295                            pre->g_pre_comp[0][2 * i][2],
2296                            pre->g_pre_comp[1][i][0], pre->g_pre_comp[1][i][1],
2297                            pre->g_pre_comp[1][i][2]);
2298         for (j = 0; j < 31; ++j) {
2299             point_double_small(pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
2300                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
2301                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][2],
2302                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
2303                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
2304                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][2]);
2305         }
2306     }
2307     for (i = 0; i < 2; i++) {
2308         /* g_pre_comp[i][0] is the point at infinity */
2309         memset(pre->g_pre_comp[i][0], 0, sizeof(pre->g_pre_comp[i][0]));
2310         /* the remaining multiples */
2311         /* 2^64*G + 2^128*G resp. 2^96*G + 2^160*G */
2312         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][6][0], pre->g_pre_comp[i][6][1],
2313                         pre->g_pre_comp[i][6][2], pre->g_pre_comp[i][4][0],
2314                         pre->g_pre_comp[i][4][1], pre->g_pre_comp[i][4][2],
2315                         pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
2316                         pre->g_pre_comp[i][2][2]);
2317         /* 2^64*G + 2^192*G resp. 2^96*G + 2^224*G */
2318         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][10][0], pre->g_pre_comp[i][10][1],
2319                         pre->g_pre_comp[i][10][2], pre->g_pre_comp[i][8][0],
2320                         pre->g_pre_comp[i][8][1], pre->g_pre_comp[i][8][2],
2321                         pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
2322                         pre->g_pre_comp[i][2][2]);
2323         /* 2^128*G + 2^192*G resp. 2^160*G + 2^224*G */
2324         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][12][0], pre->g_pre_comp[i][12][1],
2325                         pre->g_pre_comp[i][12][2], pre->g_pre_comp[i][8][0],
2326                         pre->g_pre_comp[i][8][1], pre->g_pre_comp[i][8][2],
2327                         pre->g_pre_comp[i][4][0], pre->g_pre_comp[i][4][1],
2328                         pre->g_pre_comp[i][4][2]);
2329         /*
2330          * 2^64*G + 2^128*G + 2^192*G resp. 2^96*G + 2^160*G + 2^224*G
2331          */
2332         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][14][0], pre->g_pre_comp[i][14][1],
2333                         pre->g_pre_comp[i][14][2], pre->g_pre_comp[i][12][0],
2334                         pre->g_pre_comp[i][12][1], pre->g_pre_comp[i][12][2],
2335                         pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
2336                         pre->g_pre_comp[i][2][2]);
2337         for (j = 1; j < 8; ++j) {
2338             /* odd multiples: add G resp. 2^32*G */
2339             point_add_small(pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][0],
2340                             pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][1],
2341                             pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][2],
2342                             pre->g_pre_comp[i][2 * j][0],
2343                             pre->g_pre_comp[i][2 * j][1],
2344                             pre->g_pre_comp[i][2 * j][2],
2345                             pre->g_pre_comp[i][1][0],
2346                             pre->g_pre_comp[i][1][1],
2347                             pre->g_pre_comp[i][1][2]);
2348         }
2349     }
2350     make_points_affine(31, &(pre->g_pre_comp[0][1]), tmp_smallfelems);
2351
2352  done:
2353     SETPRECOMP(group, nistp256, pre);
2354     pre = NULL;
2355     ret = 1;
2356
2357  err:
2358     BN_CTX_end(ctx);
2359     EC_POINT_free(generator);
2360 #ifndef FIPS_MODE
2361     BN_CTX_free(new_ctx);
2362 #endif
2363     EC_nistp256_pre_comp_free(pre);
2364     return ret;
2365 }
2366
2367 int ec_GFp_nistp256_have_precompute_mult(const EC_GROUP *group)
2368 {
2369     return HAVEPRECOMP(group, nistp256);
2370 }
2371 #endif