Fix potential SCA vulnerability in some EC_METHODs
[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_local.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 /* BN_to_felem converts an OpenSSL BIGNUM into an felem */
150 static int BN_to_felem(felem out, const BIGNUM *bn)
151 {
152     felem_bytearray b_out;
153     int num_bytes;
154
155     if (BN_is_negative(bn)) {
156         ECerr(EC_F_BN_TO_FELEM, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
157         return 0;
158     }
159     num_bytes = BN_bn2lebinpad(bn, b_out, sizeof(b_out));
160     if (num_bytes < 0) {
161         ECerr(EC_F_BN_TO_FELEM, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
162         return 0;
163     }
164     bin32_to_felem(out, b_out);
165     return 1;
166 }
167
168 /* felem_to_BN converts an felem into an OpenSSL BIGNUM */
169 static BIGNUM *smallfelem_to_BN(BIGNUM *out, const smallfelem in)
170 {
171     felem_bytearray b_out;
172     smallfelem_to_bin32(b_out, in);
173     return BN_lebin2bn(b_out, sizeof(b_out), out);
174 }
175
176 /*-
177  * Field operations
178  * ----------------
179  */
180
181 static void smallfelem_one(smallfelem out)
182 {
183     out[0] = 1;
184     out[1] = 0;
185     out[2] = 0;
186     out[3] = 0;
187 }
188
189 static void smallfelem_assign(smallfelem out, const smallfelem in)
190 {
191     out[0] = in[0];
192     out[1] = in[1];
193     out[2] = in[2];
194     out[3] = in[3];
195 }
196
197 static void felem_assign(felem out, const felem in)
198 {
199     out[0] = in[0];
200     out[1] = in[1];
201     out[2] = in[2];
202     out[3] = in[3];
203 }
204
205 /* felem_sum sets out = out + in. */
206 static void felem_sum(felem out, const felem in)
207 {
208     out[0] += in[0];
209     out[1] += in[1];
210     out[2] += in[2];
211     out[3] += in[3];
212 }
213
214 /* felem_small_sum sets out = out + in. */
215 static void felem_small_sum(felem out, const smallfelem in)
216 {
217     out[0] += in[0];
218     out[1] += in[1];
219     out[2] += in[2];
220     out[3] += in[3];
221 }
222
223 /* felem_scalar sets out = out * scalar */
224 static void felem_scalar(felem out, const u64 scalar)
225 {
226     out[0] *= scalar;
227     out[1] *= scalar;
228     out[2] *= scalar;
229     out[3] *= scalar;
230 }
231
232 /* longfelem_scalar sets out = out * scalar */
233 static void longfelem_scalar(longfelem out, const u64 scalar)
234 {
235     out[0] *= scalar;
236     out[1] *= scalar;
237     out[2] *= scalar;
238     out[3] *= scalar;
239     out[4] *= scalar;
240     out[5] *= scalar;
241     out[6] *= scalar;
242     out[7] *= scalar;
243 }
244
245 # define two105m41m9 (((limb)1) << 105) - (((limb)1) << 41) - (((limb)1) << 9)
246 # define two105 (((limb)1) << 105)
247 # define two105m41p9 (((limb)1) << 105) - (((limb)1) << 41) + (((limb)1) << 9)
248
249 /* zero105 is 0 mod p */
250 static const felem zero105 =
251     { two105m41m9, two105, two105m41p9, two105m41p9 };
252
253 /*-
254  * smallfelem_neg sets |out| to |-small|
255  * On exit:
256  *   out[i] < out[i] + 2^105
257  */
258 static void smallfelem_neg(felem out, const smallfelem small)
259 {
260     /* In order to prevent underflow, we subtract from 0 mod p. */
261     out[0] = zero105[0] - small[0];
262     out[1] = zero105[1] - small[1];
263     out[2] = zero105[2] - small[2];
264     out[3] = zero105[3] - small[3];
265 }
266
267 /*-
268  * felem_diff subtracts |in| from |out|
269  * On entry:
270  *   in[i] < 2^104
271  * On exit:
272  *   out[i] < out[i] + 2^105
273  */
274 static void felem_diff(felem out, const felem in)
275 {
276     /*
277      * In order to prevent underflow, we add 0 mod p before subtracting.
278      */
279     out[0] += zero105[0];
280     out[1] += zero105[1];
281     out[2] += zero105[2];
282     out[3] += zero105[3];
283
284     out[0] -= in[0];
285     out[1] -= in[1];
286     out[2] -= in[2];
287     out[3] -= in[3];
288 }
289
290 # define two107m43m11 (((limb)1) << 107) - (((limb)1) << 43) - (((limb)1) << 11)
291 # define two107 (((limb)1) << 107)
292 # define two107m43p11 (((limb)1) << 107) - (((limb)1) << 43) + (((limb)1) << 11)
293
294 /* zero107 is 0 mod p */
295 static const felem zero107 =
296     { two107m43m11, two107, two107m43p11, two107m43p11 };
297
298 /*-
299  * An alternative felem_diff for larger inputs |in|
300  * felem_diff_zero107 subtracts |in| from |out|
301  * On entry:
302  *   in[i] < 2^106
303  * On exit:
304  *   out[i] < out[i] + 2^107
305  */
306 static void felem_diff_zero107(felem out, const felem in)
307 {
308     /*
309      * In order to prevent underflow, we add 0 mod p before subtracting.
310      */
311     out[0] += zero107[0];
312     out[1] += zero107[1];
313     out[2] += zero107[2];
314     out[3] += zero107[3];
315
316     out[0] -= in[0];
317     out[1] -= in[1];
318     out[2] -= in[2];
319     out[3] -= in[3];
320 }
321
322 /*-
323  * longfelem_diff subtracts |in| from |out|
324  * On entry:
325  *   in[i] < 7*2^67
326  * On exit:
327  *   out[i] < out[i] + 2^70 + 2^40
328  */
329 static void longfelem_diff(longfelem out, const longfelem in)
330 {
331     static const limb two70m8p6 =
332         (((limb) 1) << 70) - (((limb) 1) << 8) + (((limb) 1) << 6);
333     static const limb two70p40 = (((limb) 1) << 70) + (((limb) 1) << 40);
334     static const limb two70 = (((limb) 1) << 70);
335     static const limb two70m40m38p6 =
336         (((limb) 1) << 70) - (((limb) 1) << 40) - (((limb) 1) << 38) +
337         (((limb) 1) << 6);
338     static const limb two70m6 = (((limb) 1) << 70) - (((limb) 1) << 6);
339
340     /* add 0 mod p to avoid underflow */
341     out[0] += two70m8p6;
342     out[1] += two70p40;
343     out[2] += two70;
344     out[3] += two70m40m38p6;
345     out[4] += two70m6;
346     out[5] += two70m6;
347     out[6] += two70m6;
348     out[7] += two70m6;
349
350     /* in[i] < 7*2^67 < 2^70 - 2^40 - 2^38 + 2^6 */
351     out[0] -= in[0];
352     out[1] -= in[1];
353     out[2] -= in[2];
354     out[3] -= in[3];
355     out[4] -= in[4];
356     out[5] -= in[5];
357     out[6] -= in[6];
358     out[7] -= in[7];
359 }
360
361 # define two64m0 (((limb)1) << 64) - 1
362 # define two110p32m0 (((limb)1) << 110) + (((limb)1) << 32) - 1
363 # define two64m46 (((limb)1) << 64) - (((limb)1) << 46)
364 # define two64m32 (((limb)1) << 64) - (((limb)1) << 32)
365
366 /* zero110 is 0 mod p */
367 static const felem zero110 = { two64m0, two110p32m0, two64m46, two64m32 };
368
369 /*-
370  * felem_shrink converts an felem into a smallfelem. The result isn't quite
371  * minimal as the value may be greater than p.
372  *
373  * On entry:
374  *   in[i] < 2^109
375  * On exit:
376  *   out[i] < 2^64
377  */
378 static void felem_shrink(smallfelem out, const felem in)
379 {
380     felem tmp;
381     u64 a, b, mask;
382     u64 high, low;
383     static const u64 kPrime3Test = 0x7fffffff00000001ul; /* 2^63 - 2^32 + 1 */
384
385     /* Carry 2->3 */
386     tmp[3] = zero110[3] + in[3] + ((u64)(in[2] >> 64));
387     /* tmp[3] < 2^110 */
388
389     tmp[2] = zero110[2] + (u64)in[2];
390     tmp[0] = zero110[0] + in[0];
391     tmp[1] = zero110[1] + in[1];
392     /* tmp[0] < 2**110, tmp[1] < 2^111, tmp[2] < 2**65 */
393
394     /*
395      * We perform two partial reductions where we eliminate the high-word of
396      * tmp[3]. We don't update the other words till the end.
397      */
398     a = tmp[3] >> 64;           /* a < 2^46 */
399     tmp[3] = (u64)tmp[3];
400     tmp[3] -= a;
401     tmp[3] += ((limb) a) << 32;
402     /* tmp[3] < 2^79 */
403
404     b = a;
405     a = tmp[3] >> 64;           /* a < 2^15 */
406     b += a;                     /* b < 2^46 + 2^15 < 2^47 */
407     tmp[3] = (u64)tmp[3];
408     tmp[3] -= a;
409     tmp[3] += ((limb) a) << 32;
410     /* tmp[3] < 2^64 + 2^47 */
411
412     /*
413      * This adjusts the other two words to complete the two partial
414      * reductions.
415      */
416     tmp[0] += b;
417     tmp[1] -= (((limb) b) << 32);
418
419     /*
420      * In order to make space in tmp[3] for the carry from 2 -> 3, we
421      * conditionally subtract kPrime if tmp[3] is large enough.
422      */
423     high = (u64)(tmp[3] >> 64);
424     /* As tmp[3] < 2^65, high is either 1 or 0 */
425     high = 0 - high;
426     /*-
427      * high is:
428      *   all ones   if the high word of tmp[3] is 1
429      *   all zeros  if the high word of tmp[3] if 0
430      */
431     low = (u64)tmp[3];
432     mask = 0 - (low >> 63);
433     /*-
434      * mask is:
435      *   all ones   if the MSB of low is 1
436      *   all zeros  if the MSB of low if 0
437      */
438     low &= bottom63bits;
439     low -= kPrime3Test;
440     /* if low was greater than kPrime3Test then the MSB is zero */
441     low = ~low;
442     low = 0 - (low >> 63);
443     /*-
444      * low is:
445      *   all ones   if low was > kPrime3Test
446      *   all zeros  if low was <= kPrime3Test
447      */
448     mask = (mask & low) | high;
449     tmp[0] -= mask & kPrime[0];
450     tmp[1] -= mask & kPrime[1];
451     /* kPrime[2] is zero, so omitted */
452     tmp[3] -= mask & kPrime[3];
453     /* tmp[3] < 2**64 - 2**32 + 1 */
454
455     tmp[1] += ((u64)(tmp[0] >> 64));
456     tmp[0] = (u64)tmp[0];
457     tmp[2] += ((u64)(tmp[1] >> 64));
458     tmp[1] = (u64)tmp[1];
459     tmp[3] += ((u64)(tmp[2] >> 64));
460     tmp[2] = (u64)tmp[2];
461     /* tmp[i] < 2^64 */
462
463     out[0] = tmp[0];
464     out[1] = tmp[1];
465     out[2] = tmp[2];
466     out[3] = tmp[3];
467 }
468
469 /* smallfelem_expand converts a smallfelem to an felem */
470 static void smallfelem_expand(felem out, const smallfelem in)
471 {
472     out[0] = in[0];
473     out[1] = in[1];
474     out[2] = in[2];
475     out[3] = in[3];
476 }
477
478 /*-
479  * smallfelem_square sets |out| = |small|^2
480  * On entry:
481  *   small[i] < 2^64
482  * On exit:
483  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
484  */
485 static void smallfelem_square(longfelem out, const smallfelem small)
486 {
487     limb a;
488     u64 high, low;
489
490     a = ((uint128_t) small[0]) * small[0];
491     low = a;
492     high = a >> 64;
493     out[0] = low;
494     out[1] = high;
495
496     a = ((uint128_t) small[0]) * small[1];
497     low = a;
498     high = a >> 64;
499     out[1] += low;
500     out[1] += low;
501     out[2] = high;
502
503     a = ((uint128_t) small[0]) * small[2];
504     low = a;
505     high = a >> 64;
506     out[2] += low;
507     out[2] *= 2;
508     out[3] = high;
509
510     a = ((uint128_t) small[0]) * small[3];
511     low = a;
512     high = a >> 64;
513     out[3] += low;
514     out[4] = high;
515
516     a = ((uint128_t) small[1]) * small[2];
517     low = a;
518     high = a >> 64;
519     out[3] += low;
520     out[3] *= 2;
521     out[4] += high;
522
523     a = ((uint128_t) small[1]) * small[1];
524     low = a;
525     high = a >> 64;
526     out[2] += low;
527     out[3] += high;
528
529     a = ((uint128_t) small[1]) * small[3];
530     low = a;
531     high = a >> 64;
532     out[4] += low;
533     out[4] *= 2;
534     out[5] = high;
535
536     a = ((uint128_t) small[2]) * small[3];
537     low = a;
538     high = a >> 64;
539     out[5] += low;
540     out[5] *= 2;
541     out[6] = high;
542     out[6] += high;
543
544     a = ((uint128_t) small[2]) * small[2];
545     low = a;
546     high = a >> 64;
547     out[4] += low;
548     out[5] += high;
549
550     a = ((uint128_t) small[3]) * small[3];
551     low = a;
552     high = a >> 64;
553     out[6] += low;
554     out[7] = high;
555 }
556
557 /*-
558  * felem_square sets |out| = |in|^2
559  * On entry:
560  *   in[i] < 2^109
561  * On exit:
562  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
563  */
564 static void felem_square(longfelem out, const felem in)
565 {
566     u64 small[4];
567     felem_shrink(small, in);
568     smallfelem_square(out, small);
569 }
570
571 /*-
572  * smallfelem_mul sets |out| = |small1| * |small2|
573  * On entry:
574  *   small1[i] < 2^64
575  *   small2[i] < 2^64
576  * On exit:
577  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
578  */
579 static void smallfelem_mul(longfelem out, const smallfelem small1,
580                            const smallfelem small2)
581 {
582     limb a;
583     u64 high, low;
584
585     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[0];
586     low = a;
587     high = a >> 64;
588     out[0] = low;
589     out[1] = high;
590
591     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[1];
592     low = a;
593     high = a >> 64;
594     out[1] += low;
595     out[2] = high;
596
597     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[0];
598     low = a;
599     high = a >> 64;
600     out[1] += low;
601     out[2] += high;
602
603     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[2];
604     low = a;
605     high = a >> 64;
606     out[2] += low;
607     out[3] = high;
608
609     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[1];
610     low = a;
611     high = a >> 64;
612     out[2] += low;
613     out[3] += high;
614
615     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[0];
616     low = a;
617     high = a >> 64;
618     out[2] += low;
619     out[3] += high;
620
621     a = ((uint128_t) small1[0]) * small2[3];
622     low = a;
623     high = a >> 64;
624     out[3] += low;
625     out[4] = high;
626
627     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[2];
628     low = a;
629     high = a >> 64;
630     out[3] += low;
631     out[4] += high;
632
633     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[1];
634     low = a;
635     high = a >> 64;
636     out[3] += low;
637     out[4] += high;
638
639     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[0];
640     low = a;
641     high = a >> 64;
642     out[3] += low;
643     out[4] += high;
644
645     a = ((uint128_t) small1[1]) * small2[3];
646     low = a;
647     high = a >> 64;
648     out[4] += low;
649     out[5] = high;
650
651     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[2];
652     low = a;
653     high = a >> 64;
654     out[4] += low;
655     out[5] += high;
656
657     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[1];
658     low = a;
659     high = a >> 64;
660     out[4] += low;
661     out[5] += high;
662
663     a = ((uint128_t) small1[2]) * small2[3];
664     low = a;
665     high = a >> 64;
666     out[5] += low;
667     out[6] = high;
668
669     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[2];
670     low = a;
671     high = a >> 64;
672     out[5] += low;
673     out[6] += high;
674
675     a = ((uint128_t) small1[3]) * small2[3];
676     low = a;
677     high = a >> 64;
678     out[6] += low;
679     out[7] = high;
680 }
681
682 /*-
683  * felem_mul sets |out| = |in1| * |in2|
684  * On entry:
685  *   in1[i] < 2^109
686  *   in2[i] < 2^109
687  * On exit:
688  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
689  */
690 static void felem_mul(longfelem out, const felem in1, const felem in2)
691 {
692     smallfelem small1, small2;
693     felem_shrink(small1, in1);
694     felem_shrink(small2, in2);
695     smallfelem_mul(out, small1, small2);
696 }
697
698 /*-
699  * felem_small_mul sets |out| = |small1| * |in2|
700  * On entry:
701  *   small1[i] < 2^64
702  *   in2[i] < 2^109
703  * On exit:
704  *   out[i] < 7 * 2^64 < 2^67
705  */
706 static void felem_small_mul(longfelem out, const smallfelem small1,
707                             const felem in2)
708 {
709     smallfelem small2;
710     felem_shrink(small2, in2);
711     smallfelem_mul(out, small1, small2);
712 }
713
714 # define two100m36m4 (((limb)1) << 100) - (((limb)1) << 36) - (((limb)1) << 4)
715 # define two100 (((limb)1) << 100)
716 # define two100m36p4 (((limb)1) << 100) - (((limb)1) << 36) + (((limb)1) << 4)
717 /* zero100 is 0 mod p */
718 static const felem zero100 =
719     { two100m36m4, two100, two100m36p4, two100m36p4 };
720
721 /*-
722  * Internal function for the different flavours of felem_reduce.
723  * felem_reduce_ reduces the higher coefficients in[4]-in[7].
724  * On entry:
725  *   out[0] >= in[6] + 2^32*in[6] + in[7] + 2^32*in[7]
726  *   out[1] >= in[7] + 2^32*in[4]
727  *   out[2] >= in[5] + 2^32*in[5]
728  *   out[3] >= in[4] + 2^32*in[5] + 2^32*in[6]
729  * On exit:
730  *   out[0] <= out[0] + in[4] + 2^32*in[5]
731  *   out[1] <= out[1] + in[5] + 2^33*in[6]
732  *   out[2] <= out[2] + in[7] + 2*in[6] + 2^33*in[7]
733  *   out[3] <= out[3] + 2^32*in[4] + 3*in[7]
734  */
735 static void felem_reduce_(felem out, const longfelem in)
736 {
737     int128_t c;
738     /* combine common terms from below */
739     c = in[4] + (in[5] << 32);
740     out[0] += c;
741     out[3] -= c;
742
743     c = in[5] - in[7];
744     out[1] += c;
745     out[2] -= c;
746
747     /* the remaining terms */
748     /* 256: [(0,1),(96,-1),(192,-1),(224,1)] */
749     out[1] -= (in[4] << 32);
750     out[3] += (in[4] << 32);
751
752     /* 320: [(32,1),(64,1),(128,-1),(160,-1),(224,-1)] */
753     out[2] -= (in[5] << 32);
754
755     /* 384: [(0,-1),(32,-1),(96,2),(128,2),(224,-1)] */
756     out[0] -= in[6];
757     out[0] -= (in[6] << 32);
758     out[1] += (in[6] << 33);
759     out[2] += (in[6] * 2);
760     out[3] -= (in[6] << 32);
761
762     /* 448: [(0,-1),(32,-1),(64,-1),(128,1),(160,2),(192,3)] */
763     out[0] -= in[7];
764     out[0] -= (in[7] << 32);
765     out[2] += (in[7] << 33);
766     out[3] += (in[7] * 3);
767 }
768
769 /*-
770  * felem_reduce converts a longfelem into an felem.
771  * To be called directly after felem_square or felem_mul.
772  * On entry:
773  *   in[0] < 2^64, in[1] < 3*2^64, in[2] < 5*2^64, in[3] < 7*2^64
774  *   in[4] < 7*2^64, in[5] < 5*2^64, in[6] < 3*2^64, in[7] < 2*64
775  * On exit:
776  *   out[i] < 2^101
777  */
778 static void felem_reduce(felem out, const longfelem in)
779 {
780     out[0] = zero100[0] + in[0];
781     out[1] = zero100[1] + in[1];
782     out[2] = zero100[2] + in[2];
783     out[3] = zero100[3] + in[3];
784
785     felem_reduce_(out, in);
786
787     /*-
788      * out[0] > 2^100 - 2^36 - 2^4 - 3*2^64 - 3*2^96 - 2^64 - 2^96 > 0
789      * out[1] > 2^100 - 2^64 - 7*2^96 > 0
790      * out[2] > 2^100 - 2^36 + 2^4 - 5*2^64 - 5*2^96 > 0
791      * out[3] > 2^100 - 2^36 + 2^4 - 7*2^64 - 5*2^96 - 3*2^96 > 0
792      *
793      * out[0] < 2^100 + 2^64 + 7*2^64 + 5*2^96 < 2^101
794      * out[1] < 2^100 + 3*2^64 + 5*2^64 + 3*2^97 < 2^101
795      * out[2] < 2^100 + 5*2^64 + 2^64 + 3*2^65 + 2^97 < 2^101
796      * out[3] < 2^100 + 7*2^64 + 7*2^96 + 3*2^64 < 2^101
797      */
798 }
799
800 /*-
801  * felem_reduce_zero105 converts a larger longfelem into an felem.
802  * On entry:
803  *   in[0] < 2^71
804  * On exit:
805  *   out[i] < 2^106
806  */
807 static void felem_reduce_zero105(felem out, const longfelem in)
808 {
809     out[0] = zero105[0] + in[0];
810     out[1] = zero105[1] + in[1];
811     out[2] = zero105[2] + in[2];
812     out[3] = zero105[3] + in[3];
813
814     felem_reduce_(out, in);
815
816     /*-
817      * out[0] > 2^105 - 2^41 - 2^9 - 2^71 - 2^103 - 2^71 - 2^103 > 0
818      * out[1] > 2^105 - 2^71 - 2^103 > 0
819      * out[2] > 2^105 - 2^41 + 2^9 - 2^71 - 2^103 > 0
820      * out[3] > 2^105 - 2^41 + 2^9 - 2^71 - 2^103 - 2^103 > 0
821      *
822      * out[0] < 2^105 + 2^71 + 2^71 + 2^103 < 2^106
823      * out[1] < 2^105 + 2^71 + 2^71 + 2^103 < 2^106
824      * out[2] < 2^105 + 2^71 + 2^71 + 2^71 + 2^103 < 2^106
825      * out[3] < 2^105 + 2^71 + 2^103 + 2^71 < 2^106
826      */
827 }
828
829 /*
830  * subtract_u64 sets *result = *result - v and *carry to one if the
831  * subtraction underflowed.
832  */
833 static void subtract_u64(u64 *result, u64 *carry, u64 v)
834 {
835     uint128_t r = *result;
836     r -= v;
837     *carry = (r >> 64) & 1;
838     *result = (u64)r;
839 }
840
841 /*
842  * felem_contract converts |in| to its unique, minimal representation. On
843  * entry: in[i] < 2^109
844  */
845 static void felem_contract(smallfelem out, const felem in)
846 {
847     unsigned i;
848     u64 all_equal_so_far = 0, result = 0, carry;
849
850     felem_shrink(out, in);
851     /* small is minimal except that the value might be > p */
852
853     all_equal_so_far--;
854     /*
855      * We are doing a constant time test if out >= kPrime. We need to compare
856      * each u64, from most-significant to least significant. For each one, if
857      * all words so far have been equal (m is all ones) then a non-equal
858      * result is the answer. Otherwise we continue.
859      */
860     for (i = 3; i < 4; i--) {
861         u64 equal;
862         uint128_t a = ((uint128_t) kPrime[i]) - out[i];
863         /*
864          * if out[i] > kPrime[i] then a will underflow and the high 64-bits
865          * will all be set.
866          */
867         result |= all_equal_so_far & ((u64)(a >> 64));
868
869         /*
870          * if kPrime[i] == out[i] then |equal| will be all zeros and the
871          * decrement will make it all ones.
872          */
873         equal = kPrime[i] ^ out[i];
874         equal--;
875         equal &= equal << 32;
876         equal &= equal << 16;
877         equal &= equal << 8;
878         equal &= equal << 4;
879         equal &= equal << 2;
880         equal &= equal << 1;
881         equal = 0 - (equal >> 63);
882
883         all_equal_so_far &= equal;
884     }
885
886     /*
887      * if all_equal_so_far is still all ones then the two values are equal
888      * and so out >= kPrime is true.
889      */
890     result |= all_equal_so_far;
891
892     /* if out >= kPrime then we subtract kPrime. */
893     subtract_u64(&out[0], &carry, result & kPrime[0]);
894     subtract_u64(&out[1], &carry, carry);
895     subtract_u64(&out[2], &carry, carry);
896     subtract_u64(&out[3], &carry, carry);
897
898     subtract_u64(&out[1], &carry, result & kPrime[1]);
899     subtract_u64(&out[2], &carry, carry);
900     subtract_u64(&out[3], &carry, carry);
901
902     subtract_u64(&out[2], &carry, result & kPrime[2]);
903     subtract_u64(&out[3], &carry, carry);
904
905     subtract_u64(&out[3], &carry, result & kPrime[3]);
906 }
907
908 static void smallfelem_square_contract(smallfelem out, const smallfelem in)
909 {
910     longfelem longtmp;
911     felem tmp;
912
913     smallfelem_square(longtmp, in);
914     felem_reduce(tmp, longtmp);
915     felem_contract(out, tmp);
916 }
917
918 static void smallfelem_mul_contract(smallfelem out, const smallfelem in1,
919                                     const smallfelem in2)
920 {
921     longfelem longtmp;
922     felem tmp;
923
924     smallfelem_mul(longtmp, in1, in2);
925     felem_reduce(tmp, longtmp);
926     felem_contract(out, tmp);
927 }
928
929 /*-
930  * felem_is_zero returns a limb with all bits set if |in| == 0 (mod p) and 0
931  * otherwise.
932  * On entry:
933  *   small[i] < 2^64
934  */
935 static limb smallfelem_is_zero(const smallfelem small)
936 {
937     limb result;
938     u64 is_p;
939
940     u64 is_zero = small[0] | small[1] | small[2] | small[3];
941     is_zero--;
942     is_zero &= is_zero << 32;
943     is_zero &= is_zero << 16;
944     is_zero &= is_zero << 8;
945     is_zero &= is_zero << 4;
946     is_zero &= is_zero << 2;
947     is_zero &= is_zero << 1;
948     is_zero = 0 - (is_zero >> 63);
949
950     is_p = (small[0] ^ kPrime[0]) |
951         (small[1] ^ kPrime[1]) |
952         (small[2] ^ kPrime[2]) | (small[3] ^ kPrime[3]);
953     is_p--;
954     is_p &= is_p << 32;
955     is_p &= is_p << 16;
956     is_p &= is_p << 8;
957     is_p &= is_p << 4;
958     is_p &= is_p << 2;
959     is_p &= is_p << 1;
960     is_p = 0 - (is_p >> 63);
961
962     is_zero |= is_p;
963
964     result = is_zero;
965     result |= ((limb) is_zero) << 64;
966     return result;
967 }
968
969 static int smallfelem_is_zero_int(const void *small)
970 {
971     return (int)(smallfelem_is_zero(small) & ((limb) 1));
972 }
973
974 /*-
975  * felem_inv calculates |out| = |in|^{-1}
976  *
977  * Based on Fermat's Little Theorem:
978  *   a^p = a (mod p)
979  *   a^{p-1} = 1 (mod p)
980  *   a^{p-2} = a^{-1} (mod p)
981  */
982 static void felem_inv(felem out, const felem in)
983 {
984     felem ftmp, ftmp2;
985     /* each e_I will hold |in|^{2^I - 1} */
986     felem e2, e4, e8, e16, e32, e64;
987     longfelem tmp;
988     unsigned i;
989
990     felem_square(tmp, in);
991     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^1 */
992     felem_mul(tmp, in, ftmp);
993     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^2 - 2^0 */
994     felem_assign(e2, ftmp);
995     felem_square(tmp, ftmp);
996     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^3 - 2^1 */
997     felem_square(tmp, ftmp);
998     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^4 - 2^2 */
999     felem_mul(tmp, ftmp, e2);
1000     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^4 - 2^0 */
1001     felem_assign(e4, ftmp);
1002     felem_square(tmp, ftmp);
1003     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^5 - 2^1 */
1004     felem_square(tmp, ftmp);
1005     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^6 - 2^2 */
1006     felem_square(tmp, ftmp);
1007     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^7 - 2^3 */
1008     felem_square(tmp, ftmp);
1009     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^8 - 2^4 */
1010     felem_mul(tmp, ftmp, e4);
1011     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^8 - 2^0 */
1012     felem_assign(e8, ftmp);
1013     for (i = 0; i < 8; i++) {
1014         felem_square(tmp, ftmp);
1015         felem_reduce(ftmp, tmp);
1016     }                           /* 2^16 - 2^8 */
1017     felem_mul(tmp, ftmp, e8);
1018     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^16 - 2^0 */
1019     felem_assign(e16, ftmp);
1020     for (i = 0; i < 16; i++) {
1021         felem_square(tmp, ftmp);
1022         felem_reduce(ftmp, tmp);
1023     }                           /* 2^32 - 2^16 */
1024     felem_mul(tmp, ftmp, e16);
1025     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^32 - 2^0 */
1026     felem_assign(e32, ftmp);
1027     for (i = 0; i < 32; i++) {
1028         felem_square(tmp, ftmp);
1029         felem_reduce(ftmp, tmp);
1030     }                           /* 2^64 - 2^32 */
1031     felem_assign(e64, ftmp);
1032     felem_mul(tmp, ftmp, in);
1033     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^64 - 2^32 + 2^0 */
1034     for (i = 0; i < 192; i++) {
1035         felem_square(tmp, ftmp);
1036         felem_reduce(ftmp, tmp);
1037     }                           /* 2^256 - 2^224 + 2^192 */
1038
1039     felem_mul(tmp, e64, e32);
1040     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^64 - 2^0 */
1041     for (i = 0; i < 16; i++) {
1042         felem_square(tmp, ftmp2);
1043         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1044     }                           /* 2^80 - 2^16 */
1045     felem_mul(tmp, ftmp2, e16);
1046     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^80 - 2^0 */
1047     for (i = 0; i < 8; i++) {
1048         felem_square(tmp, ftmp2);
1049         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1050     }                           /* 2^88 - 2^8 */
1051     felem_mul(tmp, ftmp2, e8);
1052     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^88 - 2^0 */
1053     for (i = 0; i < 4; i++) {
1054         felem_square(tmp, ftmp2);
1055         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1056     }                           /* 2^92 - 2^4 */
1057     felem_mul(tmp, ftmp2, e4);
1058     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^92 - 2^0 */
1059     felem_square(tmp, ftmp2);
1060     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^93 - 2^1 */
1061     felem_square(tmp, ftmp2);
1062     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^94 - 2^2 */
1063     felem_mul(tmp, ftmp2, e2);
1064     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^94 - 2^0 */
1065     felem_square(tmp, ftmp2);
1066     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^95 - 2^1 */
1067     felem_square(tmp, ftmp2);
1068     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^96 - 2^2 */
1069     felem_mul(tmp, ftmp2, in);
1070     felem_reduce(ftmp2, tmp);   /* 2^96 - 3 */
1071
1072     felem_mul(tmp, ftmp2, ftmp);
1073     felem_reduce(out, tmp);     /* 2^256 - 2^224 + 2^192 + 2^96 - 3 */
1074 }
1075
1076 static void smallfelem_inv_contract(smallfelem out, const smallfelem in)
1077 {
1078     felem tmp;
1079
1080     smallfelem_expand(tmp, in);
1081     felem_inv(tmp, tmp);
1082     felem_contract(out, tmp);
1083 }
1084
1085 /*-
1086  * Group operations
1087  * ----------------
1088  *
1089  * Building on top of the field operations we have the operations on the
1090  * elliptic curve group itself. Points on the curve are represented in Jacobian
1091  * coordinates
1092  */
1093
1094 /*-
1095  * point_double calculates 2*(x_in, y_in, z_in)
1096  *
1097  * The method is taken from:
1098  *   http://hyperelliptic.org/EFD/g1p/auto-shortw-jacobian-3.html#doubling-dbl-2001-b
1099  *
1100  * Outputs can equal corresponding inputs, i.e., x_out == x_in is allowed.
1101  * while x_out == y_in is not (maybe this works, but it's not tested).
1102  */
1103 static void
1104 point_double(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1105              const felem x_in, const felem y_in, const felem z_in)
1106 {
1107     longfelem tmp, tmp2;
1108     felem delta, gamma, beta, alpha, ftmp, ftmp2;
1109     smallfelem small1, small2;
1110
1111     felem_assign(ftmp, x_in);
1112     /* ftmp[i] < 2^106 */
1113     felem_assign(ftmp2, x_in);
1114     /* ftmp2[i] < 2^106 */
1115
1116     /* delta = z^2 */
1117     felem_square(tmp, z_in);
1118     felem_reduce(delta, tmp);
1119     /* delta[i] < 2^101 */
1120
1121     /* gamma = y^2 */
1122     felem_square(tmp, y_in);
1123     felem_reduce(gamma, tmp);
1124     /* gamma[i] < 2^101 */
1125     felem_shrink(small1, gamma);
1126
1127     /* beta = x*gamma */
1128     felem_small_mul(tmp, small1, x_in);
1129     felem_reduce(beta, tmp);
1130     /* beta[i] < 2^101 */
1131
1132     /* alpha = 3*(x-delta)*(x+delta) */
1133     felem_diff(ftmp, delta);
1134     /* ftmp[i] < 2^105 + 2^106 < 2^107 */
1135     felem_sum(ftmp2, delta);
1136     /* ftmp2[i] < 2^105 + 2^106 < 2^107 */
1137     felem_scalar(ftmp2, 3);
1138     /* ftmp2[i] < 3 * 2^107 < 2^109 */
1139     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp2);
1140     felem_reduce(alpha, tmp);
1141     /* alpha[i] < 2^101 */
1142     felem_shrink(small2, alpha);
1143
1144     /* x' = alpha^2 - 8*beta */
1145     smallfelem_square(tmp, small2);
1146     felem_reduce(x_out, tmp);
1147     felem_assign(ftmp, beta);
1148     felem_scalar(ftmp, 8);
1149     /* ftmp[i] < 8 * 2^101 = 2^104 */
1150     felem_diff(x_out, ftmp);
1151     /* x_out[i] < 2^105 + 2^101 < 2^106 */
1152
1153     /* z' = (y + z)^2 - gamma - delta */
1154     felem_sum(delta, gamma);
1155     /* delta[i] < 2^101 + 2^101 = 2^102 */
1156     felem_assign(ftmp, y_in);
1157     felem_sum(ftmp, z_in);
1158     /* ftmp[i] < 2^106 + 2^106 = 2^107 */
1159     felem_square(tmp, ftmp);
1160     felem_reduce(z_out, tmp);
1161     felem_diff(z_out, delta);
1162     /* z_out[i] < 2^105 + 2^101 < 2^106 */
1163
1164     /* y' = alpha*(4*beta - x') - 8*gamma^2 */
1165     felem_scalar(beta, 4);
1166     /* beta[i] < 4 * 2^101 = 2^103 */
1167     felem_diff_zero107(beta, x_out);
1168     /* beta[i] < 2^107 + 2^103 < 2^108 */
1169     felem_small_mul(tmp, small2, beta);
1170     /* tmp[i] < 7 * 2^64 < 2^67 */
1171     smallfelem_square(tmp2, small1);
1172     /* tmp2[i] < 7 * 2^64 */
1173     longfelem_scalar(tmp2, 8);
1174     /* tmp2[i] < 8 * 7 * 2^64 = 7 * 2^67 */
1175     longfelem_diff(tmp, tmp2);
1176     /* tmp[i] < 2^67 + 2^70 + 2^40 < 2^71 */
1177     felem_reduce_zero105(y_out, tmp);
1178     /* y_out[i] < 2^106 */
1179 }
1180
1181 /*
1182  * point_double_small is the same as point_double, except that it operates on
1183  * smallfelems
1184  */
1185 static void
1186 point_double_small(smallfelem x_out, smallfelem y_out, smallfelem z_out,
1187                    const smallfelem x_in, const smallfelem y_in,
1188                    const smallfelem z_in)
1189 {
1190     felem felem_x_out, felem_y_out, felem_z_out;
1191     felem felem_x_in, felem_y_in, felem_z_in;
1192
1193     smallfelem_expand(felem_x_in, x_in);
1194     smallfelem_expand(felem_y_in, y_in);
1195     smallfelem_expand(felem_z_in, z_in);
1196     point_double(felem_x_out, felem_y_out, felem_z_out,
1197                  felem_x_in, felem_y_in, felem_z_in);
1198     felem_shrink(x_out, felem_x_out);
1199     felem_shrink(y_out, felem_y_out);
1200     felem_shrink(z_out, felem_z_out);
1201 }
1202
1203 /* copy_conditional copies in to out iff mask is all ones. */
1204 static void copy_conditional(felem out, const felem in, limb mask)
1205 {
1206     unsigned i;
1207     for (i = 0; i < NLIMBS; ++i) {
1208         const limb tmp = mask & (in[i] ^ out[i]);
1209         out[i] ^= tmp;
1210     }
1211 }
1212
1213 /* copy_small_conditional copies in to out iff mask is all ones. */
1214 static void copy_small_conditional(felem out, const smallfelem in, limb mask)
1215 {
1216     unsigned i;
1217     const u64 mask64 = mask;
1218     for (i = 0; i < NLIMBS; ++i) {
1219         out[i] = ((limb) (in[i] & mask64)) | (out[i] & ~mask);
1220     }
1221 }
1222
1223 /*-
1224  * point_add calculates (x1, y1, z1) + (x2, y2, z2)
1225  *
1226  * The method is taken from:
1227  *   http://hyperelliptic.org/EFD/g1p/auto-shortw-jacobian-3.html#addition-add-2007-bl,
1228  * adapted for mixed addition (z2 = 1, or z2 = 0 for the point at infinity).
1229  *
1230  * This function includes a branch for checking whether the two input points
1231  * are equal, (while not equal to the point at infinity). This case never
1232  * happens during single point multiplication, so there is no timing leak for
1233  * ECDH or ECDSA signing.
1234  */
1235 static void point_add(felem x3, felem y3, felem z3,
1236                       const felem x1, const felem y1, const felem z1,
1237                       const int mixed, const smallfelem x2,
1238                       const smallfelem y2, const smallfelem z2)
1239 {
1240     felem ftmp, ftmp2, ftmp3, ftmp4, ftmp5, ftmp6, x_out, y_out, z_out;
1241     longfelem tmp, tmp2;
1242     smallfelem small1, small2, small3, small4, small5;
1243     limb x_equal, y_equal, z1_is_zero, z2_is_zero;
1244     limb points_equal;
1245
1246     felem_shrink(small3, z1);
1247
1248     z1_is_zero = smallfelem_is_zero(small3);
1249     z2_is_zero = smallfelem_is_zero(z2);
1250
1251     /* ftmp = z1z1 = z1**2 */
1252     smallfelem_square(tmp, small3);
1253     felem_reduce(ftmp, tmp);
1254     /* ftmp[i] < 2^101 */
1255     felem_shrink(small1, ftmp);
1256
1257     if (!mixed) {
1258         /* ftmp2 = z2z2 = z2**2 */
1259         smallfelem_square(tmp, z2);
1260         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1261         /* ftmp2[i] < 2^101 */
1262         felem_shrink(small2, ftmp2);
1263
1264         felem_shrink(small5, x1);
1265
1266         /* u1 = ftmp3 = x1*z2z2 */
1267         smallfelem_mul(tmp, small5, small2);
1268         felem_reduce(ftmp3, tmp);
1269         /* ftmp3[i] < 2^101 */
1270
1271         /* ftmp5 = z1 + z2 */
1272         felem_assign(ftmp5, z1);
1273         felem_small_sum(ftmp5, z2);
1274         /* ftmp5[i] < 2^107 */
1275
1276         /* ftmp5 = (z1 + z2)**2 - (z1z1 + z2z2) = 2z1z2 */
1277         felem_square(tmp, ftmp5);
1278         felem_reduce(ftmp5, tmp);
1279         /* ftmp2 = z2z2 + z1z1 */
1280         felem_sum(ftmp2, ftmp);
1281         /* ftmp2[i] < 2^101 + 2^101 = 2^102 */
1282         felem_diff(ftmp5, ftmp2);
1283         /* ftmp5[i] < 2^105 + 2^101 < 2^106 */
1284
1285         /* ftmp2 = z2 * z2z2 */
1286         smallfelem_mul(tmp, small2, z2);
1287         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1288
1289         /* s1 = ftmp2 = y1 * z2**3 */
1290         felem_mul(tmp, y1, ftmp2);
1291         felem_reduce(ftmp6, tmp);
1292         /* ftmp6[i] < 2^101 */
1293     } else {
1294         /*
1295          * We'll assume z2 = 1 (special case z2 = 0 is handled later)
1296          */
1297
1298         /* u1 = ftmp3 = x1*z2z2 */
1299         felem_assign(ftmp3, x1);
1300         /* ftmp3[i] < 2^106 */
1301
1302         /* ftmp5 = 2z1z2 */
1303         felem_assign(ftmp5, z1);
1304         felem_scalar(ftmp5, 2);
1305         /* ftmp5[i] < 2*2^106 = 2^107 */
1306
1307         /* s1 = ftmp2 = y1 * z2**3 */
1308         felem_assign(ftmp6, y1);
1309         /* ftmp6[i] < 2^106 */
1310     }
1311
1312     /* u2 = x2*z1z1 */
1313     smallfelem_mul(tmp, x2, small1);
1314     felem_reduce(ftmp4, tmp);
1315
1316     /* h = ftmp4 = u2 - u1 */
1317     felem_diff_zero107(ftmp4, ftmp3);
1318     /* ftmp4[i] < 2^107 + 2^101 < 2^108 */
1319     felem_shrink(small4, ftmp4);
1320
1321     x_equal = smallfelem_is_zero(small4);
1322
1323     /* z_out = ftmp5 * h */
1324     felem_small_mul(tmp, small4, ftmp5);
1325     felem_reduce(z_out, tmp);
1326     /* z_out[i] < 2^101 */
1327
1328     /* ftmp = z1 * z1z1 */
1329     smallfelem_mul(tmp, small1, small3);
1330     felem_reduce(ftmp, tmp);
1331
1332     /* s2 = tmp = y2 * z1**3 */
1333     felem_small_mul(tmp, y2, ftmp);
1334     felem_reduce(ftmp5, tmp);
1335
1336     /* r = ftmp5 = (s2 - s1)*2 */
1337     felem_diff_zero107(ftmp5, ftmp6);
1338     /* ftmp5[i] < 2^107 + 2^107 = 2^108 */
1339     felem_scalar(ftmp5, 2);
1340     /* ftmp5[i] < 2^109 */
1341     felem_shrink(small1, ftmp5);
1342     y_equal = smallfelem_is_zero(small1);
1343
1344     /*
1345      * The formulae are incorrect if the points are equal, in affine coordinates
1346      * (X_1, Y_1) == (X_2, Y_2), so we check for this and do doubling if this
1347      * happens.
1348      *
1349      * We use bitwise operations to avoid potential side-channels introduced by
1350      * the short-circuiting behaviour of boolean operators.
1351      *
1352      * The special case of either point being the point at infinity (z1 and/or
1353      * z2 are zero), is handled separately later on in this function, so we
1354      * avoid jumping to point_double here in those special cases.
1355      */
1356     points_equal = (x_equal & y_equal & (~z1_is_zero) & (~z2_is_zero));
1357
1358     if (points_equal) {
1359         /*
1360          * This is obviously not constant-time but, as mentioned before, this
1361          * case never happens during single point multiplication, so there is no
1362          * timing leak for ECDH or ECDSA signing.
1363          */
1364         point_double(x3, y3, z3, x1, y1, z1);
1365         return;
1366     }
1367
1368     /* I = ftmp = (2h)**2 */
1369     felem_assign(ftmp, ftmp4);
1370     felem_scalar(ftmp, 2);
1371     /* ftmp[i] < 2*2^108 = 2^109 */
1372     felem_square(tmp, ftmp);
1373     felem_reduce(ftmp, tmp);
1374
1375     /* J = ftmp2 = h * I */
1376     felem_mul(tmp, ftmp4, ftmp);
1377     felem_reduce(ftmp2, tmp);
1378
1379     /* V = ftmp4 = U1 * I */
1380     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp);
1381     felem_reduce(ftmp4, tmp);
1382
1383     /* x_out = r**2 - J - 2V */
1384     smallfelem_square(tmp, small1);
1385     felem_reduce(x_out, tmp);
1386     felem_assign(ftmp3, ftmp4);
1387     felem_scalar(ftmp4, 2);
1388     felem_sum(ftmp4, ftmp2);
1389     /* ftmp4[i] < 2*2^101 + 2^101 < 2^103 */
1390     felem_diff(x_out, ftmp4);
1391     /* x_out[i] < 2^105 + 2^101 */
1392
1393     /* y_out = r(V-x_out) - 2 * s1 * J */
1394     felem_diff_zero107(ftmp3, x_out);
1395     /* ftmp3[i] < 2^107 + 2^101 < 2^108 */
1396     felem_small_mul(tmp, small1, ftmp3);
1397     felem_mul(tmp2, ftmp6, ftmp2);
1398     longfelem_scalar(tmp2, 2);
1399     /* tmp2[i] < 2*2^67 = 2^68 */
1400     longfelem_diff(tmp, tmp2);
1401     /* tmp[i] < 2^67 + 2^70 + 2^40 < 2^71 */
1402     felem_reduce_zero105(y_out, tmp);
1403     /* y_out[i] < 2^106 */
1404
1405     copy_small_conditional(x_out, x2, z1_is_zero);
1406     copy_conditional(x_out, x1, z2_is_zero);
1407     copy_small_conditional(y_out, y2, z1_is_zero);
1408     copy_conditional(y_out, y1, z2_is_zero);
1409     copy_small_conditional(z_out, z2, z1_is_zero);
1410     copy_conditional(z_out, z1, z2_is_zero);
1411     felem_assign(x3, x_out);
1412     felem_assign(y3, y_out);
1413     felem_assign(z3, z_out);
1414 }
1415
1416 /*
1417  * point_add_small is the same as point_add, except that it operates on
1418  * smallfelems
1419  */
1420 static void point_add_small(smallfelem x3, smallfelem y3, smallfelem z3,
1421                             smallfelem x1, smallfelem y1, smallfelem z1,
1422                             smallfelem x2, smallfelem y2, smallfelem z2)
1423 {
1424     felem felem_x3, felem_y3, felem_z3;
1425     felem felem_x1, felem_y1, felem_z1;
1426     smallfelem_expand(felem_x1, x1);
1427     smallfelem_expand(felem_y1, y1);
1428     smallfelem_expand(felem_z1, z1);
1429     point_add(felem_x3, felem_y3, felem_z3, felem_x1, felem_y1, felem_z1, 0,
1430               x2, y2, z2);
1431     felem_shrink(x3, felem_x3);
1432     felem_shrink(y3, felem_y3);
1433     felem_shrink(z3, felem_z3);
1434 }
1435
1436 /*-
1437  * Base point pre computation
1438  * --------------------------
1439  *
1440  * Two different sorts of precomputed tables are used in the following code.
1441  * Each contain various points on the curve, where each point is three field
1442  * elements (x, y, z).
1443  *
1444  * For the base point table, z is usually 1 (0 for the point at infinity).
1445  * This table has 2 * 16 elements, starting with the following:
1446  * index | bits    | point
1447  * ------+---------+------------------------------
1448  *     0 | 0 0 0 0 | 0G
1449  *     1 | 0 0 0 1 | 1G
1450  *     2 | 0 0 1 0 | 2^64G
1451  *     3 | 0 0 1 1 | (2^64 + 1)G
1452  *     4 | 0 1 0 0 | 2^128G
1453  *     5 | 0 1 0 1 | (2^128 + 1)G
1454  *     6 | 0 1 1 0 | (2^128 + 2^64)G
1455  *     7 | 0 1 1 1 | (2^128 + 2^64 + 1)G
1456  *     8 | 1 0 0 0 | 2^192G
1457  *     9 | 1 0 0 1 | (2^192 + 1)G
1458  *    10 | 1 0 1 0 | (2^192 + 2^64)G
1459  *    11 | 1 0 1 1 | (2^192 + 2^64 + 1)G
1460  *    12 | 1 1 0 0 | (2^192 + 2^128)G
1461  *    13 | 1 1 0 1 | (2^192 + 2^128 + 1)G
1462  *    14 | 1 1 1 0 | (2^192 + 2^128 + 2^64)G
1463  *    15 | 1 1 1 1 | (2^192 + 2^128 + 2^64 + 1)G
1464  * followed by a copy of this with each element multiplied by 2^32.
1465  *
1466  * The reason for this is so that we can clock bits into four different
1467  * locations when doing simple scalar multiplies against the base point,
1468  * and then another four locations using the second 16 elements.
1469  *
1470  * Tables for other points have table[i] = iG for i in 0 .. 16. */
1471
1472 /* gmul is the table of precomputed base points */
1473 static const smallfelem gmul[2][16][3] = {
1474     {{{0, 0, 0, 0},
1475       {0, 0, 0, 0},
1476       {0, 0, 0, 0}},
1477      {{0xf4a13945d898c296, 0x77037d812deb33a0, 0xf8bce6e563a440f2,
1478        0x6b17d1f2e12c4247},
1479       {0xcbb6406837bf51f5, 0x2bce33576b315ece, 0x8ee7eb4a7c0f9e16,
1480        0x4fe342e2fe1a7f9b},
1481       {1, 0, 0, 0}},
1482      {{0x90e75cb48e14db63, 0x29493baaad651f7e, 0x8492592e326e25de,
1483        0x0fa822bc2811aaa5},
1484       {0xe41124545f462ee7, 0x34b1a65050fe82f5, 0x6f4ad4bcb3df188b,
1485        0xbff44ae8f5dba80d},
1486       {1, 0, 0, 0}},
1487      {{0x93391ce2097992af, 0xe96c98fd0d35f1fa, 0xb257c0de95e02789,
1488        0x300a4bbc89d6726f},
1489       {0xaa54a291c08127a0, 0x5bb1eeada9d806a5, 0x7f1ddb25ff1e3c6f,
1490        0x72aac7e0d09b4644},
1491       {1, 0, 0, 0}},
1492      {{0x57c84fc9d789bd85, 0xfc35ff7dc297eac3, 0xfb982fd588c6766e,
1493        0x447d739beedb5e67},
1494       {0x0c7e33c972e25b32, 0x3d349b95a7fae500, 0xe12e9d953a4aaff7,
1495        0x2d4825ab834131ee},
1496       {1, 0, 0, 0}},
1497      {{0x13949c932a1d367f, 0xef7fbd2b1a0a11b7, 0xddc6068bb91dfc60,
1498        0xef9519328a9c72ff},
1499       {0x196035a77376d8a8, 0x23183b0895ca1740, 0xc1ee9807022c219c,
1500        0x611e9fc37dbb2c9b},
1501       {1, 0, 0, 0}},
1502      {{0xcae2b1920b57f4bc, 0x2936df5ec6c9bc36, 0x7dea6482e11238bf,
1503        0x550663797b51f5d8},
1504       {0x44ffe216348a964c, 0x9fb3d576dbdefbe1, 0x0afa40018d9d50e5,
1505        0x157164848aecb851},
1506       {1, 0, 0, 0}},
1507      {{0xe48ecafffc5cde01, 0x7ccd84e70d715f26, 0xa2e8f483f43e4391,
1508        0xeb5d7745b21141ea},
1509       {0xcac917e2731a3479, 0x85f22cfe2844b645, 0x0990e6a158006cee,
1510        0xeafd72ebdbecc17b},
1511       {1, 0, 0, 0}},
1512      {{0x6cf20ffb313728be, 0x96439591a3c6b94a, 0x2736ff8344315fc5,
1513        0xa6d39677a7849276},
1514       {0xf2bab833c357f5f4, 0x824a920c2284059b, 0x66b8babd2d27ecdf,
1515        0x674f84749b0b8816},
1516       {1, 0, 0, 0}},
1517      {{0x2df48c04677c8a3e, 0x74e02f080203a56b, 0x31855f7db8c7fedb,
1518        0x4e769e7672c9ddad},
1519       {0xa4c36165b824bbb0, 0xfb9ae16f3b9122a5, 0x1ec0057206947281,
1520        0x42b99082de830663},
1521       {1, 0, 0, 0}},
1522      {{0x6ef95150dda868b9, 0xd1f89e799c0ce131, 0x7fdc1ca008a1c478,
1523        0x78878ef61c6ce04d},
1524       {0x9c62b9121fe0d976, 0x6ace570ebde08d4f, 0xde53142c12309def,
1525        0xb6cb3f5d7b72c321},
1526       {1, 0, 0, 0}},
1527      {{0x7f991ed2c31a3573, 0x5b82dd5bd54fb496, 0x595c5220812ffcae,
1528        0x0c88bc4d716b1287},
1529       {0x3a57bf635f48aca8, 0x7c8181f4df2564f3, 0x18d1b5b39c04e6aa,
1530        0xdd5ddea3f3901dc6},
1531       {1, 0, 0, 0}},
1532      {{0xe96a79fb3e72ad0c, 0x43a0a28c42ba792f, 0xefe0a423083e49f3,
1533        0x68f344af6b317466},
1534       {0xcdfe17db3fb24d4a, 0x668bfc2271f5c626, 0x604ed93c24d67ff3,
1535        0x31b9c405f8540a20},
1536       {1, 0, 0, 0}},
1537      {{0xd36b4789a2582e7f, 0x0d1a10144ec39c28, 0x663c62c3edbad7a0,
1538        0x4052bf4b6f461db9},
1539       {0x235a27c3188d25eb, 0xe724f33999bfcc5b, 0x862be6bd71d70cc8,
1540        0xfecf4d5190b0fc61},
1541       {1, 0, 0, 0}},
1542      {{0x74346c10a1d4cfac, 0xafdf5cc08526a7a4, 0x123202a8f62bff7a,
1543        0x1eddbae2c802e41a},
1544       {0x8fa0af2dd603f844, 0x36e06b7e4c701917, 0x0c45f45273db33a0,
1545        0x43104d86560ebcfc},
1546       {1, 0, 0, 0}},
1547      {{0x9615b5110d1d78e5, 0x66b0de3225c4744b, 0x0a4a46fb6aaf363a,
1548        0xb48e26b484f7a21c},
1549       {0x06ebb0f621a01b2d, 0xc004e4048b7b0f98, 0x64131bcdfed6f668,
1550        0xfac015404d4d3dab},
1551       {1, 0, 0, 0}}},
1552     {{{0, 0, 0, 0},
1553       {0, 0, 0, 0},
1554       {0, 0, 0, 0}},
1555      {{0x3a5a9e22185a5943, 0x1ab919365c65dfb6, 0x21656b32262c71da,
1556        0x7fe36b40af22af89},
1557       {0xd50d152c699ca101, 0x74b3d5867b8af212, 0x9f09f40407dca6f1,
1558        0xe697d45825b63624},
1559       {1, 0, 0, 0}},
1560      {{0xa84aa9397512218e, 0xe9a521b074ca0141, 0x57880b3a18a2e902,
1561        0x4a5b506612a677a6},
1562       {0x0beada7a4c4f3840, 0x626db15419e26d9d, 0xc42604fbe1627d40,
1563        0xeb13461ceac089f1},
1564       {1, 0, 0, 0}},
1565      {{0xf9faed0927a43281, 0x5e52c4144103ecbc, 0xc342967aa815c857,
1566        0x0781b8291c6a220a},
1567       {0x5a8343ceeac55f80, 0x88f80eeee54a05e3, 0x97b2a14f12916434,
1568        0x690cde8df0151593},
1569       {1, 0, 0, 0}},
1570      {{0xaee9c75df7f82f2a, 0x9e4c35874afdf43a, 0xf5622df437371326,
1571        0x8a535f566ec73617},
1572       {0xc5f9a0ac223094b7, 0xcde533864c8c7669, 0x37e02819085a92bf,
1573        0x0455c08468b08bd7},
1574       {1, 0, 0, 0}},
1575      {{0x0c0a6e2c9477b5d9, 0xf9a4bf62876dc444, 0x5050a949b6cdc279,
1576        0x06bada7ab77f8276},
1577       {0xc8b4aed1ea48dac9, 0xdebd8a4b7ea1070f, 0x427d49101366eb70,
1578        0x5b476dfd0e6cb18a},
1579       {1, 0, 0, 0}},
1580      {{0x7c5c3e44278c340a, 0x4d54606812d66f3b, 0x29a751b1ae23c5d8,
1581        0x3e29864e8a2ec908},
1582       {0x142d2a6626dbb850, 0xad1744c4765bd780, 0x1f150e68e322d1ed,
1583        0x239b90ea3dc31e7e},
1584       {1, 0, 0, 0}},
1585      {{0x78c416527a53322a, 0x305dde6709776f8e, 0xdbcab759f8862ed4,
1586        0x820f4dd949f72ff7},
1587       {0x6cc544a62b5debd4, 0x75be5d937b4e8cc4, 0x1b481b1b215c14d3,
1588        0x140406ec783a05ec},
1589       {1, 0, 0, 0}},
1590      {{0x6a703f10e895df07, 0xfd75f3fa01876bd8, 0xeb5b06e70ce08ffe,
1591        0x68f6b8542783dfee},
1592       {0x90c76f8a78712655, 0xcf5293d2f310bf7f, 0xfbc8044dfda45028,
1593        0xcbe1feba92e40ce6},
1594       {1, 0, 0, 0}},
1595      {{0xe998ceea4396e4c1, 0xfc82ef0b6acea274, 0x230f729f2250e927,
1596        0xd0b2f94d2f420109},
1597       {0x4305adddb38d4966, 0x10b838f8624c3b45, 0x7db2636658954e7a,
1598        0x971459828b0719e5},
1599       {1, 0, 0, 0}},
1600      {{0x4bd6b72623369fc9, 0x57f2929e53d0b876, 0xc2d5cba4f2340687,
1601        0x961610004a866aba},
1602       {0x49997bcd2e407a5e, 0x69ab197d92ddcb24, 0x2cf1f2438fe5131c,
1603        0x7acb9fadcee75e44},
1604       {1, 0, 0, 0}},
1605      {{0x254e839423d2d4c0, 0xf57f0c917aea685b, 0xa60d880f6f75aaea,
1606        0x24eb9acca333bf5b},
1607       {0xe3de4ccb1cda5dea, 0xfeef9341c51a6b4f, 0x743125f88bac4c4d,
1608        0x69f891c5acd079cc},
1609       {1, 0, 0, 0}},
1610      {{0xeee44b35702476b5, 0x7ed031a0e45c2258, 0xb422d1e7bd6f8514,
1611        0xe51f547c5972a107},
1612       {0xa25bcd6fc9cf343d, 0x8ca922ee097c184e, 0xa62f98b3a9fe9a06,
1613        0x1c309a2b25bb1387},
1614       {1, 0, 0, 0}},
1615      {{0x9295dbeb1967c459, 0xb00148833472c98e, 0xc504977708011828,
1616        0x20b87b8aa2c4e503},
1617       {0x3063175de057c277, 0x1bd539338fe582dd, 0x0d11adef5f69a044,
1618        0xf5c6fa49919776be},
1619       {1, 0, 0, 0}},
1620      {{0x8c944e760fd59e11, 0x3876cba1102fad5f, 0xa454c3fad83faa56,
1621        0x1ed7d1b9332010b9},
1622       {0xa1011a270024b889, 0x05e4d0dcac0cd344, 0x52b520f0eb6a2a24,
1623        0x3a2b03f03217257a},
1624       {1, 0, 0, 0}},
1625      {{0xf20fc2afdf1d043d, 0xf330240db58d5a62, 0xfc7d229ca0058c3b,
1626        0x15fee545c78dd9f6},
1627       {0x501e82885bc98cda, 0x41ef80e5d046ac04, 0x557d9f49461210fb,
1628        0x4ab5b6b2b8753f81},
1629       {1, 0, 0, 0}}}
1630 };
1631
1632 /*
1633  * select_point selects the |idx|th point from a precomputation table and
1634  * copies it to out.
1635  */
1636 static void select_point(const u64 idx, unsigned int size,
1637                          const smallfelem pre_comp[16][3], smallfelem out[3])
1638 {
1639     unsigned i, j;
1640     u64 *outlimbs = &out[0][0];
1641
1642     memset(out, 0, sizeof(*out) * 3);
1643
1644     for (i = 0; i < size; i++) {
1645         const u64 *inlimbs = (u64 *)&pre_comp[i][0][0];
1646         u64 mask = i ^ idx;
1647         mask |= mask >> 4;
1648         mask |= mask >> 2;
1649         mask |= mask >> 1;
1650         mask &= 1;
1651         mask--;
1652         for (j = 0; j < NLIMBS * 3; j++)
1653             outlimbs[j] |= inlimbs[j] & mask;
1654     }
1655 }
1656
1657 /* get_bit returns the |i|th bit in |in| */
1658 static char get_bit(const felem_bytearray in, int i)
1659 {
1660     if ((i < 0) || (i >= 256))
1661         return 0;
1662     return (in[i >> 3] >> (i & 7)) & 1;
1663 }
1664
1665 /*
1666  * Interleaved point multiplication using precomputed point multiples: The
1667  * small point multiples 0*P, 1*P, ..., 17*P are in pre_comp[], the scalars
1668  * in scalars[]. If g_scalar is non-NULL, we also add this multiple of the
1669  * generator, using certain (large) precomputed multiples in g_pre_comp.
1670  * Output point (X, Y, Z) is stored in x_out, y_out, z_out
1671  */
1672 static void batch_mul(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1673                       const felem_bytearray scalars[],
1674                       const unsigned num_points, const u8 *g_scalar,
1675                       const int mixed, const smallfelem pre_comp[][17][3],
1676                       const smallfelem g_pre_comp[2][16][3])
1677 {
1678     int i, skip;
1679     unsigned num, gen_mul = (g_scalar != NULL);
1680     felem nq[3], ftmp;
1681     smallfelem tmp[3];
1682     u64 bits;
1683     u8 sign, digit;
1684
1685     /* set nq to the point at infinity */
1686     memset(nq, 0, sizeof(nq));
1687
1688     /*
1689      * Loop over all scalars msb-to-lsb, interleaving additions of multiples
1690      * of the generator (two in each of the last 32 rounds) and additions of
1691      * other points multiples (every 5th round).
1692      */
1693     skip = 1;                   /* save two point operations in the first
1694                                  * round */
1695     for (i = (num_points ? 255 : 31); i >= 0; --i) {
1696         /* double */
1697         if (!skip)
1698             point_double(nq[0], nq[1], nq[2], nq[0], nq[1], nq[2]);
1699
1700         /* add multiples of the generator */
1701         if (gen_mul && (i <= 31)) {
1702             /* first, look 32 bits upwards */
1703             bits = get_bit(g_scalar, i + 224) << 3;
1704             bits |= get_bit(g_scalar, i + 160) << 2;
1705             bits |= get_bit(g_scalar, i + 96) << 1;
1706             bits |= get_bit(g_scalar, i + 32);
1707             /* select the point to add, in constant time */
1708             select_point(bits, 16, g_pre_comp[1], tmp);
1709
1710             if (!skip) {
1711                 /* Arg 1 below is for "mixed" */
1712                 point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1713                           nq[0], nq[1], nq[2], 1, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1714             } else {
1715                 smallfelem_expand(nq[0], tmp[0]);
1716                 smallfelem_expand(nq[1], tmp[1]);
1717                 smallfelem_expand(nq[2], tmp[2]);
1718                 skip = 0;
1719             }
1720
1721             /* second, look at the current position */
1722             bits = get_bit(g_scalar, i + 192) << 3;
1723             bits |= get_bit(g_scalar, i + 128) << 2;
1724             bits |= get_bit(g_scalar, i + 64) << 1;
1725             bits |= get_bit(g_scalar, i);
1726             /* select the point to add, in constant time */
1727             select_point(bits, 16, g_pre_comp[0], tmp);
1728             /* Arg 1 below is for "mixed" */
1729             point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1730                       nq[0], nq[1], nq[2], 1, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1731         }
1732
1733         /* do other additions every 5 doublings */
1734         if (num_points && (i % 5 == 0)) {
1735             /* loop over all scalars */
1736             for (num = 0; num < num_points; ++num) {
1737                 bits = get_bit(scalars[num], i + 4) << 5;
1738                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 3) << 4;
1739                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 2) << 3;
1740                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 1) << 2;
1741                 bits |= get_bit(scalars[num], i) << 1;
1742                 bits |= get_bit(scalars[num], i - 1);
1743                 ec_GFp_nistp_recode_scalar_bits(&sign, &digit, bits);
1744
1745                 /*
1746                  * select the point to add or subtract, in constant time
1747                  */
1748                 select_point(digit, 17, pre_comp[num], tmp);
1749                 smallfelem_neg(ftmp, tmp[1]); /* (X, -Y, Z) is the negative
1750                                                * point */
1751                 copy_small_conditional(ftmp, tmp[1], (((limb) sign) - 1));
1752                 felem_contract(tmp[1], ftmp);
1753
1754                 if (!skip) {
1755                     point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1756                               nq[0], nq[1], nq[2],
1757                               mixed, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1758                 } else {
1759                     smallfelem_expand(nq[0], tmp[0]);
1760                     smallfelem_expand(nq[1], tmp[1]);
1761                     smallfelem_expand(nq[2], tmp[2]);
1762                     skip = 0;
1763                 }
1764             }
1765         }
1766     }
1767     felem_assign(x_out, nq[0]);
1768     felem_assign(y_out, nq[1]);
1769     felem_assign(z_out, nq[2]);
1770 }
1771
1772 /* Precomputation for the group generator. */
1773 struct nistp256_pre_comp_st {
1774     smallfelem g_pre_comp[2][16][3];
1775     CRYPTO_REF_COUNT references;
1776     CRYPTO_RWLOCK *lock;
1777 };
1778
1779 const EC_METHOD *EC_GFp_nistp256_method(void)
1780 {
1781     static const EC_METHOD ret = {
1782         EC_FLAGS_DEFAULT_OCT,
1783         NID_X9_62_prime_field,
1784         ec_GFp_nistp256_group_init,
1785         ec_GFp_simple_group_finish,
1786         ec_GFp_simple_group_clear_finish,
1787         ec_GFp_nist_group_copy,
1788         ec_GFp_nistp256_group_set_curve,
1789         ec_GFp_simple_group_get_curve,
1790         ec_GFp_simple_group_get_degree,
1791         ec_group_simple_order_bits,
1792         ec_GFp_simple_group_check_discriminant,
1793         ec_GFp_simple_point_init,
1794         ec_GFp_simple_point_finish,
1795         ec_GFp_simple_point_clear_finish,
1796         ec_GFp_simple_point_copy,
1797         ec_GFp_simple_point_set_to_infinity,
1798         ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp,
1799         ec_GFp_simple_get_Jprojective_coordinates_GFp,
1800         ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates,
1801         ec_GFp_nistp256_point_get_affine_coordinates,
1802         0 /* point_set_compressed_coordinates */ ,
1803         0 /* point2oct */ ,
1804         0 /* oct2point */ ,
1805         ec_GFp_simple_add,
1806         ec_GFp_simple_dbl,
1807         ec_GFp_simple_invert,
1808         ec_GFp_simple_is_at_infinity,
1809         ec_GFp_simple_is_on_curve,
1810         ec_GFp_simple_cmp,
1811         ec_GFp_simple_make_affine,
1812         ec_GFp_simple_points_make_affine,
1813         ec_GFp_nistp256_points_mul,
1814         ec_GFp_nistp256_precompute_mult,
1815         ec_GFp_nistp256_have_precompute_mult,
1816         ec_GFp_nist_field_mul,
1817         ec_GFp_nist_field_sqr,
1818         0 /* field_div */ ,
1819         ec_GFp_simple_field_inv,
1820         0 /* field_encode */ ,
1821         0 /* field_decode */ ,
1822         0,                      /* field_set_to_one */
1823         ec_key_simple_priv2oct,
1824         ec_key_simple_oct2priv,
1825         0, /* set private */
1826         ec_key_simple_generate_key,
1827         ec_key_simple_check_key,
1828         ec_key_simple_generate_public_key,
1829         0, /* keycopy */
1830         0, /* keyfinish */
1831         ecdh_simple_compute_key,
1832         ecdsa_simple_sign_setup,
1833         ecdsa_simple_sign_sig,
1834         ecdsa_simple_verify_sig,
1835         0, /* field_inverse_mod_ord */
1836         0, /* blind_coordinates */
1837         0, /* ladder_pre */
1838         0, /* ladder_step */
1839         0  /* ladder_post */
1840     };
1841
1842     return &ret;
1843 }
1844
1845 /******************************************************************************/
1846 /*
1847  * FUNCTIONS TO MANAGE PRECOMPUTATION
1848  */
1849
1850 static NISTP256_PRE_COMP *nistp256_pre_comp_new(void)
1851 {
1852     NISTP256_PRE_COMP *ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret));
1853
1854     if (ret == NULL) {
1855         ECerr(EC_F_NISTP256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1856         return ret;
1857     }
1858
1859     ret->references = 1;
1860
1861     ret->lock = CRYPTO_THREAD_lock_new();
1862     if (ret->lock == NULL) {
1863         ECerr(EC_F_NISTP256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1864         OPENSSL_free(ret);
1865         return NULL;
1866     }
1867     return ret;
1868 }
1869
1870 NISTP256_PRE_COMP *EC_nistp256_pre_comp_dup(NISTP256_PRE_COMP *p)
1871 {
1872     int i;
1873     if (p != NULL)
1874         CRYPTO_UP_REF(&p->references, &i, p->lock);
1875     return p;
1876 }
1877
1878 void EC_nistp256_pre_comp_free(NISTP256_PRE_COMP *pre)
1879 {
1880     int i;
1881
1882     if (pre == NULL)
1883         return;
1884
1885     CRYPTO_DOWN_REF(&pre->references, &i, pre->lock);
1886     REF_PRINT_COUNT("EC_nistp256", x);
1887     if (i > 0)
1888         return;
1889     REF_ASSERT_ISNT(i < 0);
1890
1891     CRYPTO_THREAD_lock_free(pre->lock);
1892     OPENSSL_free(pre);
1893 }
1894
1895 /******************************************************************************/
1896 /*
1897  * OPENSSL EC_METHOD FUNCTIONS
1898  */
1899
1900 int ec_GFp_nistp256_group_init(EC_GROUP *group)
1901 {
1902     int ret;
1903     ret = ec_GFp_simple_group_init(group);
1904     group->a_is_minus3 = 1;
1905     return ret;
1906 }
1907
1908 int ec_GFp_nistp256_group_set_curve(EC_GROUP *group, const BIGNUM *p,
1909                                     const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
1910                                     BN_CTX *ctx)
1911 {
1912     int ret = 0;
1913     BIGNUM *curve_p, *curve_a, *curve_b;
1914 #ifndef FIPS_MODE
1915     BN_CTX *new_ctx = NULL;
1916
1917     if (ctx == NULL)
1918         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
1919 #endif
1920     if (ctx == NULL)
1921         return 0;
1922
1923     BN_CTX_start(ctx);
1924     curve_p = BN_CTX_get(ctx);
1925     curve_a = BN_CTX_get(ctx);
1926     curve_b = BN_CTX_get(ctx);
1927     if (curve_b == NULL)
1928         goto err;
1929     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[0], sizeof(felem_bytearray), curve_p);
1930     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[1], sizeof(felem_bytearray), curve_a);
1931     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[2], sizeof(felem_bytearray), curve_b);
1932     if ((BN_cmp(curve_p, p)) || (BN_cmp(curve_a, a)) || (BN_cmp(curve_b, b))) {
1933         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_GROUP_SET_CURVE,
1934               EC_R_WRONG_CURVE_PARAMETERS);
1935         goto err;
1936     }
1937     group->field_mod_func = BN_nist_mod_256;
1938     ret = ec_GFp_simple_group_set_curve(group, p, a, b, ctx);
1939  err:
1940     BN_CTX_end(ctx);
1941 #ifndef FIPS_MODE
1942     BN_CTX_free(new_ctx);
1943 #endif
1944     return ret;
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Takes the Jacobian coordinates (X, Y, Z) of a point and returns (X', Y') =
1949  * (X/Z^2, Y/Z^3)
1950  */
1951 int ec_GFp_nistp256_point_get_affine_coordinates(const EC_GROUP *group,
1952                                                  const EC_POINT *point,
1953                                                  BIGNUM *x, BIGNUM *y,
1954                                                  BN_CTX *ctx)
1955 {
1956     felem z1, z2, x_in, y_in;
1957     smallfelem x_out, y_out;
1958     longfelem tmp;
1959
1960     if (EC_POINT_is_at_infinity(group, point)) {
1961         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1962               EC_R_POINT_AT_INFINITY);
1963         return 0;
1964     }
1965     if ((!BN_to_felem(x_in, point->X)) || (!BN_to_felem(y_in, point->Y)) ||
1966         (!BN_to_felem(z1, point->Z)))
1967         return 0;
1968     felem_inv(z2, z1);
1969     felem_square(tmp, z2);
1970     felem_reduce(z1, tmp);
1971     felem_mul(tmp, x_in, z1);
1972     felem_reduce(x_in, tmp);
1973     felem_contract(x_out, x_in);
1974     if (x != NULL) {
1975         if (!smallfelem_to_BN(x, x_out)) {
1976             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1977                   ERR_R_BN_LIB);
1978             return 0;
1979         }
1980     }
1981     felem_mul(tmp, z1, z2);
1982     felem_reduce(z1, tmp);
1983     felem_mul(tmp, y_in, z1);
1984     felem_reduce(y_in, tmp);
1985     felem_contract(y_out, y_in);
1986     if (y != NULL) {
1987         if (!smallfelem_to_BN(y, y_out)) {
1988             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINT_GET_AFFINE_COORDINATES,
1989                   ERR_R_BN_LIB);
1990             return 0;
1991         }
1992     }
1993     return 1;
1994 }
1995
1996 /* points below is of size |num|, and tmp_smallfelems is of size |num+1| */
1997 static void make_points_affine(size_t num, smallfelem points[][3],
1998                                smallfelem tmp_smallfelems[])
1999 {
2000     /*
2001      * Runs in constant time, unless an input is the point at infinity (which
2002      * normally shouldn't happen).
2003      */
2004     ec_GFp_nistp_points_make_affine_internal(num,
2005                                              points,
2006                                              sizeof(smallfelem),
2007                                              tmp_smallfelems,
2008                                              (void (*)(void *))smallfelem_one,
2009                                              smallfelem_is_zero_int,
2010                                              (void (*)(void *, const void *))
2011                                              smallfelem_assign,
2012                                              (void (*)(void *, const void *))
2013                                              smallfelem_square_contract,
2014                                              (void (*)
2015                                               (void *, const void *,
2016                                                const void *))
2017                                              smallfelem_mul_contract,
2018                                              (void (*)(void *, const void *))
2019                                              smallfelem_inv_contract,
2020                                              /* nothing to contract */
2021                                              (void (*)(void *, const void *))
2022                                              smallfelem_assign);
2023 }
2024
2025 /*
2026  * Computes scalar*generator + \sum scalars[i]*points[i], ignoring NULL
2027  * values Result is stored in r (r can equal one of the inputs).
2028  */
2029 int ec_GFp_nistp256_points_mul(const EC_GROUP *group, EC_POINT *r,
2030                                const BIGNUM *scalar, size_t num,
2031                                const EC_POINT *points[],
2032                                const BIGNUM *scalars[], BN_CTX *ctx)
2033 {
2034     int ret = 0;
2035     int j;
2036     int mixed = 0;
2037     BIGNUM *x, *y, *z, *tmp_scalar;
2038     felem_bytearray g_secret;
2039     felem_bytearray *secrets = NULL;
2040     smallfelem (*pre_comp)[17][3] = NULL;
2041     smallfelem *tmp_smallfelems = NULL;
2042     unsigned i;
2043     int num_bytes;
2044     int have_pre_comp = 0;
2045     size_t num_points = num;
2046     smallfelem x_in, y_in, z_in;
2047     felem x_out, y_out, z_out;
2048     NISTP256_PRE_COMP *pre = NULL;
2049     const smallfelem(*g_pre_comp)[16][3] = NULL;
2050     EC_POINT *generator = NULL;
2051     const EC_POINT *p = NULL;
2052     const BIGNUM *p_scalar = NULL;
2053
2054     BN_CTX_start(ctx);
2055     x = BN_CTX_get(ctx);
2056     y = BN_CTX_get(ctx);
2057     z = BN_CTX_get(ctx);
2058     tmp_scalar = BN_CTX_get(ctx);
2059     if (tmp_scalar == NULL)
2060         goto err;
2061
2062     if (scalar != NULL) {
2063         pre = group->pre_comp.nistp256;
2064         if (pre)
2065             /* we have precomputation, try to use it */
2066             g_pre_comp = (const smallfelem(*)[16][3])pre->g_pre_comp;
2067         else
2068             /* try to use the standard precomputation */
2069             g_pre_comp = &gmul[0];
2070         generator = EC_POINT_new(group);
2071         if (generator == NULL)
2072             goto err;
2073         /* get the generator from precomputation */
2074         if (!smallfelem_to_BN(x, g_pre_comp[0][1][0]) ||
2075             !smallfelem_to_BN(y, g_pre_comp[0][1][1]) ||
2076             !smallfelem_to_BN(z, g_pre_comp[0][1][2])) {
2077             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2078             goto err;
2079         }
2080         if (!EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp(group,
2081                                                       generator, x, y, z,
2082                                                       ctx))
2083             goto err;
2084         if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx))
2085             /* precomputation matches generator */
2086             have_pre_comp = 1;
2087         else
2088             /*
2089              * we don't have valid precomputation: treat the generator as a
2090              * random point
2091              */
2092             num_points++;
2093     }
2094     if (num_points > 0) {
2095         if (num_points >= 3) {
2096             /*
2097              * unless we precompute multiples for just one or two points,
2098              * converting those into affine form is time well spent
2099              */
2100             mixed = 1;
2101         }
2102         secrets = OPENSSL_malloc(sizeof(*secrets) * num_points);
2103         pre_comp = OPENSSL_malloc(sizeof(*pre_comp) * num_points);
2104         if (mixed)
2105             tmp_smallfelems =
2106               OPENSSL_malloc(sizeof(*tmp_smallfelems) * (num_points * 17 + 1));
2107         if ((secrets == NULL) || (pre_comp == NULL)
2108             || (mixed && (tmp_smallfelems == NULL))) {
2109             ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
2110             goto err;
2111         }
2112
2113         /*
2114          * we treat NULL scalars as 0, and NULL points as points at infinity,
2115          * i.e., they contribute nothing to the linear combination
2116          */
2117         memset(secrets, 0, sizeof(*secrets) * num_points);
2118         memset(pre_comp, 0, sizeof(*pre_comp) * num_points);
2119         for (i = 0; i < num_points; ++i) {
2120             if (i == num) {
2121                 /*
2122                  * we didn't have a valid precomputation, so we pick the
2123                  * generator
2124                  */
2125                 p = EC_GROUP_get0_generator(group);
2126                 p_scalar = scalar;
2127             } else {
2128                 /* the i^th point */
2129                 p = points[i];
2130                 p_scalar = scalars[i];
2131             }
2132             if ((p_scalar != NULL) && (p != NULL)) {
2133                 /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^256 */
2134                 if ((BN_num_bits(p_scalar) > 256)
2135                     || (BN_is_negative(p_scalar))) {
2136                     /*
2137                      * this is an unusual input, and we don't guarantee
2138                      * constant-timeness
2139                      */
2140                     if (!BN_nnmod(tmp_scalar, p_scalar, group->order, ctx)) {
2141                         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2142                         goto err;
2143                     }
2144                     num_bytes = BN_bn2lebinpad(tmp_scalar,
2145                                                secrets[i], sizeof(secrets[i]));
2146                 } else {
2147                     num_bytes = BN_bn2lebinpad(p_scalar,
2148                                                secrets[i], sizeof(secrets[i]));
2149                 }
2150                 if (num_bytes < 0) {
2151                     ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2152                     goto err;
2153                 }
2154                 /* precompute multiples */
2155                 if ((!BN_to_felem(x_out, p->X)) ||
2156                     (!BN_to_felem(y_out, p->Y)) ||
2157                     (!BN_to_felem(z_out, p->Z)))
2158                     goto err;
2159                 felem_shrink(pre_comp[i][1][0], x_out);
2160                 felem_shrink(pre_comp[i][1][1], y_out);
2161                 felem_shrink(pre_comp[i][1][2], z_out);
2162                 for (j = 2; j <= 16; ++j) {
2163                     if (j & 1) {
2164                         point_add_small(pre_comp[i][j][0], pre_comp[i][j][1],
2165                                         pre_comp[i][j][2], pre_comp[i][1][0],
2166                                         pre_comp[i][1][1], pre_comp[i][1][2],
2167                                         pre_comp[i][j - 1][0],
2168                                         pre_comp[i][j - 1][1],
2169                                         pre_comp[i][j - 1][2]);
2170                     } else {
2171                         point_double_small(pre_comp[i][j][0],
2172                                            pre_comp[i][j][1],
2173                                            pre_comp[i][j][2],
2174                                            pre_comp[i][j / 2][0],
2175                                            pre_comp[i][j / 2][1],
2176                                            pre_comp[i][j / 2][2]);
2177                     }
2178                 }
2179             }
2180         }
2181         if (mixed)
2182             make_points_affine(num_points * 17, pre_comp[0], tmp_smallfelems);
2183     }
2184
2185     /* the scalar for the generator */
2186     if ((scalar != NULL) && (have_pre_comp)) {
2187         memset(g_secret, 0, sizeof(g_secret));
2188         /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^256 */
2189         if ((BN_num_bits(scalar) > 256) || (BN_is_negative(scalar))) {
2190             /*
2191              * this is an unusual input, and we don't guarantee
2192              * constant-timeness
2193              */
2194             if (!BN_nnmod(tmp_scalar, scalar, group->order, ctx)) {
2195                 ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2196                 goto err;
2197             }
2198             num_bytes = BN_bn2lebinpad(tmp_scalar, g_secret, sizeof(g_secret));
2199         } else {
2200             num_bytes = BN_bn2lebinpad(scalar, g_secret, sizeof(g_secret));
2201         }
2202         /* do the multiplication with generator precomputation */
2203         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
2204                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
2205                   g_secret,
2206                   mixed, (const smallfelem(*)[17][3])pre_comp, g_pre_comp);
2207     } else {
2208         /* do the multiplication without generator precomputation */
2209         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
2210                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
2211                   NULL, mixed, (const smallfelem(*)[17][3])pre_comp, NULL);
2212     }
2213     /* reduce the output to its unique minimal representation */
2214     felem_contract(x_in, x_out);
2215     felem_contract(y_in, y_out);
2216     felem_contract(z_in, z_out);
2217     if ((!smallfelem_to_BN(x, x_in)) || (!smallfelem_to_BN(y, y_in)) ||
2218         (!smallfelem_to_BN(z, z_in))) {
2219         ECerr(EC_F_EC_GFP_NISTP256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
2220         goto err;
2221     }
2222     ret = EC_POINT_set_Jprojective_coordinates_GFp(group, r, x, y, z, ctx);
2223
2224  err:
2225     BN_CTX_end(ctx);
2226     EC_POINT_free(generator);
2227     OPENSSL_free(secrets);
2228     OPENSSL_free(pre_comp);
2229     OPENSSL_free(tmp_smallfelems);
2230     return ret;
2231 }
2232
2233 int ec_GFp_nistp256_precompute_mult(EC_GROUP *group, BN_CTX *ctx)
2234 {
2235     int ret = 0;
2236     NISTP256_PRE_COMP *pre = NULL;
2237     int i, j;
2238     BIGNUM *x, *y;
2239     EC_POINT *generator = NULL;
2240     smallfelem tmp_smallfelems[32];
2241     felem x_tmp, y_tmp, z_tmp;
2242 #ifndef FIPS_MODE
2243     BN_CTX *new_ctx = NULL;
2244 #endif
2245
2246     /* throw away old precomputation */
2247     EC_pre_comp_free(group);
2248
2249 #ifndef FIPS_MODE
2250     if (ctx == NULL)
2251         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
2252 #endif
2253     if (ctx == NULL)
2254         return 0;
2255
2256     BN_CTX_start(ctx);
2257     x = BN_CTX_get(ctx);
2258     y = BN_CTX_get(ctx);
2259     if (y == NULL)
2260         goto err;
2261     /* get the generator */
2262     if (group->generator == NULL)
2263         goto err;
2264     generator = EC_POINT_new(group);
2265     if (generator == NULL)
2266         goto err;
2267     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[3], sizeof(felem_bytearray), x);
2268     BN_bin2bn(nistp256_curve_params[4], sizeof(felem_bytearray), y);
2269     if (!EC_POINT_set_affine_coordinates(group, generator, x, y, ctx))
2270         goto err;
2271     if ((pre = nistp256_pre_comp_new()) == NULL)
2272         goto err;
2273     /*
2274      * if the generator is the standard one, use built-in precomputation
2275      */
2276     if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx)) {
2277         memcpy(pre->g_pre_comp, gmul, sizeof(pre->g_pre_comp));
2278         goto done;
2279     }
2280     if ((!BN_to_felem(x_tmp, group->generator->X)) ||
2281         (!BN_to_felem(y_tmp, group->generator->Y)) ||
2282         (!BN_to_felem(z_tmp, group->generator->Z)))
2283         goto err;
2284     felem_shrink(pre->g_pre_comp[0][1][0], x_tmp);
2285     felem_shrink(pre->g_pre_comp[0][1][1], y_tmp);
2286     felem_shrink(pre->g_pre_comp[0][1][2], z_tmp);
2287     /*
2288      * compute 2^64*G, 2^128*G, 2^192*G for the first table, 2^32*G, 2^96*G,
2289      * 2^160*G, 2^224*G for the second one
2290      */
2291     for (i = 1; i <= 8; i <<= 1) {
2292         point_double_small(pre->g_pre_comp[1][i][0], pre->g_pre_comp[1][i][1],
2293                            pre->g_pre_comp[1][i][2], pre->g_pre_comp[0][i][0],
2294                            pre->g_pre_comp[0][i][1],
2295                            pre->g_pre_comp[0][i][2]);
2296         for (j = 0; j < 31; ++j) {
2297             point_double_small(pre->g_pre_comp[1][i][0],
2298                                pre->g_pre_comp[1][i][1],
2299                                pre->g_pre_comp[1][i][2],
2300                                pre->g_pre_comp[1][i][0],
2301                                pre->g_pre_comp[1][i][1],
2302                                pre->g_pre_comp[1][i][2]);
2303         }
2304         if (i == 8)
2305             break;
2306         point_double_small(pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
2307                            pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
2308                            pre->g_pre_comp[0][2 * i][2],
2309                            pre->g_pre_comp[1][i][0], pre->g_pre_comp[1][i][1],
2310                            pre->g_pre_comp[1][i][2]);
2311         for (j = 0; j < 31; ++j) {
2312             point_double_small(pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
2313                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
2314                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][2],
2315                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][0],
2316                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][1],
2317                                pre->g_pre_comp[0][2 * i][2]);
2318         }
2319     }
2320     for (i = 0; i < 2; i++) {
2321         /* g_pre_comp[i][0] is the point at infinity */
2322         memset(pre->g_pre_comp[i][0], 0, sizeof(pre->g_pre_comp[i][0]));
2323         /* the remaining multiples */
2324         /* 2^64*G + 2^128*G resp. 2^96*G + 2^160*G */
2325         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][6][0], pre->g_pre_comp[i][6][1],
2326                         pre->g_pre_comp[i][6][2], pre->g_pre_comp[i][4][0],
2327                         pre->g_pre_comp[i][4][1], pre->g_pre_comp[i][4][2],
2328                         pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
2329                         pre->g_pre_comp[i][2][2]);
2330         /* 2^64*G + 2^192*G resp. 2^96*G + 2^224*G */
2331         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][10][0], pre->g_pre_comp[i][10][1],
2332                         pre->g_pre_comp[i][10][2], pre->g_pre_comp[i][8][0],
2333                         pre->g_pre_comp[i][8][1], pre->g_pre_comp[i][8][2],
2334                         pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
2335                         pre->g_pre_comp[i][2][2]);
2336         /* 2^128*G + 2^192*G resp. 2^160*G + 2^224*G */
2337         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][12][0], pre->g_pre_comp[i][12][1],
2338                         pre->g_pre_comp[i][12][2], pre->g_pre_comp[i][8][0],
2339                         pre->g_pre_comp[i][8][1], pre->g_pre_comp[i][8][2],
2340                         pre->g_pre_comp[i][4][0], pre->g_pre_comp[i][4][1],
2341                         pre->g_pre_comp[i][4][2]);
2342         /*
2343          * 2^64*G + 2^128*G + 2^192*G resp. 2^96*G + 2^160*G + 2^224*G
2344          */
2345         point_add_small(pre->g_pre_comp[i][14][0], pre->g_pre_comp[i][14][1],
2346                         pre->g_pre_comp[i][14][2], pre->g_pre_comp[i][12][0],
2347                         pre->g_pre_comp[i][12][1], pre->g_pre_comp[i][12][2],
2348                         pre->g_pre_comp[i][2][0], pre->g_pre_comp[i][2][1],
2349                         pre->g_pre_comp[i][2][2]);
2350         for (j = 1; j < 8; ++j) {
2351             /* odd multiples: add G resp. 2^32*G */
2352             point_add_small(pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][0],
2353                             pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][1],
2354                             pre->g_pre_comp[i][2 * j + 1][2],
2355                             pre->g_pre_comp[i][2 * j][0],
2356                             pre->g_pre_comp[i][2 * j][1],
2357                             pre->g_pre_comp[i][2 * j][2],
2358                             pre->g_pre_comp[i][1][0],
2359                             pre->g_pre_comp[i][1][1],
2360                             pre->g_pre_comp[i][1][2]);
2361         }
2362     }
2363     make_points_affine(31, &(pre->g_pre_comp[0][1]), tmp_smallfelems);
2364
2365  done:
2366     SETPRECOMP(group, nistp256, pre);
2367     pre = NULL;
2368     ret = 1;
2369
2370  err:
2371     BN_CTX_end(ctx);
2372     EC_POINT_free(generator);
2373 #ifndef FIPS_MODE
2374     BN_CTX_free(new_ctx);
2375 #endif
2376     EC_nistp256_pre_comp_free(pre);
2377     return ret;
2378 }
2379
2380 int ec_GFp_nistp256_have_precompute_mult(const EC_GROUP *group)
2381 {
2382     return HAVEPRECOMP(group, nistp256);
2383 }
2384 #endif