sslapitest.c: With fips skip tests depending on X25519 and X448
[openssl.git] / crypto / ec / ecp_nistp521.c
1 /*
2  * Copyright 2011-2023 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  * ECDSA low level APIs are deprecated for public use, but still ok for
28  * internal use.
29  */
30 #include "internal/deprecated.h"
31
32 /*
33  * A 64-bit implementation of the NIST P-521 elliptic curve point multiplication
34  *
35  * OpenSSL integration was taken from Emilia Kasper's work in ecp_nistp224.c.
36  * Otherwise based on Emilia's P224 work, which was inspired by my curve25519
37  * work which got its smarts from Daniel J. Bernstein's work on the same.
38  */
39
40 #include <openssl/e_os2.h>
41
42 #include <string.h>
43 #include <openssl/err.h>
44 #include "ec_local.h"
45
46 #include "internal/numbers.h"
47
48 #ifndef INT128_MAX
49 # error "Your compiler doesn't appear to support 128-bit integer types"
50 #endif
51
52 typedef uint8_t u8;
53 typedef uint64_t u64;
54
55 /*
56  * The underlying field. P521 operates over GF(2^521-1). We can serialize an
57  * element of this field into 66 bytes where the most significant byte
58  * contains only a single bit. We call this an felem_bytearray.
59  */
60
61 typedef u8 felem_bytearray[66];
62
63 /*
64  * These are the parameters of P521, taken from FIPS 186-3, section D.1.2.5.
65  * These values are big-endian.
66  */
67 static const felem_bytearray nistp521_curve_params[5] = {
68     {0x01, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, /* p */
69      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
70      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
71      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
72      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
73      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
74      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
75      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
76      0xff, 0xff},
77     {0x01, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, /* a = -3 */
78      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
79      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
80      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
81      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
82      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
83      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
84      0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
85      0xff, 0xfc},
86     {0x00, 0x51, 0x95, 0x3e, 0xb9, 0x61, 0x8e, 0x1c, /* b */
87      0x9a, 0x1f, 0x92, 0x9a, 0x21, 0xa0, 0xb6, 0x85,
88      0x40, 0xee, 0xa2, 0xda, 0x72, 0x5b, 0x99, 0xb3,
89      0x15, 0xf3, 0xb8, 0xb4, 0x89, 0x91, 0x8e, 0xf1,
90      0x09, 0xe1, 0x56, 0x19, 0x39, 0x51, 0xec, 0x7e,
91      0x93, 0x7b, 0x16, 0x52, 0xc0, 0xbd, 0x3b, 0xb1,
92      0xbf, 0x07, 0x35, 0x73, 0xdf, 0x88, 0x3d, 0x2c,
93      0x34, 0xf1, 0xef, 0x45, 0x1f, 0xd4, 0x6b, 0x50,
94      0x3f, 0x00},
95     {0x00, 0xc6, 0x85, 0x8e, 0x06, 0xb7, 0x04, 0x04, /* x */
96      0xe9, 0xcd, 0x9e, 0x3e, 0xcb, 0x66, 0x23, 0x95,
97      0xb4, 0x42, 0x9c, 0x64, 0x81, 0x39, 0x05, 0x3f,
98      0xb5, 0x21, 0xf8, 0x28, 0xaf, 0x60, 0x6b, 0x4d,
99      0x3d, 0xba, 0xa1, 0x4b, 0x5e, 0x77, 0xef, 0xe7,
100      0x59, 0x28, 0xfe, 0x1d, 0xc1, 0x27, 0xa2, 0xff,
101      0xa8, 0xde, 0x33, 0x48, 0xb3, 0xc1, 0x85, 0x6a,
102      0x42, 0x9b, 0xf9, 0x7e, 0x7e, 0x31, 0xc2, 0xe5,
103      0xbd, 0x66},
104     {0x01, 0x18, 0x39, 0x29, 0x6a, 0x78, 0x9a, 0x3b, /* y */
105      0xc0, 0x04, 0x5c, 0x8a, 0x5f, 0xb4, 0x2c, 0x7d,
106      0x1b, 0xd9, 0x98, 0xf5, 0x44, 0x49, 0x57, 0x9b,
107      0x44, 0x68, 0x17, 0xaf, 0xbd, 0x17, 0x27, 0x3e,
108      0x66, 0x2c, 0x97, 0xee, 0x72, 0x99, 0x5e, 0xf4,
109      0x26, 0x40, 0xc5, 0x50, 0xb9, 0x01, 0x3f, 0xad,
110      0x07, 0x61, 0x35, 0x3c, 0x70, 0x86, 0xa2, 0x72,
111      0xc2, 0x40, 0x88, 0xbe, 0x94, 0x76, 0x9f, 0xd1,
112      0x66, 0x50}
113 };
114
115 /*-
116  * The representation of field elements.
117  * ------------------------------------
118  *
119  * We represent field elements with nine values. These values are either 64 or
120  * 128 bits and the field element represented is:
121  *   v[0]*2^0 + v[1]*2^58 + v[2]*2^116 + ... + v[8]*2^464  (mod p)
122  * Each of the nine values is called a 'limb'. Since the limbs are spaced only
123  * 58 bits apart, but are greater than 58 bits in length, the most significant
124  * bits of each limb overlap with the least significant bits of the next.
125  *
126  * A field element with 64-bit limbs is an 'felem'. One with 128-bit limbs is a
127  * 'largefelem' */
128
129 #define NLIMBS 9
130
131 typedef uint64_t limb;
132 typedef limb limb_aX __attribute((__aligned__(1)));
133 typedef limb felem[NLIMBS];
134 typedef uint128_t largefelem[NLIMBS];
135
136 static const limb bottom57bits = 0x1ffffffffffffff;
137 static const limb bottom58bits = 0x3ffffffffffffff;
138
139 /*
140  * bin66_to_felem takes a little-endian byte array and converts it into felem
141  * form. This assumes that the CPU is little-endian.
142  */
143 static void bin66_to_felem(felem out, const u8 in[66])
144 {
145     out[0] = (*((limb *) & in[0])) & bottom58bits;
146     out[1] = (*((limb_aX *) & in[7]) >> 2) & bottom58bits;
147     out[2] = (*((limb_aX *) & in[14]) >> 4) & bottom58bits;
148     out[3] = (*((limb_aX *) & in[21]) >> 6) & bottom58bits;
149     out[4] = (*((limb_aX *) & in[29])) & bottom58bits;
150     out[5] = (*((limb_aX *) & in[36]) >> 2) & bottom58bits;
151     out[6] = (*((limb_aX *) & in[43]) >> 4) & bottom58bits;
152     out[7] = (*((limb_aX *) & in[50]) >> 6) & bottom58bits;
153     out[8] = (*((limb_aX *) & in[58])) & bottom57bits;
154 }
155
156 /*
157  * felem_to_bin66 takes an felem and serializes into a little endian, 66 byte
158  * array. This assumes that the CPU is little-endian.
159  */
160 static void felem_to_bin66(u8 out[66], const felem in)
161 {
162     memset(out, 0, 66);
163     (*((limb *) & out[0])) = in[0];
164     (*((limb_aX *) & out[7])) |= in[1] << 2;
165     (*((limb_aX *) & out[14])) |= in[2] << 4;
166     (*((limb_aX *) & out[21])) |= in[3] << 6;
167     (*((limb_aX *) & out[29])) = in[4];
168     (*((limb_aX *) & out[36])) |= in[5] << 2;
169     (*((limb_aX *) & out[43])) |= in[6] << 4;
170     (*((limb_aX *) & out[50])) |= in[7] << 6;
171     (*((limb_aX *) & out[58])) = in[8];
172 }
173
174 /* BN_to_felem converts an OpenSSL BIGNUM into an felem */
175 static int BN_to_felem(felem out, const BIGNUM *bn)
176 {
177     felem_bytearray b_out;
178     int num_bytes;
179
180     if (BN_is_negative(bn)) {
181         ERR_raise(ERR_LIB_EC, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
182         return 0;
183     }
184     num_bytes = BN_bn2lebinpad(bn, b_out, sizeof(b_out));
185     if (num_bytes < 0) {
186         ERR_raise(ERR_LIB_EC, EC_R_BIGNUM_OUT_OF_RANGE);
187         return 0;
188     }
189     bin66_to_felem(out, b_out);
190     return 1;
191 }
192
193 /* felem_to_BN converts an felem into an OpenSSL BIGNUM */
194 static BIGNUM *felem_to_BN(BIGNUM *out, const felem in)
195 {
196     felem_bytearray b_out;
197     felem_to_bin66(b_out, in);
198     return BN_lebin2bn(b_out, sizeof(b_out), out);
199 }
200
201 /*-
202  * Field operations
203  * ----------------
204  */
205
206 static void felem_one(felem out)
207 {
208     out[0] = 1;
209     out[1] = 0;
210     out[2] = 0;
211     out[3] = 0;
212     out[4] = 0;
213     out[5] = 0;
214     out[6] = 0;
215     out[7] = 0;
216     out[8] = 0;
217 }
218
219 static void felem_assign(felem out, const felem in)
220 {
221     out[0] = in[0];
222     out[1] = in[1];
223     out[2] = in[2];
224     out[3] = in[3];
225     out[4] = in[4];
226     out[5] = in[5];
227     out[6] = in[6];
228     out[7] = in[7];
229     out[8] = in[8];
230 }
231
232 /* felem_sum64 sets out = out + in. */
233 static void felem_sum64(felem out, const felem in)
234 {
235     out[0] += in[0];
236     out[1] += in[1];
237     out[2] += in[2];
238     out[3] += in[3];
239     out[4] += in[4];
240     out[5] += in[5];
241     out[6] += in[6];
242     out[7] += in[7];
243     out[8] += in[8];
244 }
245
246 /* felem_scalar sets out = in * scalar */
247 static void felem_scalar(felem out, const felem in, limb scalar)
248 {
249     out[0] = in[0] * scalar;
250     out[1] = in[1] * scalar;
251     out[2] = in[2] * scalar;
252     out[3] = in[3] * scalar;
253     out[4] = in[4] * scalar;
254     out[5] = in[5] * scalar;
255     out[6] = in[6] * scalar;
256     out[7] = in[7] * scalar;
257     out[8] = in[8] * scalar;
258 }
259
260 /* felem_scalar64 sets out = out * scalar */
261 static void felem_scalar64(felem out, limb scalar)
262 {
263     out[0] *= scalar;
264     out[1] *= scalar;
265     out[2] *= scalar;
266     out[3] *= scalar;
267     out[4] *= scalar;
268     out[5] *= scalar;
269     out[6] *= scalar;
270     out[7] *= scalar;
271     out[8] *= scalar;
272 }
273
274 /* felem_scalar128 sets out = out * scalar */
275 static void felem_scalar128(largefelem out, limb scalar)
276 {
277     out[0] *= scalar;
278     out[1] *= scalar;
279     out[2] *= scalar;
280     out[3] *= scalar;
281     out[4] *= scalar;
282     out[5] *= scalar;
283     out[6] *= scalar;
284     out[7] *= scalar;
285     out[8] *= scalar;
286 }
287
288 /*-
289  * felem_neg sets |out| to |-in|
290  * On entry:
291  *   in[i] < 2^59 + 2^14
292  * On exit:
293  *   out[i] < 2^62
294  */
295 static void felem_neg(felem out, const felem in)
296 {
297     /* In order to prevent underflow, we subtract from 0 mod p. */
298     static const limb two62m3 = (((limb) 1) << 62) - (((limb) 1) << 5);
299     static const limb two62m2 = (((limb) 1) << 62) - (((limb) 1) << 4);
300
301     out[0] = two62m3 - in[0];
302     out[1] = two62m2 - in[1];
303     out[2] = two62m2 - in[2];
304     out[3] = two62m2 - in[3];
305     out[4] = two62m2 - in[4];
306     out[5] = two62m2 - in[5];
307     out[6] = two62m2 - in[6];
308     out[7] = two62m2 - in[7];
309     out[8] = two62m2 - in[8];
310 }
311
312 /*-
313  * felem_diff64 subtracts |in| from |out|
314  * On entry:
315  *   in[i] < 2^59 + 2^14
316  * On exit:
317  *   out[i] < out[i] + 2^62
318  */
319 static void felem_diff64(felem out, const felem in)
320 {
321     /*
322      * In order to prevent underflow, we add 0 mod p before subtracting.
323      */
324     static const limb two62m3 = (((limb) 1) << 62) - (((limb) 1) << 5);
325     static const limb two62m2 = (((limb) 1) << 62) - (((limb) 1) << 4);
326
327     out[0] += two62m3 - in[0];
328     out[1] += two62m2 - in[1];
329     out[2] += two62m2 - in[2];
330     out[3] += two62m2 - in[3];
331     out[4] += two62m2 - in[4];
332     out[5] += two62m2 - in[5];
333     out[6] += two62m2 - in[6];
334     out[7] += two62m2 - in[7];
335     out[8] += two62m2 - in[8];
336 }
337
338 /*-
339  * felem_diff_128_64 subtracts |in| from |out|
340  * On entry:
341  *   in[i] < 2^62 + 2^17
342  * On exit:
343  *   out[i] < out[i] + 2^63
344  */
345 static void felem_diff_128_64(largefelem out, const felem in)
346 {
347     /*
348      * In order to prevent underflow, we add 64p mod p (which is equivalent
349      * to 0 mod p) before subtracting. p is 2^521 - 1, i.e. in binary a 521
350      * digit number with all bits set to 1. See "The representation of field
351      * elements" comment above for a description of how limbs are used to
352      * represent a number. 64p is represented with 8 limbs containing a number
353      * with 58 bits set and one limb with a number with 57 bits set.
354      */
355     static const limb two63m6 = (((limb) 1) << 63) - (((limb) 1) << 6);
356     static const limb two63m5 = (((limb) 1) << 63) - (((limb) 1) << 5);
357
358     out[0] += two63m6 - in[0];
359     out[1] += two63m5 - in[1];
360     out[2] += two63m5 - in[2];
361     out[3] += two63m5 - in[3];
362     out[4] += two63m5 - in[4];
363     out[5] += two63m5 - in[5];
364     out[6] += two63m5 - in[6];
365     out[7] += two63m5 - in[7];
366     out[8] += two63m5 - in[8];
367 }
368
369 /*-
370  * felem_diff_128_64 subtracts |in| from |out|
371  * On entry:
372  *   in[i] < 2^126
373  * On exit:
374  *   out[i] < out[i] + 2^127 - 2^69
375  */
376 static void felem_diff128(largefelem out, const largefelem in)
377 {
378     /*
379      * In order to prevent underflow, we add 0 mod p before subtracting.
380      */
381     static const uint128_t two127m70 =
382         (((uint128_t) 1) << 127) - (((uint128_t) 1) << 70);
383     static const uint128_t two127m69 =
384         (((uint128_t) 1) << 127) - (((uint128_t) 1) << 69);
385
386     out[0] += (two127m70 - in[0]);
387     out[1] += (two127m69 - in[1]);
388     out[2] += (two127m69 - in[2]);
389     out[3] += (two127m69 - in[3]);
390     out[4] += (two127m69 - in[4]);
391     out[5] += (two127m69 - in[5]);
392     out[6] += (two127m69 - in[6]);
393     out[7] += (two127m69 - in[7]);
394     out[8] += (two127m69 - in[8]);
395 }
396
397 /*-
398  * felem_square sets |out| = |in|^2
399  * On entry:
400  *   in[i] < 2^62
401  * On exit:
402  *   out[i] < 17 * max(in[i]) * max(in[i])
403  */
404 static void felem_square_ref(largefelem out, const felem in)
405 {
406     felem inx2, inx4;
407     felem_scalar(inx2, in, 2);
408     felem_scalar(inx4, in, 4);
409
410     /*-
411      * We have many cases were we want to do
412      *   in[x] * in[y] +
413      *   in[y] * in[x]
414      * This is obviously just
415      *   2 * in[x] * in[y]
416      * However, rather than do the doubling on the 128 bit result, we
417      * double one of the inputs to the multiplication by reading from
418      * |inx2|
419      */
420
421     out[0] = ((uint128_t) in[0]) * in[0];
422     out[1] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[1];
423     out[2] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[2] + ((uint128_t) in[1]) * in[1];
424     out[3] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[3] + ((uint128_t) in[1]) * inx2[2];
425     out[4] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[4] +
426              ((uint128_t) in[1]) * inx2[3] + ((uint128_t) in[2]) * in[2];
427     out[5] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[5] +
428              ((uint128_t) in[1]) * inx2[4] + ((uint128_t) in[2]) * inx2[3];
429     out[6] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[6] +
430              ((uint128_t) in[1]) * inx2[5] +
431              ((uint128_t) in[2]) * inx2[4] + ((uint128_t) in[3]) * in[3];
432     out[7] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[7] +
433              ((uint128_t) in[1]) * inx2[6] +
434              ((uint128_t) in[2]) * inx2[5] + ((uint128_t) in[3]) * inx2[4];
435     out[8] = ((uint128_t) in[0]) * inx2[8] +
436              ((uint128_t) in[1]) * inx2[7] +
437              ((uint128_t) in[2]) * inx2[6] +
438              ((uint128_t) in[3]) * inx2[5] + ((uint128_t) in[4]) * in[4];
439
440     /*
441      * The remaining limbs fall above 2^521, with the first falling at 2^522.
442      * They correspond to locations one bit up from the limbs produced above
443      * so we would have to multiply by two to align them. Again, rather than
444      * operate on the 128-bit result, we double one of the inputs to the
445      * multiplication. If we want to double for both this reason, and the
446      * reason above, then we end up multiplying by four.
447      */
448
449     /* 9 */
450     out[0] += ((uint128_t) in[1]) * inx4[8] +
451               ((uint128_t) in[2]) * inx4[7] +
452               ((uint128_t) in[3]) * inx4[6] + ((uint128_t) in[4]) * inx4[5];
453
454     /* 10 */
455     out[1] += ((uint128_t) in[2]) * inx4[8] +
456               ((uint128_t) in[3]) * inx4[7] +
457               ((uint128_t) in[4]) * inx4[6] + ((uint128_t) in[5]) * inx2[5];
458
459     /* 11 */
460     out[2] += ((uint128_t) in[3]) * inx4[8] +
461               ((uint128_t) in[4]) * inx4[7] + ((uint128_t) in[5]) * inx4[6];
462
463     /* 12 */
464     out[3] += ((uint128_t) in[4]) * inx4[8] +
465               ((uint128_t) in[5]) * inx4[7] + ((uint128_t) in[6]) * inx2[6];
466
467     /* 13 */
468     out[4] += ((uint128_t) in[5]) * inx4[8] + ((uint128_t) in[6]) * inx4[7];
469
470     /* 14 */
471     out[5] += ((uint128_t) in[6]) * inx4[8] + ((uint128_t) in[7]) * inx2[7];
472
473     /* 15 */
474     out[6] += ((uint128_t) in[7]) * inx4[8];
475
476     /* 16 */
477     out[7] += ((uint128_t) in[8]) * inx2[8];
478 }
479
480 /*-
481  * felem_mul sets |out| = |in1| * |in2|
482  * On entry:
483  *   in1[i] < 2^64
484  *   in2[i] < 2^63
485  * On exit:
486  *   out[i] < 17 * max(in1[i]) * max(in2[i])
487  */
488 static void felem_mul_ref(largefelem out, const felem in1, const felem in2)
489 {
490     felem in2x2;
491     felem_scalar(in2x2, in2, 2);
492
493     out[0] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[0];
494
495     out[1] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[1] +
496              ((uint128_t) in1[1]) * in2[0];
497
498     out[2] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[2] +
499              ((uint128_t) in1[1]) * in2[1] +
500              ((uint128_t) in1[2]) * in2[0];
501
502     out[3] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[3] +
503              ((uint128_t) in1[1]) * in2[2] +
504              ((uint128_t) in1[2]) * in2[1] +
505              ((uint128_t) in1[3]) * in2[0];
506
507     out[4] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[4] +
508              ((uint128_t) in1[1]) * in2[3] +
509              ((uint128_t) in1[2]) * in2[2] +
510              ((uint128_t) in1[3]) * in2[1] +
511              ((uint128_t) in1[4]) * in2[0];
512
513     out[5] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[5] +
514              ((uint128_t) in1[1]) * in2[4] +
515              ((uint128_t) in1[2]) * in2[3] +
516              ((uint128_t) in1[3]) * in2[2] +
517              ((uint128_t) in1[4]) * in2[1] +
518              ((uint128_t) in1[5]) * in2[0];
519
520     out[6] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[6] +
521              ((uint128_t) in1[1]) * in2[5] +
522              ((uint128_t) in1[2]) * in2[4] +
523              ((uint128_t) in1[3]) * in2[3] +
524              ((uint128_t) in1[4]) * in2[2] +
525              ((uint128_t) in1[5]) * in2[1] +
526              ((uint128_t) in1[6]) * in2[0];
527
528     out[7] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[7] +
529              ((uint128_t) in1[1]) * in2[6] +
530              ((uint128_t) in1[2]) * in2[5] +
531              ((uint128_t) in1[3]) * in2[4] +
532              ((uint128_t) in1[4]) * in2[3] +
533              ((uint128_t) in1[5]) * in2[2] +
534              ((uint128_t) in1[6]) * in2[1] +
535              ((uint128_t) in1[7]) * in2[0];
536
537     out[8] = ((uint128_t) in1[0]) * in2[8] +
538              ((uint128_t) in1[1]) * in2[7] +
539              ((uint128_t) in1[2]) * in2[6] +
540              ((uint128_t) in1[3]) * in2[5] +
541              ((uint128_t) in1[4]) * in2[4] +
542              ((uint128_t) in1[5]) * in2[3] +
543              ((uint128_t) in1[6]) * in2[2] +
544              ((uint128_t) in1[7]) * in2[1] +
545              ((uint128_t) in1[8]) * in2[0];
546
547     /* See comment in felem_square about the use of in2x2 here */
548
549     out[0] += ((uint128_t) in1[1]) * in2x2[8] +
550               ((uint128_t) in1[2]) * in2x2[7] +
551               ((uint128_t) in1[3]) * in2x2[6] +
552               ((uint128_t) in1[4]) * in2x2[5] +
553               ((uint128_t) in1[5]) * in2x2[4] +
554               ((uint128_t) in1[6]) * in2x2[3] +
555               ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[2] +
556               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[1];
557
558     out[1] += ((uint128_t) in1[2]) * in2x2[8] +
559               ((uint128_t) in1[3]) * in2x2[7] +
560               ((uint128_t) in1[4]) * in2x2[6] +
561               ((uint128_t) in1[5]) * in2x2[5] +
562               ((uint128_t) in1[6]) * in2x2[4] +
563               ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[3] +
564               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[2];
565
566     out[2] += ((uint128_t) in1[3]) * in2x2[8] +
567               ((uint128_t) in1[4]) * in2x2[7] +
568               ((uint128_t) in1[5]) * in2x2[6] +
569               ((uint128_t) in1[6]) * in2x2[5] +
570               ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[4] +
571               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[3];
572
573     out[3] += ((uint128_t) in1[4]) * in2x2[8] +
574               ((uint128_t) in1[5]) * in2x2[7] +
575               ((uint128_t) in1[6]) * in2x2[6] +
576               ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[5] +
577               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[4];
578
579     out[4] += ((uint128_t) in1[5]) * in2x2[8] +
580               ((uint128_t) in1[6]) * in2x2[7] +
581               ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[6] +
582               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[5];
583
584     out[5] += ((uint128_t) in1[6]) * in2x2[8] +
585               ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[7] +
586               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[6];
587
588     out[6] += ((uint128_t) in1[7]) * in2x2[8] +
589               ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[7];
590
591     out[7] += ((uint128_t) in1[8]) * in2x2[8];
592 }
593
594 static const limb bottom52bits = 0xfffffffffffff;
595
596 /*-
597  * felem_reduce converts a largefelem to an felem.
598  * On entry:
599  *   in[i] < 2^128
600  * On exit:
601  *   out[i] < 2^59 + 2^14
602  */
603 static void felem_reduce(felem out, const largefelem in)
604 {
605     u64 overflow1, overflow2;
606
607     out[0] = ((limb) in[0]) & bottom58bits;
608     out[1] = ((limb) in[1]) & bottom58bits;
609     out[2] = ((limb) in[2]) & bottom58bits;
610     out[3] = ((limb) in[3]) & bottom58bits;
611     out[4] = ((limb) in[4]) & bottom58bits;
612     out[5] = ((limb) in[5]) & bottom58bits;
613     out[6] = ((limb) in[6]) & bottom58bits;
614     out[7] = ((limb) in[7]) & bottom58bits;
615     out[8] = ((limb) in[8]) & bottom58bits;
616
617     /* out[i] < 2^58 */
618
619     out[1] += ((limb) in[0]) >> 58;
620     out[1] += (((limb) (in[0] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
621     /*-
622      * out[1] < 2^58 + 2^6 + 2^58
623      *        = 2^59 + 2^6
624      */
625     out[2] += ((limb) (in[0] >> 64)) >> 52;
626
627     out[2] += ((limb) in[1]) >> 58;
628     out[2] += (((limb) (in[1] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
629     out[3] += ((limb) (in[1] >> 64)) >> 52;
630
631     out[3] += ((limb) in[2]) >> 58;
632     out[3] += (((limb) (in[2] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
633     out[4] += ((limb) (in[2] >> 64)) >> 52;
634
635     out[4] += ((limb) in[3]) >> 58;
636     out[4] += (((limb) (in[3] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
637     out[5] += ((limb) (in[3] >> 64)) >> 52;
638
639     out[5] += ((limb) in[4]) >> 58;
640     out[5] += (((limb) (in[4] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
641     out[6] += ((limb) (in[4] >> 64)) >> 52;
642
643     out[6] += ((limb) in[5]) >> 58;
644     out[6] += (((limb) (in[5] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
645     out[7] += ((limb) (in[5] >> 64)) >> 52;
646
647     out[7] += ((limb) in[6]) >> 58;
648     out[7] += (((limb) (in[6] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
649     out[8] += ((limb) (in[6] >> 64)) >> 52;
650
651     out[8] += ((limb) in[7]) >> 58;
652     out[8] += (((limb) (in[7] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
653     /*-
654      * out[x > 1] < 2^58 + 2^6 + 2^58 + 2^12
655      *            < 2^59 + 2^13
656      */
657     overflow1 = ((limb) (in[7] >> 64)) >> 52;
658
659     overflow1 += ((limb) in[8]) >> 58;
660     overflow1 += (((limb) (in[8] >> 64)) & bottom52bits) << 6;
661     overflow2 = ((limb) (in[8] >> 64)) >> 52;
662
663     overflow1 <<= 1;            /* overflow1 < 2^13 + 2^7 + 2^59 */
664     overflow2 <<= 1;            /* overflow2 < 2^13 */
665
666     out[0] += overflow1;        /* out[0] < 2^60 */
667     out[1] += overflow2;        /* out[1] < 2^59 + 2^6 + 2^13 */
668
669     out[1] += out[0] >> 58;
670     out[0] &= bottom58bits;
671     /*-
672      * out[0] < 2^58
673      * out[1] < 2^59 + 2^6 + 2^13 + 2^2
674      *        < 2^59 + 2^14
675      */
676 }
677
678 #if defined(ECP_NISTP521_ASM)
679 static void felem_square_wrapper(largefelem out, const felem in);
680 static void felem_mul_wrapper(largefelem out, const felem in1, const felem in2);
681
682 static void (*felem_square_p)(largefelem out, const felem in) =
683     felem_square_wrapper;
684 static void (*felem_mul_p)(largefelem out, const felem in1, const felem in2) =
685     felem_mul_wrapper;
686
687 void p521_felem_square(largefelem out, const felem in);
688 void p521_felem_mul(largefelem out, const felem in1, const felem in2);
689
690 # if defined(_ARCH_PPC64)
691 #  include "crypto/ppc_arch.h"
692 # endif
693
694 static void felem_select(void)
695 {
696 # if defined(_ARCH_PPC64)
697     if ((OPENSSL_ppccap_P & PPC_MADD300) && (OPENSSL_ppccap_P & PPC_ALTIVEC)) {
698         felem_square_p = p521_felem_square;
699         felem_mul_p = p521_felem_mul;
700
701         return;
702     }
703 # endif
704
705     /* Default */
706     felem_square_p = felem_square_ref;
707     felem_mul_p = felem_mul_ref;
708 }
709
710 static void felem_square_wrapper(largefelem out, const felem in)
711 {
712     felem_select();
713     felem_square_p(out, in);
714 }
715
716 static void felem_mul_wrapper(largefelem out, const felem in1, const felem in2)
717 {
718     felem_select();
719     felem_mul_p(out, in1, in2);
720 }
721
722 # define felem_square felem_square_p
723 # define felem_mul felem_mul_p
724 #else
725 # define felem_square felem_square_ref
726 # define felem_mul felem_mul_ref
727 #endif
728
729 static void felem_square_reduce(felem out, const felem in)
730 {
731     largefelem tmp;
732     felem_square(tmp, in);
733     felem_reduce(out, tmp);
734 }
735
736 static void felem_mul_reduce(felem out, const felem in1, const felem in2)
737 {
738     largefelem tmp;
739     felem_mul(tmp, in1, in2);
740     felem_reduce(out, tmp);
741 }
742
743 /*-
744  * felem_inv calculates |out| = |in|^{-1}
745  *
746  * Based on Fermat's Little Theorem:
747  *   a^p = a (mod p)
748  *   a^{p-1} = 1 (mod p)
749  *   a^{p-2} = a^{-1} (mod p)
750  */
751 static void felem_inv(felem out, const felem in)
752 {
753     felem ftmp, ftmp2, ftmp3, ftmp4;
754     largefelem tmp;
755     unsigned i;
756
757     felem_square(tmp, in);
758     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^1 */
759     felem_mul(tmp, in, ftmp);
760     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^2 - 2^0 */
761     felem_assign(ftmp2, ftmp);
762     felem_square(tmp, ftmp);
763     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^3 - 2^1 */
764     felem_mul(tmp, in, ftmp);
765     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^3 - 2^0 */
766     felem_square(tmp, ftmp);
767     felem_reduce(ftmp, tmp);    /* 2^4 - 2^1 */
768
769     felem_square(tmp, ftmp2);
770     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^3 - 2^1 */
771     felem_square(tmp, ftmp3);
772     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^4 - 2^2 */
773     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
774     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^4 - 2^0 */
775
776     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
777     felem_square(tmp, ftmp3);
778     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^5 - 2^1 */
779     felem_square(tmp, ftmp3);
780     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^6 - 2^2 */
781     felem_square(tmp, ftmp3);
782     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^7 - 2^3 */
783     felem_square(tmp, ftmp3);
784     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^8 - 2^4 */
785     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp);
786     felem_reduce(ftmp4, tmp);   /* 2^8 - 2^1 */
787     felem_square(tmp, ftmp4);
788     felem_reduce(ftmp4, tmp);   /* 2^9 - 2^2 */
789     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
790     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^8 - 2^0 */
791     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
792
793     for (i = 0; i < 8; i++) {
794         felem_square(tmp, ftmp3);
795         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^16 - 2^8 */
796     }
797     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
798     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^16 - 2^0 */
799     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
800
801     for (i = 0; i < 16; i++) {
802         felem_square(tmp, ftmp3);
803         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^32 - 2^16 */
804     }
805     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
806     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^32 - 2^0 */
807     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
808
809     for (i = 0; i < 32; i++) {
810         felem_square(tmp, ftmp3);
811         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^64 - 2^32 */
812     }
813     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
814     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^64 - 2^0 */
815     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
816
817     for (i = 0; i < 64; i++) {
818         felem_square(tmp, ftmp3);
819         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^128 - 2^64 */
820     }
821     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
822     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^128 - 2^0 */
823     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
824
825     for (i = 0; i < 128; i++) {
826         felem_square(tmp, ftmp3);
827         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^256 - 2^128 */
828     }
829     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
830     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^256 - 2^0 */
831     felem_assign(ftmp2, ftmp3);
832
833     for (i = 0; i < 256; i++) {
834         felem_square(tmp, ftmp3);
835         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^512 - 2^256 */
836     }
837     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp2);
838     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^512 - 2^0 */
839
840     for (i = 0; i < 9; i++) {
841         felem_square(tmp, ftmp3);
842         felem_reduce(ftmp3, tmp); /* 2^521 - 2^9 */
843     }
844     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp4);
845     felem_reduce(ftmp3, tmp);   /* 2^521 - 2^2 */
846     felem_mul(tmp, ftmp3, in);
847     felem_reduce(out, tmp);     /* 2^521 - 3 */
848 }
849
850 /* This is 2^521-1, expressed as an felem */
851 static const felem kPrime = {
852     0x03ffffffffffffff, 0x03ffffffffffffff, 0x03ffffffffffffff,
853     0x03ffffffffffffff, 0x03ffffffffffffff, 0x03ffffffffffffff,
854     0x03ffffffffffffff, 0x03ffffffffffffff, 0x01ffffffffffffff
855 };
856
857 /*-
858  * felem_is_zero returns a limb with all bits set if |in| == 0 (mod p) and 0
859  * otherwise.
860  * On entry:
861  *   in[i] < 2^59 + 2^14
862  */
863 static limb felem_is_zero(const felem in)
864 {
865     felem ftmp;
866     limb is_zero, is_p;
867     felem_assign(ftmp, in);
868
869     ftmp[0] += ftmp[8] >> 57;
870     ftmp[8] &= bottom57bits;
871     /* ftmp[8] < 2^57 */
872     ftmp[1] += ftmp[0] >> 58;
873     ftmp[0] &= bottom58bits;
874     ftmp[2] += ftmp[1] >> 58;
875     ftmp[1] &= bottom58bits;
876     ftmp[3] += ftmp[2] >> 58;
877     ftmp[2] &= bottom58bits;
878     ftmp[4] += ftmp[3] >> 58;
879     ftmp[3] &= bottom58bits;
880     ftmp[5] += ftmp[4] >> 58;
881     ftmp[4] &= bottom58bits;
882     ftmp[6] += ftmp[5] >> 58;
883     ftmp[5] &= bottom58bits;
884     ftmp[7] += ftmp[6] >> 58;
885     ftmp[6] &= bottom58bits;
886     ftmp[8] += ftmp[7] >> 58;
887     ftmp[7] &= bottom58bits;
888     /* ftmp[8] < 2^57 + 4 */
889
890     /*
891      * The ninth limb of 2*(2^521-1) is 0x03ffffffffffffff, which is greater
892      * than our bound for ftmp[8]. Therefore we only have to check if the
893      * zero is zero or 2^521-1.
894      */
895
896     is_zero = 0;
897     is_zero |= ftmp[0];
898     is_zero |= ftmp[1];
899     is_zero |= ftmp[2];
900     is_zero |= ftmp[3];
901     is_zero |= ftmp[4];
902     is_zero |= ftmp[5];
903     is_zero |= ftmp[6];
904     is_zero |= ftmp[7];
905     is_zero |= ftmp[8];
906
907     is_zero--;
908     /*
909      * We know that ftmp[i] < 2^63, therefore the only way that the top bit
910      * can be set is if is_zero was 0 before the decrement.
911      */
912     is_zero = 0 - (is_zero >> 63);
913
914     is_p = ftmp[0] ^ kPrime[0];
915     is_p |= ftmp[1] ^ kPrime[1];
916     is_p |= ftmp[2] ^ kPrime[2];
917     is_p |= ftmp[3] ^ kPrime[3];
918     is_p |= ftmp[4] ^ kPrime[4];
919     is_p |= ftmp[5] ^ kPrime[5];
920     is_p |= ftmp[6] ^ kPrime[6];
921     is_p |= ftmp[7] ^ kPrime[7];
922     is_p |= ftmp[8] ^ kPrime[8];
923
924     is_p--;
925     is_p = 0 - (is_p >> 63);
926
927     is_zero |= is_p;
928     return is_zero;
929 }
930
931 static int felem_is_zero_int(const void *in)
932 {
933     return (int)(felem_is_zero(in) & ((limb) 1));
934 }
935
936 /*-
937  * felem_contract converts |in| to its unique, minimal representation.
938  * On entry:
939  *   in[i] < 2^59 + 2^14
940  */
941 static void felem_contract(felem out, const felem in)
942 {
943     limb is_p, is_greater, sign;
944     static const limb two58 = ((limb) 1) << 58;
945
946     felem_assign(out, in);
947
948     out[0] += out[8] >> 57;
949     out[8] &= bottom57bits;
950     /* out[8] < 2^57 */
951     out[1] += out[0] >> 58;
952     out[0] &= bottom58bits;
953     out[2] += out[1] >> 58;
954     out[1] &= bottom58bits;
955     out[3] += out[2] >> 58;
956     out[2] &= bottom58bits;
957     out[4] += out[3] >> 58;
958     out[3] &= bottom58bits;
959     out[5] += out[4] >> 58;
960     out[4] &= bottom58bits;
961     out[6] += out[5] >> 58;
962     out[5] &= bottom58bits;
963     out[7] += out[6] >> 58;
964     out[6] &= bottom58bits;
965     out[8] += out[7] >> 58;
966     out[7] &= bottom58bits;
967     /* out[8] < 2^57 + 4 */
968
969     /*
970      * If the value is greater than 2^521-1 then we have to subtract 2^521-1
971      * out. See the comments in felem_is_zero regarding why we don't test for
972      * other multiples of the prime.
973      */
974
975     /*
976      * First, if |out| is equal to 2^521-1, we subtract it out to get zero.
977      */
978
979     is_p = out[0] ^ kPrime[0];
980     is_p |= out[1] ^ kPrime[1];
981     is_p |= out[2] ^ kPrime[2];
982     is_p |= out[3] ^ kPrime[3];
983     is_p |= out[4] ^ kPrime[4];
984     is_p |= out[5] ^ kPrime[5];
985     is_p |= out[6] ^ kPrime[6];
986     is_p |= out[7] ^ kPrime[7];
987     is_p |= out[8] ^ kPrime[8];
988
989     is_p--;
990     is_p &= is_p << 32;
991     is_p &= is_p << 16;
992     is_p &= is_p << 8;
993     is_p &= is_p << 4;
994     is_p &= is_p << 2;
995     is_p &= is_p << 1;
996     is_p = 0 - (is_p >> 63);
997     is_p = ~is_p;
998
999     /* is_p is 0 iff |out| == 2^521-1 and all ones otherwise */
1000
1001     out[0] &= is_p;
1002     out[1] &= is_p;
1003     out[2] &= is_p;
1004     out[3] &= is_p;
1005     out[4] &= is_p;
1006     out[5] &= is_p;
1007     out[6] &= is_p;
1008     out[7] &= is_p;
1009     out[8] &= is_p;
1010
1011     /*
1012      * In order to test that |out| >= 2^521-1 we need only test if out[8] >>
1013      * 57 is greater than zero as (2^521-1) + x >= 2^522
1014      */
1015     is_greater = out[8] >> 57;
1016     is_greater |= is_greater << 32;
1017     is_greater |= is_greater << 16;
1018     is_greater |= is_greater << 8;
1019     is_greater |= is_greater << 4;
1020     is_greater |= is_greater << 2;
1021     is_greater |= is_greater << 1;
1022     is_greater = 0 - (is_greater >> 63);
1023
1024     out[0] -= kPrime[0] & is_greater;
1025     out[1] -= kPrime[1] & is_greater;
1026     out[2] -= kPrime[2] & is_greater;
1027     out[3] -= kPrime[3] & is_greater;
1028     out[4] -= kPrime[4] & is_greater;
1029     out[5] -= kPrime[5] & is_greater;
1030     out[6] -= kPrime[6] & is_greater;
1031     out[7] -= kPrime[7] & is_greater;
1032     out[8] -= kPrime[8] & is_greater;
1033
1034     /* Eliminate negative coefficients */
1035     sign = -(out[0] >> 63);
1036     out[0] += (two58 & sign);
1037     out[1] -= (1 & sign);
1038     sign = -(out[1] >> 63);
1039     out[1] += (two58 & sign);
1040     out[2] -= (1 & sign);
1041     sign = -(out[2] >> 63);
1042     out[2] += (two58 & sign);
1043     out[3] -= (1 & sign);
1044     sign = -(out[3] >> 63);
1045     out[3] += (two58 & sign);
1046     out[4] -= (1 & sign);
1047     sign = -(out[4] >> 63);
1048     out[4] += (two58 & sign);
1049     out[5] -= (1 & sign);
1050     sign = -(out[0] >> 63);
1051     out[5] += (two58 & sign);
1052     out[6] -= (1 & sign);
1053     sign = -(out[6] >> 63);
1054     out[6] += (two58 & sign);
1055     out[7] -= (1 & sign);
1056     sign = -(out[7] >> 63);
1057     out[7] += (two58 & sign);
1058     out[8] -= (1 & sign);
1059     sign = -(out[5] >> 63);
1060     out[5] += (two58 & sign);
1061     out[6] -= (1 & sign);
1062     sign = -(out[6] >> 63);
1063     out[6] += (two58 & sign);
1064     out[7] -= (1 & sign);
1065     sign = -(out[7] >> 63);
1066     out[7] += (two58 & sign);
1067     out[8] -= (1 & sign);
1068 }
1069
1070 /*-
1071  * Group operations
1072  * ----------------
1073  *
1074  * Building on top of the field operations we have the operations on the
1075  * elliptic curve group itself. Points on the curve are represented in Jacobian
1076  * coordinates */
1077
1078 /*-
1079  * point_double calculates 2*(x_in, y_in, z_in)
1080  *
1081  * The method is taken from:
1082  *   http://hyperelliptic.org/EFD/g1p/auto-shortw-jacobian-3.html#doubling-dbl-2001-b
1083  *
1084  * Outputs can equal corresponding inputs, i.e., x_out == x_in is allowed.
1085  * while x_out == y_in is not (maybe this works, but it's not tested). */
1086 static void
1087 point_double(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1088              const felem x_in, const felem y_in, const felem z_in)
1089 {
1090     largefelem tmp, tmp2;
1091     felem delta, gamma, beta, alpha, ftmp, ftmp2;
1092
1093     felem_assign(ftmp, x_in);
1094     felem_assign(ftmp2, x_in);
1095
1096     /* delta = z^2 */
1097     felem_square(tmp, z_in);
1098     felem_reduce(delta, tmp);   /* delta[i] < 2^59 + 2^14 */
1099
1100     /* gamma = y^2 */
1101     felem_square(tmp, y_in);
1102     felem_reduce(gamma, tmp);   /* gamma[i] < 2^59 + 2^14 */
1103
1104     /* beta = x*gamma */
1105     felem_mul(tmp, x_in, gamma);
1106     felem_reduce(beta, tmp);    /* beta[i] < 2^59 + 2^14 */
1107
1108     /* alpha = 3*(x-delta)*(x+delta) */
1109     felem_diff64(ftmp, delta);
1110     /* ftmp[i] < 2^61 */
1111     felem_sum64(ftmp2, delta);
1112     /* ftmp2[i] < 2^60 + 2^15 */
1113     felem_scalar64(ftmp2, 3);
1114     /* ftmp2[i] < 3*2^60 + 3*2^15 */
1115     felem_mul(tmp, ftmp, ftmp2);
1116     /*-
1117      * tmp[i] < 17(3*2^121 + 3*2^76)
1118      *        = 61*2^121 + 61*2^76
1119      *        < 64*2^121 + 64*2^76
1120      *        = 2^127 + 2^82
1121      *        < 2^128
1122      */
1123     felem_reduce(alpha, tmp);
1124
1125     /* x' = alpha^2 - 8*beta */
1126     felem_square(tmp, alpha);
1127     /*
1128      * tmp[i] < 17*2^120 < 2^125
1129      */
1130     felem_assign(ftmp, beta);
1131     felem_scalar64(ftmp, 8);
1132     /* ftmp[i] < 2^62 + 2^17 */
1133     felem_diff_128_64(tmp, ftmp);
1134     /* tmp[i] < 2^125 + 2^63 + 2^62 + 2^17 */
1135     felem_reduce(x_out, tmp);
1136
1137     /* z' = (y + z)^2 - gamma - delta */
1138     felem_sum64(delta, gamma);
1139     /* delta[i] < 2^60 + 2^15 */
1140     felem_assign(ftmp, y_in);
1141     felem_sum64(ftmp, z_in);
1142     /* ftmp[i] < 2^60 + 2^15 */
1143     felem_square(tmp, ftmp);
1144     /*
1145      * tmp[i] < 17(2^122) < 2^127
1146      */
1147     felem_diff_128_64(tmp, delta);
1148     /* tmp[i] < 2^127 + 2^63 */
1149     felem_reduce(z_out, tmp);
1150
1151     /* y' = alpha*(4*beta - x') - 8*gamma^2 */
1152     felem_scalar64(beta, 4);
1153     /* beta[i] < 2^61 + 2^16 */
1154     felem_diff64(beta, x_out);
1155     /* beta[i] < 2^61 + 2^60 + 2^16 */
1156     felem_mul(tmp, alpha, beta);
1157     /*-
1158      * tmp[i] < 17*((2^59 + 2^14)(2^61 + 2^60 + 2^16))
1159      *        = 17*(2^120 + 2^75 + 2^119 + 2^74 + 2^75 + 2^30)
1160      *        = 17*(2^120 + 2^119 + 2^76 + 2^74 + 2^30)
1161      *        < 2^128
1162      */
1163     felem_square(tmp2, gamma);
1164     /*-
1165      * tmp2[i] < 17*(2^59 + 2^14)^2
1166      *         = 17*(2^118 + 2^74 + 2^28)
1167      */
1168     felem_scalar128(tmp2, 8);
1169     /*-
1170      * tmp2[i] < 8*17*(2^118 + 2^74 + 2^28)
1171      *         = 2^125 + 2^121 + 2^81 + 2^77 + 2^35 + 2^31
1172      *         < 2^126
1173      */
1174     felem_diff128(tmp, tmp2);
1175     /*-
1176      * tmp[i] < 2^127 - 2^69 + 17(2^120 + 2^119 + 2^76 + 2^74 + 2^30)
1177      *        = 2^127 + 2^124 + 2^122 + 2^120 + 2^118 + 2^80 + 2^78 + 2^76 +
1178      *          2^74 + 2^69 + 2^34 + 2^30
1179      *        < 2^128
1180      */
1181     felem_reduce(y_out, tmp);
1182 }
1183
1184 /* copy_conditional copies in to out iff mask is all ones. */
1185 static void copy_conditional(felem out, const felem in, limb mask)
1186 {
1187     unsigned i;
1188     for (i = 0; i < NLIMBS; ++i) {
1189         const limb tmp = mask & (in[i] ^ out[i]);
1190         out[i] ^= tmp;
1191     }
1192 }
1193
1194 /*-
1195  * point_add calculates (x1, y1, z1) + (x2, y2, z2)
1196  *
1197  * The method is taken from
1198  *   http://hyperelliptic.org/EFD/g1p/auto-shortw-jacobian-3.html#addition-add-2007-bl,
1199  * adapted for mixed addition (z2 = 1, or z2 = 0 for the point at infinity).
1200  *
1201  * This function includes a branch for checking whether the two input points
1202  * are equal (while not equal to the point at infinity). See comment below
1203  * on constant-time.
1204  */
1205 static void point_add(felem x3, felem y3, felem z3,
1206                       const felem x1, const felem y1, const felem z1,
1207                       const int mixed, const felem x2, const felem y2,
1208                       const felem z2)
1209 {
1210     felem ftmp, ftmp2, ftmp3, ftmp4, ftmp5, ftmp6, x_out, y_out, z_out;
1211     largefelem tmp, tmp2;
1212     limb x_equal, y_equal, z1_is_zero, z2_is_zero;
1213     limb points_equal;
1214
1215     z1_is_zero = felem_is_zero(z1);
1216     z2_is_zero = felem_is_zero(z2);
1217
1218     /* ftmp = z1z1 = z1**2 */
1219     felem_square(tmp, z1);
1220     felem_reduce(ftmp, tmp);
1221
1222     if (!mixed) {
1223         /* ftmp2 = z2z2 = z2**2 */
1224         felem_square(tmp, z2);
1225         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1226
1227         /* u1 = ftmp3 = x1*z2z2 */
1228         felem_mul(tmp, x1, ftmp2);
1229         felem_reduce(ftmp3, tmp);
1230
1231         /* ftmp5 = z1 + z2 */
1232         felem_assign(ftmp5, z1);
1233         felem_sum64(ftmp5, z2);
1234         /* ftmp5[i] < 2^61 */
1235
1236         /* ftmp5 = (z1 + z2)**2 - z1z1 - z2z2 = 2*z1z2 */
1237         felem_square(tmp, ftmp5);
1238         /* tmp[i] < 17*2^122 */
1239         felem_diff_128_64(tmp, ftmp);
1240         /* tmp[i] < 17*2^122 + 2^63 */
1241         felem_diff_128_64(tmp, ftmp2);
1242         /* tmp[i] < 17*2^122 + 2^64 */
1243         felem_reduce(ftmp5, tmp);
1244
1245         /* ftmp2 = z2 * z2z2 */
1246         felem_mul(tmp, ftmp2, z2);
1247         felem_reduce(ftmp2, tmp);
1248
1249         /* s1 = ftmp6 = y1 * z2**3 */
1250         felem_mul(tmp, y1, ftmp2);
1251         felem_reduce(ftmp6, tmp);
1252     } else {
1253         /*
1254          * We'll assume z2 = 1 (special case z2 = 0 is handled later)
1255          */
1256
1257         /* u1 = ftmp3 = x1*z2z2 */
1258         felem_assign(ftmp3, x1);
1259
1260         /* ftmp5 = 2*z1z2 */
1261         felem_scalar(ftmp5, z1, 2);
1262
1263         /* s1 = ftmp6 = y1 * z2**3 */
1264         felem_assign(ftmp6, y1);
1265     }
1266
1267     /* u2 = x2*z1z1 */
1268     felem_mul(tmp, x2, ftmp);
1269     /* tmp[i] < 17*2^120 */
1270
1271     /* h = ftmp4 = u2 - u1 */
1272     felem_diff_128_64(tmp, ftmp3);
1273     /* tmp[i] < 17*2^120 + 2^63 */
1274     felem_reduce(ftmp4, tmp);
1275
1276     x_equal = felem_is_zero(ftmp4);
1277
1278     /* z_out = ftmp5 * h */
1279     felem_mul(tmp, ftmp5, ftmp4);
1280     felem_reduce(z_out, tmp);
1281
1282     /* ftmp = z1 * z1z1 */
1283     felem_mul(tmp, ftmp, z1);
1284     felem_reduce(ftmp, tmp);
1285
1286     /* s2 = tmp = y2 * z1**3 */
1287     felem_mul(tmp, y2, ftmp);
1288     /* tmp[i] < 17*2^120 */
1289
1290     /* r = ftmp5 = (s2 - s1)*2 */
1291     felem_diff_128_64(tmp, ftmp6);
1292     /* tmp[i] < 17*2^120 + 2^63 */
1293     felem_reduce(ftmp5, tmp);
1294     y_equal = felem_is_zero(ftmp5);
1295     felem_scalar64(ftmp5, 2);
1296     /* ftmp5[i] < 2^61 */
1297
1298     /*
1299      * The formulae are incorrect if the points are equal, in affine coordinates
1300      * (X_1, Y_1) == (X_2, Y_2), so we check for this and do doubling if this
1301      * happens.
1302      *
1303      * We use bitwise operations to avoid potential side-channels introduced by
1304      * the short-circuiting behaviour of boolean operators.
1305      *
1306      * The special case of either point being the point at infinity (z1 and/or
1307      * z2 are zero), is handled separately later on in this function, so we
1308      * avoid jumping to point_double here in those special cases.
1309      *
1310      * Notice the comment below on the implications of this branching for timing
1311      * leaks and why it is considered practically irrelevant.
1312      */
1313     points_equal = (x_equal & y_equal & (~z1_is_zero) & (~z2_is_zero));
1314
1315     if (points_equal) {
1316         /*
1317          * This is obviously not constant-time but it will almost-never happen
1318          * for ECDH / ECDSA. The case where it can happen is during scalar-mult
1319          * where the intermediate value gets very close to the group order.
1320          * Since |ossl_ec_GFp_nistp_recode_scalar_bits| produces signed digits
1321          * for the scalar, it's possible for the intermediate value to be a small
1322          * negative multiple of the base point, and for the final signed digit
1323          * to be the same value. We believe that this only occurs for the scalar
1324          * 1fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
1325          * ffffffa51868783bf2f966b7fcc0148f709a5d03bb5c9b8899c47aebb6fb
1326          * 71e913863f7, in that case the penultimate intermediate is -9G and
1327          * the final digit is also -9G. Since this only happens for a single
1328          * scalar, the timing leak is irrelevant. (Any attacker who wanted to
1329          * check whether a secret scalar was that exact value, can already do
1330          * so.)
1331          */
1332         point_double(x3, y3, z3, x1, y1, z1);
1333         return;
1334     }
1335
1336     /* I = ftmp = (2h)**2 */
1337     felem_assign(ftmp, ftmp4);
1338     felem_scalar64(ftmp, 2);
1339     /* ftmp[i] < 2^61 */
1340     felem_square(tmp, ftmp);
1341     /* tmp[i] < 17*2^122 */
1342     felem_reduce(ftmp, tmp);
1343
1344     /* J = ftmp2 = h * I */
1345     felem_mul(tmp, ftmp4, ftmp);
1346     felem_reduce(ftmp2, tmp);
1347
1348     /* V = ftmp4 = U1 * I */
1349     felem_mul(tmp, ftmp3, ftmp);
1350     felem_reduce(ftmp4, tmp);
1351
1352     /* x_out = r**2 - J - 2V */
1353     felem_square(tmp, ftmp5);
1354     /* tmp[i] < 17*2^122 */
1355     felem_diff_128_64(tmp, ftmp2);
1356     /* tmp[i] < 17*2^122 + 2^63 */
1357     felem_assign(ftmp3, ftmp4);
1358     felem_scalar64(ftmp4, 2);
1359     /* ftmp4[i] < 2^61 */
1360     felem_diff_128_64(tmp, ftmp4);
1361     /* tmp[i] < 17*2^122 + 2^64 */
1362     felem_reduce(x_out, tmp);
1363
1364     /* y_out = r(V-x_out) - 2 * s1 * J */
1365     felem_diff64(ftmp3, x_out);
1366     /*
1367      * ftmp3[i] < 2^60 + 2^60 = 2^61
1368      */
1369     felem_mul(tmp, ftmp5, ftmp3);
1370     /* tmp[i] < 17*2^122 */
1371     felem_mul(tmp2, ftmp6, ftmp2);
1372     /* tmp2[i] < 17*2^120 */
1373     felem_scalar128(tmp2, 2);
1374     /* tmp2[i] < 17*2^121 */
1375     felem_diff128(tmp, tmp2);
1376         /*-
1377          * tmp[i] < 2^127 - 2^69 + 17*2^122
1378          *        = 2^126 - 2^122 - 2^6 - 2^2 - 1
1379          *        < 2^127
1380          */
1381     felem_reduce(y_out, tmp);
1382
1383     copy_conditional(x_out, x2, z1_is_zero);
1384     copy_conditional(x_out, x1, z2_is_zero);
1385     copy_conditional(y_out, y2, z1_is_zero);
1386     copy_conditional(y_out, y1, z2_is_zero);
1387     copy_conditional(z_out, z2, z1_is_zero);
1388     copy_conditional(z_out, z1, z2_is_zero);
1389     felem_assign(x3, x_out);
1390     felem_assign(y3, y_out);
1391     felem_assign(z3, z_out);
1392 }
1393
1394 /*-
1395  * Base point pre computation
1396  * --------------------------
1397  *
1398  * Two different sorts of precomputed tables are used in the following code.
1399  * Each contain various points on the curve, where each point is three field
1400  * elements (x, y, z).
1401  *
1402  * For the base point table, z is usually 1 (0 for the point at infinity).
1403  * This table has 16 elements:
1404  * index | bits    | point
1405  * ------+---------+------------------------------
1406  *     0 | 0 0 0 0 | 0G
1407  *     1 | 0 0 0 1 | 1G
1408  *     2 | 0 0 1 0 | 2^130G
1409  *     3 | 0 0 1 1 | (2^130 + 1)G
1410  *     4 | 0 1 0 0 | 2^260G
1411  *     5 | 0 1 0 1 | (2^260 + 1)G
1412  *     6 | 0 1 1 0 | (2^260 + 2^130)G
1413  *     7 | 0 1 1 1 | (2^260 + 2^130 + 1)G
1414  *     8 | 1 0 0 0 | 2^390G
1415  *     9 | 1 0 0 1 | (2^390 + 1)G
1416  *    10 | 1 0 1 0 | (2^390 + 2^130)G
1417  *    11 | 1 0 1 1 | (2^390 + 2^130 + 1)G
1418  *    12 | 1 1 0 0 | (2^390 + 2^260)G
1419  *    13 | 1 1 0 1 | (2^390 + 2^260 + 1)G
1420  *    14 | 1 1 1 0 | (2^390 + 2^260 + 2^130)G
1421  *    15 | 1 1 1 1 | (2^390 + 2^260 + 2^130 + 1)G
1422  *
1423  * The reason for this is so that we can clock bits into four different
1424  * locations when doing simple scalar multiplies against the base point.
1425  *
1426  * Tables for other points have table[i] = iG for i in 0 .. 16. */
1427
1428 /* gmul is the table of precomputed base points */
1429 static const felem gmul[16][3] = {
1430 {{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
1431  {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
1432  {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1433 {{0x017e7e31c2e5bd66, 0x022cf0615a90a6fe, 0x00127a2ffa8de334,
1434   0x01dfbf9d64a3f877, 0x006b4d3dbaa14b5e, 0x014fed487e0a2bd8,
1435   0x015b4429c6481390, 0x03a73678fb2d988e, 0x00c6858e06b70404},
1436  {0x00be94769fd16650, 0x031c21a89cb09022, 0x039013fad0761353,
1437   0x02657bd099031542, 0x03273e662c97ee72, 0x01e6d11a05ebef45,
1438   0x03d1bd998f544495, 0x03001172297ed0b1, 0x011839296a789a3b},
1439  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1440 {{0x0373faacbc875bae, 0x00f325023721c671, 0x00f666fd3dbde5ad,
1441   0x01a6932363f88ea7, 0x01fc6d9e13f9c47b, 0x03bcbffc2bbf734e,
1442   0x013ee3c3647f3a92, 0x029409fefe75d07d, 0x00ef9199963d85e5},
1443  {0x011173743ad5b178, 0x02499c7c21bf7d46, 0x035beaeabb8b1a58,
1444   0x00f989c4752ea0a3, 0x0101e1de48a9c1a3, 0x01a20076be28ba6c,
1445   0x02f8052e5eb2de95, 0x01bfe8f82dea117c, 0x0160074d3c36ddb7},
1446  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1447 {{0x012f3fc373393b3b, 0x03d3d6172f1419fa, 0x02adc943c0b86873,
1448   0x00d475584177952b, 0x012a4d1673750ee2, 0x00512517a0f13b0c,
1449   0x02b184671a7b1734, 0x0315b84236f1a50a, 0x00a4afc472edbdb9},
1450  {0x00152a7077f385c4, 0x03044007d8d1c2ee, 0x0065829d61d52b52,
1451   0x00494ff6b6631d0d, 0x00a11d94d5f06bcf, 0x02d2f89474d9282e,
1452   0x0241c5727c06eeb9, 0x0386928710fbdb9d, 0x01f883f727b0dfbe},
1453  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1454 {{0x019b0c3c9185544d, 0x006243a37c9d97db, 0x02ee3cbe030a2ad2,
1455   0x00cfdd946bb51e0d, 0x0271c00932606b91, 0x03f817d1ec68c561,
1456   0x03f37009806a369c, 0x03c1f30baf184fd5, 0x01091022d6d2f065},
1457  {0x0292c583514c45ed, 0x0316fca51f9a286c, 0x00300af507c1489a,
1458   0x0295f69008298cf1, 0x02c0ed8274943d7b, 0x016509b9b47a431e,
1459   0x02bc9de9634868ce, 0x005b34929bffcb09, 0x000c1a0121681524},
1460  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1461 {{0x0286abc0292fb9f2, 0x02665eee9805b3f7, 0x01ed7455f17f26d6,
1462   0x0346355b83175d13, 0x006284944cd0a097, 0x0191895bcdec5e51,
1463   0x02e288370afda7d9, 0x03b22312bfefa67a, 0x01d104d3fc0613fe},
1464  {0x0092421a12f7e47f, 0x0077a83fa373c501, 0x03bd25c5f696bd0d,
1465   0x035c41e4d5459761, 0x01ca0d1742b24f53, 0x00aaab27863a509c,
1466   0x018b6de47df73917, 0x025c0b771705cd01, 0x01fd51d566d760a7},
1467  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1468 {{0x01dd92ff6b0d1dbd, 0x039c5e2e8f8afa69, 0x0261ed13242c3b27,
1469   0x0382c6e67026e6a0, 0x01d60b10be2089f9, 0x03c15f3dce86723f,
1470   0x03c764a32d2a062d, 0x017307eac0fad056, 0x018207c0b96c5256},
1471  {0x0196a16d60e13154, 0x03e6ce74c0267030, 0x00ddbf2b4e52a5aa,
1472   0x012738241bbf31c8, 0x00ebe8dc04685a28, 0x024c2ad6d380d4a2,
1473   0x035ee062a6e62d0e, 0x0029ed74af7d3a0f, 0x00eef32aec142ebd},
1474  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1475 {{0x00c31ec398993b39, 0x03a9f45bcda68253, 0x00ac733c24c70890,
1476   0x00872b111401ff01, 0x01d178c23195eafb, 0x03bca2c816b87f74,
1477   0x0261a9af46fbad7a, 0x0324b2a8dd3d28f9, 0x00918121d8f24e23},
1478  {0x032bc8c1ca983cd7, 0x00d869dfb08fc8c6, 0x01693cb61fce1516,
1479   0x012a5ea68f4e88a8, 0x010869cab88d7ae3, 0x009081ad277ceee1,
1480   0x033a77166d064cdc, 0x03955235a1fb3a95, 0x01251a4a9b25b65e},
1481  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1482 {{0x00148a3a1b27f40b, 0x0123186df1b31fdc, 0x00026e7beaad34ce,
1483   0x01db446ac1d3dbba, 0x0299c1a33437eaec, 0x024540610183cbb7,
1484   0x0173bb0e9ce92e46, 0x02b937e43921214b, 0x01ab0436a9bf01b5},
1485  {0x0383381640d46948, 0x008dacbf0e7f330f, 0x03602122bcc3f318,
1486   0x01ee596b200620d6, 0x03bd0585fda430b3, 0x014aed77fd123a83,
1487   0x005ace749e52f742, 0x0390fe041da2b842, 0x0189a8ceb3299242},
1488  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1489 {{0x012a19d6b3282473, 0x00c0915918b423ce, 0x023a954eb94405ae,
1490   0x00529f692be26158, 0x0289fa1b6fa4b2aa, 0x0198ae4ceea346ef,
1491   0x0047d8cdfbdedd49, 0x00cc8c8953f0f6b8, 0x001424abbff49203},
1492  {0x0256732a1115a03a, 0x0351bc38665c6733, 0x03f7b950fb4a6447,
1493   0x000afffa94c22155, 0x025763d0a4dab540, 0x000511e92d4fc283,
1494   0x030a7e9eda0ee96c, 0x004c3cd93a28bf0a, 0x017edb3a8719217f},
1495  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1496 {{0x011de5675a88e673, 0x031d7d0f5e567fbe, 0x0016b2062c970ae5,
1497   0x03f4a2be49d90aa7, 0x03cef0bd13822866, 0x03f0923dcf774a6c,
1498   0x0284bebc4f322f72, 0x016ab2645302bb2c, 0x01793f95dace0e2a},
1499  {0x010646e13527a28f, 0x01ca1babd59dc5e7, 0x01afedfd9a5595df,
1500   0x01f15785212ea6b1, 0x0324e5d64f6ae3f4, 0x02d680f526d00645,
1501   0x0127920fadf627a7, 0x03b383f75df4f684, 0x0089e0057e783b0a},
1502  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1503 {{0x00f334b9eb3c26c6, 0x0298fdaa98568dce, 0x01c2d24843a82292,
1504   0x020bcb24fa1b0711, 0x02cbdb3d2b1875e6, 0x0014907598f89422,
1505   0x03abe3aa43b26664, 0x02cbf47f720bc168, 0x0133b5e73014b79b},
1506  {0x034aab5dab05779d, 0x00cdc5d71fee9abb, 0x0399f16bd4bd9d30,
1507   0x03582fa592d82647, 0x02be1cdfb775b0e9, 0x0034f7cea32e94cb,
1508   0x0335a7f08f56f286, 0x03b707e9565d1c8b, 0x0015c946ea5b614f},
1509  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1510 {{0x024676f6cff72255, 0x00d14625cac96378, 0x00532b6008bc3767,
1511   0x01fc16721b985322, 0x023355ea1b091668, 0x029de7afdc0317c3,
1512   0x02fc8a7ca2da037c, 0x02de1217d74a6f30, 0x013f7173175b73bf},
1513  {0x0344913f441490b5, 0x0200f9e272b61eca, 0x0258a246b1dd55d2,
1514   0x03753db9ea496f36, 0x025e02937a09c5ef, 0x030cbd3d14012692,
1515   0x01793a67e70dc72a, 0x03ec1d37048a662e, 0x006550f700c32a8d},
1516  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1517 {{0x00d3f48a347eba27, 0x008e636649b61bd8, 0x00d3b93716778fb3,
1518   0x004d1915757bd209, 0x019d5311a3da44e0, 0x016d1afcbbe6aade,
1519   0x0241bf5f73265616, 0x0384672e5d50d39b, 0x005009fee522b684},
1520  {0x029b4fab064435fe, 0x018868ee095bbb07, 0x01ea3d6936cc92b8,
1521   0x000608b00f78a2f3, 0x02db911073d1c20f, 0x018205938470100a,
1522   0x01f1e4964cbe6ff2, 0x021a19a29eed4663, 0x01414485f42afa81},
1523  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1524 {{0x01612b3a17f63e34, 0x03813992885428e6, 0x022b3c215b5a9608,
1525   0x029b4057e19f2fcb, 0x0384059a587af7e6, 0x02d6400ace6fe610,
1526   0x029354d896e8e331, 0x00c047ee6dfba65e, 0x0037720542e9d49d},
1527  {0x02ce9eed7c5e9278, 0x0374ed703e79643b, 0x01316c54c4072006,
1528   0x005aaa09054b2ee8, 0x002824000c840d57, 0x03d4eba24771ed86,
1529   0x0189c50aabc3bdae, 0x0338c01541e15510, 0x00466d56e38eed42},
1530  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}},
1531 {{0x007efd8330ad8bd6, 0x02465ed48047710b, 0x0034c6606b215e0c,
1532   0x016ae30c53cbf839, 0x01fa17bd37161216, 0x018ead4e61ce8ab9,
1533   0x005482ed5f5dee46, 0x037543755bba1d7f, 0x005e5ac7e70a9d0f},
1534  {0x0117e1bb2fdcb2a2, 0x03deea36249f40c4, 0x028d09b4a6246cb7,
1535   0x03524b8855bcf756, 0x023d7d109d5ceb58, 0x0178e43e3223ef9c,
1536   0x0154536a0c6e966a, 0x037964d1286ee9fe, 0x0199bcd90e125055},
1537  {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}}
1538 };
1539
1540 /*
1541  * select_point selects the |idx|th point from a precomputation table and
1542  * copies it to out.
1543  */
1544  /* pre_comp below is of the size provided in |size| */
1545 static void select_point(const limb idx, unsigned int size,
1546                          const felem pre_comp[][3], felem out[3])
1547 {
1548     unsigned i, j;
1549     limb *outlimbs = &out[0][0];
1550
1551     memset(out, 0, sizeof(*out) * 3);
1552
1553     for (i = 0; i < size; i++) {
1554         const limb *inlimbs = &pre_comp[i][0][0];
1555         limb mask = i ^ idx;
1556         mask |= mask >> 4;
1557         mask |= mask >> 2;
1558         mask |= mask >> 1;
1559         mask &= 1;
1560         mask--;
1561         for (j = 0; j < NLIMBS * 3; j++)
1562             outlimbs[j] |= inlimbs[j] & mask;
1563     }
1564 }
1565
1566 /* get_bit returns the |i|th bit in |in| */
1567 static char get_bit(const felem_bytearray in, int i)
1568 {
1569     if (i < 0)
1570         return 0;
1571     return (in[i >> 3] >> (i & 7)) & 1;
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Interleaved point multiplication using precomputed point multiples: The
1576  * small point multiples 0*P, 1*P, ..., 16*P are in pre_comp[], the scalars
1577  * in scalars[]. If g_scalar is non-NULL, we also add this multiple of the
1578  * generator, using certain (large) precomputed multiples in g_pre_comp.
1579  * Output point (X, Y, Z) is stored in x_out, y_out, z_out
1580  */
1581 static void batch_mul(felem x_out, felem y_out, felem z_out,
1582                       const felem_bytearray scalars[],
1583                       const unsigned num_points, const u8 *g_scalar,
1584                       const int mixed, const felem pre_comp[][17][3],
1585                       const felem g_pre_comp[16][3])
1586 {
1587     int i, skip;
1588     unsigned num, gen_mul = (g_scalar != NULL);
1589     felem nq[3], tmp[4];
1590     limb bits;
1591     u8 sign, digit;
1592
1593     /* set nq to the point at infinity */
1594     memset(nq, 0, sizeof(nq));
1595
1596     /*
1597      * Loop over all scalars msb-to-lsb, interleaving additions of multiples
1598      * of the generator (last quarter of rounds) and additions of other
1599      * points multiples (every 5th round).
1600      */
1601     skip = 1;                   /* save two point operations in the first
1602                                  * round */
1603     for (i = (num_points ? 520 : 130); i >= 0; --i) {
1604         /* double */
1605         if (!skip)
1606             point_double(nq[0], nq[1], nq[2], nq[0], nq[1], nq[2]);
1607
1608         /* add multiples of the generator */
1609         if (gen_mul && (i <= 130)) {
1610             bits = get_bit(g_scalar, i + 390) << 3;
1611             if (i < 130) {
1612                 bits |= get_bit(g_scalar, i + 260) << 2;
1613                 bits |= get_bit(g_scalar, i + 130) << 1;
1614                 bits |= get_bit(g_scalar, i);
1615             }
1616             /* select the point to add, in constant time */
1617             select_point(bits, 16, g_pre_comp, tmp);
1618             if (!skip) {
1619                 /* The 1 argument below is for "mixed" */
1620                 point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1621                           nq[0], nq[1], nq[2], 1, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1622             } else {
1623                 memcpy(nq, tmp, 3 * sizeof(felem));
1624                 skip = 0;
1625             }
1626         }
1627
1628         /* do other additions every 5 doublings */
1629         if (num_points && (i % 5 == 0)) {
1630             /* loop over all scalars */
1631             for (num = 0; num < num_points; ++num) {
1632                 bits = get_bit(scalars[num], i + 4) << 5;
1633                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 3) << 4;
1634                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 2) << 3;
1635                 bits |= get_bit(scalars[num], i + 1) << 2;
1636                 bits |= get_bit(scalars[num], i) << 1;
1637                 bits |= get_bit(scalars[num], i - 1);
1638                 ossl_ec_GFp_nistp_recode_scalar_bits(&sign, &digit, bits);
1639
1640                 /*
1641                  * select the point to add or subtract, in constant time
1642                  */
1643                 select_point(digit, 17, pre_comp[num], tmp);
1644                 felem_neg(tmp[3], tmp[1]); /* (X, -Y, Z) is the negative
1645                                             * point */
1646                 copy_conditional(tmp[1], tmp[3], (-(limb) sign));
1647
1648                 if (!skip) {
1649                     point_add(nq[0], nq[1], nq[2],
1650                               nq[0], nq[1], nq[2],
1651                               mixed, tmp[0], tmp[1], tmp[2]);
1652                 } else {
1653                     memcpy(nq, tmp, 3 * sizeof(felem));
1654                     skip = 0;
1655                 }
1656             }
1657         }
1658     }
1659     felem_assign(x_out, nq[0]);
1660     felem_assign(y_out, nq[1]);
1661     felem_assign(z_out, nq[2]);
1662 }
1663
1664 /* Precomputation for the group generator. */
1665 struct nistp521_pre_comp_st {
1666     felem g_pre_comp[16][3];
1667     CRYPTO_REF_COUNT references;
1668 };
1669
1670 const EC_METHOD *EC_GFp_nistp521_method(void)
1671 {
1672     static const EC_METHOD ret = {
1673         EC_FLAGS_DEFAULT_OCT,
1674         NID_X9_62_prime_field,
1675         ossl_ec_GFp_nistp521_group_init,
1676         ossl_ec_GFp_simple_group_finish,
1677         ossl_ec_GFp_simple_group_clear_finish,
1678         ossl_ec_GFp_nist_group_copy,
1679         ossl_ec_GFp_nistp521_group_set_curve,
1680         ossl_ec_GFp_simple_group_get_curve,
1681         ossl_ec_GFp_simple_group_get_degree,
1682         ossl_ec_group_simple_order_bits,
1683         ossl_ec_GFp_simple_group_check_discriminant,
1684         ossl_ec_GFp_simple_point_init,
1685         ossl_ec_GFp_simple_point_finish,
1686         ossl_ec_GFp_simple_point_clear_finish,
1687         ossl_ec_GFp_simple_point_copy,
1688         ossl_ec_GFp_simple_point_set_to_infinity,
1689         ossl_ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates,
1690         ossl_ec_GFp_nistp521_point_get_affine_coordinates,
1691         0 /* point_set_compressed_coordinates */ ,
1692         0 /* point2oct */ ,
1693         0 /* oct2point */ ,
1694         ossl_ec_GFp_simple_add,
1695         ossl_ec_GFp_simple_dbl,
1696         ossl_ec_GFp_simple_invert,
1697         ossl_ec_GFp_simple_is_at_infinity,
1698         ossl_ec_GFp_simple_is_on_curve,
1699         ossl_ec_GFp_simple_cmp,
1700         ossl_ec_GFp_simple_make_affine,
1701         ossl_ec_GFp_simple_points_make_affine,
1702         ossl_ec_GFp_nistp521_points_mul,
1703         ossl_ec_GFp_nistp521_precompute_mult,
1704         ossl_ec_GFp_nistp521_have_precompute_mult,
1705         ossl_ec_GFp_nist_field_mul,
1706         ossl_ec_GFp_nist_field_sqr,
1707         0 /* field_div */ ,
1708         ossl_ec_GFp_simple_field_inv,
1709         0 /* field_encode */ ,
1710         0 /* field_decode */ ,
1711         0,                      /* field_set_to_one */
1712         ossl_ec_key_simple_priv2oct,
1713         ossl_ec_key_simple_oct2priv,
1714         0, /* set private */
1715         ossl_ec_key_simple_generate_key,
1716         ossl_ec_key_simple_check_key,
1717         ossl_ec_key_simple_generate_public_key,
1718         0, /* keycopy */
1719         0, /* keyfinish */
1720         ossl_ecdh_simple_compute_key,
1721         ossl_ecdsa_simple_sign_setup,
1722         ossl_ecdsa_simple_sign_sig,
1723         ossl_ecdsa_simple_verify_sig,
1724         0, /* field_inverse_mod_ord */
1725         0, /* blind_coordinates */
1726         0, /* ladder_pre */
1727         0, /* ladder_step */
1728         0  /* ladder_post */
1729     };
1730
1731     return &ret;
1732 }
1733
1734 /******************************************************************************/
1735 /*
1736  * FUNCTIONS TO MANAGE PRECOMPUTATION
1737  */
1738
1739 static NISTP521_PRE_COMP *nistp521_pre_comp_new(void)
1740 {
1741     NISTP521_PRE_COMP *ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret));
1742
1743     if (ret == NULL)
1744         return ret;
1745
1746     if (!CRYPTO_NEW_REF(&ret->references, 1)) {
1747         OPENSSL_free(ret);
1748         return NULL;
1749     }
1750     return ret;
1751 }
1752
1753 NISTP521_PRE_COMP *EC_nistp521_pre_comp_dup(NISTP521_PRE_COMP *p)
1754 {
1755     int i;
1756     if (p != NULL)
1757         CRYPTO_UP_REF(&p->references, &i);
1758     return p;
1759 }
1760
1761 void EC_nistp521_pre_comp_free(NISTP521_PRE_COMP *p)
1762 {
1763     int i;
1764
1765     if (p == NULL)
1766         return;
1767
1768     CRYPTO_DOWN_REF(&p->references, &i);
1769     REF_PRINT_COUNT("EC_nistp521", p);
1770     if (i > 0)
1771         return;
1772     REF_ASSERT_ISNT(i < 0);
1773
1774     CRYPTO_FREE_REF(&p->references);
1775     OPENSSL_free(p);
1776 }
1777
1778 /******************************************************************************/
1779 /*
1780  * OPENSSL EC_METHOD FUNCTIONS
1781  */
1782
1783 int ossl_ec_GFp_nistp521_group_init(EC_GROUP *group)
1784 {
1785     int ret;
1786     ret = ossl_ec_GFp_simple_group_init(group);
1787     group->a_is_minus3 = 1;
1788     return ret;
1789 }
1790
1791 int ossl_ec_GFp_nistp521_group_set_curve(EC_GROUP *group, const BIGNUM *p,
1792                                          const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
1793                                          BN_CTX *ctx)
1794 {
1795     int ret = 0;
1796     BIGNUM *curve_p, *curve_a, *curve_b;
1797 #ifndef FIPS_MODULE
1798     BN_CTX *new_ctx = NULL;
1799
1800     if (ctx == NULL)
1801         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
1802 #endif
1803     if (ctx == NULL)
1804         return 0;
1805
1806     BN_CTX_start(ctx);
1807     curve_p = BN_CTX_get(ctx);
1808     curve_a = BN_CTX_get(ctx);
1809     curve_b = BN_CTX_get(ctx);
1810     if (curve_b == NULL)
1811         goto err;
1812     BN_bin2bn(nistp521_curve_params[0], sizeof(felem_bytearray), curve_p);
1813     BN_bin2bn(nistp521_curve_params[1], sizeof(felem_bytearray), curve_a);
1814     BN_bin2bn(nistp521_curve_params[2], sizeof(felem_bytearray), curve_b);
1815     if ((BN_cmp(curve_p, p)) || (BN_cmp(curve_a, a)) || (BN_cmp(curve_b, b))) {
1816         ERR_raise(ERR_LIB_EC, EC_R_WRONG_CURVE_PARAMETERS);
1817         goto err;
1818     }
1819     group->field_mod_func = BN_nist_mod_521;
1820     ret = ossl_ec_GFp_simple_group_set_curve(group, p, a, b, ctx);
1821  err:
1822     BN_CTX_end(ctx);
1823 #ifndef FIPS_MODULE
1824     BN_CTX_free(new_ctx);
1825 #endif
1826     return ret;
1827 }
1828
1829 /*
1830  * Takes the Jacobian coordinates (X, Y, Z) of a point and returns (X', Y') =
1831  * (X/Z^2, Y/Z^3)
1832  */
1833 int ossl_ec_GFp_nistp521_point_get_affine_coordinates(const EC_GROUP *group,
1834                                                       const EC_POINT *point,
1835                                                       BIGNUM *x, BIGNUM *y,
1836                                                       BN_CTX *ctx)
1837 {
1838     felem z1, z2, x_in, y_in, x_out, y_out;
1839     largefelem tmp;
1840
1841     if (EC_POINT_is_at_infinity(group, point)) {
1842         ERR_raise(ERR_LIB_EC, EC_R_POINT_AT_INFINITY);
1843         return 0;
1844     }
1845     if ((!BN_to_felem(x_in, point->X)) || (!BN_to_felem(y_in, point->Y)) ||
1846         (!BN_to_felem(z1, point->Z)))
1847         return 0;
1848     felem_inv(z2, z1);
1849     felem_square(tmp, z2);
1850     felem_reduce(z1, tmp);
1851     felem_mul(tmp, x_in, z1);
1852     felem_reduce(x_in, tmp);
1853     felem_contract(x_out, x_in);
1854     if (x != NULL) {
1855         if (!felem_to_BN(x, x_out)) {
1856             ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
1857             return 0;
1858         }
1859     }
1860     felem_mul(tmp, z1, z2);
1861     felem_reduce(z1, tmp);
1862     felem_mul(tmp, y_in, z1);
1863     felem_reduce(y_in, tmp);
1864     felem_contract(y_out, y_in);
1865     if (y != NULL) {
1866         if (!felem_to_BN(y, y_out)) {
1867             ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
1868             return 0;
1869         }
1870     }
1871     return 1;
1872 }
1873
1874 /* points below is of size |num|, and tmp_felems is of size |num+1/ */
1875 static void make_points_affine(size_t num, felem points[][3],
1876                                felem tmp_felems[])
1877 {
1878     /*
1879      * Runs in constant time, unless an input is the point at infinity (which
1880      * normally shouldn't happen).
1881      */
1882     ossl_ec_GFp_nistp_points_make_affine_internal(num,
1883                                                   points,
1884                                                   sizeof(felem),
1885                                                   tmp_felems,
1886                                                   (void (*)(void *))felem_one,
1887                                                   felem_is_zero_int,
1888                                                   (void (*)(void *, const void *))
1889                                                   felem_assign,
1890                                                   (void (*)(void *, const void *))
1891                                                   felem_square_reduce, (void (*)
1892                                                                         (void *,
1893                                                                          const void
1894                                                                          *,
1895                                                                          const void
1896                                                                          *))
1897                                                   felem_mul_reduce,
1898                                                   (void (*)(void *, const void *))
1899                                                   felem_inv,
1900                                                   (void (*)(void *, const void *))
1901                                                   felem_contract);
1902 }
1903
1904 /*
1905  * Computes scalar*generator + \sum scalars[i]*points[i], ignoring NULL
1906  * values Result is stored in r (r can equal one of the inputs).
1907  */
1908 int ossl_ec_GFp_nistp521_points_mul(const EC_GROUP *group, EC_POINT *r,
1909                                     const BIGNUM *scalar, size_t num,
1910                                     const EC_POINT *points[],
1911                                     const BIGNUM *scalars[], BN_CTX *ctx)
1912 {
1913     int ret = 0;
1914     int j;
1915     int mixed = 0;
1916     BIGNUM *x, *y, *z, *tmp_scalar;
1917     felem_bytearray g_secret;
1918     felem_bytearray *secrets = NULL;
1919     felem (*pre_comp)[17][3] = NULL;
1920     felem *tmp_felems = NULL;
1921     unsigned i;
1922     int num_bytes;
1923     int have_pre_comp = 0;
1924     size_t num_points = num;
1925     felem x_in, y_in, z_in, x_out, y_out, z_out;
1926     NISTP521_PRE_COMP *pre = NULL;
1927     felem(*g_pre_comp)[3] = NULL;
1928     EC_POINT *generator = NULL;
1929     const EC_POINT *p = NULL;
1930     const BIGNUM *p_scalar = NULL;
1931
1932     BN_CTX_start(ctx);
1933     x = BN_CTX_get(ctx);
1934     y = BN_CTX_get(ctx);
1935     z = BN_CTX_get(ctx);
1936     tmp_scalar = BN_CTX_get(ctx);
1937     if (tmp_scalar == NULL)
1938         goto err;
1939
1940     if (scalar != NULL) {
1941         pre = group->pre_comp.nistp521;
1942         if (pre)
1943             /* we have precomputation, try to use it */
1944             g_pre_comp = &pre->g_pre_comp[0];
1945         else
1946             /* try to use the standard precomputation */
1947             g_pre_comp = (felem(*)[3]) gmul;
1948         generator = EC_POINT_new(group);
1949         if (generator == NULL)
1950             goto err;
1951         /* get the generator from precomputation */
1952         if (!felem_to_BN(x, g_pre_comp[1][0]) ||
1953             !felem_to_BN(y, g_pre_comp[1][1]) ||
1954             !felem_to_BN(z, g_pre_comp[1][2])) {
1955             ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
1956             goto err;
1957         }
1958         if (!ossl_ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp(group,
1959                                                                 generator,
1960                                                                 x, y, z, ctx))
1961             goto err;
1962         if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx))
1963             /* precomputation matches generator */
1964             have_pre_comp = 1;
1965         else
1966             /*
1967              * we don't have valid precomputation: treat the generator as a
1968              * random point
1969              */
1970             num_points++;
1971     }
1972
1973     if (num_points > 0) {
1974         if (num_points >= 2) {
1975             /*
1976              * unless we precompute multiples for just one point, converting
1977              * those into affine form is time well spent
1978              */
1979             mixed = 1;
1980         }
1981         secrets = OPENSSL_zalloc(sizeof(*secrets) * num_points);
1982         pre_comp = OPENSSL_zalloc(sizeof(*pre_comp) * num_points);
1983         if (mixed)
1984             tmp_felems =
1985                 OPENSSL_malloc(sizeof(*tmp_felems) * (num_points * 17 + 1));
1986         if ((secrets == NULL) || (pre_comp == NULL)
1987             || (mixed && (tmp_felems == NULL)))
1988             goto err;
1989
1990         /*
1991          * we treat NULL scalars as 0, and NULL points as points at infinity,
1992          * i.e., they contribute nothing to the linear combination
1993          */
1994         for (i = 0; i < num_points; ++i) {
1995             if (i == num) {
1996                 /*
1997                  * we didn't have a valid precomputation, so we pick the
1998                  * generator
1999                  */
2000                 p = EC_GROUP_get0_generator(group);
2001                 p_scalar = scalar;
2002             } else {
2003                 /* the i^th point */
2004                 p = points[i];
2005                 p_scalar = scalars[i];
2006             }
2007             if ((p_scalar != NULL) && (p != NULL)) {
2008                 /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^521 */
2009                 if ((BN_num_bits(p_scalar) > 521)
2010                     || (BN_is_negative(p_scalar))) {
2011                     /*
2012                      * this is an unusual input, and we don't guarantee
2013                      * constant-timeness
2014                      */
2015                     if (!BN_nnmod(tmp_scalar, p_scalar, group->order, ctx)) {
2016                         ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
2017                         goto err;
2018                     }
2019                     num_bytes = BN_bn2lebinpad(tmp_scalar,
2020                                                secrets[i], sizeof(secrets[i]));
2021                 } else {
2022                     num_bytes = BN_bn2lebinpad(p_scalar,
2023                                                secrets[i], sizeof(secrets[i]));
2024                 }
2025                 if (num_bytes < 0) {
2026                     ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
2027                     goto err;
2028                 }
2029                 /* precompute multiples */
2030                 if ((!BN_to_felem(x_out, p->X)) ||
2031                     (!BN_to_felem(y_out, p->Y)) ||
2032                     (!BN_to_felem(z_out, p->Z)))
2033                     goto err;
2034                 memcpy(pre_comp[i][1][0], x_out, sizeof(felem));
2035                 memcpy(pre_comp[i][1][1], y_out, sizeof(felem));
2036                 memcpy(pre_comp[i][1][2], z_out, sizeof(felem));
2037                 for (j = 2; j <= 16; ++j) {
2038                     if (j & 1) {
2039                         point_add(pre_comp[i][j][0], pre_comp[i][j][1],
2040                                   pre_comp[i][j][2], pre_comp[i][1][0],
2041                                   pre_comp[i][1][1], pre_comp[i][1][2], 0,
2042                                   pre_comp[i][j - 1][0],
2043                                   pre_comp[i][j - 1][1],
2044                                   pre_comp[i][j - 1][2]);
2045                     } else {
2046                         point_double(pre_comp[i][j][0], pre_comp[i][j][1],
2047                                      pre_comp[i][j][2], pre_comp[i][j / 2][0],
2048                                      pre_comp[i][j / 2][1],
2049                                      pre_comp[i][j / 2][2]);
2050                     }
2051                 }
2052             }
2053         }
2054         if (mixed)
2055             make_points_affine(num_points * 17, pre_comp[0], tmp_felems);
2056     }
2057
2058     /* the scalar for the generator */
2059     if ((scalar != NULL) && (have_pre_comp)) {
2060         memset(g_secret, 0, sizeof(g_secret));
2061         /* reduce scalar to 0 <= scalar < 2^521 */
2062         if ((BN_num_bits(scalar) > 521) || (BN_is_negative(scalar))) {
2063             /*
2064              * this is an unusual input, and we don't guarantee
2065              * constant-timeness
2066              */
2067             if (!BN_nnmod(tmp_scalar, scalar, group->order, ctx)) {
2068                 ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
2069                 goto err;
2070             }
2071             num_bytes = BN_bn2lebinpad(tmp_scalar, g_secret, sizeof(g_secret));
2072         } else {
2073             num_bytes = BN_bn2lebinpad(scalar, g_secret, sizeof(g_secret));
2074         }
2075         /* do the multiplication with generator precomputation */
2076         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
2077                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
2078                   g_secret,
2079                   mixed, (const felem(*)[17][3])pre_comp,
2080                   (const felem(*)[3])g_pre_comp);
2081     } else {
2082         /* do the multiplication without generator precomputation */
2083         batch_mul(x_out, y_out, z_out,
2084                   (const felem_bytearray(*))secrets, num_points,
2085                   NULL, mixed, (const felem(*)[17][3])pre_comp, NULL);
2086     }
2087     /* reduce the output to its unique minimal representation */
2088     felem_contract(x_in, x_out);
2089     felem_contract(y_in, y_out);
2090     felem_contract(z_in, z_out);
2091     if ((!felem_to_BN(x, x_in)) || (!felem_to_BN(y, y_in)) ||
2092         (!felem_to_BN(z, z_in))) {
2093         ERR_raise(ERR_LIB_EC, ERR_R_BN_LIB);
2094         goto err;
2095     }
2096     ret = ossl_ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp(group, r, x, y, z,
2097                                                              ctx);
2098
2099  err:
2100     BN_CTX_end(ctx);
2101     EC_POINT_free(generator);
2102     OPENSSL_free(secrets);
2103     OPENSSL_free(pre_comp);
2104     OPENSSL_free(tmp_felems);
2105     return ret;
2106 }
2107
2108 int ossl_ec_GFp_nistp521_precompute_mult(EC_GROUP *group, BN_CTX *ctx)
2109 {
2110     int ret = 0;
2111     NISTP521_PRE_COMP *pre = NULL;
2112     int i, j;
2113     BIGNUM *x, *y;
2114     EC_POINT *generator = NULL;
2115     felem tmp_felems[16];
2116 #ifndef FIPS_MODULE
2117     BN_CTX *new_ctx = NULL;
2118 #endif
2119
2120     /* throw away old precomputation */
2121     EC_pre_comp_free(group);
2122
2123 #ifndef FIPS_MODULE
2124     if (ctx == NULL)
2125         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
2126 #endif
2127     if (ctx == NULL)
2128         return 0;
2129
2130     BN_CTX_start(ctx);
2131     x = BN_CTX_get(ctx);
2132     y = BN_CTX_get(ctx);
2133     if (y == NULL)
2134         goto err;
2135     /* get the generator */
2136     if (group->generator == NULL)
2137         goto err;
2138     generator = EC_POINT_new(group);
2139     if (generator == NULL)
2140         goto err;
2141     BN_bin2bn(nistp521_curve_params[3], sizeof(felem_bytearray), x);
2142     BN_bin2bn(nistp521_curve_params[4], sizeof(felem_bytearray), y);
2143     if (!EC_POINT_set_affine_coordinates(group, generator, x, y, ctx))
2144         goto err;
2145     if ((pre = nistp521_pre_comp_new()) == NULL)
2146         goto err;
2147     /*
2148      * if the generator is the standard one, use built-in precomputation
2149      */
2150     if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, group->generator, ctx)) {
2151         memcpy(pre->g_pre_comp, gmul, sizeof(pre->g_pre_comp));
2152         goto done;
2153     }
2154     if ((!BN_to_felem(pre->g_pre_comp[1][0], group->generator->X)) ||
2155         (!BN_to_felem(pre->g_pre_comp[1][1], group->generator->Y)) ||
2156         (!BN_to_felem(pre->g_pre_comp[1][2], group->generator->Z)))
2157         goto err;
2158     /* compute 2^130*G, 2^260*G, 2^390*G */
2159     for (i = 1; i <= 4; i <<= 1) {
2160         point_double(pre->g_pre_comp[2 * i][0], pre->g_pre_comp[2 * i][1],
2161                      pre->g_pre_comp[2 * i][2], pre->g_pre_comp[i][0],
2162                      pre->g_pre_comp[i][1], pre->g_pre_comp[i][2]);
2163         for (j = 0; j < 129; ++j) {
2164             point_double(pre->g_pre_comp[2 * i][0],
2165                          pre->g_pre_comp[2 * i][1],
2166                          pre->g_pre_comp[2 * i][2],
2167                          pre->g_pre_comp[2 * i][0],
2168                          pre->g_pre_comp[2 * i][1],
2169                          pre->g_pre_comp[2 * i][2]);
2170         }
2171     }
2172     /* g_pre_comp[0] is the point at infinity */
2173     memset(pre->g_pre_comp[0], 0, sizeof(pre->g_pre_comp[0]));
2174     /* the remaining multiples */
2175     /* 2^130*G + 2^260*G */
2176     point_add(pre->g_pre_comp[6][0], pre->g_pre_comp[6][1],
2177               pre->g_pre_comp[6][2], pre->g_pre_comp[4][0],
2178               pre->g_pre_comp[4][1], pre->g_pre_comp[4][2],
2179               0, pre->g_pre_comp[2][0], pre->g_pre_comp[2][1],
2180               pre->g_pre_comp[2][2]);
2181     /* 2^130*G + 2^390*G */
2182     point_add(pre->g_pre_comp[10][0], pre->g_pre_comp[10][1],
2183               pre->g_pre_comp[10][2], pre->g_pre_comp[8][0],
2184               pre->g_pre_comp[8][1], pre->g_pre_comp[8][2],
2185               0, pre->g_pre_comp[2][0], pre->g_pre_comp[2][1],
2186               pre->g_pre_comp[2][2]);
2187     /* 2^260*G + 2^390*G */
2188     point_add(pre->g_pre_comp[12][0], pre->g_pre_comp[12][1],
2189               pre->g_pre_comp[12][2], pre->g_pre_comp[8][0],
2190               pre->g_pre_comp[8][1], pre->g_pre_comp[8][2],
2191               0, pre->g_pre_comp[4][0], pre->g_pre_comp[4][1],
2192               pre->g_pre_comp[4][2]);
2193     /* 2^130*G + 2^260*G + 2^390*G */
2194     point_add(pre->g_pre_comp[14][0], pre->g_pre_comp[14][1],
2195               pre->g_pre_comp[14][2], pre->g_pre_comp[12][0],
2196               pre->g_pre_comp[12][1], pre->g_pre_comp[12][2],
2197               0, pre->g_pre_comp[2][0], pre->g_pre_comp[2][1],
2198               pre->g_pre_comp[2][2]);
2199     for (i = 1; i < 8; ++i) {
2200         /* odd multiples: add G */
2201         point_add(pre->g_pre_comp[2 * i + 1][0],
2202                   pre->g_pre_comp[2 * i + 1][1],
2203                   pre->g_pre_comp[2 * i + 1][2], pre->g_pre_comp[2 * i][0],
2204                   pre->g_pre_comp[2 * i][1], pre->g_pre_comp[2 * i][2], 0,
2205                   pre->g_pre_comp[1][0], pre->g_pre_comp[1][1],
2206                   pre->g_pre_comp[1][2]);
2207     }
2208     make_points_affine(15, &(pre->g_pre_comp[1]), tmp_felems);
2209
2210  done:
2211     SETPRECOMP(group, nistp521, pre);
2212     ret = 1;
2213     pre = NULL;
2214  err:
2215     BN_CTX_end(ctx);
2216     EC_POINT_free(generator);
2217 #ifndef FIPS_MODULE
2218     BN_CTX_free(new_ctx);
2219 #endif
2220     EC_nistp521_pre_comp_free(pre);
2221     return ret;
2222 }
2223
2224 int ossl_ec_GFp_nistp521_have_precompute_mult(const EC_GROUP *group)
2225 {
2226     return HAVEPRECOMP(group, nistp521);
2227 }