1609c4bbf7aaefce3f9354bfb2c0a0bb94e49ad2
[openssl.git] / crypto / ec / ecp_nistz256.c
1 /*
2  * Copyright 2014-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  * Copyright (c) 2014, Intel Corporation. All Rights Reserved.
4  * Copyright (c) 2015, CloudFlare, Inc.
5  *
6  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
7  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
8  * in the file LICENSE in the source distribution or at
9  * https://www.openssl.org/source/license.html
10  *
11  * Originally written by Shay Gueron (1, 2), and Vlad Krasnov (1, 3)
12  * (1) Intel Corporation, Israel Development Center, Haifa, Israel
13  * (2) University of Haifa, Israel
14  * (3) CloudFlare, Inc.
15  *
16  * Reference:
17  * S.Gueron and V.Krasnov, "Fast Prime Field Elliptic Curve Cryptography with
18  *                          256 Bit Primes"
19  */
20
21 #include <string.h>
22
23 #include "internal/cryptlib.h"
24 #include "crypto/bn.h"
25 #include "ec_local.h"
26 #include "internal/refcount.h"
27
28 #if BN_BITS2 != 64
29 # define TOBN(hi,lo)    lo,hi
30 #else
31 # define TOBN(hi,lo)    ((BN_ULONG)hi<<32|lo)
32 #endif
33
34 #if defined(__GNUC__)
35 # define ALIGN32        __attribute((aligned(32)))
36 #elif defined(_MSC_VER)
37 # define ALIGN32        __declspec(align(32))
38 #else
39 # define ALIGN32
40 #endif
41
42 #define ALIGNPTR(p,N)   ((unsigned char *)p+N-(size_t)p%N)
43 #define P256_LIMBS      (256/BN_BITS2)
44
45 typedef unsigned short u16;
46
47 typedef struct {
48     BN_ULONG X[P256_LIMBS];
49     BN_ULONG Y[P256_LIMBS];
50     BN_ULONG Z[P256_LIMBS];
51 } P256_POINT;
52
53 typedef struct {
54     BN_ULONG X[P256_LIMBS];
55     BN_ULONG Y[P256_LIMBS];
56 } P256_POINT_AFFINE;
57
58 typedef P256_POINT_AFFINE PRECOMP256_ROW[64];
59
60 /* structure for precomputed multiples of the generator */
61 struct nistz256_pre_comp_st {
62     const EC_GROUP *group;      /* Parent EC_GROUP object */
63     size_t w;                   /* Window size */
64     /*
65      * Constant time access to the X and Y coordinates of the pre-computed,
66      * generator multiplies, in the Montgomery domain. Pre-calculated
67      * multiplies are stored in affine form.
68      */
69     PRECOMP256_ROW *precomp;
70     void *precomp_storage;
71     CRYPTO_REF_COUNT references;
72     CRYPTO_RWLOCK *lock;
73 };
74
75 /* Functions implemented in assembly */
76 /*
77  * Most of below mentioned functions *preserve* the property of inputs
78  * being fully reduced, i.e. being in [0, modulus) range. Simply put if
79  * inputs are fully reduced, then output is too. Note that reverse is
80  * not true, in sense that given partially reduced inputs output can be
81  * either, not unlikely reduced. And "most" in first sentence refers to
82  * the fact that given the calculations flow one can tolerate that
83  * addition, 1st function below, produces partially reduced result *if*
84  * multiplications by 2 and 3, which customarily use addition, fully
85  * reduce it. This effectively gives two options: a) addition produces
86  * fully reduced result [as long as inputs are, just like remaining
87  * functions]; b) addition is allowed to produce partially reduced
88  * result, but multiplications by 2 and 3 perform additional reduction
89  * step. Choice between the two can be platform-specific, but it was a)
90  * in all cases so far...
91  */
92 /* Modular add: res = a+b mod P   */
93 void ecp_nistz256_add(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
94                       const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
95                       const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
96 /* Modular mul by 2: res = 2*a mod P */
97 void ecp_nistz256_mul_by_2(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
98                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
99 /* Modular mul by 3: res = 3*a mod P */
100 void ecp_nistz256_mul_by_3(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
101                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
102
103 /* Modular div by 2: res = a/2 mod P */
104 void ecp_nistz256_div_by_2(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
105                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
106 /* Modular sub: res = a-b mod P   */
107 void ecp_nistz256_sub(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
108                       const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
109                       const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
110 /* Modular neg: res = -a mod P    */
111 void ecp_nistz256_neg(BN_ULONG res[P256_LIMBS], const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
112 /* Montgomery mul: res = a*b*2^-256 mod P */
113 void ecp_nistz256_mul_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
114                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
115                            const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
116 /* Montgomery sqr: res = a*a*2^-256 mod P */
117 void ecp_nistz256_sqr_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
118                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
119 /* Convert a number from Montgomery domain, by multiplying with 1 */
120 void ecp_nistz256_from_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
121                             const BN_ULONG in[P256_LIMBS]);
122 /* Convert a number to Montgomery domain, by multiplying with 2^512 mod P*/
123 void ecp_nistz256_to_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
124                           const BN_ULONG in[P256_LIMBS]);
125 /* Functions that perform constant time access to the precomputed tables */
126 void ecp_nistz256_scatter_w5(P256_POINT *val,
127                              const P256_POINT *in_t, int idx);
128 void ecp_nistz256_gather_w5(P256_POINT *val,
129                             const P256_POINT *in_t, int idx);
130 void ecp_nistz256_scatter_w7(P256_POINT_AFFINE *val,
131                              const P256_POINT_AFFINE *in_t, int idx);
132 void ecp_nistz256_gather_w7(P256_POINT_AFFINE *val,
133                             const P256_POINT_AFFINE *in_t, int idx);
134
135 /* One converted into the Montgomery domain */
136 static const BN_ULONG ONE[P256_LIMBS] = {
137     TOBN(0x00000000, 0x00000001), TOBN(0xffffffff, 0x00000000),
138     TOBN(0xffffffff, 0xffffffff), TOBN(0x00000000, 0xfffffffe)
139 };
140
141 static NISTZ256_PRE_COMP *ecp_nistz256_pre_comp_new(const EC_GROUP *group);
142
143 /* Precomputed tables for the default generator */
144 extern const PRECOMP256_ROW ecp_nistz256_precomputed[37];
145
146 /* Recode window to a signed digit, see ecp_nistputil.c for details */
147 static unsigned int _booth_recode_w5(unsigned int in)
148 {
149     unsigned int s, d;
150
151     s = ~((in >> 5) - 1);
152     d = (1 << 6) - in - 1;
153     d = (d & s) | (in & ~s);
154     d = (d >> 1) + (d & 1);
155
156     return (d << 1) + (s & 1);
157 }
158
159 static unsigned int _booth_recode_w7(unsigned int in)
160 {
161     unsigned int s, d;
162
163     s = ~((in >> 7) - 1);
164     d = (1 << 8) - in - 1;
165     d = (d & s) | (in & ~s);
166     d = (d >> 1) + (d & 1);
167
168     return (d << 1) + (s & 1);
169 }
170
171 static void copy_conditional(BN_ULONG dst[P256_LIMBS],
172                              const BN_ULONG src[P256_LIMBS], BN_ULONG move)
173 {
174     BN_ULONG mask1 = 0-move;
175     BN_ULONG mask2 = ~mask1;
176
177     dst[0] = (src[0] & mask1) ^ (dst[0] & mask2);
178     dst[1] = (src[1] & mask1) ^ (dst[1] & mask2);
179     dst[2] = (src[2] & mask1) ^ (dst[2] & mask2);
180     dst[3] = (src[3] & mask1) ^ (dst[3] & mask2);
181     if (P256_LIMBS == 8) {
182         dst[4] = (src[4] & mask1) ^ (dst[4] & mask2);
183         dst[5] = (src[5] & mask1) ^ (dst[5] & mask2);
184         dst[6] = (src[6] & mask1) ^ (dst[6] & mask2);
185         dst[7] = (src[7] & mask1) ^ (dst[7] & mask2);
186     }
187 }
188
189 static BN_ULONG is_zero(BN_ULONG in)
190 {
191     in |= (0 - in);
192     in = ~in;
193     in >>= BN_BITS2 - 1;
194     return in;
195 }
196
197 static BN_ULONG is_equal(const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
198                          const BN_ULONG b[P256_LIMBS])
199 {
200     BN_ULONG res;
201
202     res = a[0] ^ b[0];
203     res |= a[1] ^ b[1];
204     res |= a[2] ^ b[2];
205     res |= a[3] ^ b[3];
206     if (P256_LIMBS == 8) {
207         res |= a[4] ^ b[4];
208         res |= a[5] ^ b[5];
209         res |= a[6] ^ b[6];
210         res |= a[7] ^ b[7];
211     }
212
213     return is_zero(res);
214 }
215
216 static BN_ULONG is_one(const BIGNUM *z)
217 {
218     BN_ULONG res = 0;
219     BN_ULONG *a = bn_get_words(z);
220
221     if (bn_get_top(z) == (P256_LIMBS - P256_LIMBS / 8)) {
222         res = a[0] ^ ONE[0];
223         res |= a[1] ^ ONE[1];
224         res |= a[2] ^ ONE[2];
225         res |= a[3] ^ ONE[3];
226         if (P256_LIMBS == 8) {
227             res |= a[4] ^ ONE[4];
228             res |= a[5] ^ ONE[5];
229             res |= a[6] ^ ONE[6];
230             /*
231              * no check for a[7] (being zero) on 32-bit platforms,
232              * because value of "one" takes only 7 limbs.
233              */
234         }
235         res = is_zero(res);
236     }
237
238     return res;
239 }
240
241 /*
242  * For reference, this macro is used only when new ecp_nistz256 assembly
243  * module is being developed.  For example, configure with
244  * -DECP_NISTZ256_REFERENCE_IMPLEMENTATION and implement only functions
245  * performing simplest arithmetic operations on 256-bit vectors. Then
246  * work on implementation of higher-level functions performing point
247  * operations. Then remove ECP_NISTZ256_REFERENCE_IMPLEMENTATION
248  * and never define it again. (The correct macro denoting presence of
249  * ecp_nistz256 module is ECP_NISTZ256_ASM.)
250  */
251 #ifndef ECP_NISTZ256_REFERENCE_IMPLEMENTATION
252 void ecp_nistz256_point_double(P256_POINT *r, const P256_POINT *a);
253 void ecp_nistz256_point_add(P256_POINT *r,
254                             const P256_POINT *a, const P256_POINT *b);
255 void ecp_nistz256_point_add_affine(P256_POINT *r,
256                                    const P256_POINT *a,
257                                    const P256_POINT_AFFINE *b);
258 #else
259 /* Point double: r = 2*a */
260 static void ecp_nistz256_point_double(P256_POINT *r, const P256_POINT *a)
261 {
262     BN_ULONG S[P256_LIMBS];
263     BN_ULONG M[P256_LIMBS];
264     BN_ULONG Zsqr[P256_LIMBS];
265     BN_ULONG tmp0[P256_LIMBS];
266
267     const BN_ULONG *in_x = a->X;
268     const BN_ULONG *in_y = a->Y;
269     const BN_ULONG *in_z = a->Z;
270
271     BN_ULONG *res_x = r->X;
272     BN_ULONG *res_y = r->Y;
273     BN_ULONG *res_z = r->Z;
274
275     ecp_nistz256_mul_by_2(S, in_y);
276
277     ecp_nistz256_sqr_mont(Zsqr, in_z);
278
279     ecp_nistz256_sqr_mont(S, S);
280
281     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, in_z, in_y);
282     ecp_nistz256_mul_by_2(res_z, res_z);
283
284     ecp_nistz256_add(M, in_x, Zsqr);
285     ecp_nistz256_sub(Zsqr, in_x, Zsqr);
286
287     ecp_nistz256_sqr_mont(res_y, S);
288     ecp_nistz256_div_by_2(res_y, res_y);
289
290     ecp_nistz256_mul_mont(M, M, Zsqr);
291     ecp_nistz256_mul_by_3(M, M);
292
293     ecp_nistz256_mul_mont(S, S, in_x);
294     ecp_nistz256_mul_by_2(tmp0, S);
295
296     ecp_nistz256_sqr_mont(res_x, M);
297
298     ecp_nistz256_sub(res_x, res_x, tmp0);
299     ecp_nistz256_sub(S, S, res_x);
300
301     ecp_nistz256_mul_mont(S, S, M);
302     ecp_nistz256_sub(res_y, S, res_y);
303 }
304
305 /* Point addition: r = a+b */
306 static void ecp_nistz256_point_add(P256_POINT *r,
307                                    const P256_POINT *a, const P256_POINT *b)
308 {
309     BN_ULONG U2[P256_LIMBS], S2[P256_LIMBS];
310     BN_ULONG U1[P256_LIMBS], S1[P256_LIMBS];
311     BN_ULONG Z1sqr[P256_LIMBS];
312     BN_ULONG Z2sqr[P256_LIMBS];
313     BN_ULONG H[P256_LIMBS], R[P256_LIMBS];
314     BN_ULONG Hsqr[P256_LIMBS];
315     BN_ULONG Rsqr[P256_LIMBS];
316     BN_ULONG Hcub[P256_LIMBS];
317
318     BN_ULONG res_x[P256_LIMBS];
319     BN_ULONG res_y[P256_LIMBS];
320     BN_ULONG res_z[P256_LIMBS];
321
322     BN_ULONG in1infty, in2infty;
323
324     const BN_ULONG *in1_x = a->X;
325     const BN_ULONG *in1_y = a->Y;
326     const BN_ULONG *in1_z = a->Z;
327
328     const BN_ULONG *in2_x = b->X;
329     const BN_ULONG *in2_y = b->Y;
330     const BN_ULONG *in2_z = b->Z;
331
332     /*
333      * Infinity in encoded as (,,0)
334      */
335     in1infty = (in1_z[0] | in1_z[1] | in1_z[2] | in1_z[3]);
336     if (P256_LIMBS == 8)
337         in1infty |= (in1_z[4] | in1_z[5] | in1_z[6] | in1_z[7]);
338
339     in2infty = (in2_z[0] | in2_z[1] | in2_z[2] | in2_z[3]);
340     if (P256_LIMBS == 8)
341         in2infty |= (in2_z[4] | in2_z[5] | in2_z[6] | in2_z[7]);
342
343     in1infty = is_zero(in1infty);
344     in2infty = is_zero(in2infty);
345
346     ecp_nistz256_sqr_mont(Z2sqr, in2_z);        /* Z2^2 */
347     ecp_nistz256_sqr_mont(Z1sqr, in1_z);        /* Z1^2 */
348
349     ecp_nistz256_mul_mont(S1, Z2sqr, in2_z);    /* S1 = Z2^3 */
350     ecp_nistz256_mul_mont(S2, Z1sqr, in1_z);    /* S2 = Z1^3 */
351
352     ecp_nistz256_mul_mont(S1, S1, in1_y);       /* S1 = Y1*Z2^3 */
353     ecp_nistz256_mul_mont(S2, S2, in2_y);       /* S2 = Y2*Z1^3 */
354     ecp_nistz256_sub(R, S2, S1);                /* R = S2 - S1 */
355
356     ecp_nistz256_mul_mont(U1, in1_x, Z2sqr);    /* U1 = X1*Z2^2 */
357     ecp_nistz256_mul_mont(U2, in2_x, Z1sqr);    /* U2 = X2*Z1^2 */
358     ecp_nistz256_sub(H, U2, U1);                /* H = U2 - U1 */
359
360     /*
361      * The formulae are incorrect if the points are equal so we check for
362      * this and do doubling if this happens.
363      *
364      * Points here are in Jacobian projective coordinates (Xi, Yi, Zi)
365      * that are bound to the affine coordinates (xi, yi) by the following
366      * equations:
367      *     - xi = Xi / (Zi)^2
368      *     - y1 = Yi / (Zi)^3
369      *
370      * For the sake of optimization, the algorithm operates over
371      * intermediate variables U1, U2 and S1, S2 that are derived from
372      * the projective coordinates:
373      *     - U1 = X1 * (Z2)^2 ; U2 = X2 * (Z1)^2
374      *     - S1 = Y1 * (Z2)^3 ; S2 = Y2 * (Z1)^3
375      *
376      * It is easy to prove that is_equal(U1, U2) implies that the affine
377      * x-coordinates are equal, or either point is at infinity.
378      * Likewise is_equal(S1, S2) implies that the affine y-coordinates are
379      * equal, or either point is at infinity.
380      *
381      * The special case of either point being the point at infinity (Z1 or Z2
382      * is zero), is handled separately later on in this function, so we avoid
383      * jumping to point_double here in those special cases.
384      *
385      * When both points are inverse of each other, we know that the affine
386      * x-coordinates are equal, and the y-coordinates have different sign.
387      * Therefore since U1 = U2, we know H = 0, and therefore Z3 = H*Z1*Z2
388      * will equal 0, thus the result is infinity, if we simply let this
389      * function continue normally.
390      *
391      * We use bitwise operations to avoid potential side-channels introduced by
392      * the short-circuiting behaviour of boolean operators.
393      */
394     if (is_equal(U1, U2) & ~in1infty & ~in2infty & is_equal(S1, S2)) {
395         /*
396          * This is obviously not constant-time but it should never happen during
397          * single point multiplication, so there is no timing leak for ECDH or
398          * ECDSA signing.
399          */
400         ecp_nistz256_point_double(r, a);
401         return;
402     }
403
404     ecp_nistz256_sqr_mont(Rsqr, R);             /* R^2 */
405     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, H, in1_z);     /* Z3 = H*Z1*Z2 */
406     ecp_nistz256_sqr_mont(Hsqr, H);             /* H^2 */
407     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, res_z, in2_z); /* Z3 = H*Z1*Z2 */
408     ecp_nistz256_mul_mont(Hcub, Hsqr, H);       /* H^3 */
409
410     ecp_nistz256_mul_mont(U2, U1, Hsqr);        /* U1*H^2 */
411     ecp_nistz256_mul_by_2(Hsqr, U2);            /* 2*U1*H^2 */
412
413     ecp_nistz256_sub(res_x, Rsqr, Hsqr);
414     ecp_nistz256_sub(res_x, res_x, Hcub);
415
416     ecp_nistz256_sub(res_y, U2, res_x);
417
418     ecp_nistz256_mul_mont(S2, S1, Hcub);
419     ecp_nistz256_mul_mont(res_y, R, res_y);
420     ecp_nistz256_sub(res_y, res_y, S2);
421
422     copy_conditional(res_x, in2_x, in1infty);
423     copy_conditional(res_y, in2_y, in1infty);
424     copy_conditional(res_z, in2_z, in1infty);
425
426     copy_conditional(res_x, in1_x, in2infty);
427     copy_conditional(res_y, in1_y, in2infty);
428     copy_conditional(res_z, in1_z, in2infty);
429
430     memcpy(r->X, res_x, sizeof(res_x));
431     memcpy(r->Y, res_y, sizeof(res_y));
432     memcpy(r->Z, res_z, sizeof(res_z));
433 }
434
435 /* Point addition when b is known to be affine: r = a+b */
436 static void ecp_nistz256_point_add_affine(P256_POINT *r,
437                                           const P256_POINT *a,
438                                           const P256_POINT_AFFINE *b)
439 {
440     BN_ULONG U2[P256_LIMBS], S2[P256_LIMBS];
441     BN_ULONG Z1sqr[P256_LIMBS];
442     BN_ULONG H[P256_LIMBS], R[P256_LIMBS];
443     BN_ULONG Hsqr[P256_LIMBS];
444     BN_ULONG Rsqr[P256_LIMBS];
445     BN_ULONG Hcub[P256_LIMBS];
446
447     BN_ULONG res_x[P256_LIMBS];
448     BN_ULONG res_y[P256_LIMBS];
449     BN_ULONG res_z[P256_LIMBS];
450
451     BN_ULONG in1infty, in2infty;
452
453     const BN_ULONG *in1_x = a->X;
454     const BN_ULONG *in1_y = a->Y;
455     const BN_ULONG *in1_z = a->Z;
456
457     const BN_ULONG *in2_x = b->X;
458     const BN_ULONG *in2_y = b->Y;
459
460     /*
461      * Infinity in encoded as (,,0)
462      */
463     in1infty = (in1_z[0] | in1_z[1] | in1_z[2] | in1_z[3]);
464     if (P256_LIMBS == 8)
465         in1infty |= (in1_z[4] | in1_z[5] | in1_z[6] | in1_z[7]);
466
467     /*
468      * In affine representation we encode infinity as (0,0), which is
469      * not on the curve, so it is OK
470      */
471     in2infty = (in2_x[0] | in2_x[1] | in2_x[2] | in2_x[3] |
472                 in2_y[0] | in2_y[1] | in2_y[2] | in2_y[3]);
473     if (P256_LIMBS == 8)
474         in2infty |= (in2_x[4] | in2_x[5] | in2_x[6] | in2_x[7] |
475                      in2_y[4] | in2_y[5] | in2_y[6] | in2_y[7]);
476
477     in1infty = is_zero(in1infty);
478     in2infty = is_zero(in2infty);
479
480     ecp_nistz256_sqr_mont(Z1sqr, in1_z);        /* Z1^2 */
481
482     ecp_nistz256_mul_mont(U2, in2_x, Z1sqr);    /* U2 = X2*Z1^2 */
483     ecp_nistz256_sub(H, U2, in1_x);             /* H = U2 - U1 */
484
485     ecp_nistz256_mul_mont(S2, Z1sqr, in1_z);    /* S2 = Z1^3 */
486
487     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, H, in1_z);     /* Z3 = H*Z1*Z2 */
488
489     ecp_nistz256_mul_mont(S2, S2, in2_y);       /* S2 = Y2*Z1^3 */
490     ecp_nistz256_sub(R, S2, in1_y);             /* R = S2 - S1 */
491
492     ecp_nistz256_sqr_mont(Hsqr, H);             /* H^2 */
493     ecp_nistz256_sqr_mont(Rsqr, R);             /* R^2 */
494     ecp_nistz256_mul_mont(Hcub, Hsqr, H);       /* H^3 */
495
496     ecp_nistz256_mul_mont(U2, in1_x, Hsqr);     /* U1*H^2 */
497     ecp_nistz256_mul_by_2(Hsqr, U2);            /* 2*U1*H^2 */
498
499     ecp_nistz256_sub(res_x, Rsqr, Hsqr);
500     ecp_nistz256_sub(res_x, res_x, Hcub);
501     ecp_nistz256_sub(H, U2, res_x);
502
503     ecp_nistz256_mul_mont(S2, in1_y, Hcub);
504     ecp_nistz256_mul_mont(H, H, R);
505     ecp_nistz256_sub(res_y, H, S2);
506
507     copy_conditional(res_x, in2_x, in1infty);
508     copy_conditional(res_x, in1_x, in2infty);
509
510     copy_conditional(res_y, in2_y, in1infty);
511     copy_conditional(res_y, in1_y, in2infty);
512
513     copy_conditional(res_z, ONE, in1infty);
514     copy_conditional(res_z, in1_z, in2infty);
515
516     memcpy(r->X, res_x, sizeof(res_x));
517     memcpy(r->Y, res_y, sizeof(res_y));
518     memcpy(r->Z, res_z, sizeof(res_z));
519 }
520 #endif
521
522 /* r = in^-1 mod p */
523 static void ecp_nistz256_mod_inverse(BN_ULONG r[P256_LIMBS],
524                                      const BN_ULONG in[P256_LIMBS])
525 {
526     /*
527      * The poly is ffffffff 00000001 00000000 00000000 00000000 ffffffff
528      * ffffffff ffffffff We use FLT and used poly-2 as exponent
529      */
530     BN_ULONG p2[P256_LIMBS];
531     BN_ULONG p4[P256_LIMBS];
532     BN_ULONG p8[P256_LIMBS];
533     BN_ULONG p16[P256_LIMBS];
534     BN_ULONG p32[P256_LIMBS];
535     BN_ULONG res[P256_LIMBS];
536     int i;
537
538     ecp_nistz256_sqr_mont(res, in);
539     ecp_nistz256_mul_mont(p2, res, in);         /* 3*p */
540
541     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p2);
542     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
543     ecp_nistz256_mul_mont(p4, res, p2);         /* f*p */
544
545     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p4);
546     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
547     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
548     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
549     ecp_nistz256_mul_mont(p8, res, p4);         /* ff*p */
550
551     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p8);
552     for (i = 0; i < 7; i++)
553         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
554     ecp_nistz256_mul_mont(p16, res, p8);        /* ffff*p */
555
556     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p16);
557     for (i = 0; i < 15; i++)
558         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
559     ecp_nistz256_mul_mont(p32, res, p16);       /* ffffffff*p */
560
561     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p32);
562     for (i = 0; i < 31; i++)
563         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
564     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, in);
565
566     for (i = 0; i < 32 * 4; i++)
567         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
568     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p32);
569
570     for (i = 0; i < 32; i++)
571         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
572     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p32);
573
574     for (i = 0; i < 16; i++)
575         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
576     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p16);
577
578     for (i = 0; i < 8; i++)
579         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
580     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p8);
581
582     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
583     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
584     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
585     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
586     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p4);
587
588     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
589     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
590     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p2);
591
592     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
593     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
594     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, in);
595
596     memcpy(r, res, sizeof(res));
597 }
598
599 /*
600  * ecp_nistz256_bignum_to_field_elem copies the contents of |in| to |out| and
601  * returns one if it fits. Otherwise it returns zero.
602  */
603 __owur static int ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(BN_ULONG out[P256_LIMBS],
604                                                     const BIGNUM *in)
605 {
606     return bn_copy_words(out, in, P256_LIMBS);
607 }
608
609 /* r = sum(scalar[i]*point[i]) */
610 __owur static int ecp_nistz256_windowed_mul(const EC_GROUP *group,
611                                             P256_POINT *r,
612                                             const BIGNUM **scalar,
613                                             const EC_POINT **point,
614                                             size_t num, BN_CTX *ctx)
615 {
616     size_t i;
617     int j, ret = 0;
618     unsigned int idx;
619     unsigned char (*p_str)[33] = NULL;
620     const unsigned int window_size = 5;
621     const unsigned int mask = (1 << (window_size + 1)) - 1;
622     unsigned int wvalue;
623     P256_POINT *temp;           /* place for 5 temporary points */
624     const BIGNUM **scalars = NULL;
625     P256_POINT (*table)[16] = NULL;
626     void *table_storage = NULL;
627
628     if ((num * 16 + 6) > OPENSSL_MALLOC_MAX_NELEMS(P256_POINT)
629         || (table_storage =
630             OPENSSL_malloc((num * 16 + 5) * sizeof(P256_POINT) + 64)) == NULL
631         || (p_str =
632             OPENSSL_malloc(num * 33 * sizeof(unsigned char))) == NULL
633         || (scalars = OPENSSL_malloc(num * sizeof(BIGNUM *))) == NULL) {
634         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_WINDOWED_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
635         goto err;
636     }
637
638     table = (void *)ALIGNPTR(table_storage, 64);
639     temp = (P256_POINT *)(table + num);
640
641     for (i = 0; i < num; i++) {
642         P256_POINT *row = table[i];
643
644         /* This is an unusual input, we don't guarantee constant-timeness. */
645         if ((BN_num_bits(scalar[i]) > 256) || BN_is_negative(scalar[i])) {
646             BIGNUM *mod;
647
648             if ((mod = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)
649                 goto err;
650             if (!BN_nnmod(mod, scalar[i], group->order, ctx)) {
651                 ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_WINDOWED_MUL, ERR_R_BN_LIB);
652                 goto err;
653             }
654             scalars[i] = mod;
655         } else
656             scalars[i] = scalar[i];
657
658         for (j = 0; j < bn_get_top(scalars[i]) * BN_BYTES; j += BN_BYTES) {
659             BN_ULONG d = bn_get_words(scalars[i])[j / BN_BYTES];
660
661             p_str[i][j + 0] = (unsigned char)d;
662             p_str[i][j + 1] = (unsigned char)(d >> 8);
663             p_str[i][j + 2] = (unsigned char)(d >> 16);
664             p_str[i][j + 3] = (unsigned char)(d >>= 24);
665             if (BN_BYTES == 8) {
666                 d >>= 8;
667                 p_str[i][j + 4] = (unsigned char)d;
668                 p_str[i][j + 5] = (unsigned char)(d >> 8);
669                 p_str[i][j + 6] = (unsigned char)(d >> 16);
670                 p_str[i][j + 7] = (unsigned char)(d >> 24);
671             }
672         }
673         for (; j < 33; j++)
674             p_str[i][j] = 0;
675
676         if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp[0].X, point[i]->X)
677             || !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp[0].Y, point[i]->Y)
678             || !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp[0].Z, point[i]->Z)) {
679             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_WINDOWED_MUL,
680                   EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
681             goto err;
682         }
683
684         /*
685          * row[0] is implicitly (0,0,0) (the point at infinity), therefore it
686          * is not stored. All other values are actually stored with an offset
687          * of -1 in table.
688          */
689
690         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[0], 1);
691         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[0]);              /*1+1=2  */
692         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 2);
693         ecp_nistz256_point_add   (&temp[2], &temp[1], &temp[0]);    /*2+1=3  */
694         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 3);
695         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[1]);              /*2*2=4  */
696         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 4);
697         ecp_nistz256_point_double(&temp[2], &temp[2]);              /*2*3=6  */
698         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 6);
699         ecp_nistz256_point_add   (&temp[3], &temp[1], &temp[0]);    /*4+1=5  */
700         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[3], 5);
701         ecp_nistz256_point_add   (&temp[4], &temp[2], &temp[0]);    /*6+1=7  */
702         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[4], 7);
703         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[1]);              /*2*4=8  */
704         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 8);
705         ecp_nistz256_point_double(&temp[2], &temp[2]);              /*2*6=12 */
706         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 12);
707         ecp_nistz256_point_double(&temp[3], &temp[3]);              /*2*5=10 */
708         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[3], 10);
709         ecp_nistz256_point_double(&temp[4], &temp[4]);              /*2*7=14 */
710         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[4], 14);
711         ecp_nistz256_point_add   (&temp[2], &temp[2], &temp[0]);    /*12+1=13*/
712         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 13);
713         ecp_nistz256_point_add   (&temp[3], &temp[3], &temp[0]);    /*10+1=11*/
714         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[3], 11);
715         ecp_nistz256_point_add   (&temp[4], &temp[4], &temp[0]);    /*14+1=15*/
716         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[4], 15);
717         ecp_nistz256_point_add   (&temp[2], &temp[1], &temp[0]);    /*8+1=9  */
718         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 9);
719         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[1]);              /*2*8=16 */
720         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 16);
721     }
722
723     idx = 255;
724
725     wvalue = p_str[0][(idx - 1) / 8];
726     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
727
728     /*
729      * We gather to temp[0], because we know it's position relative
730      * to table
731      */
732     ecp_nistz256_gather_w5(&temp[0], table[0], _booth_recode_w5(wvalue) >> 1);
733     memcpy(r, &temp[0], sizeof(temp[0]));
734
735     while (idx >= 5) {
736         for (i = (idx == 255 ? 1 : 0); i < num; i++) {
737             unsigned int off = (idx - 1) / 8;
738
739             wvalue = p_str[i][off] | p_str[i][off + 1] << 8;
740             wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
741
742             wvalue = _booth_recode_w5(wvalue);
743
744             ecp_nistz256_gather_w5(&temp[0], table[i], wvalue >> 1);
745
746             ecp_nistz256_neg(temp[1].Y, temp[0].Y);
747             copy_conditional(temp[0].Y, temp[1].Y, (wvalue & 1));
748
749             ecp_nistz256_point_add(r, r, &temp[0]);
750         }
751
752         idx -= window_size;
753
754         ecp_nistz256_point_double(r, r);
755         ecp_nistz256_point_double(r, r);
756         ecp_nistz256_point_double(r, r);
757         ecp_nistz256_point_double(r, r);
758         ecp_nistz256_point_double(r, r);
759     }
760
761     /* Final window */
762     for (i = 0; i < num; i++) {
763         wvalue = p_str[i][0];
764         wvalue = (wvalue << 1) & mask;
765
766         wvalue = _booth_recode_w5(wvalue);
767
768         ecp_nistz256_gather_w5(&temp[0], table[i], wvalue >> 1);
769
770         ecp_nistz256_neg(temp[1].Y, temp[0].Y);
771         copy_conditional(temp[0].Y, temp[1].Y, wvalue & 1);
772
773         ecp_nistz256_point_add(r, r, &temp[0]);
774     }
775
776     ret = 1;
777  err:
778     OPENSSL_free(table_storage);
779     OPENSSL_free(p_str);
780     OPENSSL_free(scalars);
781     return ret;
782 }
783
784 /* Coordinates of G, for which we have precomputed tables */
785 static const BN_ULONG def_xG[P256_LIMBS] = {
786     TOBN(0x79e730d4, 0x18a9143c), TOBN(0x75ba95fc, 0x5fedb601),
787     TOBN(0x79fb732b, 0x77622510), TOBN(0x18905f76, 0xa53755c6)
788 };
789
790 static const BN_ULONG def_yG[P256_LIMBS] = {
791     TOBN(0xddf25357, 0xce95560a), TOBN(0x8b4ab8e4, 0xba19e45c),
792     TOBN(0xd2e88688, 0xdd21f325), TOBN(0x8571ff18, 0x25885d85)
793 };
794
795 /*
796  * ecp_nistz256_is_affine_G returns one if |generator| is the standard, P-256
797  * generator.
798  */
799 static int ecp_nistz256_is_affine_G(const EC_POINT *generator)
800 {
801     return (bn_get_top(generator->X) == P256_LIMBS) &&
802         (bn_get_top(generator->Y) == P256_LIMBS) &&
803         is_equal(bn_get_words(generator->X), def_xG) &&
804         is_equal(bn_get_words(generator->Y), def_yG) &&
805         is_one(generator->Z);
806 }
807
808 __owur static int ecp_nistz256_mult_precompute(EC_GROUP *group, BN_CTX *ctx)
809 {
810     /*
811      * We precompute a table for a Booth encoded exponent (wNAF) based
812      * computation. Each table holds 64 values for safe access, with an
813      * implicit value of infinity at index zero. We use window of size 7, and
814      * therefore require ceil(256/7) = 37 tables.
815      */
816     const BIGNUM *order;
817     EC_POINT *P = NULL, *T = NULL;
818     const EC_POINT *generator;
819     NISTZ256_PRE_COMP *pre_comp;
820     BN_CTX *new_ctx = NULL;
821     int i, j, k, ret = 0;
822     size_t w;
823
824     PRECOMP256_ROW *preComputedTable = NULL;
825     unsigned char *precomp_storage = NULL;
826
827     /* if there is an old NISTZ256_PRE_COMP object, throw it away */
828     EC_pre_comp_free(group);
829     generator = EC_GROUP_get0_generator(group);
830     if (generator == NULL) {
831         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE, EC_R_UNDEFINED_GENERATOR);
832         return 0;
833     }
834
835     if (ecp_nistz256_is_affine_G(generator)) {
836         /*
837          * No need to calculate tables for the standard generator because we
838          * have them statically.
839          */
840         return 1;
841     }
842
843     if ((pre_comp = ecp_nistz256_pre_comp_new(group)) == NULL)
844         return 0;
845
846     if (ctx == NULL) {
847         ctx = new_ctx = BN_CTX_new_ex(group->libctx);
848         if (ctx == NULL)
849             goto err;
850     }
851
852     BN_CTX_start(ctx);
853
854     order = EC_GROUP_get0_order(group);
855     if (order == NULL)
856         goto err;
857
858     if (BN_is_zero(order)) {
859         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE, EC_R_UNKNOWN_ORDER);
860         goto err;
861     }
862
863     w = 7;
864
865     if ((precomp_storage =
866          OPENSSL_malloc(37 * 64 * sizeof(P256_POINT_AFFINE) + 64)) == NULL) {
867         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
868         goto err;
869     }
870
871     preComputedTable = (void *)ALIGNPTR(precomp_storage, 64);
872
873     P = EC_POINT_new(group);
874     T = EC_POINT_new(group);
875     if (P == NULL || T == NULL)
876         goto err;
877
878     /*
879      * The zero entry is implicitly infinity, and we skip it, storing other
880      * values with -1 offset.
881      */
882     if (!EC_POINT_copy(T, generator))
883         goto err;
884
885     for (k = 0; k < 64; k++) {
886         if (!EC_POINT_copy(P, T))
887             goto err;
888         for (j = 0; j < 37; j++) {
889             P256_POINT_AFFINE temp;
890             /*
891              * It would be faster to use EC_POINTs_make_affine and
892              * make multiple points affine at the same time.
893              */
894             if (!EC_POINT_make_affine(group, P, ctx))
895                 goto err;
896             if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp.X, P->X) ||
897                 !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp.Y, P->Y)) {
898                 ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE,
899                       EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
900                 goto err;
901             }
902             ecp_nistz256_scatter_w7(preComputedTable[j], &temp, k);
903             for (i = 0; i < 7; i++) {
904                 if (!EC_POINT_dbl(group, P, P, ctx))
905                     goto err;
906             }
907         }
908         if (!EC_POINT_add(group, T, T, generator, ctx))
909             goto err;
910     }
911
912     pre_comp->group = group;
913     pre_comp->w = w;
914     pre_comp->precomp = preComputedTable;
915     pre_comp->precomp_storage = precomp_storage;
916     precomp_storage = NULL;
917     SETPRECOMP(group, nistz256, pre_comp);
918     pre_comp = NULL;
919     ret = 1;
920
921  err:
922     BN_CTX_end(ctx);
923     BN_CTX_free(new_ctx);
924
925     EC_nistz256_pre_comp_free(pre_comp);
926     OPENSSL_free(precomp_storage);
927     EC_POINT_free(P);
928     EC_POINT_free(T);
929     return ret;
930 }
931
932 /*
933  * Note that by default ECP_NISTZ256_AVX2 is undefined. While it's great
934  * code processing 4 points in parallel, corresponding serial operation
935  * is several times slower, because it uses 29x29=58-bit multiplication
936  * as opposite to 64x64=128-bit in integer-only scalar case. As result
937  * it doesn't provide *significant* performance improvement. Note that
938  * just defining ECP_NISTZ256_AVX2 is not sufficient to make it work,
939  * you'd need to compile even asm/ecp_nistz256-avx.pl module.
940  */
941 #if defined(ECP_NISTZ256_AVX2)
942 # if !(defined(__x86_64) || defined(__x86_64__) || \
943        defined(_M_AMD64) || defined(_M_X64)) || \
944      !(defined(__GNUC__) || defined(_MSC_VER)) /* this is for ALIGN32 */
945 #  undef ECP_NISTZ256_AVX2
946 # else
947 /* Constant time access, loading four values, from four consecutive tables */
948 void ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(void *result, const void *in,
949                                        int index0, int index1, int index2,
950                                        int index3);
951 void ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(void *RESULTx4, const void *in);
952 void ecp_nistz256_avx2_convert_transpose_back(void *result, const void *Ax4);
953 void ecp_nistz256_avx2_point_add_affine_x4(void *RESULTx4, const void *Ax4,
954                                            const void *Bx4);
955 void ecp_nistz256_avx2_point_add_affines_x4(void *RESULTx4, const void *Ax4,
956                                             const void *Bx4);
957 void ecp_nistz256_avx2_to_mont(void *RESULTx4, const void *Ax4);
958 void ecp_nistz256_avx2_from_mont(void *RESULTx4, const void *Ax4);
959 void ecp_nistz256_avx2_set1(void *RESULTx4);
960 int ecp_nistz_avx2_eligible(void);
961
962 static void booth_recode_w7(unsigned char *sign,
963                             unsigned char *digit, unsigned char in)
964 {
965     unsigned char s, d;
966
967     s = ~((in >> 7) - 1);
968     d = (1 << 8) - in - 1;
969     d = (d & s) | (in & ~s);
970     d = (d >> 1) + (d & 1);
971
972     *sign = s & 1;
973     *digit = d;
974 }
975
976 /*
977  * ecp_nistz256_avx2_mul_g performs multiplication by G, using only the
978  * precomputed table. It does 4 affine point additions in parallel,
979  * significantly speeding up point multiplication for a fixed value.
980  */
981 static void ecp_nistz256_avx2_mul_g(P256_POINT *r,
982                                     unsigned char p_str[33],
983                                     const P256_POINT_AFFINE(*preComputedTable)[64])
984 {
985     const unsigned int window_size = 7;
986     const unsigned int mask = (1 << (window_size + 1)) - 1;
987     unsigned int wvalue;
988     /* Using 4 windows at a time */
989     unsigned char sign0, digit0;
990     unsigned char sign1, digit1;
991     unsigned char sign2, digit2;
992     unsigned char sign3, digit3;
993     unsigned int idx = 0;
994     BN_ULONG tmp[P256_LIMBS];
995     int i;
996
997     ALIGN32 BN_ULONG aX4[4 * 9 * 3] = { 0 };
998     ALIGN32 BN_ULONG bX4[4 * 9 * 2] = { 0 };
999     ALIGN32 P256_POINT_AFFINE point_arr[4];
1000     ALIGN32 P256_POINT res_point_arr[4];
1001
1002     /* Initial four windows */
1003     wvalue = *((u16 *) & p_str[0]);
1004     wvalue = (wvalue << 1) & mask;
1005     idx += window_size;
1006     booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
1007     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1008     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1009     idx += window_size;
1010     booth_recode_w7(&sign1, &digit1, wvalue);
1011     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1012     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1013     idx += window_size;
1014     booth_recode_w7(&sign2, &digit2, wvalue);
1015     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1016     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1017     idx += window_size;
1018     booth_recode_w7(&sign3, &digit3, wvalue);
1019
1020     ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(point_arr, preComputedTable[0],
1021                                       digit0, digit1, digit2, digit3);
1022
1023     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[0].Y);
1024     copy_conditional(point_arr[0].Y, tmp, sign0);
1025     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[1].Y);
1026     copy_conditional(point_arr[1].Y, tmp, sign1);
1027     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[2].Y);
1028     copy_conditional(point_arr[2].Y, tmp, sign2);
1029     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[3].Y);
1030     copy_conditional(point_arr[3].Y, tmp, sign3);
1031
1032     ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(aX4, point_arr);
1033     ecp_nistz256_avx2_to_mont(aX4, aX4);
1034     ecp_nistz256_avx2_to_mont(&aX4[4 * 9], &aX4[4 * 9]);
1035     ecp_nistz256_avx2_set1(&aX4[4 * 9 * 2]);
1036
1037     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1038     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1039     idx += window_size;
1040     booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
1041     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1042     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1043     idx += window_size;
1044     booth_recode_w7(&sign1, &digit1, wvalue);
1045     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1046     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1047     idx += window_size;
1048     booth_recode_w7(&sign2, &digit2, wvalue);
1049     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1050     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1051     idx += window_size;
1052     booth_recode_w7(&sign3, &digit3, wvalue);
1053
1054     ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(point_arr, preComputedTable[4 * 1],
1055                                       digit0, digit1, digit2, digit3);
1056
1057     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[0].Y);
1058     copy_conditional(point_arr[0].Y, tmp, sign0);
1059     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[1].Y);
1060     copy_conditional(point_arr[1].Y, tmp, sign1);
1061     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[2].Y);
1062     copy_conditional(point_arr[2].Y, tmp, sign2);
1063     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[3].Y);
1064     copy_conditional(point_arr[3].Y, tmp, sign3);
1065
1066     ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(bX4, point_arr);
1067     ecp_nistz256_avx2_to_mont(bX4, bX4);
1068     ecp_nistz256_avx2_to_mont(&bX4[4 * 9], &bX4[4 * 9]);
1069     /* Optimized when both inputs are affine */
1070     ecp_nistz256_avx2_point_add_affines_x4(aX4, aX4, bX4);
1071
1072     for (i = 2; i < 9; i++) {
1073         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1074         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1075         idx += window_size;
1076         booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
1077         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1078         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1079         idx += window_size;
1080         booth_recode_w7(&sign1, &digit1, wvalue);
1081         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1082         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1083         idx += window_size;
1084         booth_recode_w7(&sign2, &digit2, wvalue);
1085         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1086         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1087         idx += window_size;
1088         booth_recode_w7(&sign3, &digit3, wvalue);
1089
1090         ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(point_arr,
1091                                           preComputedTable[4 * i],
1092                                           digit0, digit1, digit2, digit3);
1093
1094         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[0].Y);
1095         copy_conditional(point_arr[0].Y, tmp, sign0);
1096         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[1].Y);
1097         copy_conditional(point_arr[1].Y, tmp, sign1);
1098         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[2].Y);
1099         copy_conditional(point_arr[2].Y, tmp, sign2);
1100         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[3].Y);
1101         copy_conditional(point_arr[3].Y, tmp, sign3);
1102
1103         ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(bX4, point_arr);
1104         ecp_nistz256_avx2_to_mont(bX4, bX4);
1105         ecp_nistz256_avx2_to_mont(&bX4[4 * 9], &bX4[4 * 9]);
1106
1107         ecp_nistz256_avx2_point_add_affine_x4(aX4, aX4, bX4);
1108     }
1109
1110     ecp_nistz256_avx2_from_mont(&aX4[4 * 9 * 0], &aX4[4 * 9 * 0]);
1111     ecp_nistz256_avx2_from_mont(&aX4[4 * 9 * 1], &aX4[4 * 9 * 1]);
1112     ecp_nistz256_avx2_from_mont(&aX4[4 * 9 * 2], &aX4[4 * 9 * 2]);
1113
1114     ecp_nistz256_avx2_convert_transpose_back(res_point_arr, aX4);
1115     /* Last window is performed serially */
1116     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1117     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1118     booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
1119     ecp_nistz256_gather_w7((P256_POINT_AFFINE *)r,
1120                            preComputedTable[36], digit0);
1121     ecp_nistz256_neg(tmp, r->Y);
1122     copy_conditional(r->Y, tmp, sign0);
1123     memcpy(r->Z, ONE, sizeof(ONE));
1124     /* Sum the four windows */
1125     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[0]);
1126     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[1]);
1127     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[2]);
1128     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[3]);
1129 }
1130 # endif
1131 #endif
1132
1133 __owur static int ecp_nistz256_set_from_affine(EC_POINT *out, const EC_GROUP *group,
1134                                                const P256_POINT_AFFINE *in,
1135                                                BN_CTX *ctx)
1136 {
1137     int ret = 0;
1138
1139     if ((ret = bn_set_words(out->X, in->X, P256_LIMBS))
1140         && (ret = bn_set_words(out->Y, in->Y, P256_LIMBS))
1141         && (ret = bn_set_words(out->Z, ONE, P256_LIMBS)))
1142         out->Z_is_one = 1;
1143
1144     return ret;
1145 }
1146
1147 /* r = scalar*G + sum(scalars[i]*points[i]) */
1148 __owur static int ecp_nistz256_points_mul(const EC_GROUP *group,
1149                                           EC_POINT *r,
1150                                           const BIGNUM *scalar,
1151                                           size_t num,
1152                                           const EC_POINT *points[],
1153                                           const BIGNUM *scalars[], BN_CTX *ctx)
1154 {
1155     int i = 0, ret = 0, no_precomp_for_generator = 0, p_is_infinity = 0;
1156     unsigned char p_str[33] = { 0 };
1157     const PRECOMP256_ROW *preComputedTable = NULL;
1158     const NISTZ256_PRE_COMP *pre_comp = NULL;
1159     const EC_POINT *generator = NULL;
1160     const BIGNUM **new_scalars = NULL;
1161     const EC_POINT **new_points = NULL;
1162     unsigned int idx = 0;
1163     const unsigned int window_size = 7;
1164     const unsigned int mask = (1 << (window_size + 1)) - 1;
1165     unsigned int wvalue;
1166     ALIGN32 union {
1167         P256_POINT p;
1168         P256_POINT_AFFINE a;
1169     } t, p;
1170     BIGNUM *tmp_scalar;
1171
1172     if ((num + 1) == 0 || (num + 1) > OPENSSL_MALLOC_MAX_NELEMS(void *)) {
1173         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1174         return 0;
1175     }
1176
1177     BN_CTX_start(ctx);
1178
1179     if (scalar) {
1180         generator = EC_GROUP_get0_generator(group);
1181         if (generator == NULL) {
1182             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, EC_R_UNDEFINED_GENERATOR);
1183             goto err;
1184         }
1185
1186         /* look if we can use precomputed multiples of generator */
1187         pre_comp = group->pre_comp.nistz256;
1188
1189         if (pre_comp) {
1190             /*
1191              * If there is a precomputed table for the generator, check that
1192              * it was generated with the same generator.
1193              */
1194             EC_POINT *pre_comp_generator = EC_POINT_new(group);
1195             if (pre_comp_generator == NULL)
1196                 goto err;
1197
1198             ecp_nistz256_gather_w7(&p.a, pre_comp->precomp[0], 1);
1199             if (!ecp_nistz256_set_from_affine(pre_comp_generator,
1200                                               group, &p.a, ctx)) {
1201                 EC_POINT_free(pre_comp_generator);
1202                 goto err;
1203             }
1204
1205             if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, pre_comp_generator, ctx))
1206                 preComputedTable = (const PRECOMP256_ROW *)pre_comp->precomp;
1207
1208             EC_POINT_free(pre_comp_generator);
1209         }
1210
1211         if (preComputedTable == NULL && ecp_nistz256_is_affine_G(generator)) {
1212             /*
1213              * If there is no precomputed data, but the generator is the
1214              * default, a hardcoded table of precomputed data is used. This
1215              * is because applications, such as Apache, do not use
1216              * EC_KEY_precompute_mult.
1217              */
1218             preComputedTable = ecp_nistz256_precomputed;
1219         }
1220
1221         if (preComputedTable) {
1222             if ((BN_num_bits(scalar) > 256)
1223                 || BN_is_negative(scalar)) {
1224                 if ((tmp_scalar = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)
1225                     goto err;
1226
1227                 if (!BN_nnmod(tmp_scalar, scalar, group->order, ctx)) {
1228                     ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
1229                     goto err;
1230                 }
1231                 scalar = tmp_scalar;
1232             }
1233
1234             for (i = 0; i < bn_get_top(scalar) * BN_BYTES; i += BN_BYTES) {
1235                 BN_ULONG d = bn_get_words(scalar)[i / BN_BYTES];
1236
1237                 p_str[i + 0] = (unsigned char)d;
1238                 p_str[i + 1] = (unsigned char)(d >> 8);
1239                 p_str[i + 2] = (unsigned char)(d >> 16);
1240                 p_str[i + 3] = (unsigned char)(d >>= 24);
1241                 if (BN_BYTES == 8) {
1242                     d >>= 8;
1243                     p_str[i + 4] = (unsigned char)d;
1244                     p_str[i + 5] = (unsigned char)(d >> 8);
1245                     p_str[i + 6] = (unsigned char)(d >> 16);
1246                     p_str[i + 7] = (unsigned char)(d >> 24);
1247                 }
1248             }
1249
1250             for (; i < 33; i++)
1251                 p_str[i] = 0;
1252
1253 #if defined(ECP_NISTZ256_AVX2)
1254             if (ecp_nistz_avx2_eligible()) {
1255                 ecp_nistz256_avx2_mul_g(&p.p, p_str, preComputedTable);
1256             } else
1257 #endif
1258             {
1259                 BN_ULONG infty;
1260
1261                 /* First window */
1262                 wvalue = (p_str[0] << 1) & mask;
1263                 idx += window_size;
1264
1265                 wvalue = _booth_recode_w7(wvalue);
1266
1267                 ecp_nistz256_gather_w7(&p.a, preComputedTable[0],
1268                                        wvalue >> 1);
1269
1270                 ecp_nistz256_neg(p.p.Z, p.p.Y);
1271                 copy_conditional(p.p.Y, p.p.Z, wvalue & 1);
1272
1273                 /*
1274                  * Since affine infinity is encoded as (0,0) and
1275                  * Jacobian ias (,,0), we need to harmonize them
1276                  * by assigning "one" or zero to Z.
1277                  */
1278                 infty = (p.p.X[0] | p.p.X[1] | p.p.X[2] | p.p.X[3] |
1279                          p.p.Y[0] | p.p.Y[1] | p.p.Y[2] | p.p.Y[3]);
1280                 if (P256_LIMBS == 8)
1281                     infty |= (p.p.X[4] | p.p.X[5] | p.p.X[6] | p.p.X[7] |
1282                               p.p.Y[4] | p.p.Y[5] | p.p.Y[6] | p.p.Y[7]);
1283
1284                 infty = 0 - is_zero(infty);
1285                 infty = ~infty;
1286
1287                 p.p.Z[0] = ONE[0] & infty;
1288                 p.p.Z[1] = ONE[1] & infty;
1289                 p.p.Z[2] = ONE[2] & infty;
1290                 p.p.Z[3] = ONE[3] & infty;
1291                 if (P256_LIMBS == 8) {
1292                     p.p.Z[4] = ONE[4] & infty;
1293                     p.p.Z[5] = ONE[5] & infty;
1294                     p.p.Z[6] = ONE[6] & infty;
1295                     p.p.Z[7] = ONE[7] & infty;
1296                 }
1297
1298                 for (i = 1; i < 37; i++) {
1299                     unsigned int off = (idx - 1) / 8;
1300                     wvalue = p_str[off] | p_str[off + 1] << 8;
1301                     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1302                     idx += window_size;
1303
1304                     wvalue = _booth_recode_w7(wvalue);
1305
1306                     ecp_nistz256_gather_w7(&t.a,
1307                                            preComputedTable[i], wvalue >> 1);
1308
1309                     ecp_nistz256_neg(t.p.Z, t.a.Y);
1310                     copy_conditional(t.a.Y, t.p.Z, wvalue & 1);
1311
1312                     ecp_nistz256_point_add_affine(&p.p, &p.p, &t.a);
1313                 }
1314             }
1315         } else {
1316             p_is_infinity = 1;
1317             no_precomp_for_generator = 1;
1318         }
1319     } else
1320         p_is_infinity = 1;
1321
1322     if (no_precomp_for_generator) {
1323         /*
1324          * Without a precomputed table for the generator, it has to be
1325          * handled like a normal point.
1326          */
1327         new_scalars = OPENSSL_malloc((num + 1) * sizeof(BIGNUM *));
1328         if (new_scalars == NULL) {
1329             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1330             goto err;
1331         }
1332
1333         new_points = OPENSSL_malloc((num + 1) * sizeof(EC_POINT *));
1334         if (new_points == NULL) {
1335             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1336             goto err;
1337         }
1338
1339         memcpy(new_scalars, scalars, num * sizeof(BIGNUM *));
1340         new_scalars[num] = scalar;
1341         memcpy(new_points, points, num * sizeof(EC_POINT *));
1342         new_points[num] = generator;
1343
1344         scalars = new_scalars;
1345         points = new_points;
1346         num++;
1347     }
1348
1349     if (num) {
1350         P256_POINT *out = &t.p;
1351         if (p_is_infinity)
1352             out = &p.p;
1353
1354         if (!ecp_nistz256_windowed_mul(group, out, scalars, points, num, ctx))
1355             goto err;
1356
1357         if (!p_is_infinity)
1358             ecp_nistz256_point_add(&p.p, &p.p, out);
1359     }
1360
1361     /* Not constant-time, but we're only operating on the public output. */
1362     if (!bn_set_words(r->X, p.p.X, P256_LIMBS) ||
1363         !bn_set_words(r->Y, p.p.Y, P256_LIMBS) ||
1364         !bn_set_words(r->Z, p.p.Z, P256_LIMBS)) {
1365         goto err;
1366     }
1367     r->Z_is_one = is_one(r->Z) & 1;
1368
1369     ret = 1;
1370
1371 err:
1372     BN_CTX_end(ctx);
1373     OPENSSL_free(new_points);
1374     OPENSSL_free(new_scalars);
1375     return ret;
1376 }
1377
1378 __owur static int ecp_nistz256_get_affine(const EC_GROUP *group,
1379                                           const EC_POINT *point,
1380                                           BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_CTX *ctx)
1381 {
1382     BN_ULONG z_inv2[P256_LIMBS];
1383     BN_ULONG z_inv3[P256_LIMBS];
1384     BN_ULONG x_aff[P256_LIMBS];
1385     BN_ULONG y_aff[P256_LIMBS];
1386     BN_ULONG point_x[P256_LIMBS], point_y[P256_LIMBS], point_z[P256_LIMBS];
1387     BN_ULONG x_ret[P256_LIMBS], y_ret[P256_LIMBS];
1388
1389     if (EC_POINT_is_at_infinity(group, point)) {
1390         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_GET_AFFINE, EC_R_POINT_AT_INFINITY);
1391         return 0;
1392     }
1393
1394     if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(point_x, point->X) ||
1395         !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(point_y, point->Y) ||
1396         !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(point_z, point->Z)) {
1397         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_GET_AFFINE, EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
1398         return 0;
1399     }
1400
1401     ecp_nistz256_mod_inverse(z_inv3, point_z);
1402     ecp_nistz256_sqr_mont(z_inv2, z_inv3);
1403     ecp_nistz256_mul_mont(x_aff, z_inv2, point_x);
1404
1405     if (x != NULL) {
1406         ecp_nistz256_from_mont(x_ret, x_aff);
1407         if (!bn_set_words(x, x_ret, P256_LIMBS))
1408             return 0;
1409     }
1410
1411     if (y != NULL) {
1412         ecp_nistz256_mul_mont(z_inv3, z_inv3, z_inv2);
1413         ecp_nistz256_mul_mont(y_aff, z_inv3, point_y);
1414         ecp_nistz256_from_mont(y_ret, y_aff);
1415         if (!bn_set_words(y, y_ret, P256_LIMBS))
1416             return 0;
1417     }
1418
1419     return 1;
1420 }
1421
1422 static NISTZ256_PRE_COMP *ecp_nistz256_pre_comp_new(const EC_GROUP *group)
1423 {
1424     NISTZ256_PRE_COMP *ret = NULL;
1425
1426     if (!group)
1427         return NULL;
1428
1429     ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret));
1430
1431     if (ret == NULL) {
1432         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1433         return ret;
1434     }
1435
1436     ret->group = group;
1437     ret->w = 6;                 /* default */
1438     ret->references = 1;
1439
1440     ret->lock = CRYPTO_THREAD_lock_new();
1441     if (ret->lock == NULL) {
1442         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1443         OPENSSL_free(ret);
1444         return NULL;
1445     }
1446     return ret;
1447 }
1448
1449 NISTZ256_PRE_COMP *EC_nistz256_pre_comp_dup(NISTZ256_PRE_COMP *p)
1450 {
1451     int i;
1452     if (p != NULL)
1453         CRYPTO_UP_REF(&p->references, &i, p->lock);
1454     return p;
1455 }
1456
1457 void EC_nistz256_pre_comp_free(NISTZ256_PRE_COMP *pre)
1458 {
1459     int i;
1460
1461     if (pre == NULL)
1462         return;
1463
1464     CRYPTO_DOWN_REF(&pre->references, &i, pre->lock);
1465     REF_PRINT_COUNT("EC_nistz256", pre);
1466     if (i > 0)
1467         return;
1468     REF_ASSERT_ISNT(i < 0);
1469
1470     OPENSSL_free(pre->precomp_storage);
1471     CRYPTO_THREAD_lock_free(pre->lock);
1472     OPENSSL_free(pre);
1473 }
1474
1475
1476 static int ecp_nistz256_window_have_precompute_mult(const EC_GROUP *group)
1477 {
1478     /* There is a hard-coded table for the default generator. */
1479     const EC_POINT *generator = EC_GROUP_get0_generator(group);
1480
1481     if (generator != NULL && ecp_nistz256_is_affine_G(generator)) {
1482         /* There is a hard-coded table for the default generator. */
1483         return 1;
1484     }
1485
1486     return HAVEPRECOMP(group, nistz256);
1487 }
1488
1489 #if defined(__x86_64) || defined(__x86_64__) || \
1490     defined(_M_AMD64) || defined(_M_X64) || \
1491     defined(__powerpc64__) || defined(_ARCH_PP64) || \
1492     defined(__aarch64__)
1493 /*
1494  * Montgomery mul modulo Order(P): res = a*b*2^-256 mod Order(P)
1495  */
1496 void ecp_nistz256_ord_mul_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
1497                                const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
1498                                const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
1499 void ecp_nistz256_ord_sqr_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
1500                                const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
1501                                BN_ULONG rep);
1502
1503 static int ecp_nistz256_inv_mod_ord(const EC_GROUP *group, BIGNUM *r,
1504                                     const BIGNUM *x, BN_CTX *ctx)
1505 {
1506     /* RR = 2^512 mod ord(p256) */
1507     static const BN_ULONG RR[P256_LIMBS]  = {
1508         TOBN(0x83244c95,0xbe79eea2), TOBN(0x4699799c,0x49bd6fa6),
1509         TOBN(0x2845b239,0x2b6bec59), TOBN(0x66e12d94,0xf3d95620)
1510     };
1511     /* The constant 1 (unlike ONE that is one in Montgomery representation) */
1512     static const BN_ULONG one[P256_LIMBS] = {
1513         TOBN(0,1), TOBN(0,0), TOBN(0,0), TOBN(0,0)
1514     };
1515     /*
1516      * We don't use entry 0 in the table, so we omit it and address
1517      * with -1 offset.
1518      */
1519     BN_ULONG table[15][P256_LIMBS];
1520     BN_ULONG out[P256_LIMBS], t[P256_LIMBS];
1521     int i, ret = 0;
1522     enum {
1523         i_1 = 0, i_10,     i_11,     i_101, i_111, i_1010, i_1111,
1524         i_10101, i_101010, i_101111, i_x6,  i_x8,  i_x16,  i_x32
1525     };
1526
1527     /*
1528      * Catch allocation failure early.
1529      */
1530     if (bn_wexpand(r, P256_LIMBS) == NULL) {
1531         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_INV_MOD_ORD, ERR_R_BN_LIB);
1532         goto err;
1533     }
1534
1535     if ((BN_num_bits(x) > 256) || BN_is_negative(x)) {
1536         BIGNUM *tmp;
1537
1538         if ((tmp = BN_CTX_get(ctx)) == NULL
1539             || !BN_nnmod(tmp, x, group->order, ctx)) {
1540             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_INV_MOD_ORD, ERR_R_BN_LIB);
1541             goto err;
1542         }
1543         x = tmp;
1544     }
1545
1546     if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(t, x)) {
1547         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_INV_MOD_ORD, EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
1548         goto err;
1549     }
1550
1551     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[0], t, RR);
1552 #if 0
1553     /*
1554      * Original sparse-then-fixed-window algorithm, retained for reference.
1555      */
1556     for (i = 2; i < 16; i += 2) {
1557         ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i-1], table[i/2-1], 1);
1558         ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i], table[i-1], table[0]);
1559     }
1560
1561     /*
1562      * The top 128bit of the exponent are highly redudndant, so we
1563      * perform an optimized flow
1564      */
1565     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(t, table[15-1], 4);   /* f0 */
1566     ecp_nistz256_ord_mul_mont(t, t, table[15-1]);   /* ff */
1567
1568     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(out, t, 8);           /* ff00 */
1569     ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, t);         /* ffff */
1570
1571     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(t, out, 16);          /* ffff0000 */
1572     ecp_nistz256_ord_mul_mont(t, t, out);           /* ffffffff */
1573
1574     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(out, t, 64);          /* ffffffff0000000000000000 */
1575     ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, t);         /* ffffffff00000000ffffffff */
1576
1577     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(out, out, 32);        /* ffffffff00000000ffffffff00000000 */
1578     ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, t);         /* ffffffff00000000ffffffffffffffff */
1579
1580     /*
1581      * The bottom 128 bit of the exponent are processed with fixed 4-bit window
1582      */
1583     for(i = 0; i < 32; i++) {
1584         /* expLo - the low 128 bits of the exponent we use (ord(p256) - 2),
1585          * split into nibbles */
1586         static const unsigned char expLo[32]  = {
1587             0xb,0xc,0xe,0x6,0xf,0xa,0xa,0xd,0xa,0x7,0x1,0x7,0x9,0xe,0x8,0x4,
1588             0xf,0x3,0xb,0x9,0xc,0xa,0xc,0x2,0xf,0xc,0x6,0x3,0x2,0x5,0x4,0xf
1589         };
1590
1591         ecp_nistz256_ord_sqr_mont(out, out, 4);
1592         /* The exponent is public, no need in constant-time access */
1593         ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, table[expLo[i]-1]);
1594     }
1595 #else
1596     /*
1597      * https://briansmith.org/ecc-inversion-addition-chains-01#p256_scalar_inversion
1598      *
1599      * Even though this code path spares 12 squarings, 4.5%, and 13
1600      * multiplications, 25%, on grand scale sign operation is not that
1601      * much faster, not more that 2%...
1602      */
1603
1604     /* pre-calculate powers */
1605     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_10], table[i_1], 1);
1606
1607     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_11], table[i_1], table[i_10]);
1608
1609     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_101], table[i_11], table[i_10]);
1610
1611     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_111], table[i_101], table[i_10]);
1612
1613     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_1010], table[i_101], 1);
1614
1615     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_1111], table[i_1010], table[i_101]);
1616
1617     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_10101], table[i_1010], 1);
1618     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_10101], table[i_10101], table[i_1]);
1619
1620     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_101010], table[i_10101], 1);
1621
1622     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_101111], table[i_101010], table[i_101]);
1623
1624     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_x6], table[i_101010], table[i_10101]);
1625
1626     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_x8], table[i_x6], 2);
1627     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_x8], table[i_x8], table[i_11]);
1628
1629     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_x16], table[i_x8], 8);
1630     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_x16], table[i_x16], table[i_x8]);
1631
1632     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(table[i_x32], table[i_x16], 16);
1633     ecp_nistz256_ord_mul_mont(table[i_x32], table[i_x32], table[i_x16]);
1634
1635     /* calculations */
1636     ecp_nistz256_ord_sqr_mont(out, table[i_x32], 64);
1637     ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, table[i_x32]);
1638
1639     for (i = 0; i < 27; i++) {
1640         static const struct { unsigned char p, i; } chain[27] = {
1641             { 32, i_x32 }, { 6,  i_101111 }, { 5,  i_111    },
1642             { 4,  i_11  }, { 5,  i_1111   }, { 5,  i_10101  },
1643             { 4,  i_101 }, { 3,  i_101    }, { 3,  i_101    },
1644             { 5,  i_111 }, { 9,  i_101111 }, { 6,  i_1111   },
1645             { 2,  i_1   }, { 5,  i_1      }, { 6,  i_1111   },
1646             { 5,  i_111 }, { 4,  i_111    }, { 5,  i_111    },
1647             { 5,  i_101 }, { 3,  i_11     }, { 10, i_101111 },
1648             { 2,  i_11  }, { 5,  i_11     }, { 5,  i_11     },
1649             { 3,  i_1   }, { 7,  i_10101  }, { 6,  i_1111   }
1650         };
1651
1652         ecp_nistz256_ord_sqr_mont(out, out, chain[i].p);
1653         ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, table[chain[i].i]);
1654     }
1655 #endif
1656     ecp_nistz256_ord_mul_mont(out, out, one);
1657
1658     /*
1659      * Can't fail, but check return code to be consistent anyway.
1660      */
1661     if (!bn_set_words(r, out, P256_LIMBS))
1662         goto err;
1663
1664     ret = 1;
1665 err:
1666     return ret;
1667 }
1668 #else
1669 # define ecp_nistz256_inv_mod_ord NULL
1670 #endif
1671
1672 const EC_METHOD *EC_GFp_nistz256_method(void)
1673 {
1674     static const EC_METHOD ret = {
1675         EC_FLAGS_DEFAULT_OCT,
1676         NID_X9_62_prime_field,
1677         ec_GFp_mont_group_init,
1678         ec_GFp_mont_group_finish,
1679         ec_GFp_mont_group_clear_finish,
1680         ec_GFp_mont_group_copy,
1681         ec_GFp_mont_group_set_curve,
1682         ec_GFp_simple_group_get_curve,
1683         ec_GFp_simple_group_get_degree,
1684         ec_group_simple_order_bits,
1685         ec_GFp_simple_group_check_discriminant,
1686         ec_GFp_simple_point_init,
1687         ec_GFp_simple_point_finish,
1688         ec_GFp_simple_point_clear_finish,
1689         ec_GFp_simple_point_copy,
1690         ec_GFp_simple_point_set_to_infinity,
1691         ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp,
1692         ec_GFp_simple_get_Jprojective_coordinates_GFp,
1693         ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates,
1694         ecp_nistz256_get_affine,
1695         0, 0, 0,
1696         ec_GFp_simple_add,
1697         ec_GFp_simple_dbl,
1698         ec_GFp_simple_invert,
1699         ec_GFp_simple_is_at_infinity,
1700         ec_GFp_simple_is_on_curve,
1701         ec_GFp_simple_cmp,
1702         ec_GFp_simple_make_affine,
1703         ec_GFp_simple_points_make_affine,
1704         ecp_nistz256_points_mul,                    /* mul */
1705         ecp_nistz256_mult_precompute,               /* precompute_mult */
1706         ecp_nistz256_window_have_precompute_mult,   /* have_precompute_mult */
1707         ec_GFp_mont_field_mul,
1708         ec_GFp_mont_field_sqr,
1709         0,                                          /* field_div */
1710         ec_GFp_mont_field_inv,
1711         ec_GFp_mont_field_encode,
1712         ec_GFp_mont_field_decode,
1713         ec_GFp_mont_field_set_to_one,
1714         ec_key_simple_priv2oct,
1715         ec_key_simple_oct2priv,
1716         0, /* set private */
1717         ec_key_simple_generate_key,
1718         ec_key_simple_check_key,
1719         ec_key_simple_generate_public_key,
1720         0, /* keycopy */
1721         0, /* keyfinish */
1722         ecdh_simple_compute_key,
1723         ecdsa_simple_sign_setup,
1724         ecdsa_simple_sign_sig,
1725         ecdsa_simple_verify_sig,
1726         ecp_nistz256_inv_mod_ord,                   /* can be #define-d NULL */
1727         0,                                          /* blind_coordinates */
1728         0,                                          /* ladder_pre */
1729         0,                                          /* ladder_step */
1730         0                                           /* ladder_post */
1731     };
1732
1733     return &ret;
1734 }