Make sure that BN_from_montgomery keeps the BIGNUMS in proper format
[openssl.git] / crypto / bn / bn_mont.c
index 61416483cb26761b113935857fc677a5081eac4d..dcee538d84764b03b45efaf007328dc2efca4101 100644 (file)
  * copied and put under another distribution licence
  * [including the GNU Public Licence.]
  */
+/* ====================================================================
+ * Copyright (c) 1998-2006 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
+ *
+ * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+ * modification, are permitted provided that the following conditions
+ * are met:
+ *
+ * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
+ *    notice, this list of conditions and the following disclaimer. 
+ *
+ * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+ *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
+ *    the documentation and/or other materials provided with the
+ *    distribution.
+ *
+ * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
+ *    software must display the following acknowledgment:
+ *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
+ *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
+ *
+ * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
+ *    endorse or promote products derived from this software without
+ *    prior written permission. For written permission, please contact
+ *    openssl-core@openssl.org.
+ *
+ * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
+ *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
+ *    permission of the OpenSSL Project.
+ *
+ * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
+ *    acknowledgment:
+ *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
+ *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
+ *
+ * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
+ * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
+ * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
+ * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
+ * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
+ * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
+ * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
+ * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
+ * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
+ * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
+ * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
+ * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+ * ====================================================================
+ *
+ * This product includes cryptographic software written by Eric Young
+ * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
+ * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
+ *
+ */
 
 /*
  * Details about Montgomery multiplication algorithms can be found at
 
 #define MONT_WORD /* use the faster word-based algorithm */
 
+#ifdef MONT_WORD
+static int BN_from_montgomery_word(BIGNUM *ret, BIGNUM *r, BN_MONT_CTX *mont);
+#endif
+
 int BN_mod_mul_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
                          BN_MONT_CTX *mont, BN_CTX *ctx)
        {
        BIGNUM *tmp;
        int ret=0;
+#if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT) && defined(MONT_WORD)
+       int num = mont->N.top;
+
+       if (num>1 && a->top==num && b->top==num)
+               {
+               if (bn_wexpand(r,num) == NULL) return(0);
+               if (bn_mul_mont(r->d,a->d,b->d,mont->N.d,mont->n0,num))
+                       {
+                       r->neg = a->neg^b->neg;
+                       r->top = num;
+                       bn_correct_top(r);
+                       return(1);
+                       }
+               }
+#endif
 
        BN_CTX_start(ctx);
        tmp = BN_CTX_get(ctx);
@@ -89,7 +161,11 @@ int BN_mod_mul_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
                if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
                }
        /* reduce from aRR to aR */
+#ifdef MONT_WORD
+       if (!BN_from_montgomery_word(r,tmp,mont)) goto err;
+#else
        if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
+#endif
        bn_check_top(r);
        ret=1;
 err:
@@ -97,35 +173,25 @@ err:
        return(ret);
        }
 
-int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
-            BN_CTX *ctx)
-       {
-       int retn=0;
-
 #ifdef MONT_WORD
-       BIGNUM *n,*r;
+static int BN_from_montgomery_word(BIGNUM *ret, BIGNUM *r, BN_MONT_CTX *mont)
+       {
+       BIGNUM *n;
        BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
        int al,nl,max,i,x,ri;
 
-       BN_CTX_start(ctx);
-       if ((r = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
-
-       if (!BN_copy(r,a)) goto err;
        n= &(mont->N);
-
-       ap=a->d;
        /* mont->ri is the size of mont->N in bits (rounded up
           to the word size) */
        al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
-       
+
        nl=n->top;
-       if ((al == 0) || (nl == 0)) { r->top=0; return(1); }
+       if ((al == 0) || (nl == 0)) { ret->top=0; return(1); }
 
        max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
-       if (bn_wexpand(r,max) == NULL) goto err;
-       if (bn_wexpand(ret,max) == NULL) goto err;
+       if (bn_wexpand(r,max) == NULL) return(0);
 
-       r->neg=a->neg^n->neg;
+       r->neg^=n->neg;
        np=n->d;
        rp=r->d;
        nrp= &(r->d[nl]);
@@ -139,10 +205,10 @@ int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
 #endif
 
        r->top=max;
-       n0=mont->n0;
+       n0=mont->n0[0];
 
 #ifdef BN_COUNT
-       fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
+       fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery_word %d * %d\n",nl,nl);
 #endif
        for (i=0; i<nl; i++)
                {
@@ -174,20 +240,72 @@ int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
                        }
                }
        bn_correct_top(r);
-       
-       /* mont->ri will be a multiple of the word size */
-#if 0
-       BN_rshift(ret,r,mont->ri);
-#else
-       ret->neg = r->neg;
-       x=ri;
+
+       /* mont->ri will be a multiple of the word size and below code
+        * is kind of BN_rshift(ret,r,mont->ri) equivalent */
+       if (r->top <= ri)
+               {
+               ret->top=0;
+               return(1);
+               }
+       al=r->top-ri;
+
+#define BRANCH_FREE 1
+#if BRANCH_FREE
+       if (bn_wexpand(ret,ri) == NULL) return(0);
+       x=0-(((al-ri)>>(sizeof(al)*8-1))&1);
+       ret->top=x=(ri&~x)|(al&x);      /* min(ri,al) */
+       ret->neg=r->neg;
+
        rp=ret->d;
-       ap= &(r->d[x]);
-       if (r->top < x)
-               al=0;
-       else
-               al=r->top-x;
+       ap=&(r->d[ri]);
+
+       {
+       size_t m1,m2;
+
+       v=bn_sub_words(rp,ap,np,ri);
+       /* this ----------------^^ works even in al<ri case
+        * thanks to zealous zeroing of top of the vector in the
+        * beginning. */
+
+       /* if (al==ri && !v) || al>ri) nrp=rp; else nrp=ap; */
+       /* in other words if subtraction result is real, then
+        * trick unconditional memcpy below to perform in-place
+        * "refresh" instead of actual copy. */
+       m1=0-(size_t)(((al-ri)>>(sizeof(al)*8-1))&1);   /* al<ri */
+       m2=0-(size_t)(((ri-al)>>(sizeof(al)*8-1))&1);   /* al>ri */
+       m1|=m2;                 /* (al!=ri) */
+       m1|=(0-(size_t)v);      /* (al!=ri || v) */
+       m1&=~m2;                /* (al!=ri || v) && !al>ri */
+       nrp=(BN_ULONG *)(((size_t)rp&~m1)|((size_t)ap&m1));
+       }
+
+       /* 'i<ri' is chosen to eliminate dependency on input data, even
+        * though it results in redundant copy in al<ri case. */
+       for (i=0,ri-=4; i<ri; i+=4)
+               {
+               BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
+               
+               t1=nrp[i+0];
+               t2=nrp[i+1];
+               t3=nrp[i+2];    ap[i+0]=0;
+               t4=nrp[i+3];    ap[i+1]=0;
+               rp[i+0]=t1;     ap[i+2]=0;
+               rp[i+1]=t2;     ap[i+3]=0;
+               rp[i+2]=t3;
+               rp[i+3]=t4;
+               }
+       for (ri+=4; i<ri; i++)
+               rp[i]=nrp[i], ap[i]=0;
+       bn_correct_top(r);
+       bn_correct_top(ret);
+#else
+       if (bn_wexpand(ret,al) == NULL) return(0);
        ret->top=al;
+       ret->neg=r->neg;
+
+       rp=ret->d;
+       ap=&(r->d[ri]);
        al-=4;
        for (i=0; i<al; i+=4)
                {
@@ -205,8 +323,30 @@ int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
        al+=4;
        for (; i<al; i++)
                rp[i]=ap[i];
+
+       if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
+               {
+               if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) return(0);
+               }
 #endif
-#else /* !MONT_WORD */ 
+       bn_check_top(ret);
+
+       return(1);
+       }
+#endif /* MONT_WORD */
+
+int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
+            BN_CTX *ctx)
+       {
+       int retn=0;
+#ifdef MONT_WORD
+       BIGNUM *t;
+
+       BN_CTX_start(ctx);
+       if ((t = BN_CTX_get(ctx)) && BN_copy(t,a))
+               retn = BN_from_montgomery_word(ret,t,mont);
+       BN_CTX_end(ctx);
+#else /* !MONT_WORD */
        BIGNUM *t1,*t2;
 
        BN_CTX_start(ctx);
@@ -223,7 +363,6 @@ int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
        if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
        if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
        if (!BN_rshift(ret,t2,mont->ri)) goto err;
-#endif /* MONT_WORD */
 
        if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
                {
@@ -233,6 +372,7 @@ int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
        bn_check_top(ret);
  err:
        BN_CTX_end(ctx);
+#endif /* MONT_WORD */
        return(retn);
        }
 
@@ -285,16 +425,49 @@ int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
                BIGNUM tmod;
                BN_ULONG buf[2];
 
+               tmod.d=buf;
+               tmod.dmax=2;
+               tmod.neg=0;
+
                mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
+
+#if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT) && (BN_BITS2<=32)
+               BN_zero(R);
+               if (!(BN_set_bit(R,2*BN_BITS2))) goto err;
+
+                                                               tmod.top=0;
+               if ((buf[0] = mod->d[0]))                       tmod.top=1;
+               if ((buf[1] = mod->top>1 ? mod->d[1] : 0))      tmod.top=2;
+
+               if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
+                       goto err;
+               if (!BN_lshift(Ri,Ri,2*BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
+               if (!BN_is_zero(Ri))
+                       {
+                       if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
+                       }
+               else /* if N mod word size == 1 */
+                       {
+                       if (bn_expand(Ri,(int)sizeof(BN_ULONG)*2) == NULL)
+                               goto err;
+                       /* Ri-- (mod double word size) */
+                       Ri->neg=0;
+                       Ri->d[0]=BN_MASK2;
+                       Ri->d[1]=BN_MASK2;
+                       Ri->top=2;
+                       }
+               if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
+               /* Ni = (R*Ri-1)/N,
+                * keep only couple of least significant words: */
+               mont->n0[0] = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
+               mont->n0[1] = (Ri->top > 1) ? Ri->d[1] : 0;
+#else
                BN_zero(R);
                if (!(BN_set_bit(R,BN_BITS2))) goto err;        /* R */
 
                buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
                buf[1]=0;
-               tmod.d=buf;
-               tmod.top=1;
-               tmod.dmax=2;
-               tmod.neg=0;
+               tmod.top = buf[0] != 0 ? 1 : 0;
                                                        /* Ri = R^-1 mod N*/
                if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
                        goto err;
@@ -310,7 +483,9 @@ int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
                if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
                /* Ni = (R*Ri-1)/N,
                 * keep only least significant word: */
-               mont->n0 = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
+               mont->n0[0] = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
+               mont->n0[1] = 0;
+#endif
                }
 #else /* !MONT_WORD */
                { /* bignum version */
@@ -346,7 +521,40 @@ BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
        if (!BN_copy(&(to->N),&(from->N))) return NULL;
        if (!BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni))) return NULL;
        to->ri=from->ri;
-       to->n0=from->n0;
+       to->n0[0]=from->n0[0];
+       to->n0[1]=from->n0[1];
        return(to);
        }
 
+BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_set_locked(BN_MONT_CTX **pmont, int lock,
+                                       const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
+       {
+       int got_write_lock = 0;
+       BN_MONT_CTX *ret;
+
+       CRYPTO_r_lock(lock);
+       if (!*pmont)
+               {
+               CRYPTO_r_unlock(lock);
+               CRYPTO_w_lock(lock);
+               got_write_lock = 1;
+
+               if (!*pmont)
+                       {
+                       ret = BN_MONT_CTX_new();
+                       if (ret && !BN_MONT_CTX_set(ret, mod, ctx))
+                               BN_MONT_CTX_free(ret);
+                       else
+                               *pmont = ret;
+                       }
+               }
+       
+       ret = *pmont;
+       
+       if (got_write_lock)
+               CRYPTO_w_unlock(lock);
+       else
+               CRYPTO_r_unlock(lock);
+               
+       return ret;
+       }