Remove redundant BN_ucmp, fix boundary condition in BN_nist_mod_224 and
[openssl.git] / crypto / bn / bn_nist.c
index d8b443c56251f7228feadcec1356d928860ad9b6..716dc81825379c258b7e75b88ae44ac3d96d2ce9 100644 (file)
@@ -59,6 +59,7 @@
 #include "bn_lcl.h"
 #include "cryptlib.h"
 
+
 #define BN_NIST_192_TOP        (192+BN_BITS2-1)/BN_BITS2
 #define BN_NIST_224_TOP        (224+BN_BITS2-1)/BN_BITS2
 #define BN_NIST_256_TOP        (256+BN_BITS2-1)/BN_BITS2
@@ -76,7 +77,7 @@ static const BN_ULONG _nist_p_224[][BN_NIST_224_TOP] = {
        {0x0000000000000001ULL,0xFFFFFFFF00000000ULL,
         0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL,0x00000000FFFFFFFFULL},
        {0x0000000000000002ULL,0xFFFFFFFE00000000ULL,
-        0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL,0x00000000FFFFFFFFULL}
+        0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL,0x00000001FFFFFFFFULL} /* this one is "carry-full" */
        };
 static const BN_ULONG _nist_p_256[][BN_NIST_256_TOP] = {
        {0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL,0x00000000FFFFFFFFULL,
@@ -148,62 +149,102 @@ static const BN_ULONG _nist_p_521[] = {0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,
        0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,
        0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,0xFFFFFFFF,
        0xFFFFFFFF,0x000001FF};
+#else
+#error "unsupported BN_BITS2"
 #endif
 
+
+static const BIGNUM _bignum_nist_p_192 =
+       {
+       (BN_ULONG *)_nist_p_192[0],
+       BN_NIST_192_TOP,
+       BN_NIST_192_TOP,
+       0,
+       BN_FLG_STATIC_DATA
+       };
+
+static const BIGNUM _bignum_nist_p_224 =
+       {
+       (BN_ULONG *)_nist_p_224[0],
+       BN_NIST_224_TOP,
+       BN_NIST_224_TOP,
+       0,
+       BN_FLG_STATIC_DATA
+       };
+
+static const BIGNUM _bignum_nist_p_256 =
+       {
+       (BN_ULONG *)_nist_p_256[0],
+       BN_NIST_256_TOP,
+       BN_NIST_256_TOP,
+       0,
+       BN_FLG_STATIC_DATA
+       };
+
+static const BIGNUM _bignum_nist_p_384 =
+       {
+       (BN_ULONG *)_nist_p_384[0],
+       BN_NIST_384_TOP,
+       BN_NIST_384_TOP,
+       0,
+       BN_FLG_STATIC_DATA
+       };
+
+static const BIGNUM _bignum_nist_p_521 =
+       {
+       (BN_ULONG *)_nist_p_521,
+       BN_NIST_521_TOP,
+       BN_NIST_521_TOP,
+       0,
+       BN_FLG_STATIC_DATA
+       };
+
+
 const BIGNUM *BN_get0_nist_prime_192(void)
        {
-       static BIGNUM const_nist_192 = { (BN_ULONG *)_nist_p_192[0],
-               BN_NIST_192_TOP, BN_NIST_192_TOP, 0, BN_FLG_STATIC_DATA };
-       return &const_nist_192;
+       return &_bignum_nist_p_192;
        }
 
 const BIGNUM *BN_get0_nist_prime_224(void)
        {
-       static BIGNUM const_nist_224 = { (BN_ULONG *)_nist_p_224[0],
-               BN_NIST_224_TOP, BN_NIST_224_TOP, 0, BN_FLG_STATIC_DATA };
-       return &const_nist_224;
+       return &_bignum_nist_p_224;
        }
 
 const BIGNUM *BN_get0_nist_prime_256(void)
        {
-       static BIGNUM const_nist_256 = { (BN_ULONG *)_nist_p_256[0],
-               BN_NIST_256_TOP, BN_NIST_256_TOP, 0, BN_FLG_STATIC_DATA };
-       return &const_nist_256;
+       return &_bignum_nist_p_256;
        }
 
 const BIGNUM *BN_get0_nist_prime_384(void)
        {
-       static BIGNUM const_nist_384 = { (BN_ULONG *)_nist_p_384[0],
-               BN_NIST_384_TOP, BN_NIST_384_TOP, 0, BN_FLG_STATIC_DATA };
-       return &const_nist_384;
+       return &_bignum_nist_p_384;
        }
 
 const BIGNUM *BN_get0_nist_prime_521(void)
        {
-       static BIGNUM const_nist_521 = { (BN_ULONG *)_nist_p_521,
-               BN_NIST_521_TOP, BN_NIST_521_TOP, 0, BN_FLG_STATIC_DATA };
-       return &const_nist_521;
+       return &_bignum_nist_p_521;
        }
 
-#define BN_NIST_ADD_ONE(a)     while (!(*(a)=(*(a)+1)&BN_MASK2)) ++(a);
 
 static void nist_cp_bn_0(BN_ULONG *buf, BN_ULONG *a, int top, int max)
-        {
+       {
        int i;
-        BN_ULONG *_tmp1 = (buf), *_tmp2 = (a);
-        for (i = (top); i != 0; i--)
-                *_tmp1++ = *_tmp2++;
-        for (i = (max) - (top); i != 0; i--)
-                *_tmp1++ = (BN_ULONG) 0;
-        }
+       BN_ULONG *_tmp1 = (buf), *_tmp2 = (a);
+
+       OPENSSL_assert(top <= max);
+       for (i = (top); i != 0; i--)
+               *_tmp1++ = *_tmp2++;
+       for (i = (max) - (top); i != 0; i--)
+               *_tmp1++ = (BN_ULONG) 0;
+       }
 
 static void nist_cp_bn(BN_ULONG *buf, BN_ULONG *a, int top)
-        
+       { 
        int i;
-        BN_ULONG *_tmp1 = (buf), *_tmp2 = (a);
-        for (i = (top); i != 0; i--)
-                *_tmp1++ = *_tmp2++;
-        }
+       BN_ULONG *_tmp1 = (buf), *_tmp2 = (a);
+       for (i = (top); i != 0; i--)
+               *_tmp1++ = *_tmp2++;
+       }
 
 #if BN_BITS2 == 64
 #define bn_cp_64(to, n, from, m)       (to)[n] = (m>=0)?((from)[m]):0;
@@ -253,6 +294,11 @@ int BN_nist_mod_192(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
                *res;
        size_t   mask;
 
+       field = &_bignum_nist_p_192; /* just to make sure */
+
+       if (BN_is_negative(a) || a->top > 2*BN_NIST_192_TOP)
+               return BN_nnmod(r, field, a, ctx);
+
        i = BN_ucmp(field, a);
        if (i == 0)
                {
@@ -262,9 +308,6 @@ int BN_nist_mod_192(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        else if (i > 0)
                return (r == a) ? 1 : (BN_copy(r ,a) != NULL);
 
-       if (top == BN_NIST_192_TOP)
-               return BN_usub(r, a, field);
-
        if (r != a)
                {
                if (!bn_wexpand(r, BN_NIST_192_TOP))
@@ -321,7 +364,6 @@ typedef BN_ULONG (*bn_addsub_f)(BN_ULONG *,const BN_ULONG *,const BN_ULONG *,int
 int BN_nist_mod_224(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        BN_CTX *ctx)
        {
-#if BN_BITS2 == 32
        int     top = a->top, i;
        int     carry;
        BN_ULONG *r_d, *a_d = a->d;
@@ -332,6 +374,11 @@ int BN_nist_mod_224(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        size_t   mask;
        union { bn_addsub_f f; size_t p; } u;
 
+       field = &_bignum_nist_p_224; /* just to make sure */
+
+       if (BN_is_negative(a) || a->top > (2*224+BN_BITS2-1)/BN_BITS2)
+               return BN_nnmod(r, field, a, ctx);
+
        i = BN_ucmp(field, a);
        if (i == 0)
                {
@@ -341,9 +388,6 @@ int BN_nist_mod_224(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        else if (i > 0)
                return (r == a)? 1 : (BN_copy(r ,a) != NULL);
 
-       if (top == BN_NIST_224_TOP)
-               return BN_usub(r, a, field);
-
        if (r != a)
                {
                if (!bn_wexpand(r, BN_NIST_224_TOP))
@@ -354,8 +398,16 @@ int BN_nist_mod_224(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        else
                r_d = a_d;
 
+#if BN_BITS2==64
+       /* copy upper 256 bits of 448 bit number ... */
+       nist_cp_bn_0(t_d, a_d + (BN_NIST_224_TOP-1), top - (BN_NIST_224_TOP-1), BN_NIST_224_TOP);
+       /* ... and right shift by 32 to obtain upper 224 bits */
+       nist_set_224(buf, t_d, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8);
+       /* truncate lower part to 224 bits too */
+       r_d[BN_NIST_224_TOP-1] &= BN_MASK2l;
+#else
        nist_cp_bn_0(buf, a_d + BN_NIST_224_TOP, top - BN_NIST_224_TOP, BN_NIST_224_TOP);
-
+#endif
        nist_set_224(t_d, buf, 10, 9, 8, 7, 0, 0, 0);
        carry = bn_add_words(r_d, r_d, t_d, BN_NIST_224_TOP);
        nist_set_224(t_d, buf, 0, 13, 12, 11, 0, 0, 0);
@@ -365,9 +417,17 @@ int BN_nist_mod_224(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        nist_set_224(t_d, buf, 0, 0, 0, 0, 13, 12, 11);
        carry -= bn_sub_words(r_d, r_d, t_d, BN_NIST_224_TOP);
 
+#if BN_BITS2==64
+       carry = (int)(r_d[BN_NIST_224_TOP-1]>>32);
+#endif
        u.f = bn_sub_words;
        if (carry > 0)
+               {
                carry = bn_sub_words(r_d,r_d,_nist_p_224[carry-1],BN_NIST_224_TOP);
+#if BN_BITS2==64
+               carry=(int)(~(r_d[BN_NIST_224_TOP-1]>>32))&1;
+#endif
+               }
        else if (carry < 0)
                {
                /* it's a bit more comlicated logic in this case.
@@ -392,9 +452,6 @@ int BN_nist_mod_224(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        bn_correct_top(r);
 
        return 1;
-#else  /* BN_BITS!=32 */
-       return 0;
-#endif
        }
 
 #define nist_set_256(to, from, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8) \
@@ -422,6 +479,11 @@ int BN_nist_mod_256(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        size_t   mask;
        union { bn_addsub_f f; size_t p; } u;
 
+       field = &_bignum_nist_p_256; /* just to make sure */
+
+       if (BN_is_negative(a) || a->top > 2*BN_NIST_256_TOP)
+               return BN_nnmod(r, field, a, ctx);
+
        i = BN_ucmp(field, a);
        if (i == 0)
                {
@@ -431,9 +493,6 @@ int BN_nist_mod_256(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        else if (i > 0)
                return (r == a)? 1 : (BN_copy(r ,a) != NULL);
 
-       if (top == BN_NIST_256_TOP)
-               return BN_usub(r, a, field);
-
        if (r != a)
                {
                if (!bn_wexpand(r, BN_NIST_256_TOP))
@@ -537,6 +596,11 @@ int BN_nist_mod_384(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        size_t   mask;
        union { bn_addsub_f f; size_t p; } u;
 
+       field = &_bignum_nist_p_384; /* just to make sure */
+
+       if (BN_is_negative(a) || a->top > 2*BN_NIST_384_TOP)
+               return BN_nnmod(r, field, a, ctx);
+
        i = BN_ucmp(field, a);
        if (i == 0)
                {
@@ -546,9 +610,6 @@ int BN_nist_mod_384(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        else if (i > 0)
                return (r == a)? 1 : (BN_copy(r ,a) != NULL);
 
-       if (top == BN_NIST_384_TOP)
-               return BN_usub(r, a, field);
-
        if (r != a)
                {
                if (!bn_wexpand(r, BN_NIST_384_TOP))
@@ -625,56 +686,62 @@ int BN_nist_mod_384(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        return 1;
        }
 
+#define BN_NIST_521_RSHIFT     (521%BN_BITS2)
+#define BN_NIST_521_LSHIFT     (BN_BITS2-BN_NIST_521_RSHIFT)
+#define BN_NIST_521_TOP_MASK   ((BN_ULONG)BN_MASK2>>BN_NIST_521_LSHIFT)
+
 int BN_nist_mod_521(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *field,
        BN_CTX *ctx)
        {
-#if BN_BITS2 == 64
-#define BN_NIST_521_TOP_MASK   (BN_ULONG)0x1FF
-#elif BN_BITS2 == 32
-#define BN_NIST_521_TOP_MASK   (BN_ULONG)0x1FF
-#endif
-       int     top, ret = 0;
-       BN_ULONG *r_d;
-       BIGNUM  *tmp;
-
-       /* check whether a reduction is necessary */
-       top = a->top;
-       if (top < BN_NIST_521_TOP  || ( top == BN_NIST_521_TOP &&
-           (!(a->d[BN_NIST_521_TOP-1] & ~(BN_NIST_521_TOP_MASK)))))
-               return (r == a)? 1 : (BN_copy(r ,a) != NULL);
+       int     top = a->top, i;
+       BN_ULONG *r_d, *a_d = a->d,
+                t_d[BN_NIST_521_TOP],
+                val,tmp,*res;
+       size_t  mask;
 
-       BN_CTX_start(ctx);
-       tmp = BN_CTX_get(ctx);
-       if (!tmp)
-               goto err;
+       field = &_bignum_nist_p_521; /* just to make sure */
 
-       if (!bn_wexpand(tmp, BN_NIST_521_TOP))
-               goto err;
-       nist_cp_bn(tmp->d, a->d, BN_NIST_521_TOP);
+       if (BN_is_negative(a) || BN_num_bits(a)>2*521)
+               return BN_nnmod(r, field, a, ctx);
 
-       tmp->top = BN_NIST_521_TOP;
-        tmp->d[BN_NIST_521_TOP-1]  &= BN_NIST_521_TOP_MASK;
-       bn_correct_top(tmp);
+       i = BN_ucmp(field, a);
+       if (i == 0)
+               {
+               BN_zero(r);
+               return 1;
+               }
+       else if (i > 0)
+               return (r == a)? 1 : (BN_copy(r ,a) != NULL);
 
-       if (!BN_rshift(r, a, 521))
-               goto err;
+       if (r != a)
+               {
+               if (!bn_wexpand(r,BN_NIST_521_TOP))
+                       return 0;
+               r_d = r->d;
+               nist_cp_bn(r_d,a_d, BN_NIST_521_TOP);
+               }
+       else
+               r_d = a_d;
 
-       if (!BN_uadd(r, tmp, r))
-               goto err;
-       top = r->top;
-       r_d = r->d;
-       if (top == BN_NIST_521_TOP  && 
-           (r_d[BN_NIST_521_TOP-1] & ~(BN_NIST_521_TOP_MASK)))
+       /* upper 521 bits, copy ... */
+       nist_cp_bn_0(t_d,a_d + (BN_NIST_521_TOP-1), top - (BN_NIST_521_TOP-1),BN_NIST_521_TOP);
+       /* ... and right shift */
+       for (val=t_d[0],i=0; i<BN_NIST_521_TOP-1; i++)
                {
-               BN_NIST_ADD_ONE(r_d)
-               r->d[BN_NIST_521_TOP-1] &= BN_NIST_521_TOP_MASK; 
+               tmp = val>>BN_NIST_521_RSHIFT;
+               val = t_d[i+1];
+               t_d[i] = (tmp | val<<BN_NIST_521_LSHIFT) & BN_MASK2;
                }
+       t_d[i] = val>>BN_NIST_521_RSHIFT;
+       /* lower 521 bits */
+       r_d[i] &= BN_NIST_521_TOP_MASK;
+
+       bn_add_words(r_d,r_d,t_d,BN_NIST_521_TOP);
+       mask = 0-(size_t)bn_sub_words(t_d,r_d,_nist_p_521,BN_NIST_521_TOP);
+       res  = (BN_ULONG *)(((size_t)t_d&~mask) | ((size_t)r_d&mask));
+       nist_cp_bn(r_d,res,BN_NIST_521_TOP);
+       r->top = BN_NIST_521_TOP;
        bn_correct_top(r);
 
-       ret = 1;
-err:
-       BN_CTX_end(ctx);
-
-       bn_check_top(r);
-       return ret;
+       return 1;
        }