crypto/bn/bn_mont.c

   1 /* crypto/bn/bn_mont.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58
  59 /*
  60  * Details about Montgomery multiplication algorithms can be found at
  61  * http://security.ece.orst.edu/publications.html, e.g.
  62  * http://security.ece.orst.edu/koc/papers/j37acmon.pdf and
  63  * sections 3.8 and 4.2 in http://security.ece.orst.edu/koc/papers/r01rsasw.pdf
  64  */
  65
  66 #include <stdio.h>
  67 #include "cryptlib.h"
  68 #include "bn_lcl.h"
  69
  70 #define MONT_WORD /* use the faster word-based algorithm */
  71
  72 int BN_mod_mul_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
  73                           BN_MONT_CTX *mont, BN_CTX *ctx)
  74         {
  75         BIGNUM *tmp;
  76         int ret=0;
  77 #ifdef OPENSSL_BN_ASM_MONT
  78         int num = mont->N.top;
  79
  80         if (num>1 && a->top==num && b->top==num)
  81                 {
  82                 if (bn_wexpand(r,num) == NULL) return 0;
  83                 if (bn_mul_mont(r->d,a->d,b->d,mont->N.d,mont->n0,num))
  84                         {
  85                         r->neg = a->neg^b->neg;
  86                         r->top = num;
  87                         bn_fix_top(r);
  88                         return 1;
  89                         }
  90                 }
  91 #endif
  92
  93         BN_CTX_start(ctx);
  94         tmp = BN_CTX_get(ctx);
  95         if (tmp == NULL) goto err;
  96
  97         bn_check_top(tmp);
  98         if (a == b)
  99                 {
 100                 if (!BN_sqr(tmp,a,ctx)) goto err;
 101                 }
 102         else
 103                 {
 104                 if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
 105                 }
 106         /* reduce from aRR to aR */
 107         if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
 108         bn_check_top(r);
 109         ret=1;
 110 err:
 111         BN_CTX_end(ctx);
 112         return(ret);
 113         }
 114
 115 int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
 116              BN_CTX *ctx)
 117         {
 118         int retn=0;
 119
 120 #ifdef MONT_WORD
 121         BIGNUM *n,*r;
 122         BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
 123         int al,nl,max,i,x,ri;
 124
 125         BN_CTX_start(ctx);
 126         if ((r = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
 127
 128         if (!BN_copy(r,a)) goto err;
 129         n= &(mont->N);
 130
 131         ap=a->d;
 132         /* mont->ri is the size of mont->N in bits (rounded up
 133            to the word size) */
 134         al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
 135
 136         nl=n->top;
 137         if ((al == 0) || (nl == 0)) { r->top=0; return(1); }
 138
 139         max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
 140         if (bn_wexpand(r,max) == NULL) goto err;
 141         if (bn_wexpand(ret,max) == NULL) goto err;
 142
 143         r->neg=a->neg^n->neg;
 144         np=n->d;
 145         rp=r->d;
 146         nrp= &(r->d[nl]);
 147
 148         /* clear the top words of T */
 149 #if 1
 150         for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
 151                 r->d[i]=0;
 152 #else
 153         memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG));
 154 #endif
 155
 156         r->top=max;
 157         n0=mont->n0;
 158
 159 #ifdef BN_COUNT
 160         fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
 161 #endif
 162         for (i=0; i<nl; i++)
 163                 {
 164 #ifdef __TANDEM
 165                 {
 166                    long long t1;
 167                    long long t2;
 168                    long long t3;
 169                    t1 = rp[0] * (n0 & 0177777);
 170                    t2 = 037777600000l;
 171                    t2 = n0 & t2;
 172                    t3 = rp[0] & 0177777;
 173                    t2 = (t3 * t2) & BN_MASK2;
 174                    t1 = t1 + t2;
 175                    v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(BN_ULONG) t1);
 176                 }
 177 #else
 178                 v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
 179 #endif
 180                 nrp++;
 181                 rp++;
 182                 if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
 183                         continue;
 184                 else
 185                         {
 186                         if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
 187                         if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
 188                         for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
 189                         }
 190                 }
 191         bn_correct_top(r);
 192
 193         /* mont->ri will be a multiple of the word size */
 194 #if 0
 195         BN_rshift(ret,r,mont->ri);
 196 #else
 197         ret->neg = r->neg;
 198         x=ri;
 199         rp=ret->d;
 200         ap= &(r->d[x]);
 201         if (r->top < x)
 202                 al=0;
 203         else
 204                 al=r->top-x;
 205         ret->top=al;
 206         al-=4;
 207         for (i=0; i<al; i+=4)
 208                 {
 209                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
 210
 211                 t1=ap[i+0];
 212                 t2=ap[i+1];
 213                 t3=ap[i+2];
 214                 t4=ap[i+3];
 215                 rp[i+0]=t1;
 216                 rp[i+1]=t2;
 217                 rp[i+2]=t3;
 218                 rp[i+3]=t4;
 219                 }
 220         al+=4;
 221         for (; i<al; i++)
 222                 rp[i]=ap[i];
 223 #endif
 224 #else /* !MONT_WORD */
 225         BIGNUM *t1,*t2;
 226
 227         BN_CTX_start(ctx);
 228         t1 = BN_CTX_get(ctx);
 229         t2 = BN_CTX_get(ctx);
 230         if (t1 == NULL || t2 == NULL) goto err;
 231
 232         if (!BN_copy(t1,a)) goto err;
 233         BN_mask_bits(t1,mont->ri);
 234
 235         if (!BN_mul(t2,t1,&mont->Ni,ctx)) goto err;
 236         BN_mask_bits(t2,mont->ri);
 237
 238         if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
 239         if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
 240         if (!BN_rshift(ret,t2,mont->ri)) goto err;
 241 #endif /* MONT_WORD */
 242
 243         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
 244                 {
 245                 if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) goto err;
 246                 }
 247         retn=1;
 248         bn_check_top(ret);
 249  err:
 250         BN_CTX_end(ctx);
 251         return(retn);
 252         }
 253
 254 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new(void)
 255         {
 256         BN_MONT_CTX *ret;
 257
 258         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)OPENSSL_malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
 259                 return(NULL);
 260
 261         BN_MONT_CTX_init(ret);
 262         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
 263         return(ret);
 264         }
 265
 266 void BN_MONT_CTX_init(BN_MONT_CTX *ctx)
 267         {
 268         ctx->ri=0;
 269         BN_init(&(ctx->RR));
 270         BN_init(&(ctx->N));
 271         BN_init(&(ctx->Ni));
 272         ctx->flags=0;
 273         }
 274
 275 void BN_MONT_CTX_free(BN_MONT_CTX *mont)
 276         {
 277         if(mont == NULL)
 278             return;
 279
 280         BN_free(&(mont->RR));
 281         BN_free(&(mont->N));
 282         BN_free(&(mont->Ni));
 283         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
 284                 OPENSSL_free(mont);
 285         }
 286
 287 int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
 288         {
 289         int ret = 0;
 290         BIGNUM *Ri,*R;
 291
 292         BN_CTX_start(ctx);
 293         if((Ri = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
 294         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
 295         if (!BN_copy(&(mont->N),mod)) goto err;         /* Set N */
 296         mont->N.neg = 0;
 297
 298 #ifdef MONT_WORD
 299                 {
 300                 BIGNUM tmod;
 301                 BN_ULONG buf[2];
 302
 303                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
 304                 BN_zero(R);
 305                 if (!(BN_set_bit(R,BN_BITS2))) goto err;        /* R */
 306
 307                 buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
 308                 buf[1]=0;
 309                 tmod.d=buf;
 310                 tmod.top = buf[0] != 0 ? 1 : 0;
 311                 tmod.dmax=2;
 312                 tmod.neg=0;
 313                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
 314                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
 315                         goto err;
 316                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
 317                 if (!BN_is_zero(Ri))
 318                         {
 319                         if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
 320                         }
 321                 else /* if N mod word size == 1 */
 322                         {
 323                         if (!BN_set_word(Ri,BN_MASK2)) goto err;  /* Ri-- (mod word size) */
 324                         }
 325                 if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
 326                 /* Ni = (R*Ri-1)/N,
 327                  * keep only least significant word: */
 328                 mont->n0 = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
 329                 }
 330 #else /* !MONT_WORD */
 331                 { /* bignum version */
 332                 mont->ri=BN_num_bits(&mont->N);
 333                 BN_zero(R);
 334                 if (!BN_set_bit(R,mont->ri)) goto err;  /* R = 2^ri */
 335                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
 336                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&mont->N,ctx)) == NULL)
 337                         goto err;
 338                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,mont->ri)) goto err; /* R*Ri */
 339                 if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
 340                                                         /* Ni = (R*Ri-1) / N */
 341                 if (!BN_div(&(mont->Ni),NULL,Ri,&mont->N,ctx)) goto err;
 342                 }
 343 #endif
 344
 345         /* setup RR for conversions */
 346         BN_zero(&(mont->RR));
 347         if (!BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2)) goto err;
 348         if (!BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx)) goto err;
 349
 350         ret = 1;
 351 err:
 352         BN_CTX_end(ctx);
 353         return ret;
 354         }
 355
 356 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
 357         {
 358         if (to == from) return(to);
 359
 360         if (!BN_copy(&(to->RR),&(from->RR))) return NULL;
 361         if (!BN_copy(&(to->N),&(from->N))) return NULL;
 362         if (!BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni))) return NULL;
 363         to->ri=from->ri;
 364         to->n0=from->n0;
 365         return(to);
 366         }
 367
 368 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_set_locked(BN_MONT_CTX **pmont, int lock,
 369                                         const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
 370         {
 371         if (*pmont)
 372                 return *pmont;
 373         CRYPTO_w_lock(lock);
 374         if (!*pmont)
 375                 {
 376                 *pmont = BN_MONT_CTX_new();
 377                 if (*pmont && !BN_MONT_CTX_set(*pmont, mod, ctx))
 378                         {
 379                         BN_MONT_CTX_free(*pmont);
 380                         *pmont = NULL;
 381                         }
 382                 }
 383         CRYPTO_w_unlock(lock);
 384         return *pmont;
 385         }