150dd289a5833a399fb3a7b2aafa046ba4bf5ec0
[openssl.git] / crypto / bn / bn_div.c
1 /* crypto/bn/bn_div.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 #include <stdio.h>
60 #include <openssl/bn.h>
61 #include "cryptlib.h"
62 #include "bn_lcl.h"
63
64 /* The old slow way */
65 #if 0
66 int BN_div(BIGNUM *dv, BIGNUM *rem, BIGNUM *m, BIGNUM *d, BN_CTX *ctx)
67         {
68         int i,nm,nd;
69         BIGNUM *D;
70
71         bn_check_top(m);
72         bn_check_top(d);
73         if (BN_is_zero(d))
74                 {
75                 BNerr(BN_F_BN_DIV,BN_R_DIV_BY_ZERO);
76                 return(0);
77                 }
78
79         if (BN_ucmp(m,d) < 0)
80                 {
81                 if (rem != NULL)
82                         { if (BN_copy(rem,m) == NULL) return(0); }
83                 if (dv != NULL) BN_zero(dv);
84                 return(1);
85                 }
86
87         D= &(ctx->bn[ctx->tos]);
88         if (dv == NULL) dv= &(ctx->bn[ctx->tos+1]);
89         if (rem == NULL) rem= &(ctx->bn[ctx->tos+2]);
90
91         nd=BN_num_bits(d);
92         nm=BN_num_bits(m);
93         if (BN_copy(D,d) == NULL) return(0);
94         if (BN_copy(rem,m) == NULL) return(0);
95
96         /* The next 2 are needed so we can do a dv->d[0]|=1 later
97          * since BN_lshift1 will only work once there is a value :-) */
98         BN_zero(dv);
99         bn_wexpand(dv,1);
100         dv->top=1;
101
102         if (!BN_lshift(D,D,nm-nd)) return(0);
103         for (i=nm-nd; i>=0; i--)
104                 {
105                 if (!BN_lshift1(dv,dv)) return(0);
106                 if (BN_ucmp(rem,D) >= 0)
107                         {
108                         dv->d[0]|=1;
109                         if (!BN_usub(rem,rem,D)) return(0);
110                         }
111 /* CAN IMPROVE (and have now :=) */
112                 if (!BN_rshift1(D,D)) return(0);
113                 }
114         rem->neg=BN_is_zero(rem)?0:m->neg;
115         dv->neg=m->neg^d->neg;
116         return(1);
117         }
118
119 #else
120
121 int BN_div(BIGNUM *dv, BIGNUM *rm, const BIGNUM *num, const BIGNUM *divisor,
122            BN_CTX *ctx)
123         {
124         int norm_shift,i,j,loop;
125         BIGNUM *tmp,wnum,*snum,*sdiv,*res;
126         BN_ULONG *resp,*wnump;
127         BN_ULONG d0,d1;
128         int num_n,div_n;
129
130         bn_check_top(num);
131         bn_check_top(divisor);
132
133         if (BN_is_zero(divisor))
134                 {
135                 BNerr(BN_F_BN_DIV,BN_R_DIV_BY_ZERO);
136                 return(0);
137                 }
138
139         if (BN_ucmp(num,divisor) < 0)
140                 {
141                 if (rm != NULL)
142                         { if (BN_copy(rm,num) == NULL) return(0); }
143                 if (dv != NULL) BN_zero(dv);
144                 return(1);
145                 }
146
147         tmp= &(ctx->bn[ctx->tos]);
148         tmp->neg=0;
149         snum= &(ctx->bn[ctx->tos+1]);
150         sdiv= &(ctx->bn[ctx->tos+2]);
151         if (dv == NULL)
152                 res= &(ctx->bn[ctx->tos+3]);
153         else    res=dv;
154
155         /* First we normalise the numbers */
156         norm_shift=BN_BITS2-((BN_num_bits(divisor))%BN_BITS2);
157         BN_lshift(sdiv,divisor,norm_shift);
158         sdiv->neg=0;
159         norm_shift+=BN_BITS2;
160         BN_lshift(snum,num,norm_shift);
161         snum->neg=0;
162         div_n=sdiv->top;
163         num_n=snum->top;
164         loop=num_n-div_n;
165
166         /* Lets setup a 'window' into snum
167          * This is the part that corresponds to the current
168          * 'area' being divided */
169         BN_init(&wnum);
170         wnum.d=  &(snum->d[loop]);
171         wnum.top= div_n;
172         wnum.max= snum->max+1; /* a bit of a lie */
173
174         /* Get the top 2 words of sdiv */
175         /* i=sdiv->top; */
176         d0=sdiv->d[div_n-1];
177         d1=(div_n == 1)?0:sdiv->d[div_n-2];
178
179         /* pointer to the 'top' of snum */
180         wnump= &(snum->d[num_n-1]);
181
182         /* Setup to 'res' */
183         res->neg= (num->neg^divisor->neg);
184         if (!bn_wexpand(res,(loop+1))) goto err;
185         res->top=loop;
186         resp= &(res->d[loop-1]);
187
188         /* space for temp */
189         if (!bn_wexpand(tmp,(div_n+1))) goto err;
190
191         if (BN_ucmp(&wnum,sdiv) >= 0)
192                 {
193                 if (!BN_usub(&wnum,&wnum,sdiv)) goto err;
194                 *resp=1;
195                 res->d[res->top-1]=1;
196                 }
197         else
198                 res->top--;
199         resp--;
200
201         for (i=0; i<loop-1; i++)
202                 {
203                 BN_ULONG q,l0;
204 #ifdef BN_DIV3W
205                 q=bn_div_3_words(wnump,d0,d1);
206 #else
207
208 #if !defined(NO_ASM) && !defined(PEDANTIC)
209 # if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
210 #  if defined(__i386)
211    /*
212     * There were two reasons for implementing this template:
213     * - GNU C generates a call to a function (__udivdi3 to be exact)
214     *   in reply to ((((BN_ULLONG)n0)<<BN_BITS2)|n1)/d0 (I fail to
215     *   understand why...);
216     * - divl doesn't only calculate quotient, but also leaves
217     *   remainder in %edx which we can definitely use here:-)
218     *
219     *                                   <appro@fy.chalmers.se>
220     */
221 #  define bn_div_words(n0,n1,d0)                \
222         ({  asm volatile (                      \
223                 "divl   %4"                     \
224                 : "=a"(q), "=d"(rem)            \
225                 : "a"(n1), "d"(n0), "g"(d0)     \
226                 : "cc");                        \
227             q;                                  \
228         })
229 #  define REMINDER_IS_ALREADY_CALCULATED
230 #  endif /* __<cpu> */
231 # endif /* __GNUC__ */
232 #endif /* NO_ASM */
233                 BN_ULONG n0,n1,rem=0;
234
235                 n0=wnump[0];
236                 n1=wnump[-1];
237                 if (n0 == d0)
238                         q=BN_MASK2;
239                 else
240 #if defined(BN_LLONG) && defined(BN_DIV2W) && !defined(bn_div_words)
241                         q=((((BN_ULLONG)n0)<<BN_BITS2)|n1)/d0;
242 #else
243                         q=bn_div_words(n0,n1,d0);
244 #endif
245                 {
246 #ifdef BN_LLONG
247                 BN_ULLONG t2;
248
249 #ifndef REMINDER_IS_ALREADY_CALCULATED
250                 /*
251                  * rem doesn't have to be BN_ULLONG. The least we
252                  * know it's less that d0, isn't it?
253                  */
254                 rem=(n1-q*d0)&BN_MASK2;
255 #endif
256                 t2=(BN_ULLONG)d1*q;
257
258                 for (;;)
259                         {
260                         if (t2 <= ((((BN_ULLONG)rem)<<BN_BITS2)|wnump[-2]))
261                                 break;
262                         q--;
263                         rem += d0;
264                         if (rem < d0) break; /* don't let rem overflow */
265                         t2 -= d1;
266                         }
267 #else
268                 BN_ULONG t2l,t2h,ql,qh;
269
270 #ifndef REMINDER_IS_ALREADY_CALCULATED
271                 /*
272                  * It's more than enough with the only multiplication.
273                  * See the comment above in BN_LLONG section...
274                  */
275                 rem=(n1-q*d0)&BN_MASK2;
276 #endif
277                 t2l=LBITS(d1); t2h=HBITS(d1);
278                 ql =LBITS(q);  qh =HBITS(q);
279                 mul64(t2l,t2h,ql,qh); /* t2=(BN_ULLONG)d1*q; */
280
281                 for (;;)
282                         {
283                         if ((t2h < rem) ||
284                                 ((t2h == rem) && (t2l <= wnump[-2])))
285                                 break;
286                         q--;
287                         rem += d0;
288                         if (rem < d0) break; /* don't let rem overflow */
289                         if (t2l < d1) t2h--; t2l -= d1;
290                         }
291 #endif
292                 }
293 #endif /* !BN_DIV3W */
294                 wnum.d--; wnum.top++;
295                 l0=bn_mul_words(tmp->d,sdiv->d,div_n,q);
296                 tmp->d[div_n]=l0;
297                 for (j=div_n+1; j>0; j--)
298                         if (tmp->d[j-1]) break;
299                 tmp->top=j;
300
301                 j=wnum.top;
302                 BN_sub(&wnum,&wnum,tmp);
303
304                 snum->top=snum->top+wnum.top-j;
305
306                 if (wnum.neg)
307                         {
308                         q--;
309                         j=wnum.top;
310                         BN_add(&wnum,&wnum,sdiv);
311                         snum->top+=wnum.top-j;
312                         }
313                 *(resp--)=q;
314                 wnump--;
315                 }
316         if (rm != NULL)
317                 {
318                 BN_rshift(rm,snum,norm_shift);
319                 rm->neg=num->neg;
320                 }
321         return(1);
322 err:
323         return(0);
324         }
325
326 #endif
327
328 /* rem != m */
329 int BN_mod(BIGNUM *rem, const BIGNUM *m, const BIGNUM *d, BN_CTX *ctx)
330         {
331 #if 0 /* The old slow way */
332         int i,nm,nd;
333         BIGNUM *dv;
334
335         if (BN_ucmp(m,d) < 0)
336                 return((BN_copy(rem,m) == NULL)?0:1);
337
338         dv= &(ctx->bn[ctx->tos]);
339
340         if (!BN_copy(rem,m)) return(0);
341
342         nm=BN_num_bits(rem);
343         nd=BN_num_bits(d);
344         if (!BN_lshift(dv,d,nm-nd)) return(0);
345         for (i=nm-nd; i>=0; i--)
346                 {
347                 if (BN_cmp(rem,dv) >= 0)
348                         {
349                         if (!BN_sub(rem,rem,dv)) return(0);
350                         }
351                 if (!BN_rshift1(dv,dv)) return(0);
352                 }
353         return(1);
354 #else
355         return(BN_div(NULL,rem,m,d,ctx));
356 #endif
357         }
358