31062b7db263cd6a180674f1bc0f2424f07e6c46
[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, const BIGNUM *m, const BIGNUM *d,
67            BN_CTX *ctx)
68         {
69         int i,nm,nd;
70         int ret = 0;
71         BIGNUM *D;
72
73         bn_check_top(m);
74         bn_check_top(d);
75         if (BN_is_zero(d))
76                 {
77                 BNerr(BN_F_BN_DIV,BN_R_DIV_BY_ZERO);
78                 return(0);
79                 }
80
81         if (BN_ucmp(m,d) < 0)
82                 {
83                 if (rem != NULL)
84                         { if (BN_copy(rem,m) == NULL) return(0); }
85                 if (dv != NULL) BN_zero(dv);
86                 return(1);
87                 }
88
89         BN_CTX_start(ctx);
90         D = BN_CTX_get(ctx);
91         if (dv == NULL) dv = BN_CTX_get(ctx);
92         if (rem == NULL) rem = BN_CTX_get(ctx);
93         if (D == NULL || dv == NULL || rem == NULL)
94                 goto end;
95
96         nd=BN_num_bits(d);
97         nm=BN_num_bits(m);
98         if (BN_copy(D,d) == NULL) goto end;
99         if (BN_copy(rem,m) == NULL) goto end;
100
101         /* The next 2 are needed so we can do a dv->d[0]|=1 later
102          * since BN_lshift1 will only work once there is a value :-) */
103         BN_zero(dv);
104         bn_wexpand(dv,1);
105         dv->top=1;
106
107         if (!BN_lshift(D,D,nm-nd)) goto end;
108         for (i=nm-nd; i>=0; i--)
109                 {
110                 if (!BN_lshift1(dv,dv)) goto end;
111                 if (BN_ucmp(rem,D) >= 0)
112                         {
113                         dv->d[0]|=1;
114                         if (!BN_usub(rem,rem,D)) goto end;
115                         }
116 /* CAN IMPROVE (and have now :=) */
117                 if (!BN_rshift1(D,D)) goto end;
118                 }
119         rem->neg=BN_is_zero(rem)?0:m->neg;
120         dv->neg=m->neg^d->neg;
121         ret = 1;
122  end:
123         BN_CTX_end(ctx);
124         return(ret);
125         }
126
127 #else
128
129 #if !defined(NO_ASM) && !defined(PEDANTIC) && !defined(BN_DIV3W)
130 # if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
131 #  if defined(__i386)
132    /*
133     * There were two reasons for implementing this template:
134     * - GNU C generates a call to a function (__udivdi3 to be exact)
135     *   in reply to ((((BN_ULLONG)n0)<<BN_BITS2)|n1)/d0 (I fail to
136     *   understand why...);
137     * - divl doesn't only calculate quotient, but also leaves
138     *   remainder in %edx which we can definitely use here:-)
139     *
140     *                                   <appro@fy.chalmers.se>
141     */
142 #  define bn_div_words(n0,n1,d0)                \
143         ({  asm volatile (                      \
144                 "divl   %4"                     \
145                 : "=a"(q), "=d"(rem)            \
146                 : "a"(n1), "d"(n0), "g"(d0)     \
147                 : "cc");                        \
148             q;                                  \
149         })
150 #  define REMAINDER_IS_ALREADY_CALCULATED
151 #  endif /* __<cpu> */
152 # endif /* __GNUC__ */
153 #endif /* NO_ASM */
154
155 int BN_div(BIGNUM *dv, BIGNUM *rm, const BIGNUM *num, const BIGNUM *divisor,
156            BN_CTX *ctx)
157         {
158         int norm_shift,i,j,loop;
159         BIGNUM *tmp,wnum,*snum,*sdiv,*res;
160         BN_ULONG *resp,*wnump;
161         BN_ULONG d0,d1;
162         int num_n,div_n;
163
164         bn_check_top(num);
165         bn_check_top(divisor);
166
167         if (BN_is_zero(divisor))
168                 {
169                 BNerr(BN_F_BN_DIV,BN_R_DIV_BY_ZERO);
170                 return(0);
171                 }
172
173         if (BN_ucmp(num,divisor) < 0)
174                 {
175                 if (rm != NULL)
176                         { if (BN_copy(rm,num) == NULL) return(0); }
177                 if (dv != NULL) BN_zero(dv);
178                 return(1);
179                 }
180
181         BN_CTX_start(ctx);
182         tmp=BN_CTX_get(ctx);
183         tmp->neg=0;
184         snum=BN_CTX_get(ctx);
185         sdiv=BN_CTX_get(ctx);
186         if (dv == NULL)
187                 res=BN_CTX_get(ctx);
188         else    res=dv;
189         if (res == NULL) goto err;
190
191         /* First we normalise the numbers */
192         norm_shift=BN_BITS2-((BN_num_bits(divisor))%BN_BITS2);
193         BN_lshift(sdiv,divisor,norm_shift);
194         sdiv->neg=0;
195         norm_shift+=BN_BITS2;
196         BN_lshift(snum,num,norm_shift);
197         snum->neg=0;
198         div_n=sdiv->top;
199         num_n=snum->top;
200         loop=num_n-div_n;
201
202         /* Lets setup a 'window' into snum
203          * This is the part that corresponds to the current
204          * 'area' being divided */
205         BN_init(&wnum);
206         wnum.d=  &(snum->d[loop]);
207         wnum.top= div_n;
208         wnum.max= snum->max+1; /* a bit of a lie */
209
210         /* Get the top 2 words of sdiv */
211         /* i=sdiv->top; */
212         d0=sdiv->d[div_n-1];
213         d1=(div_n == 1)?0:sdiv->d[div_n-2];
214
215         /* pointer to the 'top' of snum */
216         wnump= &(snum->d[num_n-1]);
217
218         /* Setup to 'res' */
219         res->neg= (num->neg^divisor->neg);
220         if (!bn_wexpand(res,(loop+1))) goto err;
221         res->top=loop;
222         resp= &(res->d[loop-1]);
223
224         /* space for temp */
225         if (!bn_wexpand(tmp,(div_n+1))) goto err;
226
227         if (BN_ucmp(&wnum,sdiv) >= 0)
228                 {
229                 if (!BN_usub(&wnum,&wnum,sdiv)) goto err;
230                 *resp=1;
231                 res->d[res->top-1]=1;
232                 }
233         else
234                 res->top--;
235         resp--;
236
237         for (i=0; i<loop-1; i++)
238                 {
239                 BN_ULONG q,l0;
240 #ifdef BN_DIV3W
241                 q=bn_div_3_words(wnump,d1,d0);
242 #else
243                 BN_ULONG n0,n1,rem=0;
244
245                 n0=wnump[0];
246                 n1=wnump[-1];
247                 if (n0 == d0)
248                         q=BN_MASK2;
249                 else                    /* n0 < d0 */
250                         {
251 #ifdef BN_LLONG
252                         BN_ULLONG t2;
253
254 #if defined(BN_LLONG) && defined(BN_DIV2W) && !defined(bn_div_words)
255                         q=(BN_ULONG)(((((BN_ULLONG)n0)<<BN_BITS2)|n1)/d0);
256 #else
257                         q=bn_div_words(n0,n1,d0);
258 #endif
259
260 #ifndef REMAINDER_IS_ALREADY_CALCULATED
261                         /*
262                          * rem doesn't have to be BN_ULLONG. The least we
263                          * know it's less that d0, isn't it?
264                          */
265                         rem=(n1-q*d0)&BN_MASK2;
266 #endif
267                         t2=(BN_ULLONG)d1*q;
268
269                         for (;;)
270                                 {
271                                 if (t2 <= ((((BN_ULLONG)rem)<<BN_BITS2)|wnump[-2]))
272                                         break;
273                                 q--;
274                                 rem += d0;
275                                 if (rem < d0) break; /* don't let rem overflow */
276                                 t2 -= d1;
277                                 }
278 #else /* !BN_LLONG */
279                         BN_ULONG t2l,t2h,ql,qh;
280
281                         q=bn_div_words(n0,n1,d0);
282 #ifndef REMAINDER_IS_ALREADY_CALCULATED
283                         rem=(n1-q*d0)&BN_MASK2;
284 #endif
285
286 #ifdef BN_UMULT_HIGH
287                         t2l = d1 * q;
288                         t2h = BN_UMULT_HIGH(d1,q);
289 #else
290                         t2l=LBITS(d1); t2h=HBITS(d1);
291                         ql =LBITS(q);  qh =HBITS(q);
292                         mul64(t2l,t2h,ql,qh); /* t2=(BN_ULLONG)d1*q; */
293 #endif
294
295                         for (;;)
296                                 {
297                                 if ((t2h < rem) ||
298                                         ((t2h == rem) && (t2l <= wnump[-2])))
299                                         break;
300                                 q--;
301                                 rem += d0;
302                                 if (rem < d0) break; /* don't let rem overflow */
303                                 if (t2l < d1) t2h--; t2l -= d1;
304                                 }
305 #endif /* !BN_LLONG */
306                         }
307 #endif /* !BN_DIV3W */
308
309                 l0=bn_mul_words(tmp->d,sdiv->d,div_n,q);
310                 wnum.d--; wnum.top++;
311                 tmp->d[div_n]=l0;
312                 for (j=div_n+1; j>0; j--)
313                         if (tmp->d[j-1]) break;
314                 tmp->top=j;
315
316                 j=wnum.top;
317                 BN_sub(&wnum,&wnum,tmp);
318
319                 snum->top=snum->top+wnum.top-j;
320
321                 if (wnum.neg)
322                         {
323                         q--;
324                         j=wnum.top;
325                         BN_add(&wnum,&wnum,sdiv);
326                         snum->top+=wnum.top-j;
327                         }
328                 *(resp--)=q;
329                 wnump--;
330                 }
331         if (rm != NULL)
332                 {
333                 BN_rshift(rm,snum,norm_shift);
334                 rm->neg=num->neg;
335                 }
336         BN_CTX_end(ctx);
337         return(1);
338 err:
339         BN_CTX_end(ctx);
340         return(0);
341         }
342
343 #endif
344
345 /* rem != m */
346 int BN_mod(BIGNUM *rem, const BIGNUM *m, const BIGNUM *d, BN_CTX *ctx)
347         {
348 #if 0 /* The old slow way */
349         int i,nm,nd;
350         BIGNUM *dv;
351
352         if (BN_ucmp(m,d) < 0)
353                 return((BN_copy(rem,m) == NULL)?0:1);
354
355         BN_CTX_start(ctx);
356         dv=BN_CTX_get(ctx);
357
358         if (!BN_copy(rem,m)) goto err;
359
360         nm=BN_num_bits(rem);
361         nd=BN_num_bits(d);
362         if (!BN_lshift(dv,d,nm-nd)) goto err;
363         for (i=nm-nd; i>=0; i--)
364                 {
365                 if (BN_cmp(rem,dv) >= 0)
366                         {
367                         if (!BN_sub(rem,rem,dv)) goto err;
368                         }
369                 if (!BN_rshift1(dv,dv)) goto err;
370                 }
371         BN_CTX_end(ctx);
372         return(1);
373  err:
374         BN_CTX_end(ctx);
375         return(0);
376 #else
377         return(BN_div(NULL,rem,m,d,ctx));
378 #endif
379         }
380