3314f5ad35b974dbbec8d15f168aa7e0bbe3e6a3
[openssl.git] / crypto / bn / bn_lcl.h
1 /* crypto/bn/bn_lcl.h */
2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
3  * All rights reserved.
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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
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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
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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
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22  * 
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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)"
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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
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43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
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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  * 
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54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
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56  * [including the GNU Public Licence.]
57  */
58 /* ====================================================================
59  * Copyright (c) 1998-2000 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
60  *
61  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
62  * modification, are permitted provided that the following conditions
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65  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
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70  *    the documentation and/or other materials provided with the
71  *    distribution.
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73  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
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75  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
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77  *
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81  *    openssl-core@openssl.org.
82  *
83  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
84  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
85  *    permission of the OpenSSL Project.
86  *
87  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
88  *    acknowledgment:
89  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
90  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
91  *
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95  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
96  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
97  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
98  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
99  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
100  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
101  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
102  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
103  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
104  * ====================================================================
105  *
106  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
107  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
108  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
109  *
110  */
111
112 #ifndef HEADER_BN_LCL_H
113 #define HEADER_BN_LCL_H
114
115 #include <openssl/bn.h>
116
117 #ifdef  __cplusplus
118 extern "C" {
119 #endif
120
121
122 /*
123  * BN_window_bits_for_exponent_size -- macro for sliding window mod_exp functions
124  *
125  *
126  * For window size 'w' (w >= 2) and a random 'b' bits exponent,
127  * the number of multiplications is a constant plus on average
128  *
129  *    2^(w-1) + (b-w)/(w+1);
130  *
131  * here  2^(w-1)  is for precomputing the table (we actually need
132  * entries only for windows that have the lowest bit set), and
133  * (b-w)/(w+1)  is an approximation for the expected number of
134  * w-bit windows, not counting the first one.
135  *
136  * Thus we should use
137  *
138  *    w >= 6  if        b > 671
139  *     w = 5  if  671 > b > 239
140  *     w = 4  if  239 > b >  79
141  *     w = 3  if   79 > b >  23
142  *    w <= 2  if   23 > b
143  *
144  * (with draws in between).  Very small exponents are often selected
145  * with low Hamming weight, so we use  w = 1  for b <= 23.
146  */
147 #if 1
148 #define BN_window_bits_for_exponent_size(b) \
149                 ((b) > 671 ? 6 : \
150                  (b) > 239 ? 5 : \
151                  (b) >  79 ? 4 : \
152                  (b) >  23 ? 3 : 1)
153 #else
154 /* Old SSLeay/OpenSSL table.
155  * Maximum window size was 5, so this table differs for b==1024;
156  * but it coincides for other interesting values (b==160, b==512).
157  */
158 #define BN_window_bits_for_exponent_size(b) \
159                 ((b) > 255 ? 5 : \
160                  (b) > 127 ? 4 : \
161                  (b) >  17 ? 3 : 1)
162 #endif   
163
164
165
166 /* Pentium pro 16,16,16,32,64 */
167 /* Alpha       16,16,16,16.64 */
168 #define BN_MULL_SIZE_NORMAL                     (16) /* 32 */
169 #define BN_MUL_RECURSIVE_SIZE_NORMAL            (16) /* 32 less than */
170 #define BN_SQR_RECURSIVE_SIZE_NORMAL            (16) /* 32 */
171 #define BN_MUL_LOW_RECURSIVE_SIZE_NORMAL        (32) /* 32 */
172 #define BN_MONT_CTX_SET_SIZE_WORD               (64) /* 32 */
173
174 #if !defined(OPENSSL_NO_ASM) && !defined(OPENSSL_NO_INLINE_ASM) && !defined(PEDANTIC)
175 /*
176  * BN_UMULT_HIGH section.
177  *
178  * No, I'm not trying to overwhelm you when stating that the
179  * product of N-bit numbers is 2*N bits wide:-) No, I don't expect
180  * you to be impressed when I say that if the compiler doesn't
181  * support 2*N integer type, then you have to replace every N*N
182  * multiplication with 4 (N/2)*(N/2) accompanied by some shifts
183  * and additions which unavoidably results in severe performance
184  * penalties. Of course provided that the hardware is capable of
185  * producing 2*N result... That's when you normally start
186  * considering assembler implementation. However! It should be
187  * pointed out that some CPUs (most notably Alpha, PowerPC and
188  * upcoming IA-64 family:-) provide *separate* instruction
189  * calculating the upper half of the product placing the result
190  * into a general purpose register. Now *if* the compiler supports
191  * inline assembler, then it's not impossible to implement the
192  * "bignum" routines (and have the compiler optimize 'em)
193  * exhibiting "native" performance in C. That's what BN_UMULT_HIGH
194  * macro is about:-)
195  *
196  *                                      <appro@fy.chalmers.se>
197  */
198 # if defined(__alpha) && (defined(SIXTY_FOUR_BIT_LONG) || defined(SIXTY_FOUR_BIT))
199 #  if defined(__DECC)
200 #   include <c_asm.h>
201 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   (BN_ULONG)asm("umulh %a0,%a1,%v0",(a),(b))
202 #  elif defined(__GNUC__)
203 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   ({      \
204         register BN_ULONG ret;          \
205         asm ("umulh     %1,%2,%0"       \
206              : "=r"(ret)                \
207              : "r"(a), "r"(b));         \
208         ret;                    })
209 #  endif        /* compiler */
210 # elif defined(_ARCH_PPC) && defined(__64BIT__) && defined(SIXTY_FOUR_BIT_LONG)
211 #  if defined(__GNUC__)
212 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   ({      \
213         register BN_ULONG ret;          \
214         asm ("mulhdu    %0,%1,%2"       \
215              : "=r"(ret)                \
216              : "r"(a), "r"(b));         \
217         ret;                    })
218 #  endif        /* compiler */
219 # endif         /* cpu */
220 #endif          /* OPENSSL_NO_ASM */
221
222 /*************************************************************
223  * Using the long long type
224  */
225 #define Lw(t)    (((BN_ULONG)(t))&BN_MASK2)
226 #define Hw(t)    (((BN_ULONG)((t)>>BN_BITS2))&BN_MASK2)
227
228 /* This is used for internal error checking and is not normally used */
229 #ifdef BN_DEBUG
230 # include <assert.h>
231 # define bn_check_top(a) assert ((a)->top >= 0 && (a)->top <= (a)->dmax);
232 #else
233 # define bn_check_top(a)
234 #endif
235
236 /* This macro is to add extra stuff for development checking */
237 #ifdef BN_DEBUG
238 #define bn_set_max(r) ((r)->max=(r)->top,BN_set_flags((r),BN_FLG_STATIC_DATA))
239 #else
240 #define bn_set_max(r)
241 #endif
242
243 /* These macros are used to 'take' a section of a bignum for read only use */
244 #define bn_set_low(r,a,n) \
245         { \
246         (r)->top=((a)->top > (n))?(n):(a)->top; \
247         (r)->d=(a)->d; \
248         (r)->neg=(a)->neg; \
249         (r)->flags|=BN_FLG_STATIC_DATA; \
250         bn_set_max(r); \
251         }
252
253 #define bn_set_high(r,a,n) \
254         { \
255         if ((a)->top > (n)) \
256                 { \
257                 (r)->top=(a)->top-n; \
258                 (r)->d= &((a)->d[n]); \
259                 } \
260         else \
261                 (r)->top=0; \
262         (r)->neg=(a)->neg; \
263         (r)->flags|=BN_FLG_STATIC_DATA; \
264         bn_set_max(r); \
265         }
266
267 #ifdef BN_LLONG
268 #define mul_add(r,a,w,c) { \
269         BN_ULLONG t; \
270         t=(BN_ULLONG)w * (a) + (r) + (c); \
271         (r)= Lw(t); \
272         (c)= Hw(t); \
273         }
274
275 #define mul(r,a,w,c) { \
276         BN_ULLONG t; \
277         t=(BN_ULLONG)w * (a) + (c); \
278         (r)= Lw(t); \
279         (c)= Hw(t); \
280         }
281
282 #define sqr(r0,r1,a) { \
283         BN_ULLONG t; \
284         t=(BN_ULLONG)(a)*(a); \
285         (r0)=Lw(t); \
286         (r1)=Hw(t); \
287         }
288
289 #elif defined(BN_UMULT_HIGH)
290 #define mul_add(r,a,w,c) {              \
291         BN_ULONG high,low,ret,tmp=(a);  \
292         ret =  (r);                     \
293         high=  BN_UMULT_HIGH(w,tmp);    \
294         ret += (c);                     \
295         low =  (w) * tmp;               \
296         (c) =  (ret<(c))?1:0;           \
297         (c) += high;                    \
298         ret += low;                     \
299         (c) += (ret<low)?1:0;           \
300         (r) =  ret;                     \
301         }
302
303 #define mul(r,a,w,c)    {               \
304         BN_ULONG high,low,ret,ta=(a);   \
305         low =  (w) * ta;                \
306         high=  BN_UMULT_HIGH(w,ta);     \
307         ret =  low + (c);               \
308         (c) =  high;                    \
309         (c) += (ret<low)?1:0;           \
310         (r) =  ret;                     \
311         }
312
313 #define sqr(r0,r1,a)    {               \
314         BN_ULONG tmp=(a);               \
315         (r0) = tmp * tmp;               \
316         (r1) = BN_UMULT_HIGH(tmp,tmp);  \
317         }
318
319 #else
320 /*************************************************************
321  * No long long type
322  */
323
324 #define LBITS(a)        ((a)&BN_MASK2l)
325 #define HBITS(a)        (((a)>>BN_BITS4)&BN_MASK2l)
326 #define L2HBITS(a)      ((BN_ULONG)((a)&BN_MASK2l)<<BN_BITS4)
327
328 #define LLBITS(a)       ((a)&BN_MASKl)
329 #define LHBITS(a)       (((a)>>BN_BITS2)&BN_MASKl)
330 #define LL2HBITS(a)     ((BN_ULLONG)((a)&BN_MASKl)<<BN_BITS2)
331
332 #define mul64(l,h,bl,bh) \
333         { \
334         BN_ULONG m,m1,lt,ht; \
335  \
336         lt=l; \
337         ht=h; \
338         m =(bh)*(lt); \
339         lt=(bl)*(lt); \
340         m1=(bl)*(ht); \
341         ht =(bh)*(ht); \
342         m=(m+m1)&BN_MASK2; if (m < m1) ht+=L2HBITS(1L); \
343         ht+=HBITS(m); \
344         m1=L2HBITS(m); \
345         lt=(lt+m1)&BN_MASK2; if (lt < m1) ht++; \
346         (l)=lt; \
347         (h)=ht; \
348         }
349
350 #define sqr64(lo,ho,in) \
351         { \
352         BN_ULONG l,h,m; \
353  \
354         h=(in); \
355         l=LBITS(h); \
356         h=HBITS(h); \
357         m =(l)*(h); \
358         l*=l; \
359         h*=h; \
360         h+=(m&BN_MASK2h1)>>(BN_BITS4-1); \
361         m =(m&BN_MASK2l)<<(BN_BITS4+1); \
362         l=(l+m)&BN_MASK2; if (l < m) h++; \
363         (lo)=l; \
364         (ho)=h; \
365         }
366
367 #define mul_add(r,a,bl,bh,c) { \
368         BN_ULONG l,h; \
369  \
370         h= (a); \
371         l=LBITS(h); \
372         h=HBITS(h); \
373         mul64(l,h,(bl),(bh)); \
374  \
375         /* non-multiply part */ \
376         l=(l+(c))&BN_MASK2; if (l < (c)) h++; \
377         (c)=(r); \
378         l=(l+(c))&BN_MASK2; if (l < (c)) h++; \
379         (c)=h&BN_MASK2; \
380         (r)=l; \
381         }
382
383 #define mul(r,a,bl,bh,c) { \
384         BN_ULONG l,h; \
385  \
386         h= (a); \
387         l=LBITS(h); \
388         h=HBITS(h); \
389         mul64(l,h,(bl),(bh)); \
390  \
391         /* non-multiply part */ \
392         l+=(c); if ((l&BN_MASK2) < (c)) h++; \
393         (c)=h&BN_MASK2; \
394         (r)=l&BN_MASK2; \
395         }
396 #endif /* !BN_LLONG */
397
398 void bn_mul_normal(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,int na,BN_ULONG *b,int nb);
399 void bn_mul_comba8(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b);
400 void bn_mul_comba4(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b);
401 void bn_sqr_normal(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, int n, BN_ULONG *tmp);
402 void bn_sqr_comba8(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a);
403 void bn_sqr_comba4(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a);
404 int bn_cmp_words(const BN_ULONG *a,const BN_ULONG *b,int n);
405 int bn_cmp_part_words(const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
406         int cl, int dl);
407 void bn_mul_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,int n2,
408         int dna,int dnb,BN_ULONG *t);
409 void bn_mul_part_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,
410         int n,int tna,int tnb,BN_ULONG *t);
411 void bn_sqr_recursive(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a, int n2, BN_ULONG *t);
412 void bn_mul_low_normal(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b, int n);
413 void bn_mul_low_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,int n2,
414         BN_ULONG *t);
415 void bn_mul_high(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,BN_ULONG *l,int n2,
416         BN_ULONG *t);
417 BN_ULONG bn_sub_part_words(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
418         int cl, int dl);
419
420 #ifdef  __cplusplus
421 }
422 #endif
423
424 #endif