crypto/bn/bn_lib.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 #include <assert.h>
  11 #include <limits.h>
  12 #include "internal/cryptlib.h"
  13 #include "bn_lcl.h"
  14 #include <openssl/opensslconf.h>
  15 #include "internal/constant_time_locl.h"
  16
  17 /* This stuff appears to be completely unused, so is deprecated */
  18 #if !OPENSSL_API_0_9_8
  19 /*-
  20  * For a 32 bit machine
  21  * 2 -   4 ==  128
  22  * 3 -   8 ==  256
  23  * 4 -  16 ==  512
  24  * 5 -  32 == 1024
  25  * 6 -  64 == 2048
  26  * 7 - 128 == 4096
  27  * 8 - 256 == 8192
  28  */
  29 static int bn_limit_bits = 0;
  30 static int bn_limit_num = 8;    /* (1<<bn_limit_bits) */
  31 static int bn_limit_bits_low = 0;
  32 static int bn_limit_num_low = 8; /* (1<<bn_limit_bits_low) */
  33 static int bn_limit_bits_high = 0;
  34 static int bn_limit_num_high = 8; /* (1<<bn_limit_bits_high) */
  35 static int bn_limit_bits_mont = 0;
  36 static int bn_limit_num_mont = 8; /* (1<<bn_limit_bits_mont) */
  37
  38 void BN_set_params(int mult, int high, int low, int mont)
  39 {
  40     if (mult >= 0) {
  41         if (mult > (int)(sizeof(int) * 8) - 1)
  42             mult = sizeof(int) * 8 - 1;
  43         bn_limit_bits = mult;
  44         bn_limit_num = 1 << mult;
  45     }
  46     if (high >= 0) {
  47         if (high > (int)(sizeof(int) * 8) - 1)
  48             high = sizeof(int) * 8 - 1;
  49         bn_limit_bits_high = high;
  50         bn_limit_num_high = 1 << high;
  51     }
  52     if (low >= 0) {
  53         if (low > (int)(sizeof(int) * 8) - 1)
  54             low = sizeof(int) * 8 - 1;
  55         bn_limit_bits_low = low;
  56         bn_limit_num_low = 1 << low;
  57     }
  58     if (mont >= 0) {
  59         if (mont > (int)(sizeof(int) * 8) - 1)
  60             mont = sizeof(int) * 8 - 1;
  61         bn_limit_bits_mont = mont;
  62         bn_limit_num_mont = 1 << mont;
  63     }
  64 }
  65
  66 int BN_get_params(int which)
  67 {
  68     if (which == 0)
  69         return bn_limit_bits;
  70     else if (which == 1)
  71         return bn_limit_bits_high;
  72     else if (which == 2)
  73         return bn_limit_bits_low;
  74     else if (which == 3)
  75         return bn_limit_bits_mont;
  76     else
  77         return 0;
  78 }
  79 #endif
  80
  81 const BIGNUM *BN_value_one(void)
  82 {
  83     static const BN_ULONG data_one = 1L;
  84     static const BIGNUM const_one =
  85         { (BN_ULONG *)&data_one, 1, 1, 0, BN_FLG_STATIC_DATA };
  86
  87     return &const_one;
  88 }
  89
  90 int BN_num_bits_word(BN_ULONG l)
  91 {
  92     BN_ULONG x, mask;
  93     int bits = (l != 0);
  94
  95 #if BN_BITS2 > 32
  96     x = l >> 32;
  97     mask = (0 - x) & BN_MASK2;
  98     mask = (0 - (mask >> (BN_BITS2 - 1)));
  99     bits += 32 & mask;
 100     l ^= (x ^ l) & mask;
 101 #endif
 102
 103     x = l >> 16;
 104     mask = (0 - x) & BN_MASK2;
 105     mask = (0 - (mask >> (BN_BITS2 - 1)));
 106     bits += 16 & mask;
 107     l ^= (x ^ l) & mask;
 108
 109     x = l >> 8;
 110     mask = (0 - x) & BN_MASK2;
 111     mask = (0 - (mask >> (BN_BITS2 - 1)));
 112     bits += 8 & mask;
 113     l ^= (x ^ l) & mask;
 114
 115     x = l >> 4;
 116     mask = (0 - x) & BN_MASK2;
 117     mask = (0 - (mask >> (BN_BITS2 - 1)));
 118     bits += 4 & mask;
 119     l ^= (x ^ l) & mask;
 120
 121     x = l >> 2;
 122     mask = (0 - x) & BN_MASK2;
 123     mask = (0 - (mask >> (BN_BITS2 - 1)));
 124     bits += 2 & mask;
 125     l ^= (x ^ l) & mask;
 126
 127     x = l >> 1;
 128     mask = (0 - x) & BN_MASK2;
 129     mask = (0 - (mask >> (BN_BITS2 - 1)));
 130     bits += 1 & mask;
 131
 132     return bits;
 133 }
 134
 135 /*
 136  * This function still leaks `a->dmax`: it's caller's responsibility to
 137  * expand the input `a` in advance to a public length.
 138  */
 139 static ossl_inline
 140 int bn_num_bits_consttime(const BIGNUM *a)
 141 {
 142     int j, ret;
 143     unsigned int mask, past_i;
 144     int i = a->top - 1;
 145     bn_check_top(a);
 146
 147     for (j = 0, past_i = 0, ret = 0; j < a->dmax; j++) {
 148         mask = constant_time_eq_int(i, j); /* 0xff..ff if i==j, 0x0 otherwise */
 149
 150         ret += BN_BITS2 & (~mask & ~past_i);
 151         ret += BN_num_bits_word(a->d[j]) & mask;
 152
 153         past_i |= mask; /* past_i will become 0xff..ff after i==j */
 154     }
 155
 156     /*
 157      * if BN_is_zero(a) => i is -1 and ret contains garbage, so we mask the
 158      * final result.
 159      */
 160     mask = ~(constant_time_eq_int(i, ((int)-1)));
 161
 162     return ret & mask;
 163 }
 164
 165 int BN_num_bits(const BIGNUM *a)
 166 {
 167     int i = a->top - 1;
 168     bn_check_top(a);
 169
 170     if (a->flags & BN_FLG_CONSTTIME) {
 171         /*
 172          * We assume that BIGNUMs flagged as CONSTTIME have also been expanded
 173          * so that a->dmax is not leaking secret information.
 174          *
 175          * In other words, it's the caller's responsibility to ensure `a` has
 176          * been preallocated in advance to a public length if we hit this
 177          * branch.
 178          *
 179          */
 180         return bn_num_bits_consttime(a);
 181     }
 182
 183     if (BN_is_zero(a))
 184         return 0;
 185
 186     return ((i * BN_BITS2) + BN_num_bits_word(a->d[i]));
 187 }
 188
 189 static void bn_free_d(BIGNUM *a, int clear)
 190 {
 191     if (BN_get_flags(a, BN_FLG_SECURE))
 192         OPENSSL_secure_clear_free(a->d, a->dmax * sizeof(a->d[0]));
 193     else if (clear != 0)
 194         OPENSSL_clear_free(a->d, a->dmax * sizeof(a->d[0]));
 195     else
 196         OPENSSL_free(a->d);
 197 }
 198
 199
 200 void BN_clear_free(BIGNUM *a)
 201 {
 202     if (a == NULL)
 203         return;
 204     if (a->d != NULL && !BN_get_flags(a, BN_FLG_STATIC_DATA))
 205         bn_free_d(a, 1);
 206     if (BN_get_flags(a, BN_FLG_MALLOCED)) {
 207         OPENSSL_cleanse(a, sizeof(*a));
 208         OPENSSL_free(a);
 209     }
 210 }
 211
 212 void BN_free(BIGNUM *a)
 213 {
 214     if (a == NULL)
 215         return;
 216     if (!BN_get_flags(a, BN_FLG_STATIC_DATA))
 217         bn_free_d(a, 0);
 218     if (a->flags & BN_FLG_MALLOCED)
 219         OPENSSL_free(a);
 220 }
 221
 222 void bn_init(BIGNUM *a)
 223 {
 224     static BIGNUM nilbn;
 225
 226     *a = nilbn;
 227     bn_check_top(a);
 228 }
 229
 230 BIGNUM *BN_new(void)
 231 {
 232     BIGNUM *ret;
 233
 234     if ((ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret))) == NULL) {
 235         BNerr(BN_F_BN_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 236         return NULL;
 237     }
 238     ret->flags = BN_FLG_MALLOCED;
 239     bn_check_top(ret);
 240     return ret;
 241 }
 242
 243  BIGNUM *BN_secure_new(void)
 244  {
 245      BIGNUM *ret = BN_new();
 246      if (ret != NULL)
 247          ret->flags |= BN_FLG_SECURE;
 248      return ret;
 249  }
 250
 251 /* This is used by bn_expand2() */
 252 /* The caller MUST check that words > b->dmax before calling this */
 253 static BN_ULONG *bn_expand_internal(const BIGNUM *b, int words)
 254 {
 255     BN_ULONG *a = NULL;
 256
 257     if (words > (INT_MAX / (4 * BN_BITS2))) {
 258         BNerr(BN_F_BN_EXPAND_INTERNAL, BN_R_BIGNUM_TOO_LONG);
 259         return NULL;
 260     }
 261     if (BN_get_flags(b, BN_FLG_STATIC_DATA)) {
 262         BNerr(BN_F_BN_EXPAND_INTERNAL, BN_R_EXPAND_ON_STATIC_BIGNUM_DATA);
 263         return NULL;
 264     }
 265     if (BN_get_flags(b, BN_FLG_SECURE))
 266         a = OPENSSL_secure_zalloc(words * sizeof(*a));
 267     else
 268         a = OPENSSL_zalloc(words * sizeof(*a));
 269     if (a == NULL) {
 270         BNerr(BN_F_BN_EXPAND_INTERNAL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 271         return NULL;
 272     }
 273
 274     assert(b->top <= words);
 275     if (b->top > 0)
 276         memcpy(a, b->d, sizeof(*a) * b->top);
 277
 278     return a;
 279 }
 280
 281 /*
 282  * This is an internal function that should not be used in applications. It
 283  * ensures that 'b' has enough room for a 'words' word number and initialises
 284  * any unused part of b->d with leading zeros. It is mostly used by the
 285  * various BIGNUM routines. If there is an error, NULL is returned. If not,
 286  * 'b' is returned.
 287  */
 288
 289 BIGNUM *bn_expand2(BIGNUM *b, int words)
 290 {
 291     if (words > b->dmax) {
 292         BN_ULONG *a = bn_expand_internal(b, words);
 293         if (!a)
 294             return NULL;
 295         if (b->d != NULL)
 296             bn_free_d(b, 1);
 297         b->d = a;
 298         b->dmax = words;
 299     }
 300
 301     return b;
 302 }
 303
 304 BIGNUM *BN_dup(const BIGNUM *a)
 305 {
 306     BIGNUM *t;
 307
 308     if (a == NULL)
 309         return NULL;
 310     bn_check_top(a);
 311
 312     t = BN_get_flags(a, BN_FLG_SECURE) ? BN_secure_new() : BN_new();
 313     if (t == NULL)
 314         return NULL;
 315     if (!BN_copy(t, a)) {
 316         BN_free(t);
 317         return NULL;
 318     }
 319     bn_check_top(t);
 320     return t;
 321 }
 322
 323 BIGNUM *BN_copy(BIGNUM *a, const BIGNUM *b)
 324 {
 325     bn_check_top(b);
 326
 327     if (a == b)
 328         return a;
 329     if (bn_wexpand(a, b->top) == NULL)
 330         return NULL;
 331
 332     if (b->top > 0)
 333         memcpy(a->d, b->d, sizeof(b->d[0]) * b->top);
 334
 335     a->neg = b->neg;
 336     a->top = b->top;
 337     a->flags |= b->flags & BN_FLG_FIXED_TOP;
 338     bn_check_top(a);
 339     return a;
 340 }
 341
 342 #define FLAGS_DATA(flags) ((flags) & (BN_FLG_STATIC_DATA \
 343                                     | BN_FLG_CONSTTIME   \
 344                                     | BN_FLG_SECURE      \
 345                                     | BN_FLG_FIXED_TOP))
 346 #define FLAGS_STRUCT(flags) ((flags) & (BN_FLG_MALLOCED))
 347
 348 void BN_swap(BIGNUM *a, BIGNUM *b)
 349 {
 350     int flags_old_a, flags_old_b;
 351     BN_ULONG *tmp_d;
 352     int tmp_top, tmp_dmax, tmp_neg;
 353
 354     bn_check_top(a);
 355     bn_check_top(b);
 356
 357     flags_old_a = a->flags;
 358     flags_old_b = b->flags;
 359
 360     tmp_d = a->d;
 361     tmp_top = a->top;
 362     tmp_dmax = a->dmax;
 363     tmp_neg = a->neg;
 364
 365     a->d = b->d;
 366     a->top = b->top;
 367     a->dmax = b->dmax;
 368     a->neg = b->neg;
 369
 370     b->d = tmp_d;
 371     b->top = tmp_top;
 372     b->dmax = tmp_dmax;
 373     b->neg = tmp_neg;
 374
 375     a->flags = FLAGS_STRUCT(flags_old_a) | FLAGS_DATA(flags_old_b);
 376     b->flags = FLAGS_STRUCT(flags_old_b) | FLAGS_DATA(flags_old_a);
 377     bn_check_top(a);
 378     bn_check_top(b);
 379 }
 380
 381 void BN_clear(BIGNUM *a)
 382 {
 383     if (a == NULL)
 384         return;
 385     bn_check_top(a);
 386     if (a->d != NULL)
 387         OPENSSL_cleanse(a->d, sizeof(*a->d) * a->dmax);
 388     a->neg = 0;
 389     a->top = 0;
 390     a->flags &= ~BN_FLG_FIXED_TOP;
 391 }
 392
 393 BN_ULONG BN_get_word(const BIGNUM *a)
 394 {
 395     if (a->top > 1)
 396         return BN_MASK2;
 397     else if (a->top == 1)
 398         return a->d[0];
 399     /* a->top == 0 */
 400     return 0;
 401 }
 402
 403 int BN_set_word(BIGNUM *a, BN_ULONG w)
 404 {
 405     bn_check_top(a);
 406     if (bn_expand(a, (int)sizeof(BN_ULONG) * 8) == NULL)
 407         return 0;
 408     a->neg = 0;
 409     a->d[0] = w;
 410     a->top = (w ? 1 : 0);
 411     a->flags &= ~BN_FLG_FIXED_TOP;
 412     bn_check_top(a);
 413     return 1;
 414 }
 415
 416 BIGNUM *BN_bin2bn(const unsigned char *s, int len, BIGNUM *ret)
 417 {
 418     unsigned int i, m;
 419     unsigned int n;
 420     BN_ULONG l;
 421     BIGNUM *bn = NULL;
 422
 423     if (ret == NULL)
 424         ret = bn = BN_new();
 425     if (ret == NULL)
 426         return NULL;
 427     bn_check_top(ret);
 428     /* Skip leading zero's. */
 429     for ( ; len > 0 && *s == 0; s++, len--)
 430         continue;
 431     n = len;
 432     if (n == 0) {
 433         ret->top = 0;
 434         return ret;
 435     }
 436     i = ((n - 1) / BN_BYTES) + 1;
 437     m = ((n - 1) % (BN_BYTES));
 438     if (bn_wexpand(ret, (int)i) == NULL) {
 439         BN_free(bn);
 440         return NULL;
 441     }
 442     ret->top = i;
 443     ret->neg = 0;
 444     l = 0;
 445     while (n--) {
 446         l = (l << 8L) | *(s++);
 447         if (m-- == 0) {
 448             ret->d[--i] = l;
 449             l = 0;
 450             m = BN_BYTES - 1;
 451         }
 452     }
 453     /*
 454      * need to call this due to clear byte at top if avoiding having the top
 455      * bit set (-ve number)
 456      */
 457     bn_correct_top(ret);
 458     return ret;
 459 }
 460
 461 /* ignore negative */
 462 static int bn2binpad(const BIGNUM *a, unsigned char *to, int tolen)
 463 {
 464     int n;
 465     size_t i, lasti, j, atop, mask;
 466     BN_ULONG l;
 467
 468     /*
 469      * In case |a| is fixed-top, BN_num_bytes can return bogus length,
 470      * but it's assumed that fixed-top inputs ought to be "nominated"
 471      * even for padded output, so it works out...
 472      */
 473     n = BN_num_bytes(a);
 474     if (tolen == -1) {
 475         tolen = n;
 476     } else if (tolen < n) {     /* uncommon/unlike case */
 477         BIGNUM temp = *a;
 478
 479         bn_correct_top(&temp);
 480         n = BN_num_bytes(&temp);
 481         if (tolen < n)
 482             return -1;
 483     }
 484
 485     /* Swipe through whole available data and don't give away padded zero. */
 486     atop = a->dmax * BN_BYTES;
 487     if (atop == 0) {
 488         OPENSSL_cleanse(to, tolen);
 489         return tolen;
 490     }
 491
 492     lasti = atop - 1;
 493     atop = a->top * BN_BYTES;
 494     for (i = 0, j = 0, to += tolen; j < (size_t)tolen; j++) {
 495         l = a->d[i / BN_BYTES];
 496         mask = 0 - ((j - atop) >> (8 * sizeof(i) - 1));
 497         *--to = (unsigned char)(l >> (8 * (i % BN_BYTES)) & mask);
 498         i += (i - lasti) >> (8 * sizeof(i) - 1); /* stay on last limb */
 499     }
 500
 501     return tolen;
 502 }
 503
 504 int BN_bn2binpad(const BIGNUM *a, unsigned char *to, int tolen)
 505 {
 506     if (tolen < 0)
 507         return -1;
 508     return bn2binpad(a, to, tolen);
 509 }
 510
 511 int BN_bn2bin(const BIGNUM *a, unsigned char *to)
 512 {
 513     return bn2binpad(a, to, -1);
 514 }
 515
 516 BIGNUM *BN_lebin2bn(const unsigned char *s, int len, BIGNUM *ret)
 517 {
 518     unsigned int i, m;
 519     unsigned int n;
 520     BN_ULONG l;
 521     BIGNUM *bn = NULL;
 522
 523     if (ret == NULL)
 524         ret = bn = BN_new();
 525     if (ret == NULL)
 526         return NULL;
 527     bn_check_top(ret);
 528     s += len;
 529     /* Skip trailing zeroes. */
 530     for ( ; len > 0 && s[-1] == 0; s--, len--)
 531         continue;
 532     n = len;
 533     if (n == 0) {
 534         ret->top = 0;
 535         return ret;
 536     }
 537     i = ((n - 1) / BN_BYTES) + 1;
 538     m = ((n - 1) % (BN_BYTES));
 539     if (bn_wexpand(ret, (int)i) == NULL) {
 540         BN_free(bn);
 541         return NULL;
 542     }
 543     ret->top = i;
 544     ret->neg = 0;
 545     l = 0;
 546     while (n--) {
 547         s--;
 548         l = (l << 8L) | *s;
 549         if (m-- == 0) {
 550             ret->d[--i] = l;
 551             l = 0;
 552             m = BN_BYTES - 1;
 553         }
 554     }
 555     /*
 556      * need to call this due to clear byte at top if avoiding having the top
 557      * bit set (-ve number)
 558      */
 559     bn_correct_top(ret);
 560     return ret;
 561 }
 562
 563 int BN_bn2lebinpad(const BIGNUM *a, unsigned char *to, int tolen)
 564 {
 565     int i;
 566     BN_ULONG l;
 567     bn_check_top(a);
 568     i = BN_num_bytes(a);
 569     if (tolen < i)
 570         return -1;
 571     /* Add trailing zeroes if necessary */
 572     if (tolen > i)
 573         memset(to + i, 0, tolen - i);
 574     to += i;
 575     while (i--) {
 576         l = a->d[i / BN_BYTES];
 577         to--;
 578         *to = (unsigned char)(l >> (8 * (i % BN_BYTES))) & 0xff;
 579     }
 580     return tolen;
 581 }
 582
 583 BIGNUM *BN_native2bn(const unsigned char *s, int len, BIGNUM *ret)
 584 {
 585 #ifdef B_ENDIAN
 586     return BN_bin2bn(s, len, ret);
 587 #else
 588     return BN_lebin2bn(s, len, ret);
 589 #endif
 590 }
 591
 592 int BN_bn2nativepad(const BIGNUM *a, unsigned char *to, int tolen)
 593 {
 594 #ifdef B_ENDIAN
 595     return BN_bn2binpad(a, to, tolen);
 596 #else
 597     return BN_bn2lebinpad(a, to, tolen);
 598 #endif
 599 }
 600
 601 int BN_ucmp(const BIGNUM *a, const BIGNUM *b)
 602 {
 603     int i;
 604     BN_ULONG t1, t2, *ap, *bp;
 605
 606     bn_check_top(a);
 607     bn_check_top(b);
 608
 609     i = a->top - b->top;
 610     if (i != 0)
 611         return i;
 612     ap = a->d;
 613     bp = b->d;
 614     for (i = a->top - 1; i >= 0; i--) {
 615         t1 = ap[i];
 616         t2 = bp[i];
 617         if (t1 != t2)
 618             return ((t1 > t2) ? 1 : -1);
 619     }
 620     return 0;
 621 }
 622
 623 int BN_cmp(const BIGNUM *a, const BIGNUM *b)
 624 {
 625     int i;
 626     int gt, lt;
 627     BN_ULONG t1, t2;
 628
 629     if ((a == NULL) || (b == NULL)) {
 630         if (a != NULL)
 631             return -1;
 632         else if (b != NULL)
 633             return 1;
 634         else
 635             return 0;
 636     }
 637
 638     bn_check_top(a);
 639     bn_check_top(b);
 640
 641     if (a->neg != b->neg) {
 642         if (a->neg)
 643             return -1;
 644         else
 645             return 1;
 646     }
 647     if (a->neg == 0) {
 648         gt = 1;
 649         lt = -1;
 650     } else {
 651         gt = -1;
 652         lt = 1;
 653     }
 654
 655     if (a->top > b->top)
 656         return gt;
 657     if (a->top < b->top)
 658         return lt;
 659     for (i = a->top - 1; i >= 0; i--) {
 660         t1 = a->d[i];
 661         t2 = b->d[i];
 662         if (t1 > t2)
 663             return gt;
 664         if (t1 < t2)
 665             return lt;
 666     }
 667     return 0;
 668 }
 669
 670 int BN_set_bit(BIGNUM *a, int n)
 671 {
 672     int i, j, k;
 673
 674     if (n < 0)
 675         return 0;
 676
 677     i = n / BN_BITS2;
 678     j = n % BN_BITS2;
 679     if (a->top <= i) {
 680         if (bn_wexpand(a, i + 1) == NULL)
 681             return 0;
 682         for (k = a->top; k < i + 1; k++)
 683             a->d[k] = 0;
 684         a->top = i + 1;
 685         a->flags &= ~BN_FLG_FIXED_TOP;
 686     }
 687
 688     a->d[i] |= (((BN_ULONG)1) << j);
 689     bn_check_top(a);
 690     return 1;
 691 }
 692
 693 int BN_clear_bit(BIGNUM *a, int n)
 694 {
 695     int i, j;
 696
 697     bn_check_top(a);
 698     if (n < 0)
 699         return 0;
 700
 701     i = n / BN_BITS2;
 702     j = n % BN_BITS2;
 703     if (a->top <= i)
 704         return 0;
 705
 706     a->d[i] &= (~(((BN_ULONG)1) << j));
 707     bn_correct_top(a);
 708     return 1;
 709 }
 710
 711 int BN_is_bit_set(const BIGNUM *a, int n)
 712 {
 713     int i, j;
 714
 715     bn_check_top(a);
 716     if (n < 0)
 717         return 0;
 718     i = n / BN_BITS2;
 719     j = n % BN_BITS2;
 720     if (a->top <= i)
 721         return 0;
 722     return (int)(((a->d[i]) >> j) & ((BN_ULONG)1));
 723 }
 724
 725 int BN_mask_bits(BIGNUM *a, int n)
 726 {
 727     int b, w;
 728
 729     bn_check_top(a);
 730     if (n < 0)
 731         return 0;
 732
 733     w = n / BN_BITS2;
 734     b = n % BN_BITS2;
 735     if (w >= a->top)
 736         return 0;
 737     if (b == 0)
 738         a->top = w;
 739     else {
 740         a->top = w + 1;
 741         a->d[w] &= ~(BN_MASK2 << b);
 742     }
 743     bn_correct_top(a);
 744     return 1;
 745 }
 746
 747 void BN_set_negative(BIGNUM *a, int b)
 748 {
 749     if (b && !BN_is_zero(a))
 750         a->neg = 1;
 751     else
 752         a->neg = 0;
 753 }
 754
 755 int bn_cmp_words(const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b, int n)
 756 {
 757     int i;
 758     BN_ULONG aa, bb;
 759
 760     if (n == 0)
 761         return 0;
 762
 763     aa = a[n - 1];
 764     bb = b[n - 1];
 765     if (aa != bb)
 766         return ((aa > bb) ? 1 : -1);
 767     for (i = n - 2; i >= 0; i--) {
 768         aa = a[i];
 769         bb = b[i];
 770         if (aa != bb)
 771             return ((aa > bb) ? 1 : -1);
 772     }
 773     return 0;
 774 }
 775
 776 /*
 777  * Here follows a specialised variants of bn_cmp_words().  It has the
 778  * capability of performing the operation on arrays of different sizes. The
 779  * sizes of those arrays is expressed through cl, which is the common length
 780  * ( basically, min(len(a),len(b)) ), and dl, which is the delta between the
 781  * two lengths, calculated as len(a)-len(b). All lengths are the number of
 782  * BN_ULONGs...
 783  */
 784
 785 int bn_cmp_part_words(const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b, int cl, int dl)
 786 {
 787     int n, i;
 788     n = cl - 1;
 789
 790     if (dl < 0) {
 791         for (i = dl; i < 0; i++) {
 792             if (b[n - i] != 0)
 793                 return -1;      /* a < b */
 794         }
 795     }
 796     if (dl > 0) {
 797         for (i = dl; i > 0; i--) {
 798             if (a[n + i] != 0)
 799                 return 1;       /* a > b */
 800         }
 801     }
 802     return bn_cmp_words(a, b, cl);
 803 }
 804
 805 /*-
 806  * Constant-time conditional swap of a and b.
 807  * a and b are swapped if condition is not 0.
 808  * nwords is the number of words to swap.
 809  * Assumes that at least nwords are allocated in both a and b.
 810  * Assumes that no more than nwords are used by either a or b.
 811  */
 812 void BN_consttime_swap(BN_ULONG condition, BIGNUM *a, BIGNUM *b, int nwords)
 813 {
 814     BN_ULONG t;
 815     int i;
 816
 817     if (a == b)
 818         return;
 819
 820     bn_wcheck_size(a, nwords);
 821     bn_wcheck_size(b, nwords);
 822
 823     condition = ((~condition & ((condition - 1))) >> (BN_BITS2 - 1)) - 1;
 824
 825     t = (a->top ^ b->top) & condition;
 826     a->top ^= t;
 827     b->top ^= t;
 828
 829     t = (a->neg ^ b->neg) & condition;
 830     a->neg ^= t;
 831     b->neg ^= t;
 832
 833     /*-
 834      * BN_FLG_STATIC_DATA: indicates that data may not be written to. Intention
 835      * is actually to treat it as it's read-only data, and some (if not most)
 836      * of it does reside in read-only segment. In other words observation of
 837      * BN_FLG_STATIC_DATA in BN_consttime_swap should be treated as fatal
 838      * condition. It would either cause SEGV or effectively cause data
 839      * corruption.
 840      *
 841      * BN_FLG_MALLOCED: refers to BN structure itself, and hence must be
 842      * preserved.
 843      *
 844      * BN_FLG_SECURE: must be preserved, because it determines how x->d was
 845      * allocated and hence how to free it.
 846      *
 847      * BN_FLG_CONSTTIME: sufficient to mask and swap
 848      *
 849      * BN_FLG_FIXED_TOP: indicates that we haven't called bn_correct_top() on
 850      * the data, so the d array may be padded with additional 0 values (i.e.
 851      * top could be greater than the minimal value that it could be). We should
 852      * be swapping it
 853      */
 854
 855 #define BN_CONSTTIME_SWAP_FLAGS (BN_FLG_CONSTTIME | BN_FLG_FIXED_TOP)
 856
 857     t = ((a->flags ^ b->flags) & BN_CONSTTIME_SWAP_FLAGS) & condition;
 858     a->flags ^= t;
 859     b->flags ^= t;
 860
 861     /* conditionally swap the data */
 862     for (i = 0; i < nwords; i++) {
 863         t = (a->d[i] ^ b->d[i]) & condition;
 864         a->d[i] ^= t;
 865         b->d[i] ^= t;
 866     }
 867 }
 868
 869 #undef BN_CONSTTIME_SWAP_FLAGS
 870
 871 /* Bits of security, see SP800-57 */
 872
 873 int BN_security_bits(int L, int N)
 874 {
 875     int secbits, bits;
 876     if (L >= 15360)
 877         secbits = 256;
 878     else if (L >= 7680)
 879         secbits = 192;
 880     else if (L >= 3072)
 881         secbits = 128;
 882     else if (L >= 2048)
 883         secbits = 112;
 884     else if (L >= 1024)
 885         secbits = 80;
 886     else
 887         return 0;
 888     if (N == -1)
 889         return secbits;
 890     bits = N / 2;
 891     if (bits < 80)
 892         return 0;
 893     return bits >= secbits ? secbits : bits;
 894 }
 895
 896 void BN_zero_ex(BIGNUM *a)
 897 {
 898     a->neg = 0;
 899     a->top = 0;
 900     a->flags &= ~BN_FLG_FIXED_TOP;
 901 }
 902
 903 int BN_abs_is_word(const BIGNUM *a, const BN_ULONG w)
 904 {
 905     return ((a->top == 1) && (a->d[0] == w)) || ((w == 0) && (a->top == 0));
 906 }
 907
 908 int BN_is_zero(const BIGNUM *a)
 909 {
 910     return a->top == 0;
 911 }
 912
 913 int BN_is_one(const BIGNUM *a)
 914 {
 915     return BN_abs_is_word(a, 1) && !a->neg;
 916 }
 917
 918 int BN_is_word(const BIGNUM *a, const BN_ULONG w)
 919 {
 920     return BN_abs_is_word(a, w) && (!w || !a->neg);
 921 }
 922
 923 int BN_is_odd(const BIGNUM *a)
 924 {
 925     return (a->top > 0) && (a->d[0] & 1);
 926 }
 927
 928 int BN_is_negative(const BIGNUM *a)
 929 {
 930     return (a->neg != 0);
 931 }
 932
 933 int BN_to_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
 934                      BN_CTX *ctx)
 935 {
 936     return BN_mod_mul_montgomery(r, a, &(mont->RR), mont, ctx);
 937 }
 938
 939 void BN_with_flags(BIGNUM *dest, const BIGNUM *b, int flags)
 940 {
 941     dest->d = b->d;
 942     dest->top = b->top;
 943     dest->dmax = b->dmax;
 944     dest->neg = b->neg;
 945     dest->flags = ((dest->flags & BN_FLG_MALLOCED)
 946                    | (b->flags & ~BN_FLG_MALLOCED)
 947                    | BN_FLG_STATIC_DATA | flags);
 948 }
 949
 950 BN_GENCB *BN_GENCB_new(void)
 951 {
 952     BN_GENCB *ret;
 953
 954     if ((ret = OPENSSL_malloc(sizeof(*ret))) == NULL) {
 955         BNerr(BN_F_BN_GENCB_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
 956         return NULL;
 957     }
 958
 959     return ret;
 960 }
 961
 962 void BN_GENCB_free(BN_GENCB *cb)
 963 {
 964     if (cb == NULL)
 965         return;
 966     OPENSSL_free(cb);
 967 }
 968
 969 void BN_set_flags(BIGNUM *b, int n)
 970 {
 971     b->flags |= n;
 972 }
 973
 974 int BN_get_flags(const BIGNUM *b, int n)
 975 {
 976     return b->flags & n;
 977 }
 978
 979 /* Populate a BN_GENCB structure with an "old"-style callback */
 980 void BN_GENCB_set_old(BN_GENCB *gencb, void (*callback) (int, int, void *),
 981                       void *cb_arg)
 982 {
 983     BN_GENCB *tmp_gencb = gencb;
 984     tmp_gencb->ver = 1;
 985     tmp_gencb->arg = cb_arg;
 986     tmp_gencb->cb.cb_1 = callback;
 987 }
 988
 989 /* Populate a BN_GENCB structure with a "new"-style callback */
 990 void BN_GENCB_set(BN_GENCB *gencb, int (*callback) (int, int, BN_GENCB *),
 991                   void *cb_arg)
 992 {
 993     BN_GENCB *tmp_gencb = gencb;
 994     tmp_gencb->ver = 2;
 995     tmp_gencb->arg = cb_arg;
 996     tmp_gencb->cb.cb_2 = callback;
 997 }
 998
 999 void *BN_GENCB_get_arg(BN_GENCB *cb)
1000 {
1001     return cb->arg;
1002 }
1003
1004 BIGNUM *bn_wexpand(BIGNUM *a, int words)
1005 {
1006     return (words <= a->dmax) ? a : bn_expand2(a, words);
1007 }
1008
1009 void bn_correct_top(BIGNUM *a)
1010 {
1011     BN_ULONG *ftl;
1012     int tmp_top = a->top;
1013
1014     if (tmp_top > 0) {
1015         for (ftl = &(a->d[tmp_top]); tmp_top > 0; tmp_top--) {
1016             ftl--;
1017             if (*ftl != 0)
1018                 break;
1019         }
1020         a->top = tmp_top;
1021     }
1022     if (a->top == 0)
1023         a->neg = 0;
1024     a->flags &= ~BN_FLG_FIXED_TOP;
1025     bn_pollute(a);
1026 }