Add support for 32-bit ABI to sparcv9a-mont.pl module.
[openssl.git] / 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 #ifdef MONT_WORD
73 static int BN_from_montgomery_word(BIGNUM *ret, BIGNUM *r, BN_MONT_CTX *mont);
74 #endif
75
76 int BN_mod_mul_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
77                           BN_MONT_CTX *mont, BN_CTX *ctx)
78         {
79         BIGNUM *tmp;
80         int ret=0;
81 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT) && defined(MONT_WORD)
82         int num = mont->N.top;
83
84         if (num>1 && a->top==num && b->top==num)
85                 {
86                 if (bn_wexpand(r,num) == NULL) return(0);
87                 if (bn_mul_mont(r->d,a->d,b->d,mont->N.d,mont->n0,num))
88                         {
89                         r->neg = a->neg^b->neg;
90                         r->top = num;
91                         bn_correct_top(r);
92                         return(1);
93                         }
94                 }
95 #endif
96
97         BN_CTX_start(ctx);
98         tmp = BN_CTX_get(ctx);
99         if (tmp == NULL) goto err;
100
101         bn_check_top(tmp);
102         if (a == b)
103                 {
104                 if (!BN_sqr(tmp,a,ctx)) goto err;
105                 }
106         else
107                 {
108                 if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
109                 }
110         /* reduce from aRR to aR */
111 #ifdef MONT_WORD
112         if (!BN_from_montgomery_word(r,tmp,mont)) goto err;
113 #else
114         if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
115 #endif
116         bn_check_top(r);
117         ret=1;
118 err:
119         BN_CTX_end(ctx);
120         return(ret);
121         }
122
123 #ifdef MONT_WORD
124 static int BN_from_montgomery_word(BIGNUM *ret, BIGNUM *r, BN_MONT_CTX *mont)
125         {
126         BIGNUM *n;
127         BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
128         int al,nl,max,i,x,ri;
129
130         n= &(mont->N);
131         /* mont->ri is the size of mont->N in bits (rounded up
132            to the word size) */
133         al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
134
135         nl=n->top;
136         if ((al == 0) || (nl == 0)) { ret->top=0; return(1); }
137
138         max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
139         if (bn_wexpand(r,max) == NULL) return(0);
140
141         r->neg^=n->neg;
142         np=n->d;
143         rp=r->d;
144         nrp= &(r->d[nl]);
145
146         /* clear the top words of T */
147 #if 1
148         for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
149                 r->d[i]=0;
150 #else
151         memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG)); 
152 #endif
153
154         r->top=max;
155         n0=mont->n0[0];
156
157 #ifdef BN_COUNT
158         fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery_word %d * %d\n",nl,nl);
159 #endif
160         for (i=0; i<nl; i++)
161                 {
162 #ifdef __TANDEM
163                 {
164                    long long t1;
165                    long long t2;
166                    long long t3;
167                    t1 = rp[0] * (n0 & 0177777);
168                    t2 = 037777600000l;
169                    t2 = n0 & t2;
170                    t3 = rp[0] & 0177777;
171                    t2 = (t3 * t2) & BN_MASK2;
172                    t1 = t1 + t2;
173                    v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(BN_ULONG) t1);
174                 }
175 #else
176                 v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
177 #endif
178                 nrp++;
179                 rp++;
180                 if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
181                         continue;
182                 else
183                         {
184                         if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
185                         if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
186                         for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
187                         }
188                 }
189         bn_correct_top(r);
190         
191         /* mont->ri will be a multiple of the word size */
192 #if 0
193         BN_rshift(ret,r,mont->ri);
194 #else
195         if (r->top < ri)
196                 {
197                 ret->top=0;
198                 return(1);
199                 }
200         al=r->top-ri;
201         if (bn_wexpand(ret,al) == NULL) return(0);
202         ret->neg=r->neg;
203         ret->top=al;
204
205         rp=ret->d;
206         ap=&(r->d[ri]);
207         al-=4;
208         for (i=0; i<al; i+=4)
209                 {
210                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
211                 
212                 t1=ap[i+0];
213                 t2=ap[i+1];
214                 t3=ap[i+2];
215                 t4=ap[i+3];
216                 rp[i+0]=t1;
217                 rp[i+1]=t2;
218                 rp[i+2]=t3;
219                 rp[i+3]=t4;
220                 }
221         al+=4;
222         for (; i<al; i++)
223                 rp[i]=ap[i];
224 #endif
225
226         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
227                 {
228                 if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) return(0);
229                 }
230         bn_check_top(ret);
231
232         return(1);
233         }
234 #endif  /* MONT_WORD */
235
236 int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
237              BN_CTX *ctx)
238         {
239         int retn=0;
240 #ifdef MONT_WORD
241         BIGNUM *t;
242
243         BN_CTX_start(ctx);
244         if ((t = BN_CTX_get(ctx)) && BN_copy(t,a))
245                 retn = BN_from_montgomery_word(ret,t,mont);
246         BN_CTX_end(ctx);
247 #else /* !MONT_WORD */
248         BIGNUM *t1,*t2;
249
250         BN_CTX_start(ctx);
251         t1 = BN_CTX_get(ctx);
252         t2 = BN_CTX_get(ctx);
253         if (t1 == NULL || t2 == NULL) goto err;
254         
255         if (!BN_copy(t1,a)) goto err;
256         BN_mask_bits(t1,mont->ri);
257
258         if (!BN_mul(t2,t1,&mont->Ni,ctx)) goto err;
259         BN_mask_bits(t2,mont->ri);
260
261         if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
262         if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
263         if (!BN_rshift(ret,t2,mont->ri)) goto err;
264
265         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
266                 {
267                 if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) goto err;
268                 }
269         retn=1;
270         bn_check_top(ret);
271  err:
272         BN_CTX_end(ctx);
273 #endif /* MONT_WORD */
274         return(retn);
275         }
276
277 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new(void)
278         {
279         BN_MONT_CTX *ret;
280
281         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)OPENSSL_malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
282                 return(NULL);
283
284         BN_MONT_CTX_init(ret);
285         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
286         return(ret);
287         }
288
289 void BN_MONT_CTX_init(BN_MONT_CTX *ctx)
290         {
291         ctx->ri=0;
292         BN_init(&(ctx->RR));
293         BN_init(&(ctx->N));
294         BN_init(&(ctx->Ni));
295         ctx->flags=0;
296         }
297
298 void BN_MONT_CTX_free(BN_MONT_CTX *mont)
299         {
300         if(mont == NULL)
301             return;
302
303         BN_free(&(mont->RR));
304         BN_free(&(mont->N));
305         BN_free(&(mont->Ni));
306         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
307                 OPENSSL_free(mont);
308         }
309
310 int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
311         {
312         int ret = 0;
313         BIGNUM *Ri,*R;
314
315         BN_CTX_start(ctx);
316         if((Ri = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
317         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
318         if (!BN_copy(&(mont->N),mod)) goto err;         /* Set N */
319         mont->N.neg = 0;
320
321 #ifdef MONT_WORD
322                 {
323                 BIGNUM tmod;
324                 BN_ULONG buf[2];
325
326                 tmod.d=buf;
327                 tmod.dmax=2;
328                 tmod.neg=0;
329
330                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
331
332 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT) && (BN_BITS2<=32)
333                 BN_zero(R);
334                 if (!(BN_set_bit(R,2*BN_BITS2))) goto err;
335
336                                                                 tmod.top=0;
337                 if (buf[0] = mod->d[0])                         tmod.top=1;
338                 if (buf[1] = mod->top>1 ? mod->d[1] : 0)        tmod.top=2;
339
340                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
341                         goto err;
342                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,2*BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
343                 if (!BN_is_zero(Ri))
344                         {
345                         if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
346                         }
347                 else /* if N mod word size == 1 */
348                         {
349                         if (bn_expand(Ri,(int)sizeof(BN_ULONG)*2) == NULL)
350                                 goto err;
351                         /* Ri-- (mod double word size) */
352                         Ri->neg=0;
353                         Ri->d[0]=BN_MASK2;
354                         Ri->d[1]=BN_MASK2;
355                         Ri->top=2;
356                         }
357                 if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
358                 /* Ni = (R*Ri-1)/N,
359                  * keep only couple of least significant words: */
360                 mont->n0[0] = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
361                 mont->n0[1] = (Ri->top > 1) ? Ri->d[1] : 0;
362 #else
363                 BN_zero(R);
364                 if (!(BN_set_bit(R,BN_BITS2))) goto err;        /* R */
365
366                 buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
367                 buf[1]=0;
368                 tmod.top = buf[0] != 0 ? 1 : 0;
369                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
370                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
371                         goto err;
372                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
373                 if (!BN_is_zero(Ri))
374                         {
375                         if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
376                         }
377                 else /* if N mod word size == 1 */
378                         {
379                         if (!BN_set_word(Ri,BN_MASK2)) goto err;  /* Ri-- (mod word size) */
380                         }
381                 if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
382                 /* Ni = (R*Ri-1)/N,
383                  * keep only least significant word: */
384                 mont->n0[0] = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
385                 mont->n0[1] = 0;
386 #endif
387                 }
388 #else /* !MONT_WORD */
389                 { /* bignum version */
390                 mont->ri=BN_num_bits(&mont->N);
391                 BN_zero(R);
392                 if (!BN_set_bit(R,mont->ri)) goto err;  /* R = 2^ri */
393                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
394                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&mont->N,ctx)) == NULL)
395                         goto err;
396                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,mont->ri)) goto err; /* R*Ri */
397                 if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
398                                                         /* Ni = (R*Ri-1) / N */
399                 if (!BN_div(&(mont->Ni),NULL,Ri,&mont->N,ctx)) goto err;
400                 }
401 #endif
402
403         /* setup RR for conversions */
404         BN_zero(&(mont->RR));
405         if (!BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2)) goto err;
406         if (!BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx)) goto err;
407
408         ret = 1;
409 err:
410         BN_CTX_end(ctx);
411         return ret;
412         }
413
414 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
415         {
416         if (to == from) return(to);
417
418         if (!BN_copy(&(to->RR),&(from->RR))) return NULL;
419         if (!BN_copy(&(to->N),&(from->N))) return NULL;
420         if (!BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni))) return NULL;
421         to->ri=from->ri;
422         to->n0[0]=from->n0[0];
423         to->n0[1]=from->n0[1];
424         return(to);
425         }
426
427 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_set_locked(BN_MONT_CTX **pmont, int lock,
428                                         const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
429         {
430         if (*pmont)
431                 return *pmont;
432         CRYPTO_w_lock(lock);
433         if (!*pmont)
434                 {
435                 *pmont = BN_MONT_CTX_new();
436                 if (*pmont && !BN_MONT_CTX_set(*pmont, mod, ctx))
437                         {
438                         BN_MONT_CTX_free(*pmont);
439                         *pmont = NULL;
440                         }
441                 }
442         CRYPTO_w_unlock(lock);
443         return *pmont;
444         }