GH678: Add a few more zalloc
[openssl.git] / crypto / ec / ecp_nistz256.c
1 /******************************************************************************
2  *                                                                            *
3  * Copyright 2014 Intel Corporation                                           *
4  *                                                                            *
5  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");            *
6  * you may not use this file except in compliance with the License.           *
7  * You may obtain a copy of the License at                                    *
8  *                                                                            *
9  *    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0                              *
10  *                                                                            *
11  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software        *
12  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,          *
13  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.   *
14  * See the License for the specific language governing permissions and        *
15  * limitations under the License.                                             *
16  *                                                                            *
17  ******************************************************************************
18  *                                                                            *
19  * Developers and authors:                                                    *
20  * Shay Gueron (1, 2), and Vlad Krasnov (1)                                   *
21  * (1) Intel Corporation, Israel Development Center                           *
22  * (2) University of Haifa                                                    *
23  * Reference:                                                                 *
24  * S.Gueron and V.Krasnov, "Fast Prime Field Elliptic Curve Cryptography with *
25  *                          256 Bit Primes"                                   *
26  *                                                                            *
27  ******************************************************************************/
28
29 #include <string.h>
30
31 #include "internal/cryptlib.h"
32 #include "internal/bn_int.h"
33 #include "ec_lcl.h"
34
35 #if BN_BITS2 != 64
36 # define TOBN(hi,lo)    lo,hi
37 #else
38 # define TOBN(hi,lo)    ((BN_ULONG)hi<<32|lo)
39 #endif
40
41 #if defined(__GNUC__)
42 # define ALIGN32        __attribute((aligned(32)))
43 #elif defined(_MSC_VER)
44 # define ALIGN32        __declspec(align(32))
45 #else
46 # define ALIGN32
47 #endif
48
49 #define ALIGNPTR(p,N)   ((unsigned char *)p+N-(size_t)p%N)
50 #define P256_LIMBS      (256/BN_BITS2)
51
52 typedef unsigned short u16;
53
54 typedef struct {
55     BN_ULONG X[P256_LIMBS];
56     BN_ULONG Y[P256_LIMBS];
57     BN_ULONG Z[P256_LIMBS];
58 } P256_POINT;
59
60 typedef struct {
61     BN_ULONG X[P256_LIMBS];
62     BN_ULONG Y[P256_LIMBS];
63 } P256_POINT_AFFINE;
64
65 typedef P256_POINT_AFFINE PRECOMP256_ROW[64];
66
67 /* structure for precomputed multiples of the generator */
68 struct nistz256_pre_comp_st {
69     const EC_GROUP *group;      /* Parent EC_GROUP object */
70     size_t w;                   /* Window size */
71     /*
72      * Constant time access to the X and Y coordinates of the pre-computed,
73      * generator multiplies, in the Montgomery domain. Pre-calculated
74      * multiplies are stored in affine form.
75      */
76     PRECOMP256_ROW *precomp;
77     void *precomp_storage;
78     int references;
79 };
80
81 /* Functions implemented in assembly */
82 /* Modular mul by 2: res = 2*a mod P */
83 void ecp_nistz256_mul_by_2(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
84                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
85 /* Modular div by 2: res = a/2 mod P */
86 void ecp_nistz256_div_by_2(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
87                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
88 /* Modular mul by 3: res = 3*a mod P */
89 void ecp_nistz256_mul_by_3(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
90                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
91 /* Modular add: res = a+b mod P   */
92 void ecp_nistz256_add(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
93                       const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
94                       const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
95 /* Modular sub: res = a-b mod P   */
96 void ecp_nistz256_sub(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
97                       const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
98                       const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
99 /* Modular neg: res = -a mod P    */
100 void ecp_nistz256_neg(BN_ULONG res[P256_LIMBS], const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
101 /* Montgomery mul: res = a*b*2^-256 mod P */
102 void ecp_nistz256_mul_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
103                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
104                            const BN_ULONG b[P256_LIMBS]);
105 /* Montgomery sqr: res = a*a*2^-256 mod P */
106 void ecp_nistz256_sqr_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
107                            const BN_ULONG a[P256_LIMBS]);
108 /* Convert a number from Montgomery domain, by multiplying with 1 */
109 void ecp_nistz256_from_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
110                             const BN_ULONG in[P256_LIMBS]);
111 /* Convert a number to Montgomery domain, by multiplying with 2^512 mod P*/
112 void ecp_nistz256_to_mont(BN_ULONG res[P256_LIMBS],
113                           const BN_ULONG in[P256_LIMBS]);
114 /* Functions that perform constant time access to the precomputed tables */
115 void ecp_nistz256_scatter_w5(P256_POINT *val,
116                              const P256_POINT *in_t, int idx);
117 void ecp_nistz256_gather_w5(P256_POINT *val,
118                             const P256_POINT *in_t, int idx);
119 void ecp_nistz256_scatter_w7(P256_POINT_AFFINE *val,
120                              const P256_POINT_AFFINE *in_t, int idx);
121 void ecp_nistz256_gather_w7(P256_POINT_AFFINE *val,
122                             const P256_POINT_AFFINE *in_t, int idx);
123
124 /* One converted into the Montgomery domain */
125 static const BN_ULONG ONE[P256_LIMBS] = {
126     TOBN(0x00000000, 0x00000001), TOBN(0xffffffff, 0x00000000),
127     TOBN(0xffffffff, 0xffffffff), TOBN(0x00000000, 0xfffffffe)
128 };
129
130 static NISTZ256_PRE_COMP *ecp_nistz256_pre_comp_new(const EC_GROUP *group);
131
132 /* Precomputed tables for the default generator */
133 extern const PRECOMP256_ROW ecp_nistz256_precomputed[37];
134
135 /* Recode window to a signed digit, see ecp_nistputil.c for details */
136 static unsigned int _booth_recode_w5(unsigned int in)
137 {
138     unsigned int s, d;
139
140     s = ~((in >> 5) - 1);
141     d = (1 << 6) - in - 1;
142     d = (d & s) | (in & ~s);
143     d = (d >> 1) + (d & 1);
144
145     return (d << 1) + (s & 1);
146 }
147
148 static unsigned int _booth_recode_w7(unsigned int in)
149 {
150     unsigned int s, d;
151
152     s = ~((in >> 7) - 1);
153     d = (1 << 8) - in - 1;
154     d = (d & s) | (in & ~s);
155     d = (d >> 1) + (d & 1);
156
157     return (d << 1) + (s & 1);
158 }
159
160 static void copy_conditional(BN_ULONG dst[P256_LIMBS],
161                              const BN_ULONG src[P256_LIMBS], BN_ULONG move)
162 {
163     BN_ULONG mask1 = 0-move;
164     BN_ULONG mask2 = ~mask1;
165
166     dst[0] = (src[0] & mask1) ^ (dst[0] & mask2);
167     dst[1] = (src[1] & mask1) ^ (dst[1] & mask2);
168     dst[2] = (src[2] & mask1) ^ (dst[2] & mask2);
169     dst[3] = (src[3] & mask1) ^ (dst[3] & mask2);
170     if (P256_LIMBS == 8) {
171         dst[4] = (src[4] & mask1) ^ (dst[4] & mask2);
172         dst[5] = (src[5] & mask1) ^ (dst[5] & mask2);
173         dst[6] = (src[6] & mask1) ^ (dst[6] & mask2);
174         dst[7] = (src[7] & mask1) ^ (dst[7] & mask2);
175     }
176 }
177
178 static BN_ULONG is_zero(BN_ULONG in)
179 {
180     in |= (0 - in);
181     in = ~in;
182     in >>= BN_BITS2 - 1;
183     return in;
184 }
185
186 static BN_ULONG is_equal(const BN_ULONG a[P256_LIMBS],
187                          const BN_ULONG b[P256_LIMBS])
188 {
189     BN_ULONG res;
190
191     res = a[0] ^ b[0];
192     res |= a[1] ^ b[1];
193     res |= a[2] ^ b[2];
194     res |= a[3] ^ b[3];
195     if (P256_LIMBS == 8) {
196         res |= a[4] ^ b[4];
197         res |= a[5] ^ b[5];
198         res |= a[6] ^ b[6];
199         res |= a[7] ^ b[7];
200     }
201
202     return is_zero(res);
203 }
204
205 static BN_ULONG is_one(const BN_ULONG a[P256_LIMBS])
206 {
207     BN_ULONG res;
208
209     res = a[0] ^ ONE[0];
210     res |= a[1] ^ ONE[1];
211     res |= a[2] ^ ONE[2];
212     res |= a[3] ^ ONE[3];
213     if (P256_LIMBS == 8) {
214         res |= a[4] ^ ONE[4];
215         res |= a[5] ^ ONE[5];
216         res |= a[6] ^ ONE[6];
217     }
218
219     return is_zero(res);
220 }
221
222 #ifndef ECP_NISTZ256_REFERENCE_IMPLEMENTATION
223 void ecp_nistz256_point_double(P256_POINT *r, const P256_POINT *a);
224 void ecp_nistz256_point_add(P256_POINT *r,
225                             const P256_POINT *a, const P256_POINT *b);
226 void ecp_nistz256_point_add_affine(P256_POINT *r,
227                                    const P256_POINT *a,
228                                    const P256_POINT_AFFINE *b);
229 #else
230 /* Point double: r = 2*a */
231 static void ecp_nistz256_point_double(P256_POINT *r, const P256_POINT *a)
232 {
233     BN_ULONG S[P256_LIMBS];
234     BN_ULONG M[P256_LIMBS];
235     BN_ULONG Zsqr[P256_LIMBS];
236     BN_ULONG tmp0[P256_LIMBS];
237
238     const BN_ULONG *in_x = a->X;
239     const BN_ULONG *in_y = a->Y;
240     const BN_ULONG *in_z = a->Z;
241
242     BN_ULONG *res_x = r->X;
243     BN_ULONG *res_y = r->Y;
244     BN_ULONG *res_z = r->Z;
245
246     ecp_nistz256_mul_by_2(S, in_y);
247
248     ecp_nistz256_sqr_mont(Zsqr, in_z);
249
250     ecp_nistz256_sqr_mont(S, S);
251
252     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, in_z, in_y);
253     ecp_nistz256_mul_by_2(res_z, res_z);
254
255     ecp_nistz256_add(M, in_x, Zsqr);
256     ecp_nistz256_sub(Zsqr, in_x, Zsqr);
257
258     ecp_nistz256_sqr_mont(res_y, S);
259     ecp_nistz256_div_by_2(res_y, res_y);
260
261     ecp_nistz256_mul_mont(M, M, Zsqr);
262     ecp_nistz256_mul_by_3(M, M);
263
264     ecp_nistz256_mul_mont(S, S, in_x);
265     ecp_nistz256_mul_by_2(tmp0, S);
266
267     ecp_nistz256_sqr_mont(res_x, M);
268
269     ecp_nistz256_sub(res_x, res_x, tmp0);
270     ecp_nistz256_sub(S, S, res_x);
271
272     ecp_nistz256_mul_mont(S, S, M);
273     ecp_nistz256_sub(res_y, S, res_y);
274 }
275
276 /* Point addition: r = a+b */
277 static void ecp_nistz256_point_add(P256_POINT *r,
278                                    const P256_POINT *a, const P256_POINT *b)
279 {
280     BN_ULONG U2[P256_LIMBS], S2[P256_LIMBS];
281     BN_ULONG U1[P256_LIMBS], S1[P256_LIMBS];
282     BN_ULONG Z1sqr[P256_LIMBS];
283     BN_ULONG Z2sqr[P256_LIMBS];
284     BN_ULONG H[P256_LIMBS], R[P256_LIMBS];
285     BN_ULONG Hsqr[P256_LIMBS];
286     BN_ULONG Rsqr[P256_LIMBS];
287     BN_ULONG Hcub[P256_LIMBS];
288
289     BN_ULONG res_x[P256_LIMBS];
290     BN_ULONG res_y[P256_LIMBS];
291     BN_ULONG res_z[P256_LIMBS];
292
293     BN_ULONG in1infty, in2infty;
294
295     const BN_ULONG *in1_x = a->X;
296     const BN_ULONG *in1_y = a->Y;
297     const BN_ULONG *in1_z = a->Z;
298
299     const BN_ULONG *in2_x = b->X;
300     const BN_ULONG *in2_y = b->Y;
301     const BN_ULONG *in2_z = b->Z;
302
303     /* We encode infinity as (0,0), which is not on the curve,
304      * so it is OK. */
305     in1infty = (in1_x[0] | in1_x[1] | in1_x[2] | in1_x[3] |
306                 in1_y[0] | in1_y[1] | in1_y[2] | in1_y[3]);
307     if (P256_LIMBS == 8)
308         in1infty |= (in1_x[4] | in1_x[5] | in1_x[6] | in1_x[7] |
309                      in1_y[4] | in1_y[5] | in1_y[6] | in1_y[7]);
310
311     in2infty = (in2_x[0] | in2_x[1] | in2_x[2] | in2_x[3] |
312                 in2_y[0] | in2_y[1] | in2_y[2] | in2_y[3]);
313     if (P256_LIMBS == 8)
314         in2infty |= (in2_x[4] | in2_x[5] | in2_x[6] | in2_x[7] |
315                      in2_y[4] | in2_y[5] | in2_y[6] | in2_y[7]);
316
317     in1infty = is_zero(in1infty);
318     in2infty = is_zero(in2infty);
319
320     ecp_nistz256_sqr_mont(Z2sqr, in2_z);        /* Z2^2 */
321     ecp_nistz256_sqr_mont(Z1sqr, in1_z);        /* Z1^2 */
322
323     ecp_nistz256_mul_mont(S1, Z2sqr, in2_z);    /* S1 = Z2^3 */
324     ecp_nistz256_mul_mont(S2, Z1sqr, in1_z);    /* S2 = Z1^3 */
325
326     ecp_nistz256_mul_mont(S1, S1, in1_y);       /* S1 = Y1*Z2^3 */
327     ecp_nistz256_mul_mont(S2, S2, in2_y);       /* S2 = Y2*Z1^3 */
328     ecp_nistz256_sub(R, S2, S1);                /* R = S2 - S1 */
329
330     ecp_nistz256_mul_mont(U1, in1_x, Z2sqr);    /* U1 = X1*Z2^2 */
331     ecp_nistz256_mul_mont(U2, in2_x, Z1sqr);    /* U2 = X2*Z1^2 */
332     ecp_nistz256_sub(H, U2, U1);                /* H = U2 - U1 */
333
334     /*
335      * This should not happen during sign/ecdh, so no constant time violation
336      */
337     if (is_equal(U1, U2) && !in1infty && !in2infty) {
338         if (is_equal(S1, S2)) {
339             ecp_nistz256_point_double(r, a);
340             return;
341         } else {
342             memset(r, 0, sizeof(*r));
343             return;
344         }
345     }
346
347     ecp_nistz256_sqr_mont(Rsqr, R);             /* R^2 */
348     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, H, in1_z);     /* Z3 = H*Z1*Z2 */
349     ecp_nistz256_sqr_mont(Hsqr, H);             /* H^2 */
350     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, res_z, in2_z); /* Z3 = H*Z1*Z2 */
351     ecp_nistz256_mul_mont(Hcub, Hsqr, H);       /* H^3 */
352
353     ecp_nistz256_mul_mont(U2, U1, Hsqr);        /* U1*H^2 */
354     ecp_nistz256_mul_by_2(Hsqr, U2);            /* 2*U1*H^2 */
355
356     ecp_nistz256_sub(res_x, Rsqr, Hsqr);
357     ecp_nistz256_sub(res_x, res_x, Hcub);
358
359     ecp_nistz256_sub(res_y, U2, res_x);
360
361     ecp_nistz256_mul_mont(S2, S1, Hcub);
362     ecp_nistz256_mul_mont(res_y, R, res_y);
363     ecp_nistz256_sub(res_y, res_y, S2);
364
365     copy_conditional(res_x, in2_x, in1infty);
366     copy_conditional(res_y, in2_y, in1infty);
367     copy_conditional(res_z, in2_z, in1infty);
368
369     copy_conditional(res_x, in1_x, in2infty);
370     copy_conditional(res_y, in1_y, in2infty);
371     copy_conditional(res_z, in1_z, in2infty);
372
373     memcpy(r->X, res_x, sizeof(res_x));
374     memcpy(r->Y, res_y, sizeof(res_y));
375     memcpy(r->Z, res_z, sizeof(res_z));
376 }
377
378 /* Point addition when b is known to be affine: r = a+b */
379 static void ecp_nistz256_point_add_affine(P256_POINT *r,
380                                           const P256_POINT *a,
381                                           const P256_POINT_AFFINE *b)
382 {
383     BN_ULONG U2[P256_LIMBS], S2[P256_LIMBS];
384     BN_ULONG Z1sqr[P256_LIMBS];
385     BN_ULONG H[P256_LIMBS], R[P256_LIMBS];
386     BN_ULONG Hsqr[P256_LIMBS];
387     BN_ULONG Rsqr[P256_LIMBS];
388     BN_ULONG Hcub[P256_LIMBS];
389
390     BN_ULONG res_x[P256_LIMBS];
391     BN_ULONG res_y[P256_LIMBS];
392     BN_ULONG res_z[P256_LIMBS];
393
394     BN_ULONG in1infty, in2infty;
395
396     const BN_ULONG *in1_x = a->X;
397     const BN_ULONG *in1_y = a->Y;
398     const BN_ULONG *in1_z = a->Z;
399
400     const BN_ULONG *in2_x = b->X;
401     const BN_ULONG *in2_y = b->Y;
402
403     /*
404      * In affine representation we encode infty as (0,0), which is not on the
405      * curve, so it is OK
406      */
407     in1infty = (in1_x[0] | in1_x[1] | in1_x[2] | in1_x[3] |
408                 in1_y[0] | in1_y[1] | in1_y[2] | in1_y[3]);
409     if (P256_LIMBS == 8)
410         in1infty |= (in1_x[4] | in1_x[5] | in1_x[6] | in1_x[7] |
411                      in1_y[4] | in1_y[5] | in1_y[6] | in1_y[7]);
412
413     in2infty = (in2_x[0] | in2_x[1] | in2_x[2] | in2_x[3] |
414                 in2_y[0] | in2_y[1] | in2_y[2] | in2_y[3]);
415     if (P256_LIMBS == 8)
416         in2infty |= (in2_x[4] | in2_x[5] | in2_x[6] | in2_x[7] |
417                      in2_y[4] | in2_y[5] | in2_y[6] | in2_y[7]);
418
419     in1infty = is_zero(in1infty);
420     in2infty = is_zero(in2infty);
421
422     ecp_nistz256_sqr_mont(Z1sqr, in1_z);        /* Z1^2 */
423
424     ecp_nistz256_mul_mont(U2, in2_x, Z1sqr);    /* U2 = X2*Z1^2 */
425     ecp_nistz256_sub(H, U2, in1_x);             /* H = U2 - U1 */
426
427     ecp_nistz256_mul_mont(S2, Z1sqr, in1_z);    /* S2 = Z1^3 */
428
429     ecp_nistz256_mul_mont(res_z, H, in1_z);     /* Z3 = H*Z1*Z2 */
430
431     ecp_nistz256_mul_mont(S2, S2, in2_y);       /* S2 = Y2*Z1^3 */
432     ecp_nistz256_sub(R, S2, in1_y);             /* R = S2 - S1 */
433
434     ecp_nistz256_sqr_mont(Hsqr, H);             /* H^2 */
435     ecp_nistz256_sqr_mont(Rsqr, R);             /* R^2 */
436     ecp_nistz256_mul_mont(Hcub, Hsqr, H);       /* H^3 */
437
438     ecp_nistz256_mul_mont(U2, in1_x, Hsqr);     /* U1*H^2 */
439     ecp_nistz256_mul_by_2(Hsqr, U2);            /* 2*U1*H^2 */
440
441     ecp_nistz256_sub(res_x, Rsqr, Hsqr);
442     ecp_nistz256_sub(res_x, res_x, Hcub);
443     ecp_nistz256_sub(H, U2, res_x);
444
445     ecp_nistz256_mul_mont(S2, in1_y, Hcub);
446     ecp_nistz256_mul_mont(H, H, R);
447     ecp_nistz256_sub(res_y, H, S2);
448
449     copy_conditional(res_x, in2_x, in1infty);
450     copy_conditional(res_x, in1_x, in2infty);
451
452     copy_conditional(res_y, in2_y, in1infty);
453     copy_conditional(res_y, in1_y, in2infty);
454
455     copy_conditional(res_z, ONE, in1infty);
456     copy_conditional(res_z, in1_z, in2infty);
457
458     memcpy(r->X, res_x, sizeof(res_x));
459     memcpy(r->Y, res_y, sizeof(res_y));
460     memcpy(r->Z, res_z, sizeof(res_z));
461 }
462 #endif
463
464 /* r = in^-1 mod p */
465 static void ecp_nistz256_mod_inverse(BN_ULONG r[P256_LIMBS],
466                                      const BN_ULONG in[P256_LIMBS])
467 {
468     /*
469      * The poly is ffffffff 00000001 00000000 00000000 00000000 ffffffff
470      * ffffffff ffffffff We use FLT and used poly-2 as exponent
471      */
472     BN_ULONG p2[P256_LIMBS];
473     BN_ULONG p4[P256_LIMBS];
474     BN_ULONG p8[P256_LIMBS];
475     BN_ULONG p16[P256_LIMBS];
476     BN_ULONG p32[P256_LIMBS];
477     BN_ULONG res[P256_LIMBS];
478     int i;
479
480     ecp_nistz256_sqr_mont(res, in);
481     ecp_nistz256_mul_mont(p2, res, in);         /* 3*p */
482
483     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p2);
484     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
485     ecp_nistz256_mul_mont(p4, res, p2);         /* f*p */
486
487     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p4);
488     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
489     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
490     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
491     ecp_nistz256_mul_mont(p8, res, p4);         /* ff*p */
492
493     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p8);
494     for (i = 0; i < 7; i++)
495         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
496     ecp_nistz256_mul_mont(p16, res, p8);        /* ffff*p */
497
498     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p16);
499     for (i = 0; i < 15; i++)
500         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
501     ecp_nistz256_mul_mont(p32, res, p16);       /* ffffffff*p */
502
503     ecp_nistz256_sqr_mont(res, p32);
504     for (i = 0; i < 31; i++)
505         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
506     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, in);
507
508     for (i = 0; i < 32 * 4; i++)
509         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
510     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p32);
511
512     for (i = 0; i < 32; i++)
513         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
514     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p32);
515
516     for (i = 0; i < 16; i++)
517         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
518     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p16);
519
520     for (i = 0; i < 8; i++)
521         ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
522     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p8);
523
524     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
525     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
526     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
527     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
528     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p4);
529
530     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
531     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
532     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, p2);
533
534     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
535     ecp_nistz256_sqr_mont(res, res);
536     ecp_nistz256_mul_mont(res, res, in);
537
538     memcpy(r, res, sizeof(res));
539 }
540
541 /*
542  * ecp_nistz256_bignum_to_field_elem copies the contents of |in| to |out| and
543  * returns one if it fits. Otherwise it returns zero.
544  */
545 __owur static int ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(BN_ULONG out[P256_LIMBS],
546                                                     const BIGNUM *in)
547 {
548     return bn_copy_words(out, in, P256_LIMBS);
549 }
550
551 /* r = sum(scalar[i]*point[i]) */
552 __owur static int ecp_nistz256_windowed_mul(const EC_GROUP *group,
553                                             P256_POINT *r,
554                                             const BIGNUM **scalar,
555                                             const EC_POINT **point,
556                                             size_t num, BN_CTX *ctx)
557 {
558     size_t i;
559     int j, ret = 0;
560     unsigned int idx;
561     unsigned char (*p_str)[33] = NULL;
562     const unsigned int window_size = 5;
563     const unsigned int mask = (1 << (window_size + 1)) - 1;
564     unsigned int wvalue;
565     P256_POINT *temp;           /* place for 5 temporary points */
566     const BIGNUM **scalars = NULL;
567     P256_POINT (*table)[16] = NULL;
568     void *table_storage = NULL;
569
570     if ((num * 16 + 6) > OPENSSL_MALLOC_MAX_NELEMS(P256_POINT)
571         || (table_storage =
572             OPENSSL_malloc((num * 16 + 5) * sizeof(P256_POINT) + 64)) == NULL
573         || (p_str =
574             OPENSSL_malloc(num * 33 * sizeof(unsigned char))) == NULL
575         || (scalars = OPENSSL_malloc(num * sizeof(BIGNUM *))) == NULL) {
576         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_WINDOWED_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
577         goto err;
578     }
579
580     table = (void *)ALIGNPTR(table_storage, 64);
581     temp = (P256_POINT *)(table + num);
582
583     for (i = 0; i < num; i++) {
584         P256_POINT *row = table[i];
585
586         /* This is an unusual input, we don't guarantee constant-timeness. */
587         if ((BN_num_bits(scalar[i]) > 256) || BN_is_negative(scalar[i])) {
588             BIGNUM *mod;
589
590             if ((mod = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)
591                 goto err;
592             if (!BN_nnmod(mod, scalar[i], group->order, ctx)) {
593                 ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_WINDOWED_MUL, ERR_R_BN_LIB);
594                 goto err;
595             }
596             scalars[i] = mod;
597         } else
598             scalars[i] = scalar[i];
599
600         for (j = 0; j < bn_get_top(scalars[i]) * BN_BYTES; j += BN_BYTES) {
601             BN_ULONG d = bn_get_words(scalars[i])[j / BN_BYTES];
602
603             p_str[i][j + 0] = (unsigned char)d;
604             p_str[i][j + 1] = (unsigned char)(d >> 8);
605             p_str[i][j + 2] = (unsigned char)(d >> 16);
606             p_str[i][j + 3] = (unsigned char)(d >>= 24);
607             if (BN_BYTES == 8) {
608                 d >>= 8;
609                 p_str[i][j + 4] = (unsigned char)d;
610                 p_str[i][j + 5] = (unsigned char)(d >> 8);
611                 p_str[i][j + 6] = (unsigned char)(d >> 16);
612                 p_str[i][j + 7] = (unsigned char)(d >> 24);
613             }
614         }
615         for (; j < 33; j++)
616             p_str[i][j] = 0;
617
618         if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp[0].X, point[i]->X)
619             || !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp[0].Y, point[i]->Y)
620             || !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp[0].Z, point[i]->Z)) {
621             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_WINDOWED_MUL,
622                   EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
623             goto err;
624         }
625
626         /*
627          * row[0] is implicitly (0,0,0) (the point at infinity), therefore it
628          * is not stored. All other values are actually stored with an offset
629          * of -1 in table.
630          */
631
632         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[0], 1);
633         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[0]);              /*1+1=2  */
634         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 2);
635         ecp_nistz256_point_add   (&temp[2], &temp[1], &temp[0]);    /*2+1=3  */
636         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 3);
637         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[1]);              /*2*2=4  */
638         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 4);
639         ecp_nistz256_point_double(&temp[2], &temp[2]);              /*2*3=6  */
640         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 6);
641         ecp_nistz256_point_add   (&temp[3], &temp[1], &temp[0]);    /*4+1=5  */
642         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[3], 5);
643         ecp_nistz256_point_add   (&temp[4], &temp[2], &temp[0]);    /*6+1=7  */
644         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[4], 7);
645         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[1]);              /*2*4=8  */
646         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 8);
647         ecp_nistz256_point_double(&temp[2], &temp[2]);              /*2*6=12 */
648         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 12);
649         ecp_nistz256_point_double(&temp[3], &temp[3]);              /*2*5=10 */
650         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[3], 10);
651         ecp_nistz256_point_double(&temp[4], &temp[4]);              /*2*7=14 */
652         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[4], 14);
653         ecp_nistz256_point_add   (&temp[2], &temp[2], &temp[0]);    /*12+1=13*/
654         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 13);
655         ecp_nistz256_point_add   (&temp[3], &temp[3], &temp[0]);    /*10+1=11*/
656         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[3], 11);
657         ecp_nistz256_point_add   (&temp[4], &temp[4], &temp[0]);    /*14+1=15*/
658         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[4], 15);
659         ecp_nistz256_point_add   (&temp[2], &temp[1], &temp[0]);    /*8+1=9  */
660         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[2], 9);
661         ecp_nistz256_point_double(&temp[1], &temp[1]);              /*2*8=16 */
662         ecp_nistz256_scatter_w5  (row, &temp[1], 16);
663     }
664
665     idx = 255;
666
667     wvalue = p_str[0][(idx - 1) / 8];
668     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
669
670     /*
671      * We gather to temp[0], because we know it's position relative
672      * to table
673      */
674     ecp_nistz256_gather_w5(&temp[0], table[0], _booth_recode_w5(wvalue) >> 1);
675     memcpy(r, &temp[0], sizeof(temp[0]));
676
677     while (idx >= 5) {
678         for (i = (idx == 255 ? 1 : 0); i < num; i++) {
679             unsigned int off = (idx - 1) / 8;
680
681             wvalue = p_str[i][off] | p_str[i][off + 1] << 8;
682             wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
683
684             wvalue = _booth_recode_w5(wvalue);
685
686             ecp_nistz256_gather_w5(&temp[0], table[i], wvalue >> 1);
687
688             ecp_nistz256_neg(temp[1].Y, temp[0].Y);
689             copy_conditional(temp[0].Y, temp[1].Y, (wvalue & 1));
690
691             ecp_nistz256_point_add(r, r, &temp[0]);
692         }
693
694         idx -= window_size;
695
696         ecp_nistz256_point_double(r, r);
697         ecp_nistz256_point_double(r, r);
698         ecp_nistz256_point_double(r, r);
699         ecp_nistz256_point_double(r, r);
700         ecp_nistz256_point_double(r, r);
701     }
702
703     /* Final window */
704     for (i = 0; i < num; i++) {
705         wvalue = p_str[i][0];
706         wvalue = (wvalue << 1) & mask;
707
708         wvalue = _booth_recode_w5(wvalue);
709
710         ecp_nistz256_gather_w5(&temp[0], table[i], wvalue >> 1);
711
712         ecp_nistz256_neg(temp[1].Y, temp[0].Y);
713         copy_conditional(temp[0].Y, temp[1].Y, wvalue & 1);
714
715         ecp_nistz256_point_add(r, r, &temp[0]);
716     }
717
718     ret = 1;
719  err:
720     OPENSSL_free(table_storage);
721     OPENSSL_free(p_str);
722     OPENSSL_free(scalars);
723     return ret;
724 }
725
726 /* Coordinates of G, for which we have precomputed tables */
727 const static BN_ULONG def_xG[P256_LIMBS] = {
728     TOBN(0x79e730d4, 0x18a9143c), TOBN(0x75ba95fc, 0x5fedb601),
729     TOBN(0x79fb732b, 0x77622510), TOBN(0x18905f76, 0xa53755c6)
730 };
731
732 const static BN_ULONG def_yG[P256_LIMBS] = {
733     TOBN(0xddf25357, 0xce95560a), TOBN(0x8b4ab8e4, 0xba19e45c),
734     TOBN(0xd2e88688, 0xdd21f325), TOBN(0x8571ff18, 0x25885d85)
735 };
736
737 /*
738  * ecp_nistz256_is_affine_G returns one if |generator| is the standard, P-256
739  * generator.
740  */
741 static int ecp_nistz256_is_affine_G(const EC_POINT *generator)
742 {
743     return (bn_get_top(generator->X) == P256_LIMBS) &&
744         (bn_get_top(generator->Y) == P256_LIMBS) &&
745         (bn_get_top(generator->Z) == (P256_LIMBS - P256_LIMBS / 8)) &&
746         is_equal(bn_get_words(generator->X), def_xG) &&
747         is_equal(bn_get_words(generator->Y), def_yG) &&
748         is_one(bn_get_words(generator->Z));
749 }
750
751 __owur static int ecp_nistz256_mult_precompute(EC_GROUP *group, BN_CTX *ctx)
752 {
753     /*
754      * We precompute a table for a Booth encoded exponent (wNAF) based
755      * computation. Each table holds 64 values for safe access, with an
756      * implicit value of infinity at index zero. We use window of size 7, and
757      * therefore require ceil(256/7) = 37 tables.
758      */
759     const BIGNUM *order;
760     EC_POINT *P = NULL, *T = NULL;
761     const EC_POINT *generator;
762     NISTZ256_PRE_COMP *pre_comp;
763     BN_CTX *new_ctx = NULL;
764     int i, j, k, ret = 0;
765     size_t w;
766
767     PRECOMP256_ROW *preComputedTable = NULL;
768     unsigned char *precomp_storage = NULL;
769
770     /* if there is an old NISTZ256_PRE_COMP object, throw it away */
771     EC_pre_comp_free(group);
772     generator = EC_GROUP_get0_generator(group);
773     if (generator == NULL) {
774         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE, EC_R_UNDEFINED_GENERATOR);
775         return 0;
776     }
777
778     if (ecp_nistz256_is_affine_G(generator)) {
779         /*
780          * No need to calculate tables for the standard generator because we
781          * have them statically.
782          */
783         return 1;
784     }
785
786     if ((pre_comp = ecp_nistz256_pre_comp_new(group)) == NULL)
787         return 0;
788
789     if (ctx == NULL) {
790         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
791         if (ctx == NULL)
792             goto err;
793     }
794
795     BN_CTX_start(ctx);
796
797     order = EC_GROUP_get0_order(group);
798     if (order == NULL)
799         goto err;
800
801     if (BN_is_zero(order)) {
802         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE, EC_R_UNKNOWN_ORDER);
803         goto err;
804     }
805
806     w = 7;
807
808     if ((precomp_storage =
809          OPENSSL_malloc(37 * 64 * sizeof(P256_POINT_AFFINE) + 64)) == NULL) {
810         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
811         goto err;
812     }
813
814     preComputedTable = (void *)ALIGNPTR(precomp_storage, 64);
815
816     P = EC_POINT_new(group);
817     T = EC_POINT_new(group);
818     if (P == NULL || T == NULL)
819         goto err;
820
821     /*
822      * The zero entry is implicitly infinity, and we skip it, storing other
823      * values with -1 offset.
824      */
825     if (!EC_POINT_copy(T, generator))
826         goto err;
827
828     for (k = 0; k < 64; k++) {
829         if (!EC_POINT_copy(P, T))
830             goto err;
831         for (j = 0; j < 37; j++) {
832             P256_POINT_AFFINE temp;
833             /*
834              * It would be faster to use EC_POINTs_make_affine and
835              * make multiple points affine at the same time.
836              */
837             if (!EC_POINT_make_affine(group, P, ctx))
838                 goto err;
839             if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp.X, P->X) ||
840                 !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(temp.Y, P->Y)) {
841                 ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_MULT_PRECOMPUTE,
842                       EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
843                 goto err;
844             }
845             ecp_nistz256_scatter_w7(preComputedTable[j], &temp, k);
846             for (i = 0; i < 7; i++) {
847                 if (!EC_POINT_dbl(group, P, P, ctx))
848                     goto err;
849             }
850         }
851         if (!EC_POINT_add(group, T, T, generator, ctx))
852             goto err;
853     }
854
855     pre_comp->group = group;
856     pre_comp->w = w;
857     pre_comp->precomp = preComputedTable;
858     pre_comp->precomp_storage = precomp_storage;
859     precomp_storage = NULL;
860     SETPRECOMP(group, nistz256, pre_comp);
861     pre_comp = NULL;
862     ret = 1;
863
864  err:
865     if (ctx != NULL)
866         BN_CTX_end(ctx);
867     BN_CTX_free(new_ctx);
868
869     EC_nistz256_pre_comp_free(pre_comp);
870     OPENSSL_free(precomp_storage);
871     EC_POINT_free(P);
872     EC_POINT_free(T);
873     return ret;
874 }
875
876 /*
877  * Note that by default ECP_NISTZ256_AVX2 is undefined. While it's great
878  * code processing 4 points in parallel, corresponding serial operation
879  * is several times slower, because it uses 29x29=58-bit multiplication
880  * as opposite to 64x64=128-bit in integer-only scalar case. As result
881  * it doesn't provide *significant* performance improvement. Note that
882  * just defining ECP_NISTZ256_AVX2 is not sufficient to make it work,
883  * you'd need to compile even asm/ecp_nistz256-avx.pl module.
884  */
885 #if defined(ECP_NISTZ256_AVX2)
886 # if !(defined(__x86_64) || defined(__x86_64__) || \
887        defined(_M_AMD64) || defined(_MX64)) || \
888      !(defined(__GNUC__) || defined(_MSC_VER)) /* this is for ALIGN32 */
889 #  undef ECP_NISTZ256_AVX2
890 # else
891 /* Constant time access, loading four values, from four consecutive tables */
892 void ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(void *result, const void *in,
893                                        int index0, int index1, int index2,
894                                        int index3);
895 void ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(void *RESULTx4, const void *in);
896 void ecp_nistz256_avx2_convert_transpose_back(void *result, const void *Ax4);
897 void ecp_nistz256_avx2_point_add_affine_x4(void *RESULTx4, const void *Ax4,
898                                            const void *Bx4);
899 void ecp_nistz256_avx2_point_add_affines_x4(void *RESULTx4, const void *Ax4,
900                                             const void *Bx4);
901 void ecp_nistz256_avx2_to_mont(void *RESULTx4, const void *Ax4);
902 void ecp_nistz256_avx2_from_mont(void *RESULTx4, const void *Ax4);
903 void ecp_nistz256_avx2_set1(void *RESULTx4);
904 int ecp_nistz_avx2_eligible(void);
905
906 static void booth_recode_w7(unsigned char *sign,
907                             unsigned char *digit, unsigned char in)
908 {
909     unsigned char s, d;
910
911     s = ~((in >> 7) - 1);
912     d = (1 << 8) - in - 1;
913     d = (d & s) | (in & ~s);
914     d = (d >> 1) + (d & 1);
915
916     *sign = s & 1;
917     *digit = d;
918 }
919
920 /*
921  * ecp_nistz256_avx2_mul_g performs multiplication by G, using only the
922  * precomputed table. It does 4 affine point additions in parallel,
923  * significantly speeding up point multiplication for a fixed value.
924  */
925 static void ecp_nistz256_avx2_mul_g(P256_POINT *r,
926                                     unsigned char p_str[33],
927                                     const P256_POINT_AFFINE(*preComputedTable)[64])
928 {
929     const unsigned int window_size = 7;
930     const unsigned int mask = (1 << (window_size + 1)) - 1;
931     unsigned int wvalue;
932     /* Using 4 windows at a time */
933     unsigned char sign0, digit0;
934     unsigned char sign1, digit1;
935     unsigned char sign2, digit2;
936     unsigned char sign3, digit3;
937     unsigned int idx = 0;
938     BN_ULONG tmp[P256_LIMBS];
939     int i;
940
941     ALIGN32 BN_ULONG aX4[4 * 9 * 3] = { 0 };
942     ALIGN32 BN_ULONG bX4[4 * 9 * 2] = { 0 };
943     ALIGN32 P256_POINT_AFFINE point_arr[4];
944     ALIGN32 P256_POINT res_point_arr[4];
945
946     /* Initial four windows */
947     wvalue = *((u16 *) & p_str[0]);
948     wvalue = (wvalue << 1) & mask;
949     idx += window_size;
950     booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
951     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
952     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
953     idx += window_size;
954     booth_recode_w7(&sign1, &digit1, wvalue);
955     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
956     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
957     idx += window_size;
958     booth_recode_w7(&sign2, &digit2, wvalue);
959     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
960     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
961     idx += window_size;
962     booth_recode_w7(&sign3, &digit3, wvalue);
963
964     ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(point_arr, preComputedTable[0],
965                                       digit0, digit1, digit2, digit3);
966
967     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[0].Y);
968     copy_conditional(point_arr[0].Y, tmp, sign0);
969     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[1].Y);
970     copy_conditional(point_arr[1].Y, tmp, sign1);
971     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[2].Y);
972     copy_conditional(point_arr[2].Y, tmp, sign2);
973     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[3].Y);
974     copy_conditional(point_arr[3].Y, tmp, sign3);
975
976     ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(aX4, point_arr);
977     ecp_nistz256_avx2_to_mont(aX4, aX4);
978     ecp_nistz256_avx2_to_mont(&aX4[4 * 9], &aX4[4 * 9]);
979     ecp_nistz256_avx2_set1(&aX4[4 * 9 * 2]);
980
981     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
982     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
983     idx += window_size;
984     booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
985     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
986     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
987     idx += window_size;
988     booth_recode_w7(&sign1, &digit1, wvalue);
989     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
990     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
991     idx += window_size;
992     booth_recode_w7(&sign2, &digit2, wvalue);
993     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
994     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
995     idx += window_size;
996     booth_recode_w7(&sign3, &digit3, wvalue);
997
998     ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(point_arr, preComputedTable[4 * 1],
999                                       digit0, digit1, digit2, digit3);
1000
1001     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[0].Y);
1002     copy_conditional(point_arr[0].Y, tmp, sign0);
1003     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[1].Y);
1004     copy_conditional(point_arr[1].Y, tmp, sign1);
1005     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[2].Y);
1006     copy_conditional(point_arr[2].Y, tmp, sign2);
1007     ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[3].Y);
1008     copy_conditional(point_arr[3].Y, tmp, sign3);
1009
1010     ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(bX4, point_arr);
1011     ecp_nistz256_avx2_to_mont(bX4, bX4);
1012     ecp_nistz256_avx2_to_mont(&bX4[4 * 9], &bX4[4 * 9]);
1013     /* Optimized when both inputs are affine */
1014     ecp_nistz256_avx2_point_add_affines_x4(aX4, aX4, bX4);
1015
1016     for (i = 2; i < 9; i++) {
1017         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1018         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1019         idx += window_size;
1020         booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
1021         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1022         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1023         idx += window_size;
1024         booth_recode_w7(&sign1, &digit1, wvalue);
1025         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1026         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1027         idx += window_size;
1028         booth_recode_w7(&sign2, &digit2, wvalue);
1029         wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1030         wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1031         idx += window_size;
1032         booth_recode_w7(&sign3, &digit3, wvalue);
1033
1034         ecp_nistz256_avx2_multi_gather_w7(point_arr,
1035                                           preComputedTable[4 * i],
1036                                           digit0, digit1, digit2, digit3);
1037
1038         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[0].Y);
1039         copy_conditional(point_arr[0].Y, tmp, sign0);
1040         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[1].Y);
1041         copy_conditional(point_arr[1].Y, tmp, sign1);
1042         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[2].Y);
1043         copy_conditional(point_arr[2].Y, tmp, sign2);
1044         ecp_nistz256_neg(tmp, point_arr[3].Y);
1045         copy_conditional(point_arr[3].Y, tmp, sign3);
1046
1047         ecp_nistz256_avx2_transpose_convert(bX4, point_arr);
1048         ecp_nistz256_avx2_to_mont(bX4, bX4);
1049         ecp_nistz256_avx2_to_mont(&bX4[4 * 9], &bX4[4 * 9]);
1050
1051         ecp_nistz256_avx2_point_add_affine_x4(aX4, aX4, bX4);
1052     }
1053
1054     ecp_nistz256_avx2_from_mont(&aX4[4 * 9 * 0], &aX4[4 * 9 * 0]);
1055     ecp_nistz256_avx2_from_mont(&aX4[4 * 9 * 1], &aX4[4 * 9 * 1]);
1056     ecp_nistz256_avx2_from_mont(&aX4[4 * 9 * 2], &aX4[4 * 9 * 2]);
1057
1058     ecp_nistz256_avx2_convert_transpose_back(res_point_arr, aX4);
1059     /* Last window is performed serially */
1060     wvalue = *((u16 *) & p_str[(idx - 1) / 8]);
1061     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1062     booth_recode_w7(&sign0, &digit0, wvalue);
1063     ecp_nistz256_gather_w7((P256_POINT_AFFINE *)r,
1064                            preComputedTable[36], digit0);
1065     ecp_nistz256_neg(tmp, r->Y);
1066     copy_conditional(r->Y, tmp, sign0);
1067     memcpy(r->Z, ONE, sizeof(ONE));
1068     /* Sum the four windows */
1069     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[0]);
1070     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[1]);
1071     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[2]);
1072     ecp_nistz256_point_add(r, r, &res_point_arr[3]);
1073 }
1074 # endif
1075 #endif
1076
1077 __owur static int ecp_nistz256_set_from_affine(EC_POINT *out, const EC_GROUP *group,
1078                                                const P256_POINT_AFFINE *in,
1079                                                BN_CTX *ctx)
1080 {
1081     BIGNUM *x, *y;
1082     BN_ULONG d_x[P256_LIMBS], d_y[P256_LIMBS];
1083     int ret = 0;
1084
1085     x = BN_new();
1086     if (x == NULL)
1087         return 0;
1088     y = BN_new();
1089     if (y == NULL) {
1090         BN_free(x);
1091         return 0;
1092     }
1093     memcpy(d_x, in->X, sizeof(d_x));
1094     bn_set_static_words(x, d_x, P256_LIMBS);
1095
1096     memcpy(d_y, in->Y, sizeof(d_y));
1097     bn_set_static_words(y, d_y, P256_LIMBS);
1098
1099     ret = EC_POINT_set_affine_coordinates_GFp(group, out, x, y, ctx);
1100
1101     BN_free(x);
1102     BN_free(y);
1103
1104     return ret;
1105 }
1106
1107 /* r = scalar*G + sum(scalars[i]*points[i]) */
1108 __owur static int ecp_nistz256_points_mul(const EC_GROUP *group,
1109                                           EC_POINT *r,
1110                                           const BIGNUM *scalar,
1111                                           size_t num,
1112                                           const EC_POINT *points[],
1113                                           const BIGNUM *scalars[], BN_CTX *ctx)
1114 {
1115     int i = 0, ret = 0, no_precomp_for_generator = 0, p_is_infinity = 0;
1116     size_t j;
1117     unsigned char p_str[33] = { 0 };
1118     const PRECOMP256_ROW *preComputedTable = NULL;
1119     const NISTZ256_PRE_COMP *pre_comp = NULL;
1120     const EC_POINT *generator = NULL;
1121     BN_CTX *new_ctx = NULL;
1122     const BIGNUM **new_scalars = NULL;
1123     const EC_POINT **new_points = NULL;
1124     unsigned int idx = 0;
1125     const unsigned int window_size = 7;
1126     const unsigned int mask = (1 << (window_size + 1)) - 1;
1127     unsigned int wvalue;
1128     ALIGN32 union {
1129         P256_POINT p;
1130         P256_POINT_AFFINE a;
1131     } t, p;
1132     BIGNUM *tmp_scalar;
1133
1134     if ((num + 1) == 0 || (num + 1) > OPENSSL_MALLOC_MAX_NELEMS(void *)) {
1135         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1136         return 0;
1137     }
1138
1139     if (group->meth != r->meth) {
1140         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, EC_R_INCOMPATIBLE_OBJECTS);
1141         return 0;
1142     }
1143
1144     if ((scalar == NULL) && (num == 0))
1145         return EC_POINT_set_to_infinity(group, r);
1146
1147     for (j = 0; j < num; j++) {
1148         if (group->meth != points[j]->meth) {
1149             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, EC_R_INCOMPATIBLE_OBJECTS);
1150             return 0;
1151         }
1152     }
1153
1154     if (ctx == NULL) {
1155         ctx = new_ctx = BN_CTX_new();
1156         if (ctx == NULL)
1157             goto err;
1158     }
1159
1160     BN_CTX_start(ctx);
1161
1162     if (scalar) {
1163         generator = EC_GROUP_get0_generator(group);
1164         if (generator == NULL) {
1165             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, EC_R_UNDEFINED_GENERATOR);
1166             goto err;
1167         }
1168
1169         /* look if we can use precomputed multiples of generator */
1170         pre_comp = group->pre_comp.nistz256;
1171
1172         if (pre_comp) {
1173             /*
1174              * If there is a precomputed table for the generator, check that
1175              * it was generated with the same generator.
1176              */
1177             EC_POINT *pre_comp_generator = EC_POINT_new(group);
1178             if (pre_comp_generator == NULL)
1179                 goto err;
1180
1181             if (!ecp_nistz256_set_from_affine(pre_comp_generator,
1182                                               group, pre_comp->precomp[0],
1183                                               ctx)) {
1184                 EC_POINT_free(pre_comp_generator);
1185                 goto err;
1186             }
1187
1188             if (0 == EC_POINT_cmp(group, generator, pre_comp_generator, ctx))
1189                 preComputedTable = (const PRECOMP256_ROW *)pre_comp->precomp;
1190
1191             EC_POINT_free(pre_comp_generator);
1192         }
1193
1194         if (preComputedTable == NULL && ecp_nistz256_is_affine_G(generator)) {
1195             /*
1196              * If there is no precomputed data, but the generator is the
1197              * default, a hardcoded table of precomputed data is used. This
1198              * is because applications, such as Apache, do not use
1199              * EC_KEY_precompute_mult.
1200              */
1201             preComputedTable = ecp_nistz256_precomputed;
1202         }
1203
1204         if (preComputedTable) {
1205             if ((BN_num_bits(scalar) > 256)
1206                 || BN_is_negative(scalar)) {
1207                 if ((tmp_scalar = BN_CTX_get(ctx)) == NULL)
1208                     goto err;
1209
1210                 if (!BN_nnmod(tmp_scalar, scalar, group->order, ctx)) {
1211                     ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_BN_LIB);
1212                     goto err;
1213                 }
1214                 scalar = tmp_scalar;
1215             }
1216
1217             for (i = 0; i < bn_get_top(scalar) * BN_BYTES; i += BN_BYTES) {
1218                 BN_ULONG d = bn_get_words(scalar)[i / BN_BYTES];
1219
1220                 p_str[i + 0] = (unsigned char)d;
1221                 p_str[i + 1] = (unsigned char)(d >> 8);
1222                 p_str[i + 2] = (unsigned char)(d >> 16);
1223                 p_str[i + 3] = (unsigned char)(d >>= 24);
1224                 if (BN_BYTES == 8) {
1225                     d >>= 8;
1226                     p_str[i + 4] = (unsigned char)d;
1227                     p_str[i + 5] = (unsigned char)(d >> 8);
1228                     p_str[i + 6] = (unsigned char)(d >> 16);
1229                     p_str[i + 7] = (unsigned char)(d >> 24);
1230                 }
1231             }
1232
1233             for (; i < 33; i++)
1234                 p_str[i] = 0;
1235
1236 #if defined(ECP_NISTZ256_AVX2)
1237             if (ecp_nistz_avx2_eligible()) {
1238                 ecp_nistz256_avx2_mul_g(&p.p, p_str, preComputedTable);
1239             } else
1240 #endif
1241             {
1242                 /* First window */
1243                 wvalue = (p_str[0] << 1) & mask;
1244                 idx += window_size;
1245
1246                 wvalue = _booth_recode_w7(wvalue);
1247
1248                 ecp_nistz256_gather_w7(&p.a, preComputedTable[0],
1249                                        wvalue >> 1);
1250
1251                 ecp_nistz256_neg(p.p.Z, p.p.Y);
1252                 copy_conditional(p.p.Y, p.p.Z, wvalue & 1);
1253
1254                 memcpy(p.p.Z, ONE, sizeof(ONE));
1255
1256                 for (i = 1; i < 37; i++) {
1257                     unsigned int off = (idx - 1) / 8;
1258                     wvalue = p_str[off] | p_str[off + 1] << 8;
1259                     wvalue = (wvalue >> ((idx - 1) % 8)) & mask;
1260                     idx += window_size;
1261
1262                     wvalue = _booth_recode_w7(wvalue);
1263
1264                     ecp_nistz256_gather_w7(&t.a,
1265                                            preComputedTable[i], wvalue >> 1);
1266
1267                     ecp_nistz256_neg(t.p.Z, t.a.Y);
1268                     copy_conditional(t.a.Y, t.p.Z, wvalue & 1);
1269
1270                     ecp_nistz256_point_add_affine(&p.p, &p.p, &t.a);
1271                 }
1272             }
1273         } else {
1274             p_is_infinity = 1;
1275             no_precomp_for_generator = 1;
1276         }
1277     } else
1278         p_is_infinity = 1;
1279
1280     if (no_precomp_for_generator) {
1281         /*
1282          * Without a precomputed table for the generator, it has to be
1283          * handled like a normal point.
1284          */
1285         new_scalars = OPENSSL_malloc((num + 1) * sizeof(BIGNUM *));
1286         if (new_scalars == NULL) {
1287             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1288             goto err;
1289         }
1290
1291         new_points = OPENSSL_malloc((num + 1) * sizeof(EC_POINT *));
1292         if (new_points == NULL) {
1293             ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_POINTS_MUL, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1294             goto err;
1295         }
1296
1297         memcpy(new_scalars, scalars, num * sizeof(BIGNUM *));
1298         new_scalars[num] = scalar;
1299         memcpy(new_points, points, num * sizeof(EC_POINT *));
1300         new_points[num] = generator;
1301
1302         scalars = new_scalars;
1303         points = new_points;
1304         num++;
1305     }
1306
1307     if (num) {
1308         P256_POINT *out = &t.p;
1309         if (p_is_infinity)
1310             out = &p.p;
1311
1312         if (!ecp_nistz256_windowed_mul(group, out, scalars, points, num, ctx))
1313             goto err;
1314
1315         if (!p_is_infinity)
1316             ecp_nistz256_point_add(&p.p, &p.p, out);
1317     }
1318
1319     /* Not constant-time, but we're only operating on the public output. */
1320     if (!bn_set_words(r->X, p.p.X, P256_LIMBS) ||
1321         !bn_set_words(r->Y, p.p.Y, P256_LIMBS) ||
1322         !bn_set_words(r->Z, p.p.Z, P256_LIMBS)) {
1323         goto err;
1324     }
1325     r->Z_is_one = is_one(p.p.Z) & 1;
1326
1327     ret = 1;
1328
1329 err:
1330     if (ctx)
1331         BN_CTX_end(ctx);
1332     BN_CTX_free(new_ctx);
1333     OPENSSL_free(new_points);
1334     OPENSSL_free(new_scalars);
1335     return ret;
1336 }
1337
1338 __owur static int ecp_nistz256_get_affine(const EC_GROUP *group,
1339                                           const EC_POINT *point,
1340                                           BIGNUM *x, BIGNUM *y, BN_CTX *ctx)
1341 {
1342     BN_ULONG z_inv2[P256_LIMBS];
1343     BN_ULONG z_inv3[P256_LIMBS];
1344     BN_ULONG x_aff[P256_LIMBS];
1345     BN_ULONG y_aff[P256_LIMBS];
1346     BN_ULONG point_x[P256_LIMBS], point_y[P256_LIMBS], point_z[P256_LIMBS];
1347     BN_ULONG x_ret[P256_LIMBS], y_ret[P256_LIMBS];
1348
1349     if (EC_POINT_is_at_infinity(group, point)) {
1350         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_GET_AFFINE, EC_R_POINT_AT_INFINITY);
1351         return 0;
1352     }
1353
1354     if (!ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(point_x, point->X) ||
1355         !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(point_y, point->Y) ||
1356         !ecp_nistz256_bignum_to_field_elem(point_z, point->Z)) {
1357         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_GET_AFFINE, EC_R_COORDINATES_OUT_OF_RANGE);
1358         return 0;
1359     }
1360
1361     ecp_nistz256_mod_inverse(z_inv3, point_z);
1362     ecp_nistz256_sqr_mont(z_inv2, z_inv3);
1363     ecp_nistz256_mul_mont(x_aff, z_inv2, point_x);
1364
1365     if (x != NULL) {
1366         ecp_nistz256_from_mont(x_ret, x_aff);
1367         if (!bn_set_words(x, x_ret, P256_LIMBS))
1368             return 0;
1369     }
1370
1371     if (y != NULL) {
1372         ecp_nistz256_mul_mont(z_inv3, z_inv3, z_inv2);
1373         ecp_nistz256_mul_mont(y_aff, z_inv3, point_y);
1374         ecp_nistz256_from_mont(y_ret, y_aff);
1375         if (!bn_set_words(y, y_ret, P256_LIMBS))
1376             return 0;
1377     }
1378
1379     return 1;
1380 }
1381
1382 static NISTZ256_PRE_COMP *ecp_nistz256_pre_comp_new(const EC_GROUP *group)
1383 {
1384     NISTZ256_PRE_COMP *ret = NULL;
1385
1386     if (!group)
1387         return NULL;
1388
1389     ret = OPENSSL_zalloc(sizeof(*ret));
1390
1391     if (ret == NULL) {
1392         ECerr(EC_F_ECP_NISTZ256_PRE_COMP_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
1393         return ret;
1394     }
1395
1396     ret->group = group;
1397     ret->w = 6;                 /* default */
1398     ret->references = 1;
1399     return ret;
1400 }
1401
1402 NISTZ256_PRE_COMP *EC_nistz256_pre_comp_dup(NISTZ256_PRE_COMP *p)
1403 {
1404     if (p != NULL)
1405         CRYPTO_add(&p->references, 1, CRYPTO_LOCK_EC_PRE_COMP);
1406     return p;
1407 }
1408
1409 void EC_nistz256_pre_comp_free(NISTZ256_PRE_COMP *pre)
1410 {
1411     if (pre == NULL
1412             || CRYPTO_add(&pre->references, -1, CRYPTO_LOCK_EC_PRE_COMP) > 0)
1413         return;
1414     OPENSSL_free(pre->precomp_storage);
1415     OPENSSL_free(pre);
1416 }
1417
1418
1419 static int ecp_nistz256_window_have_precompute_mult(const EC_GROUP *group)
1420 {
1421     /* There is a hard-coded table for the default generator. */
1422     const EC_POINT *generator = EC_GROUP_get0_generator(group);
1423
1424     if (generator != NULL && ecp_nistz256_is_affine_G(generator)) {
1425         /* There is a hard-coded table for the default generator. */
1426         return 1;
1427     }
1428
1429     return HAVEPRECOMP(group, nistz256);
1430 }
1431
1432 const EC_METHOD *EC_GFp_nistz256_method(void)
1433 {
1434     static const EC_METHOD ret = {
1435         EC_FLAGS_DEFAULT_OCT,
1436         NID_X9_62_prime_field,
1437         ec_GFp_mont_group_init,
1438         ec_GFp_mont_group_finish,
1439         ec_GFp_mont_group_clear_finish,
1440         ec_GFp_mont_group_copy,
1441         ec_GFp_mont_group_set_curve,
1442         ec_GFp_simple_group_get_curve,
1443         ec_GFp_simple_group_get_degree,
1444         ec_GFp_simple_group_check_discriminant,
1445         ec_GFp_simple_point_init,
1446         ec_GFp_simple_point_finish,
1447         ec_GFp_simple_point_clear_finish,
1448         ec_GFp_simple_point_copy,
1449         ec_GFp_simple_point_set_to_infinity,
1450         ec_GFp_simple_set_Jprojective_coordinates_GFp,
1451         ec_GFp_simple_get_Jprojective_coordinates_GFp,
1452         ec_GFp_simple_point_set_affine_coordinates,
1453         ecp_nistz256_get_affine,
1454         0, 0, 0,
1455         ec_GFp_simple_add,
1456         ec_GFp_simple_dbl,
1457         ec_GFp_simple_invert,
1458         ec_GFp_simple_is_at_infinity,
1459         ec_GFp_simple_is_on_curve,
1460         ec_GFp_simple_cmp,
1461         ec_GFp_simple_make_affine,
1462         ec_GFp_simple_points_make_affine,
1463         ecp_nistz256_points_mul,                    /* mul */
1464         ecp_nistz256_mult_precompute,               /* precompute_mult */
1465         ecp_nistz256_window_have_precompute_mult,   /* have_precompute_mult */
1466         ec_GFp_mont_field_mul,
1467         ec_GFp_mont_field_sqr,
1468         0,                                          /* field_div */
1469         ec_GFp_mont_field_encode,
1470         ec_GFp_mont_field_decode,
1471         ec_GFp_mont_field_set_to_one
1472     };
1473
1474     return &ret;
1475 }