test/bntest.c

   1 /* crypto/bn/bntest.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  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
  60  *
  61  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
  62  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
  63  *
  64  * The Contribution is licensed pursuant to the Eric Young open source
  65  * license provided above.
  66  *
  67  * The binary polynomial arithmetic software is originally written by
  68  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
  69  *
  70  */
  71
  72 #include <stdio.h>
  73 #include <stdlib.h>
  74 #include <string.h>
  75
  76 #include "e_os.h"
  77
  78 #include <openssl/bio.h>
  79 #include <openssl/bn.h>
  80 #include <openssl/rand.h>
  81 #include <openssl/x509.h>
  82 #include <openssl/err.h>
  83
  84 #include "../crypto/bn/bn_lcl.h"
  85
  86 static const int num0 = 100;           /* number of tests */
  87 static const int num1 = 50;            /* additional tests for some functions */
  88 static const int num2 = 5;             /* number of tests for slow functions */
  89
  90 int test_add(BIO *bp);
  91 int test_sub(BIO *bp);
  92 int test_lshift1(BIO *bp);
  93 int test_lshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx, BIGNUM *a_);
  94 int test_rshift1(BIO *bp);
  95 int test_rshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
  96 int test_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
  97 int test_div_word(BIO *bp);
  98 int test_div_recp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
  99 int test_mul(BIO *bp);
 100 int test_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 101 int test_mont(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 102 int test_mod(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 103 int test_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 104 int test_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 105 int test_mod_exp_mont_consttime(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 106 int test_mod_exp_mont5(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 107 int test_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 108 int test_gf2m_add(BIO *bp);
 109 int test_gf2m_mod(BIO *bp);
 110 int test_gf2m_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 111 int test_gf2m_mod_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 112 int test_gf2m_mod_inv(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 113 int test_gf2m_mod_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 114 int test_gf2m_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 115 int test_gf2m_mod_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 116 int test_gf2m_mod_solve_quad(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 117 int test_kron(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 118 int test_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 119 int test_small_prime(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 120 int test_probable_prime_coprime(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 121 int rand_neg(void);
 122 static int results = 0;
 123
 124 static unsigned char lst[] =
 125     "\xC6\x4F\x43\x04\x2A\xEA\xCA\x6E\x58\x36\x80\x5B\xE8\xC9"
 126     "\x9B\x04\x5D\x48\x36\xC2\xFD\x16\xC9\x64\xF0";
 127
 128 static const char rnd_seed[] =
 129     "string to make the random number generator think it has entropy";
 130
 131 static void message(BIO *out, char *m)
 132 {
 133     fprintf(stderr, "test %s\n", m);
 134     BIO_puts(out, "print \"test ");
 135     BIO_puts(out, m);
 136     BIO_puts(out, "\\n\"\n");
 137 }
 138
 139 int main(int argc, char *argv[])
 140 {
 141     BN_CTX *ctx;
 142     BIO *out;
 143     char *outfile = NULL;
 144
 145     results = 0;
 146
 147     RAND_seed(rnd_seed, sizeof rnd_seed); /* or BN_generate_prime may fail */
 148
 149     argc--;
 150     argv++;
 151     while (argc >= 1) {
 152         if (strcmp(*argv, "-results") == 0)
 153             results = 1;
 154         else if (strcmp(*argv, "-out") == 0) {
 155             if (--argc < 1)
 156                 break;
 157             outfile = *(++argv);
 158         }
 159         argc--;
 160         argv++;
 161     }
 162
 163     ctx = BN_CTX_new();
 164     if (ctx == NULL)
 165         EXIT(1);
 166
 167     out = BIO_new(BIO_s_file());
 168     if (out == NULL)
 169         EXIT(1);
 170     if (outfile == NULL) {
 171         BIO_set_fp(out, stdout, BIO_NOCLOSE | BIO_FP_TEXT);
 172     } else {
 173         if (!BIO_write_filename(out, outfile)) {
 174             perror(outfile);
 175             EXIT(1);
 176         }
 177     }
 178 #ifdef OPENSSL_SYS_VMS
 179     {
 180         BIO *tmpbio = BIO_new(BIO_f_linebuffer());
 181         out = BIO_push(tmpbio, out);
 182     }
 183 #endif
 184
 185     if (!results)
 186         BIO_puts(out, "obase=16\nibase=16\n");
 187
 188     message(out, "BN_add");
 189     if (!test_add(out))
 190         goto err;
 191     (void)BIO_flush(out);
 192
 193     message(out, "BN_sub");
 194     if (!test_sub(out))
 195         goto err;
 196     (void)BIO_flush(out);
 197
 198     message(out, "BN_lshift1");
 199     if (!test_lshift1(out))
 200         goto err;
 201     (void)BIO_flush(out);
 202
 203     message(out, "BN_lshift (fixed)");
 204     if (!test_lshift(out, ctx, BN_bin2bn(lst, sizeof(lst) - 1, NULL)))
 205         goto err;
 206     (void)BIO_flush(out);
 207
 208     message(out, "BN_lshift");
 209     if (!test_lshift(out, ctx, NULL))
 210         goto err;
 211     (void)BIO_flush(out);
 212
 213     message(out, "BN_rshift1");
 214     if (!test_rshift1(out))
 215         goto err;
 216     (void)BIO_flush(out);
 217
 218     message(out, "BN_rshift");
 219     if (!test_rshift(out, ctx))
 220         goto err;
 221     (void)BIO_flush(out);
 222
 223     message(out, "BN_sqr");
 224     if (!test_sqr(out, ctx))
 225         goto err;
 226     (void)BIO_flush(out);
 227
 228     message(out, "BN_mul");
 229     if (!test_mul(out))
 230         goto err;
 231     (void)BIO_flush(out);
 232
 233     message(out, "BN_div");
 234     if (!test_div(out, ctx))
 235         goto err;
 236     (void)BIO_flush(out);
 237
 238     message(out, "BN_div_word");
 239     if (!test_div_word(out))
 240         goto err;
 241     (void)BIO_flush(out);
 242
 243     message(out, "BN_div_recp");
 244     if (!test_div_recp(out, ctx))
 245         goto err;
 246     (void)BIO_flush(out);
 247
 248     message(out, "BN_mod");
 249     if (!test_mod(out, ctx))
 250         goto err;
 251     (void)BIO_flush(out);
 252
 253     message(out, "BN_mod_mul");
 254     if (!test_mod_mul(out, ctx))
 255         goto err;
 256     (void)BIO_flush(out);
 257
 258     message(out, "BN_mont");
 259     if (!test_mont(out, ctx))
 260         goto err;
 261     (void)BIO_flush(out);
 262
 263     message(out, "BN_mod_exp");
 264     if (!test_mod_exp(out, ctx))
 265         goto err;
 266     (void)BIO_flush(out);
 267
 268     message(out, "BN_mod_exp_mont_consttime");
 269     if (!test_mod_exp_mont_consttime(out, ctx))
 270         goto err;
 271     if (!test_mod_exp_mont5(out, ctx))
 272         goto err;
 273     (void)BIO_flush(out);
 274
 275     message(out, "BN_exp");
 276     if (!test_exp(out, ctx))
 277         goto err;
 278     (void)BIO_flush(out);
 279
 280     message(out, "BN_kronecker");
 281     if (!test_kron(out, ctx))
 282         goto err;
 283     (void)BIO_flush(out);
 284
 285     message(out, "BN_mod_sqrt");
 286     if (!test_sqrt(out, ctx))
 287         goto err;
 288     (void)BIO_flush(out);
 289
 290     message(out, "Small prime generation");
 291     if (!test_small_prime(out, ctx))
 292         goto err;
 293     (void)BIO_flush(out);
 294
 295 #ifdef OPENSSL_SYS_WIN32
 296     message(out, "Probable prime generation with coprimes disabled");
 297 #else
 298     message(out, "Probable prime generation with coprimes");
 299     if (!test_probable_prime_coprime(out, ctx))
 300         goto err;
 301 #endif
 302     (void)BIO_flush(out);
 303
 304 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
 305     message(out, "BN_GF2m_add");
 306     if (!test_gf2m_add(out))
 307         goto err;
 308     (void)BIO_flush(out);
 309
 310     message(out, "BN_GF2m_mod");
 311     if (!test_gf2m_mod(out))
 312         goto err;
 313     (void)BIO_flush(out);
 314
 315     message(out, "BN_GF2m_mod_mul");
 316     if (!test_gf2m_mod_mul(out, ctx))
 317         goto err;
 318     (void)BIO_flush(out);
 319
 320     message(out, "BN_GF2m_mod_sqr");
 321     if (!test_gf2m_mod_sqr(out, ctx))
 322         goto err;
 323     (void)BIO_flush(out);
 324
 325     message(out, "BN_GF2m_mod_inv");
 326     if (!test_gf2m_mod_inv(out, ctx))
 327         goto err;
 328     (void)BIO_flush(out);
 329
 330     message(out, "BN_GF2m_mod_div");
 331     if (!test_gf2m_mod_div(out, ctx))
 332         goto err;
 333     (void)BIO_flush(out);
 334
 335     message(out, "BN_GF2m_mod_exp");
 336     if (!test_gf2m_mod_exp(out, ctx))
 337         goto err;
 338     (void)BIO_flush(out);
 339
 340     message(out, "BN_GF2m_mod_sqrt");
 341     if (!test_gf2m_mod_sqrt(out, ctx))
 342         goto err;
 343     (void)BIO_flush(out);
 344
 345     message(out, "BN_GF2m_mod_solve_quad");
 346     if (!test_gf2m_mod_solve_quad(out, ctx))
 347         goto err;
 348     (void)BIO_flush(out);
 349 #endif
 350     BN_CTX_free(ctx);
 351     BIO_free(out);
 352
 353     EXIT(0);
 354  err:
 355     BIO_puts(out, "1\n");       /* make sure the Perl script fed by bc
 356                                  * notices the failure, see test_bn in
 357                                  * test/Makefile.ssl */
 358     (void)BIO_flush(out);
 359     ERR_load_crypto_strings();
 360     ERR_print_errors_fp(stderr);
 361     EXIT(1);
 362 }
 363
 364 int test_add(BIO *bp)
 365 {
 366     BIGNUM *a, *b, *c;
 367     int i;
 368
 369     a = BN_new();
 370     b = BN_new();
 371     c = BN_new();
 372
 373     BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
 374     for (i = 0; i < num0; i++) {
 375         BN_bntest_rand(b, 450 + i, 0, 0);
 376         a->neg = rand_neg();
 377         b->neg = rand_neg();
 378         BN_add(c, a, b);
 379         if (bp != NULL) {
 380             if (!results) {
 381                 BN_print(bp, a);
 382                 BIO_puts(bp, " + ");
 383                 BN_print(bp, b);
 384                 BIO_puts(bp, " - ");
 385             }
 386             BN_print(bp, c);
 387             BIO_puts(bp, "\n");
 388         }
 389         a->neg = !a->neg;
 390         b->neg = !b->neg;
 391         BN_add(c, c, b);
 392         BN_add(c, c, a);
 393         if (!BN_is_zero(c)) {
 394             fprintf(stderr, "Add test failed!\n");
 395             return 0;
 396         }
 397     }
 398     BN_free(a);
 399     BN_free(b);
 400     BN_free(c);
 401     return (1);
 402 }
 403
 404 int test_sub(BIO *bp)
 405 {
 406     BIGNUM *a, *b, *c;
 407     int i;
 408
 409     a = BN_new();
 410     b = BN_new();
 411     c = BN_new();
 412
 413     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 414         if (i < num1) {
 415             BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
 416             BN_copy(b, a);
 417             if (BN_set_bit(a, i) == 0)
 418                 return (0);
 419             BN_add_word(b, i);
 420         } else {
 421             BN_bntest_rand(b, 400 + i - num1, 0, 0);
 422             a->neg = rand_neg();
 423             b->neg = rand_neg();
 424         }
 425         BN_sub(c, a, b);
 426         if (bp != NULL) {
 427             if (!results) {
 428                 BN_print(bp, a);
 429                 BIO_puts(bp, " - ");
 430                 BN_print(bp, b);
 431                 BIO_puts(bp, " - ");
 432             }
 433             BN_print(bp, c);
 434             BIO_puts(bp, "\n");
 435         }
 436         BN_add(c, c, b);
 437         BN_sub(c, c, a);
 438         if (!BN_is_zero(c)) {
 439             fprintf(stderr, "Subtract test failed!\n");
 440             return 0;
 441         }
 442     }
 443     BN_free(a);
 444     BN_free(b);
 445     BN_free(c);
 446     return (1);
 447 }
 448
 449 int test_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 450 {
 451     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 452     int i;
 453
 454     a = BN_new();
 455     b = BN_new();
 456     c = BN_new();
 457     d = BN_new();
 458     e = BN_new();
 459
 460     BN_one(a);
 461     BN_zero(b);
 462
 463     if (BN_div(d, c, a, b, ctx)) {
 464         fprintf(stderr, "Division by zero succeeded!\n");
 465         return 0;
 466     }
 467
 468     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 469         if (i < num1) {
 470             BN_bntest_rand(a, 400, 0, 0);
 471             BN_copy(b, a);
 472             BN_lshift(a, a, i);
 473             BN_add_word(a, i);
 474         } else
 475             BN_bntest_rand(b, 50 + 3 * (i - num1), 0, 0);
 476         a->neg = rand_neg();
 477         b->neg = rand_neg();
 478         BN_div(d, c, a, b, ctx);
 479         if (bp != NULL) {
 480             if (!results) {
 481                 BN_print(bp, a);
 482                 BIO_puts(bp, " / ");
 483                 BN_print(bp, b);
 484                 BIO_puts(bp, " - ");
 485             }
 486             BN_print(bp, d);
 487             BIO_puts(bp, "\n");
 488
 489             if (!results) {
 490                 BN_print(bp, a);
 491                 BIO_puts(bp, " % ");
 492                 BN_print(bp, b);
 493                 BIO_puts(bp, " - ");
 494             }
 495             BN_print(bp, c);
 496             BIO_puts(bp, "\n");
 497         }
 498         BN_mul(e, d, b, ctx);
 499         BN_add(d, e, c);
 500         BN_sub(d, d, a);
 501         if (!BN_is_zero(d)) {
 502             fprintf(stderr, "Division test failed!\n");
 503             return 0;
 504         }
 505     }
 506     BN_free(a);
 507     BN_free(b);
 508     BN_free(c);
 509     BN_free(d);
 510     BN_free(e);
 511     return (1);
 512 }
 513
 514 static void print_word(BIO *bp, BN_ULONG w)
 515 {
 516 #ifdef SIXTY_FOUR_BIT
 517     if (sizeof(w) > sizeof(unsigned long)) {
 518         unsigned long h = (unsigned long)(w >> 32), l = (unsigned long)(w);
 519
 520         if (h)
 521             BIO_printf(bp, "%lX%08lX", h, l);
 522         else
 523             BIO_printf(bp, "%lX", l);
 524         return;
 525     }
 526 #endif
 527     BIO_printf(bp, BN_HEX_FMT1, w);
 528 }
 529
 530 int test_div_word(BIO *bp)
 531 {
 532     BIGNUM *a, *b;
 533     BN_ULONG r, s;
 534     int i;
 535
 536     a = BN_new();
 537     b = BN_new();
 538
 539     for (i = 0; i < num0; i++) {
 540         do {
 541             BN_bntest_rand(a, 512, -1, 0);
 542             BN_bntest_rand(b, BN_BITS2, -1, 0);
 543         } while (BN_is_zero(b));
 544
 545         s = b->d[0];
 546         BN_copy(b, a);
 547         r = BN_div_word(b, s);
 548
 549         if (bp != NULL) {
 550             if (!results) {
 551                 BN_print(bp, a);
 552                 BIO_puts(bp, " / ");
 553                 print_word(bp, s);
 554                 BIO_puts(bp, " - ");
 555             }
 556             BN_print(bp, b);
 557             BIO_puts(bp, "\n");
 558
 559             if (!results) {
 560                 BN_print(bp, a);
 561                 BIO_puts(bp, " % ");
 562                 print_word(bp, s);
 563                 BIO_puts(bp, " - ");
 564             }
 565             print_word(bp, r);
 566             BIO_puts(bp, "\n");
 567         }
 568         BN_mul_word(b, s);
 569         BN_add_word(b, r);
 570         BN_sub(b, a, b);
 571         if (!BN_is_zero(b)) {
 572             fprintf(stderr, "Division (word) test failed!\n");
 573             return 0;
 574         }
 575     }
 576     BN_free(a);
 577     BN_free(b);
 578     return (1);
 579 }
 580
 581 int test_div_recp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 582 {
 583     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 584     BN_RECP_CTX *recp;
 585     int i;
 586
 587     recp = BN_RECP_CTX_new();
 588     a = BN_new();
 589     b = BN_new();
 590     c = BN_new();
 591     d = BN_new();
 592     e = BN_new();
 593
 594     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 595         if (i < num1) {
 596             BN_bntest_rand(a, 400, 0, 0);
 597             BN_copy(b, a);
 598             BN_lshift(a, a, i);
 599             BN_add_word(a, i);
 600         } else
 601             BN_bntest_rand(b, 50 + 3 * (i - num1), 0, 0);
 602         a->neg = rand_neg();
 603         b->neg = rand_neg();
 604         BN_RECP_CTX_set(recp, b, ctx);
 605         BN_div_recp(d, c, a, recp, ctx);
 606         if (bp != NULL) {
 607             if (!results) {
 608                 BN_print(bp, a);
 609                 BIO_puts(bp, " / ");
 610                 BN_print(bp, b);
 611                 BIO_puts(bp, " - ");
 612             }
 613             BN_print(bp, d);
 614             BIO_puts(bp, "\n");
 615
 616             if (!results) {
 617                 BN_print(bp, a);
 618                 BIO_puts(bp, " % ");
 619                 BN_print(bp, b);
 620                 BIO_puts(bp, " - ");
 621             }
 622             BN_print(bp, c);
 623             BIO_puts(bp, "\n");
 624         }
 625         BN_mul(e, d, b, ctx);
 626         BN_add(d, e, c);
 627         BN_sub(d, d, a);
 628         if (!BN_is_zero(d)) {
 629             fprintf(stderr, "Reciprocal division test failed!\n");
 630             fprintf(stderr, "a=");
 631             BN_print_fp(stderr, a);
 632             fprintf(stderr, "\nb=");
 633             BN_print_fp(stderr, b);
 634             fprintf(stderr, "\n");
 635             return 0;
 636         }
 637     }
 638     BN_free(a);
 639     BN_free(b);
 640     BN_free(c);
 641     BN_free(d);
 642     BN_free(e);
 643     BN_RECP_CTX_free(recp);
 644     return (1);
 645 }
 646
 647 int test_mul(BIO *bp)
 648 {
 649     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 650     int i;
 651     BN_CTX *ctx;
 652
 653     ctx = BN_CTX_new();
 654     if (ctx == NULL)
 655         EXIT(1);
 656
 657     a = BN_new();
 658     b = BN_new();
 659     c = BN_new();
 660     d = BN_new();
 661     e = BN_new();
 662
 663     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 664         if (i <= num1) {
 665             BN_bntest_rand(a, 100, 0, 0);
 666             BN_bntest_rand(b, 100, 0, 0);
 667         } else
 668             BN_bntest_rand(b, i - num1, 0, 0);
 669         a->neg = rand_neg();
 670         b->neg = rand_neg();
 671         BN_mul(c, a, b, ctx);
 672         if (bp != NULL) {
 673             if (!results) {
 674                 BN_print(bp, a);
 675                 BIO_puts(bp, " * ");
 676                 BN_print(bp, b);
 677                 BIO_puts(bp, " - ");
 678             }
 679             BN_print(bp, c);
 680             BIO_puts(bp, "\n");
 681         }
 682         BN_div(d, e, c, a, ctx);
 683         BN_sub(d, d, b);
 684         if (!BN_is_zero(d) || !BN_is_zero(e)) {
 685             fprintf(stderr, "Multiplication test failed!\n");
 686             return 0;
 687         }
 688     }
 689     BN_free(a);
 690     BN_free(b);
 691     BN_free(c);
 692     BN_free(d);
 693     BN_free(e);
 694     BN_CTX_free(ctx);
 695     return (1);
 696 }
 697
 698 int test_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 699 {
 700     BIGNUM *a, *c, *d, *e;
 701     int i, ret = 0;
 702
 703     a = BN_new();
 704     c = BN_new();
 705     d = BN_new();
 706     e = BN_new();
 707     if (a == NULL || c == NULL || d == NULL || e == NULL) {
 708         goto err;
 709     }
 710
 711     for (i = 0; i < num0; i++) {
 712         BN_bntest_rand(a, 40 + i * 10, 0, 0);
 713         a->neg = rand_neg();
 714         BN_sqr(c, a, ctx);
 715         if (bp != NULL) {
 716             if (!results) {
 717                 BN_print(bp, a);
 718                 BIO_puts(bp, " * ");
 719                 BN_print(bp, a);
 720                 BIO_puts(bp, " - ");
 721             }
 722             BN_print(bp, c);
 723             BIO_puts(bp, "\n");
 724         }
 725         BN_div(d, e, c, a, ctx);
 726         BN_sub(d, d, a);
 727         if (!BN_is_zero(d) || !BN_is_zero(e)) {
 728             fprintf(stderr, "Square test failed!\n");
 729             goto err;
 730         }
 731     }
 732
 733     /* Regression test for a BN_sqr overflow bug. */
 734     BN_hex2bn(&a,
 735               "80000000000000008000000000000001"
 736               "FFFFFFFFFFFFFFFE0000000000000000");
 737     BN_sqr(c, a, ctx);
 738     if (bp != NULL) {
 739         if (!results) {
 740             BN_print(bp, a);
 741             BIO_puts(bp, " * ");
 742             BN_print(bp, a);
 743             BIO_puts(bp, " - ");
 744         }
 745         BN_print(bp, c);
 746         BIO_puts(bp, "\n");
 747     }
 748     BN_mul(d, a, a, ctx);
 749     if (BN_cmp(c, d)) {
 750         fprintf(stderr, "Square test failed: BN_sqr and BN_mul produce "
 751                 "different results!\n");
 752         goto err;
 753     }
 754
 755     /* Regression test for a BN_sqr overflow bug. */
 756     BN_hex2bn(&a,
 757               "80000000000000000000000080000001"
 758               "FFFFFFFE000000000000000000000000");
 759     BN_sqr(c, a, ctx);
 760     if (bp != NULL) {
 761         if (!results) {
 762             BN_print(bp, a);
 763             BIO_puts(bp, " * ");
 764             BN_print(bp, a);
 765             BIO_puts(bp, " - ");
 766         }
 767         BN_print(bp, c);
 768         BIO_puts(bp, "\n");
 769     }
 770     BN_mul(d, a, a, ctx);
 771     if (BN_cmp(c, d)) {
 772         fprintf(stderr, "Square test failed: BN_sqr and BN_mul produce "
 773                 "different results!\n");
 774         goto err;
 775     }
 776     ret = 1;
 777  err:
 778     BN_free(a);
 779     BN_free(c);
 780     BN_free(d);
 781     BN_free(e);
 782     return ret;
 783 }
 784
 785 int test_mont(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 786 {
 787     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *A, *B;
 788     BIGNUM *n;
 789     int i;
 790     BN_MONT_CTX *mont;
 791
 792     a = BN_new();
 793     b = BN_new();
 794     c = BN_new();
 795     d = BN_new();
 796     A = BN_new();
 797     B = BN_new();
 798     n = BN_new();
 799
 800     mont = BN_MONT_CTX_new();
 801     if (mont == NULL)
 802         return 0;
 803
 804     BN_zero(n);
 805     if (BN_MONT_CTX_set(mont, n, ctx)) {
 806         fprintf(stderr, "BN_MONT_CTX_set succeeded for zero modulus!\n");
 807         return 0;
 808     }
 809
 810     BN_set_word(n, 16);
 811     if (BN_MONT_CTX_set(mont, n, ctx)) {
 812         fprintf(stderr, "BN_MONT_CTX_set succeeded for even modulus!\n");
 813         return 0;
 814     }
 815
 816     BN_bntest_rand(a, 100, 0, 0);
 817     BN_bntest_rand(b, 100, 0, 0);
 818     for (i = 0; i < num2; i++) {
 819         int bits = (200 * (i + 1)) / num2;
 820
 821         if (bits == 0)
 822             continue;
 823         BN_bntest_rand(n, bits, 0, 1);
 824         BN_MONT_CTX_set(mont, n, ctx);
 825
 826         BN_nnmod(a, a, n, ctx);
 827         BN_nnmod(b, b, n, ctx);
 828
 829         BN_to_montgomery(A, a, mont, ctx);
 830         BN_to_montgomery(B, b, mont, ctx);
 831
 832         BN_mod_mul_montgomery(c, A, B, mont, ctx);
 833         BN_from_montgomery(A, c, mont, ctx);
 834         if (bp != NULL) {
 835             if (!results) {
 836                 BN_print(bp, a);
 837                 BIO_puts(bp, " * ");
 838                 BN_print(bp, b);
 839                 BIO_puts(bp, " % ");
 840                 BN_print(bp, &mont->N);
 841                 BIO_puts(bp, " - ");
 842             }
 843             BN_print(bp, A);
 844             BIO_puts(bp, "\n");
 845         }
 846         BN_mod_mul(d, a, b, n, ctx);
 847         BN_sub(d, d, A);
 848         if (!BN_is_zero(d)) {
 849             fprintf(stderr, "Montgomery multiplication test failed!\n");
 850             return 0;
 851         }
 852     }
 853     BN_MONT_CTX_free(mont);
 854     BN_free(a);
 855     BN_free(b);
 856     BN_free(c);
 857     BN_free(d);
 858     BN_free(A);
 859     BN_free(B);
 860     BN_free(n);
 861     return (1);
 862 }
 863
 864 int test_mod(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 865 {
 866     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 867     int i;
 868
 869     a = BN_new();
 870     b = BN_new();
 871     c = BN_new();
 872     d = BN_new();
 873     e = BN_new();
 874
 875     BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
 876     for (i = 0; i < num0; i++) {
 877         BN_bntest_rand(b, 450 + i * 10, 0, 0);
 878         a->neg = rand_neg();
 879         b->neg = rand_neg();
 880         BN_mod(c, a, b, ctx);
 881         if (bp != NULL) {
 882             if (!results) {
 883                 BN_print(bp, a);
 884                 BIO_puts(bp, " % ");
 885                 BN_print(bp, b);
 886                 BIO_puts(bp, " - ");
 887             }
 888             BN_print(bp, c);
 889             BIO_puts(bp, "\n");
 890         }
 891         BN_div(d, e, a, b, ctx);
 892         BN_sub(e, e, c);
 893         if (!BN_is_zero(e)) {
 894             fprintf(stderr, "Modulo test failed!\n");
 895             return 0;
 896         }
 897     }
 898     BN_free(a);
 899     BN_free(b);
 900     BN_free(c);
 901     BN_free(d);
 902     BN_free(e);
 903     return (1);
 904 }
 905
 906 int test_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 907 {
 908     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 909     int i, j;
 910
 911     a = BN_new();
 912     b = BN_new();
 913     c = BN_new();
 914     d = BN_new();
 915     e = BN_new();
 916
 917     BN_one(a);
 918     BN_one(b);
 919     BN_zero(c);
 920     if (BN_mod_mul(e, a, b, c, ctx)) {
 921         fprintf(stderr, "BN_mod_mul with zero modulus succeeded!\n");
 922         return 0;
 923     }
 924
 925     for (j = 0; j < 3; j++) {
 926         BN_bntest_rand(c, 1024, 0, 0);
 927         for (i = 0; i < num0; i++) {
 928             BN_bntest_rand(a, 475 + i * 10, 0, 0);
 929             BN_bntest_rand(b, 425 + i * 11, 0, 0);
 930             a->neg = rand_neg();
 931             b->neg = rand_neg();
 932             if (!BN_mod_mul(e, a, b, c, ctx)) {
 933                 unsigned long l;
 934
 935                 while ((l = ERR_get_error()))
 936                     fprintf(stderr, "ERROR:%s\n", ERR_error_string(l, NULL));
 937                 EXIT(1);
 938             }
 939             if (bp != NULL) {
 940                 if (!results) {
 941                     BN_print(bp, a);
 942                     BIO_puts(bp, " * ");
 943                     BN_print(bp, b);
 944                     BIO_puts(bp, " % ");
 945                     BN_print(bp, c);
 946                     if ((a->neg ^ b->neg) && !BN_is_zero(e)) {
 947                         /*
 948                          * If (a*b) % c is negative, c must be added in order
 949                          * to obtain the normalized remainder (new with
 950                          * OpenSSL 0.9.7, previous versions of BN_mod_mul
 951                          * could generate negative results)
 952                          */
 953                         BIO_puts(bp, " + ");
 954                         BN_print(bp, c);
 955                     }
 956                     BIO_puts(bp, " - ");
 957                 }
 958                 BN_print(bp, e);
 959                 BIO_puts(bp, "\n");
 960             }
 961             BN_mul(d, a, b, ctx);
 962             BN_sub(d, d, e);
 963             BN_div(a, b, d, c, ctx);
 964             if (!BN_is_zero(b)) {
 965                 fprintf(stderr, "Modulo multiply test failed!\n");
 966                 ERR_print_errors_fp(stderr);
 967                 return 0;
 968             }
 969         }
 970     }
 971     BN_free(a);
 972     BN_free(b);
 973     BN_free(c);
 974     BN_free(d);
 975     BN_free(e);
 976     return (1);
 977 }
 978
 979 int test_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 980 {
 981     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 982     int i;
 983
 984     a = BN_new();
 985     b = BN_new();
 986     c = BN_new();
 987     d = BN_new();
 988     e = BN_new();
 989
 990     BN_one(a);
 991     BN_one(b);
 992     BN_zero(c);
 993     if (BN_mod_exp(d, a, b, c, ctx)) {
 994         fprintf(stderr, "BN_mod_exp with zero modulus succeeded!\n");
 995         return 0;
 996     }
 997
 998     BN_bntest_rand(c, 30, 0, 1); /* must be odd for montgomery */
 999     for (i = 0; i < num2; i++) {
1000         BN_bntest_rand(a, 20 + i * 5, 0, 0);
1001         BN_bntest_rand(b, 2 + i, 0, 0);
1002
1003         if (!BN_mod_exp(d, a, b, c, ctx))
1004             return (0);
1005
1006         if (bp != NULL) {
1007             if (!results) {
1008                 BN_print(bp, a);
1009                 BIO_puts(bp, " ^ ");
1010                 BN_print(bp, b);
1011                 BIO_puts(bp, " % ");
1012                 BN_print(bp, c);
1013                 BIO_puts(bp, " - ");
1014             }
1015             BN_print(bp, d);
1016             BIO_puts(bp, "\n");
1017         }
1018         BN_exp(e, a, b, ctx);
1019         BN_sub(e, e, d);
1020         BN_div(a, b, e, c, ctx);
1021         if (!BN_is_zero(b)) {
1022             fprintf(stderr, "Modulo exponentiation test failed!\n");
1023             return 0;
1024         }
1025     }
1026
1027     /* Regression test for carry propagation bug in sqr8x_reduction */
1028     BN_hex2bn(&a, "050505050505");
1029     BN_hex2bn(&b, "02");
1030     BN_hex2bn(&c,
1031         "4141414141414141414141274141414141414141414141414141414141414141"
1032         "4141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141"
1033         "4141414141414141414141800000000000000000000000000000000000000000"
1034         "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
1035         "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
1036         "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000001");
1037     BN_mod_exp(d, a, b, c, ctx);
1038     BN_mul(e, a, a, ctx);
1039     if (BN_cmp(d, e)) {
1040         fprintf(stderr, "BN_mod_exp and BN_mul produce different results!\n");
1041         return 0;
1042     }
1043
1044     BN_free(a);
1045     BN_free(b);
1046     BN_free(c);
1047     BN_free(d);
1048     BN_free(e);
1049     return (1);
1050 }
1051
1052 int test_mod_exp_mont_consttime(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1053 {
1054     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
1055     int i;
1056
1057     a = BN_new();
1058     b = BN_new();
1059     c = BN_new();
1060     d = BN_new();
1061     e = BN_new();
1062
1063     BN_one(a);
1064     BN_one(b);
1065     BN_zero(c);
1066     if (BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, b, c, ctx, NULL)) {
1067         fprintf(stderr, "BN_mod_exp_mont_consttime with zero modulus "
1068                 "succeeded\n");
1069         return 0;
1070     }
1071
1072     BN_set_word(c, 16);
1073     if (BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, b, c, ctx, NULL)) {
1074         fprintf(stderr, "BN_mod_exp_mont_consttime with even modulus "
1075                 "succeeded\n");
1076         return 0;
1077     }
1078
1079     BN_bntest_rand(c, 30, 0, 1); /* must be odd for montgomery */
1080     for (i = 0; i < num2; i++) {
1081         BN_bntest_rand(a, 20 + i * 5, 0, 0);
1082         BN_bntest_rand(b, 2 + i, 0, 0);
1083
1084         if (!BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, b, c, ctx, NULL))
1085             return (00);
1086
1087         if (bp != NULL) {
1088             if (!results) {
1089                 BN_print(bp, a);
1090                 BIO_puts(bp, " ^ ");
1091                 BN_print(bp, b);
1092                 BIO_puts(bp, " % ");
1093                 BN_print(bp, c);
1094                 BIO_puts(bp, " - ");
1095             }
1096             BN_print(bp, d);
1097             BIO_puts(bp, "\n");
1098         }
1099         BN_exp(e, a, b, ctx);
1100         BN_sub(e, e, d);
1101         BN_div(a, b, e, c, ctx);
1102         if (!BN_is_zero(b)) {
1103             fprintf(stderr, "Modulo exponentiation test failed!\n");
1104             return 0;
1105         }
1106     }
1107     BN_free(a);
1108     BN_free(b);
1109     BN_free(c);
1110     BN_free(d);
1111     BN_free(e);
1112     return (1);
1113 }
1114
1115 /*
1116  * Test constant-time modular exponentiation with 1024-bit inputs, which on
1117  * x86_64 cause a different code branch to be taken.
1118  */
1119 int test_mod_exp_mont5(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1120 {
1121     BIGNUM *a, *p, *m, *d, *e;
1122     BN_MONT_CTX *mont;
1123
1124     a = BN_new();
1125     p = BN_new();
1126     m = BN_new();
1127     d = BN_new();
1128     e = BN_new();
1129     mont = BN_MONT_CTX_new();
1130
1131     BN_bntest_rand(m, 1024, 0, 1); /* must be odd for montgomery */
1132     /* Zero exponent */
1133     BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1134     BN_zero(p);
1135     if (!BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, p, m, ctx, NULL))
1136         return 0;
1137     if (!BN_is_one(d)) {
1138         fprintf(stderr, "Modular exponentiation test failed!\n");
1139         return 0;
1140     }
1141     /* Zero input */
1142     BN_bntest_rand(p, 1024, 0, 0);
1143     BN_zero(a);
1144     if (!BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, p, m, ctx, NULL))
1145         return 0;
1146     if (!BN_is_zero(d)) {
1147         fprintf(stderr, "Modular exponentiation test failed!\n");
1148         return 0;
1149     }
1150     /*
1151      * Craft an input whose Montgomery representation is 1, i.e., shorter
1152      * than the modulus m, in order to test the const time precomputation
1153      * scattering/gathering.
1154      */
1155     BN_one(a);
1156     BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx);
1157     if (!BN_from_montgomery(e, a, mont, ctx))
1158         return 0;
1159     if (!BN_mod_exp_mont_consttime(d, e, p, m, ctx, NULL))
1160         return 0;
1161     if (!BN_mod_exp_simple(a, e, p, m, ctx))
1162         return 0;
1163     if (BN_cmp(a, d) != 0) {
1164         fprintf(stderr, "Modular exponentiation test failed!\n");
1165         return 0;
1166     }
1167     /* Finally, some regular test vectors. */
1168     BN_bntest_rand(e, 1024, 0, 0);
1169     if (!BN_mod_exp_mont_consttime(d, e, p, m, ctx, NULL))
1170         return 0;
1171     if (!BN_mod_exp_simple(a, e, p, m, ctx))
1172         return 0;
1173     if (BN_cmp(a, d) != 0) {
1174         fprintf(stderr, "Modular exponentiation test failed!\n");
1175         return 0;
1176     }
1177     BN_MONT_CTX_free(mont);
1178     BN_free(a);
1179     BN_free(p);
1180     BN_free(m);
1181     BN_free(d);
1182     BN_free(e);
1183     return (1);
1184 }
1185
1186 int test_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1187 {
1188     BIGNUM *a, *b, *d, *e, *one;
1189     int i;
1190
1191     a = BN_new();
1192     b = BN_new();
1193     d = BN_new();
1194     e = BN_new();
1195     one = BN_new();
1196     BN_one(one);
1197
1198     for (i = 0; i < num2; i++) {
1199         BN_bntest_rand(a, 20 + i * 5, 0, 0);
1200         BN_bntest_rand(b, 2 + i, 0, 0);
1201
1202         if (BN_exp(d, a, b, ctx) <= 0)
1203             return (0);
1204
1205         if (bp != NULL) {
1206             if (!results) {
1207                 BN_print(bp, a);
1208                 BIO_puts(bp, " ^ ");
1209                 BN_print(bp, b);
1210                 BIO_puts(bp, " - ");
1211             }
1212             BN_print(bp, d);
1213             BIO_puts(bp, "\n");
1214         }
1215         BN_one(e);
1216         for (; !BN_is_zero(b); BN_sub(b, b, one))
1217             BN_mul(e, e, a, ctx);
1218         BN_sub(e, e, d);
1219         if (!BN_is_zero(e)) {
1220             fprintf(stderr, "Exponentiation test failed!\n");
1221             return 0;
1222         }
1223     }
1224     BN_free(a);
1225     BN_free(b);
1226     BN_free(d);
1227     BN_free(e);
1228     BN_free(one);
1229     return (1);
1230 }
1231
1232 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
1233 int test_gf2m_add(BIO *bp)
1234 {
1235     BIGNUM *a, *b, *c;
1236     int i, ret = 0;
1237
1238     a = BN_new();
1239     b = BN_new();
1240     c = BN_new();
1241
1242     for (i = 0; i < num0; i++) {
1243         BN_rand(a, 512, 0, 0);
1244         BN_copy(b, BN_value_one());
1245         a->neg = rand_neg();
1246         b->neg = rand_neg();
1247         BN_GF2m_add(c, a, b);
1248         /* Test that two added values have the correct parity. */
1249         if ((BN_is_odd(a) && BN_is_odd(c))
1250             || (!BN_is_odd(a) && !BN_is_odd(c))) {
1251             fprintf(stderr, "GF(2^m) addition test (a) failed!\n");
1252             goto err;
1253         }
1254         BN_GF2m_add(c, c, c);
1255         /* Test that c + c = 0. */
1256         if (!BN_is_zero(c)) {
1257             fprintf(stderr, "GF(2^m) addition test (b) failed!\n");
1258             goto err;
1259         }
1260     }
1261     ret = 1;
1262  err:
1263     BN_free(a);
1264     BN_free(b);
1265     BN_free(c);
1266     return ret;
1267 }
1268
1269 int test_gf2m_mod(BIO *bp)
1270 {
1271     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e;
1272     int i, j, ret = 0;
1273     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1274     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1275
1276     a = BN_new();
1277     b[0] = BN_new();
1278     b[1] = BN_new();
1279     c = BN_new();
1280     d = BN_new();
1281     e = BN_new();
1282
1283     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1284     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1285
1286     for (i = 0; i < num0; i++) {
1287         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1288         for (j = 0; j < 2; j++) {
1289             BN_GF2m_mod(c, a, b[j]);
1290             BN_GF2m_add(d, a, c);
1291             BN_GF2m_mod(e, d, b[j]);
1292             /* Test that a + (a mod p) mod p == 0. */
1293             if (!BN_is_zero(e)) {
1294                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modulo test failed!\n");
1295                 goto err;
1296             }
1297         }
1298     }
1299     ret = 1;
1300  err:
1301     BN_free(a);
1302     BN_free(b[0]);
1303     BN_free(b[1]);
1304     BN_free(c);
1305     BN_free(d);
1306     BN_free(e);
1307     return ret;
1308 }
1309
1310 int test_gf2m_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1311 {
1312     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f, *g, *h;
1313     int i, j, ret = 0;
1314     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1315     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1316
1317     a = BN_new();
1318     b[0] = BN_new();
1319     b[1] = BN_new();
1320     c = BN_new();
1321     d = BN_new();
1322     e = BN_new();
1323     f = BN_new();
1324     g = BN_new();
1325     h = BN_new();
1326
1327     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1328     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1329
1330     for (i = 0; i < num0; i++) {
1331         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1332         BN_bntest_rand(c, 1024, 0, 0);
1333         BN_bntest_rand(d, 1024, 0, 0);
1334         for (j = 0; j < 2; j++) {
1335             BN_GF2m_mod_mul(e, a, c, b[j], ctx);
1336             BN_GF2m_add(f, a, d);
1337             BN_GF2m_mod_mul(g, f, c, b[j], ctx);
1338             BN_GF2m_mod_mul(h, d, c, b[j], ctx);
1339             BN_GF2m_add(f, e, g);
1340             BN_GF2m_add(f, f, h);
1341             /* Test that (a+d)*c = a*c + d*c. */
1342             if (!BN_is_zero(f)) {
1343                 fprintf(stderr,
1344                         "GF(2^m) modular multiplication test failed!\n");
1345                 goto err;
1346             }
1347         }
1348     }
1349     ret = 1;
1350  err:
1351     BN_free(a);
1352     BN_free(b[0]);
1353     BN_free(b[1]);
1354     BN_free(c);
1355     BN_free(d);
1356     BN_free(e);
1357     BN_free(f);
1358     BN_free(g);
1359     BN_free(h);
1360     return ret;
1361 }
1362
1363 int test_gf2m_mod_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1364 {
1365     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d;
1366     int i, j, ret = 0;
1367     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1368     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1369
1370     a = BN_new();
1371     b[0] = BN_new();
1372     b[1] = BN_new();
1373     c = BN_new();
1374     d = BN_new();
1375
1376     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1377     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1378
1379     for (i = 0; i < num0; i++) {
1380         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1381         for (j = 0; j < 2; j++) {
1382             BN_GF2m_mod_sqr(c, a, b[j], ctx);
1383             BN_copy(d, a);
1384             BN_GF2m_mod_mul(d, a, d, b[j], ctx);
1385             BN_GF2m_add(d, c, d);
1386             /* Test that a*a = a^2. */
1387             if (!BN_is_zero(d)) {
1388                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular squaring test failed!\n");
1389                 goto err;
1390             }
1391         }
1392     }
1393     ret = 1;
1394  err:
1395     BN_free(a);
1396     BN_free(b[0]);
1397     BN_free(b[1]);
1398     BN_free(c);
1399     BN_free(d);
1400     return ret;
1401 }
1402
1403 int test_gf2m_mod_inv(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1404 {
1405     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d;
1406     int i, j, ret = 0;
1407     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1408     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1409
1410     a = BN_new();
1411     b[0] = BN_new();
1412     b[1] = BN_new();
1413     c = BN_new();
1414     d = BN_new();
1415
1416     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1417     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1418
1419     for (i = 0; i < num0; i++) {
1420         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1421         for (j = 0; j < 2; j++) {
1422             BN_GF2m_mod_inv(c, a, b[j], ctx);
1423             BN_GF2m_mod_mul(d, a, c, b[j], ctx);
1424             /* Test that ((1/a)*a) = 1. */
1425             if (!BN_is_one(d)) {
1426                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular inversion test failed!\n");
1427                 goto err;
1428             }
1429         }
1430     }
1431     ret = 1;
1432  err:
1433     BN_free(a);
1434     BN_free(b[0]);
1435     BN_free(b[1]);
1436     BN_free(c);
1437     BN_free(d);
1438     return ret;
1439 }
1440
1441 int test_gf2m_mod_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1442 {
1443     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f;
1444     int i, j, ret = 0;
1445     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1446     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1447
1448     a = BN_new();
1449     b[0] = BN_new();
1450     b[1] = BN_new();
1451     c = BN_new();
1452     d = BN_new();
1453     e = BN_new();
1454     f = BN_new();
1455
1456     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1457     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1458
1459     for (i = 0; i < num0; i++) {
1460         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1461         BN_bntest_rand(c, 512, 0, 0);
1462         for (j = 0; j < 2; j++) {
1463             BN_GF2m_mod_div(d, a, c, b[j], ctx);
1464             BN_GF2m_mod_mul(e, d, c, b[j], ctx);
1465             BN_GF2m_mod_div(f, a, e, b[j], ctx);
1466             /* Test that ((a/c)*c)/a = 1. */
1467             if (!BN_is_one(f)) {
1468                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular division test failed!\n");
1469                 goto err;
1470             }
1471         }
1472     }
1473     ret = 1;
1474  err:
1475     BN_free(a);
1476     BN_free(b[0]);
1477     BN_free(b[1]);
1478     BN_free(c);
1479     BN_free(d);
1480     BN_free(e);
1481     BN_free(f);
1482     return ret;
1483 }
1484
1485 int test_gf2m_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1486 {
1487     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f;
1488     int i, j, ret = 0;
1489     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1490     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1491
1492     a = BN_new();
1493     b[0] = BN_new();
1494     b[1] = BN_new();
1495     c = BN_new();
1496     d = BN_new();
1497     e = BN_new();
1498     f = BN_new();
1499
1500     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1501     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1502
1503     for (i = 0; i < num0; i++) {
1504         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1505         BN_bntest_rand(c, 512, 0, 0);
1506         BN_bntest_rand(d, 512, 0, 0);
1507         for (j = 0; j < 2; j++) {
1508             BN_GF2m_mod_exp(e, a, c, b[j], ctx);
1509             BN_GF2m_mod_exp(f, a, d, b[j], ctx);
1510             BN_GF2m_mod_mul(e, e, f, b[j], ctx);
1511             BN_add(f, c, d);
1512             BN_GF2m_mod_exp(f, a, f, b[j], ctx);
1513             BN_GF2m_add(f, e, f);
1514             /* Test that a^(c+d)=a^c*a^d. */
1515             if (!BN_is_zero(f)) {
1516                 fprintf(stderr,
1517                         "GF(2^m) modular exponentiation test failed!\n");
1518                 goto err;
1519             }
1520         }
1521     }
1522     ret = 1;
1523  err:
1524     BN_free(a);
1525     BN_free(b[0]);
1526     BN_free(b[1]);
1527     BN_free(c);
1528     BN_free(d);
1529     BN_free(e);
1530     BN_free(f);
1531     return ret;
1532 }
1533
1534 int test_gf2m_mod_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1535 {
1536     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f;
1537     int i, j, ret = 0;
1538     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1539     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1540
1541     a = BN_new();
1542     b[0] = BN_new();
1543     b[1] = BN_new();
1544     c = BN_new();
1545     d = BN_new();
1546     e = BN_new();
1547     f = BN_new();
1548
1549     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1550     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1551
1552     for (i = 0; i < num0; i++) {
1553         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1554         for (j = 0; j < 2; j++) {
1555             BN_GF2m_mod(c, a, b[j]);
1556             BN_GF2m_mod_sqrt(d, a, b[j], ctx);
1557             BN_GF2m_mod_sqr(e, d, b[j], ctx);
1558             BN_GF2m_add(f, c, e);
1559             /* Test that d^2 = a, where d = sqrt(a). */
1560             if (!BN_is_zero(f)) {
1561                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular square root test failed!\n");
1562                 goto err;
1563             }
1564         }
1565     }
1566     ret = 1;
1567  err:
1568     BN_free(a);
1569     BN_free(b[0]);
1570     BN_free(b[1]);
1571     BN_free(c);
1572     BN_free(d);
1573     BN_free(e);
1574     BN_free(f);
1575     return ret;
1576 }
1577
1578 int test_gf2m_mod_solve_quad(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1579 {
1580     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e;
1581     int i, j, s = 0, t, ret = 0;
1582     int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
1583     int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
1584
1585     a = BN_new();
1586     b[0] = BN_new();
1587     b[1] = BN_new();
1588     c = BN_new();
1589     d = BN_new();
1590     e = BN_new();
1591
1592     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1593     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1594
1595     for (i = 0; i < num0; i++) {
1596         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1597         for (j = 0; j < 2; j++) {
1598             t = BN_GF2m_mod_solve_quad(c, a, b[j], ctx);
1599             if (t) {
1600                 s++;
1601                 BN_GF2m_mod_sqr(d, c, b[j], ctx);
1602                 BN_GF2m_add(d, c, d);
1603                 BN_GF2m_mod(e, a, b[j]);
1604                 BN_GF2m_add(e, e, d);
1605                 /*
1606                  * Test that solution of quadratic c satisfies c^2 + c = a.
1607                  */
1608                 if (!BN_is_zero(e)) {
1609                     fprintf(stderr,
1610                             "GF(2^m) modular solve quadratic test failed!\n");
1611                     goto err;
1612                 }
1613
1614             }
1615         }
1616     }
1617     if (s == 0) {
1618         fprintf(stderr,
1619                 "All %i tests of GF(2^m) modular solve quadratic resulted in no roots;\n",
1620                 num0);
1621         fprintf(stderr,
1622                 "this is very unlikely and probably indicates an error.\n");
1623         goto err;
1624     }
1625     ret = 1;
1626  err:
1627     BN_free(a);
1628     BN_free(b[0]);
1629     BN_free(b[1]);
1630     BN_free(c);
1631     BN_free(d);
1632     BN_free(e);
1633     return ret;
1634 }
1635 #endif
1636 static int genprime_cb(int p, int n, BN_GENCB *arg)
1637 {
1638     char c = '*';
1639
1640     if (p == 0)
1641         c = '.';
1642     if (p == 1)
1643         c = '+';
1644     if (p == 2)
1645         c = '*';
1646     if (p == 3)
1647         c = '\n';
1648     putc(c, stderr);
1649     fflush(stderr);
1650     return 1;
1651 }
1652
1653 int test_kron(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1654 {
1655     BN_GENCB cb;
1656     BIGNUM *a, *b, *r, *t;
1657     int i;
1658     int legendre, kronecker;
1659     int ret = 0;
1660
1661     a = BN_new();
1662     b = BN_new();
1663     r = BN_new();
1664     t = BN_new();
1665     if (a == NULL || b == NULL || r == NULL || t == NULL)
1666         goto err;
1667
1668     BN_GENCB_set(&cb, genprime_cb, NULL);
1669
1670     /*
1671      * We test BN_kronecker(a, b, ctx) just for b odd (Jacobi symbol). In
1672      * this case we know that if b is prime, then BN_kronecker(a, b, ctx) is
1673      * congruent to $a^{(b-1)/2}$, modulo $b$ (Legendre symbol). So we
1674      * generate a random prime b and compare these values for a number of
1675      * random a's.  (That is, we run the Solovay-Strassen primality test to
1676      * confirm that b is prime, except that we don't want to test whether b
1677      * is prime but whether BN_kronecker works.)
1678      */
1679
1680     if (!BN_generate_prime_ex(b, 512, 0, NULL, NULL, &cb))
1681         goto err;
1682     b->neg = rand_neg();
1683     putc('\n', stderr);
1684
1685     for (i = 0; i < num0; i++) {
1686         if (!BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0))
1687             goto err;
1688         a->neg = rand_neg();
1689
1690         /* t := (|b|-1)/2  (note that b is odd) */
1691         if (!BN_copy(t, b))
1692             goto err;
1693         t->neg = 0;
1694         if (!BN_sub_word(t, 1))
1695             goto err;
1696         if (!BN_rshift1(t, t))
1697             goto err;
1698         /* r := a^t mod b */
1699         b->neg = 0;
1700
1701         if (!BN_mod_exp_recp(r, a, t, b, ctx))
1702             goto err;
1703         b->neg = 1;
1704
1705         if (BN_is_word(r, 1))
1706             legendre = 1;
1707         else if (BN_is_zero(r))
1708             legendre = 0;
1709         else {
1710             if (!BN_add_word(r, 1))
1711                 goto err;
1712             if (0 != BN_ucmp(r, b)) {
1713                 fprintf(stderr, "Legendre symbol computation failed\n");
1714                 goto err;
1715             }
1716             legendre = -1;
1717         }
1718
1719         kronecker = BN_kronecker(a, b, ctx);
1720         if (kronecker < -1)
1721             goto err;
1722         /* we actually need BN_kronecker(a, |b|) */
1723         if (a->neg && b->neg)
1724             kronecker = -kronecker;
1725
1726         if (legendre != kronecker) {
1727             fprintf(stderr, "legendre != kronecker; a = ");
1728             BN_print_fp(stderr, a);
1729             fprintf(stderr, ", b = ");
1730             BN_print_fp(stderr, b);
1731             fprintf(stderr, "\n");
1732             goto err;
1733         }
1734
1735         putc('.', stderr);
1736         fflush(stderr);
1737     }
1738
1739     putc('\n', stderr);
1740     fflush(stderr);
1741     ret = 1;
1742  err:
1743     BN_free(a);
1744     BN_free(b);
1745     BN_free(r);
1746     BN_free(t);
1747     return ret;
1748 }
1749
1750 int test_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1751 {
1752     BN_GENCB cb;
1753     BIGNUM *a, *p, *r;
1754     int i, j;
1755     int ret = 0;
1756
1757     a = BN_new();
1758     p = BN_new();
1759     r = BN_new();
1760     if (a == NULL || p == NULL || r == NULL)
1761         goto err;
1762
1763     BN_GENCB_set(&cb, genprime_cb, NULL);
1764
1765     for (i = 0; i < 16; i++) {
1766         if (i < 8) {
1767             unsigned primes[8] = { 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 };
1768
1769             if (!BN_set_word(p, primes[i]))
1770                 goto err;
1771         } else {
1772             if (!BN_set_word(a, 32))
1773                 goto err;
1774             if (!BN_set_word(r, 2 * i + 1))
1775                 goto err;
1776
1777             if (!BN_generate_prime_ex(p, 256, 0, a, r, &cb))
1778                 goto err;
1779             putc('\n', stderr);
1780         }
1781         p->neg = rand_neg();
1782
1783         for (j = 0; j < num2; j++) {
1784             /*
1785              * construct 'a' such that it is a square modulo p, but in
1786              * general not a proper square and not reduced modulo p
1787              */
1788             if (!BN_bntest_rand(r, 256, 0, 3))
1789                 goto err;
1790             if (!BN_nnmod(r, r, p, ctx))
1791                 goto err;
1792             if (!BN_mod_sqr(r, r, p, ctx))
1793                 goto err;
1794             if (!BN_bntest_rand(a, 256, 0, 3))
1795                 goto err;
1796             if (!BN_nnmod(a, a, p, ctx))
1797                 goto err;
1798             if (!BN_mod_sqr(a, a, p, ctx))
1799                 goto err;
1800             if (!BN_mul(a, a, r, ctx))
1801                 goto err;
1802             if (rand_neg())
1803                 if (!BN_sub(a, a, p))
1804                     goto err;
1805
1806             if (!BN_mod_sqrt(r, a, p, ctx))
1807                 goto err;
1808             if (!BN_mod_sqr(r, r, p, ctx))
1809                 goto err;
1810
1811             if (!BN_nnmod(a, a, p, ctx))
1812                 goto err;
1813
1814             if (BN_cmp(a, r) != 0) {
1815                 fprintf(stderr, "BN_mod_sqrt failed: a = ");
1816                 BN_print_fp(stderr, a);
1817                 fprintf(stderr, ", r = ");
1818                 BN_print_fp(stderr, r);
1819                 fprintf(stderr, ", p = ");
1820                 BN_print_fp(stderr, p);
1821                 fprintf(stderr, "\n");
1822                 goto err;
1823             }
1824
1825             putc('.', stderr);
1826             fflush(stderr);
1827         }
1828
1829         putc('\n', stderr);
1830         fflush(stderr);
1831     }
1832     ret = 1;
1833  err:
1834     BN_free(a);
1835     BN_free(p);
1836     BN_free(r);
1837     return ret;
1838 }
1839
1840 int test_small_prime(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1841 {
1842     static const int bits = 10;
1843     int ret = 0;
1844     BIGNUM *r;
1845
1846     r = BN_new();
1847     if (!BN_generate_prime_ex(r, bits, 0, NULL, NULL, NULL))
1848         goto err;
1849     if (BN_num_bits(r) != bits) {
1850         BIO_printf(bp, "Expected %d bit prime, got %d bit number\n", bits,
1851                    BN_num_bits(r));
1852         goto err;
1853     }
1854
1855     ret = 1;
1856
1857  err:
1858     BN_clear_free(r);
1859     return ret;
1860 }
1861
1862 #ifndef OPENSSL_SYS_WIN32
1863 int test_probable_prime_coprime(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1864 {
1865     int i, j, ret = 0;
1866     BIGNUM *r;
1867     BN_ULONG primes[5] = { 2, 3, 5, 7, 11 };
1868
1869     r = BN_new();
1870
1871     for (i = 0; i < 1000; i++) {
1872         if (!bn_probable_prime_dh_coprime(r, 1024, ctx))
1873             goto err;
1874
1875         for (j = 0; j < 5; j++) {
1876             if (BN_mod_word(r, primes[j]) == 0) {
1877                 BIO_printf(bp, "Number generated is not coprime to "
1878                            BN_DEC_FMT1 ":\n", primes[j]);
1879                 BN_print_fp(stdout, r);
1880                 BIO_printf(bp, "\n");
1881                 goto err;
1882             }
1883         }
1884     }
1885
1886     ret = 1;
1887
1888  err:
1889     BN_clear_free(r);
1890     return ret;
1891 }
1892 #endif
1893 int test_lshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx, BIGNUM *a_)
1894 {
1895     BIGNUM *a, *b, *c, *d;
1896     int i;
1897
1898     b = BN_new();
1899     c = BN_new();
1900     d = BN_new();
1901     BN_one(c);
1902
1903     if (a_)
1904         a = a_;
1905     else {
1906         a = BN_new();
1907         BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1908         a->neg = rand_neg();
1909     }
1910     for (i = 0; i < num0; i++) {
1911         BN_lshift(b, a, i + 1);
1912         BN_add(c, c, c);
1913         if (bp != NULL) {
1914             if (!results) {
1915                 BN_print(bp, a);
1916                 BIO_puts(bp, " * ");
1917                 BN_print(bp, c);
1918                 BIO_puts(bp, " - ");
1919             }
1920             BN_print(bp, b);
1921             BIO_puts(bp, "\n");
1922         }
1923         BN_mul(d, a, c, ctx);
1924         BN_sub(d, d, b);
1925         if (!BN_is_zero(d)) {
1926             fprintf(stderr, "Left shift test failed!\n");
1927             fprintf(stderr, "a=");
1928             BN_print_fp(stderr, a);
1929             fprintf(stderr, "\nb=");
1930             BN_print_fp(stderr, b);
1931             fprintf(stderr, "\nc=");
1932             BN_print_fp(stderr, c);
1933             fprintf(stderr, "\nd=");
1934             BN_print_fp(stderr, d);
1935             fprintf(stderr, "\n");
1936             return 0;
1937         }
1938     }
1939     BN_free(a);
1940     BN_free(b);
1941     BN_free(c);
1942     BN_free(d);
1943     return (1);
1944 }
1945
1946 int test_lshift1(BIO *bp)
1947 {
1948     BIGNUM *a, *b, *c;
1949     int i;
1950
1951     a = BN_new();
1952     b = BN_new();
1953     c = BN_new();
1954
1955     BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1956     a->neg = rand_neg();
1957     for (i = 0; i < num0; i++) {
1958         BN_lshift1(b, a);
1959         if (bp != NULL) {
1960             if (!results) {
1961                 BN_print(bp, a);
1962                 BIO_puts(bp, " * 2");
1963                 BIO_puts(bp, " - ");
1964             }
1965             BN_print(bp, b);
1966             BIO_puts(bp, "\n");
1967         }
1968         BN_add(c, a, a);
1969         BN_sub(a, b, c);
1970         if (!BN_is_zero(a)) {
1971             fprintf(stderr, "Left shift one test failed!\n");
1972             return 0;
1973         }
1974
1975         BN_copy(a, b);
1976     }
1977     BN_free(a);
1978     BN_free(b);
1979     BN_free(c);
1980     return (1);
1981 }
1982
1983 int test_rshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1984 {
1985     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
1986     int i;
1987
1988     a = BN_new();
1989     b = BN_new();
1990     c = BN_new();
1991     d = BN_new();
1992     e = BN_new();
1993     BN_one(c);
1994
1995     BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1996     a->neg = rand_neg();
1997     for (i = 0; i < num0; i++) {
1998         BN_rshift(b, a, i + 1);
1999         BN_add(c, c, c);
2000         if (bp != NULL) {
2001             if (!results) {
2002                 BN_print(bp, a);
2003                 BIO_puts(bp, " / ");
2004                 BN_print(bp, c);
2005                 BIO_puts(bp, " - ");
2006             }
2007             BN_print(bp, b);
2008             BIO_puts(bp, "\n");
2009         }
2010         BN_div(d, e, a, c, ctx);
2011         BN_sub(d, d, b);
2012         if (!BN_is_zero(d)) {
2013             fprintf(stderr, "Right shift test failed!\n");
2014             return 0;
2015         }
2016     }
2017     BN_free(a);
2018     BN_free(b);
2019     BN_free(c);
2020     BN_free(d);
2021     BN_free(e);
2022     return (1);
2023 }
2024
2025 int test_rshift1(BIO *bp)
2026 {
2027     BIGNUM *a, *b, *c;
2028     int i;
2029
2030     a = BN_new();
2031     b = BN_new();
2032     c = BN_new();
2033
2034     BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
2035     a->neg = rand_neg();
2036     for (i = 0; i < num0; i++) {
2037         BN_rshift1(b, a);
2038         if (bp != NULL) {
2039             if (!results) {
2040                 BN_print(bp, a);
2041                 BIO_puts(bp, " / 2");
2042                 BIO_puts(bp, " - ");
2043             }
2044             BN_print(bp, b);
2045             BIO_puts(bp, "\n");
2046         }
2047         BN_sub(c, a, b);
2048         BN_sub(c, c, b);
2049         if (!BN_is_zero(c) && !BN_abs_is_word(c, 1)) {
2050             fprintf(stderr, "Right shift one test failed!\n");
2051             return 0;
2052         }
2053         BN_copy(a, b);
2054     }
2055     BN_free(a);
2056     BN_free(b);
2057     BN_free(c);
2058     return (1);
2059 }
2060
2061 int rand_neg(void)
2062 {
2063     static unsigned int neg = 0;
2064     static int sign[8] = { 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1 };
2065
2066     return (sign[(neg++) % 8]);
2067 }