96b1638d68a0275bc8b152fd431994fc1af906d3
[openssl.git] / test / bntest.c
1 /*
2  * Copyright 1995-2017 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
7  * https://www.openssl.org/source/license.html
8  */
9 #include "../e_os.h"
10 #include <assert.h>
11 #include <errno.h>
12 #include <stdio.h>
13 #include <string.h>
14 #include <ctype.h>
15
16 #include "internal/nelem.h"
17 #include "internal/numbers.h"
18 #include <openssl/bn.h>
19 #include <openssl/crypto.h>
20 #include <openssl/err.h>
21 #include <openssl/rand.h>
22 #include "testutil.h"
23
24 /*
25  * In bn_lcl.h, bn_expand() is defined as a static ossl_inline function.
26  * This is fine in itself, it will end up as an unused static function in
27  * the worst case.  However, it references bn_expand2(), which is a private
28  * function in libcrypto and therefore unavailable on some systems.  This
29  * may result in a linker error because of unresolved symbols.
30  *
31  * To avoid this, we define a dummy variant of bn_expand2() here, and to
32  * avoid possible clashes with libcrypto, we rename it first, using a macro.
33  */
34 #define bn_expand2 dummy_bn_expand2
35 BIGNUM *bn_expand2(BIGNUM *b, int words);
36 BIGNUM *bn_expand2(BIGNUM *b, int words) { return NULL; }
37 #include "../crypto/bn/bn_lcl.h"
38
39 /*
40  * Things in boring, not in openssl.  TODO we should add them.
41  */
42 #define HAVE_BN_PADDED 0
43 #define HAVE_BN_SQRT 0
44
45 typedef struct filetest_st {
46     const char *name;
47     int (*func)(STANZA *s);
48 } FILETEST;
49
50 typedef struct mpitest_st {
51     const char *base10;
52     const char *mpi;
53     size_t mpi_len;
54 } MPITEST;
55
56 static const int NUM0 = 100;           /* number of tests */
57 static const int NUM1 = 50;            /* additional tests for some functions */
58 static BN_CTX *ctx;
59
60 /*
61  * Polynomial coefficients used in GFM tests.
62  */
63 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
64 static int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0, -1 };
65 static int p1[] = { 193, 15, 0, -1 };
66 #endif
67
68 /*
69  * Look for |key| in the stanza and return it or NULL if not found.
70  */
71 static const char *findattr(STANZA *s, const char *key)
72 {
73     int i = s->numpairs;
74     PAIR *pp = s->pairs;
75
76     for ( ; --i >= 0; pp++)
77         if (strcasecmp(pp->key, key) == 0)
78             return pp->value;
79     return NULL;
80 }
81
82 /*
83  * Parse BIGNUM, return number of bytes parsed.
84  */
85 static int parseBN(BIGNUM **out, const char *in)
86 {
87     *out = NULL;
88     return BN_hex2bn(out, in);
89 }
90
91 static int parsedecBN(BIGNUM **out, const char *in)
92 {
93     *out = NULL;
94     return BN_dec2bn(out, in);
95 }
96
97 static BIGNUM *getBN(STANZA *s, const char *attribute)
98 {
99     const char *hex;
100     BIGNUM *ret = NULL;
101
102     if ((hex = findattr(s, attribute)) == NULL) {
103         TEST_error("%s:%d: Can't find %s", s->test_file, s->start, attribute);
104         return NULL;
105     }
106
107     if (parseBN(&ret, hex) != (int)strlen(hex)) {
108         TEST_error("Could not decode '%s'", hex);
109         return NULL;
110     }
111     return ret;
112 }
113
114 static int getint(STANZA *s, int *out, const char *attribute)
115 {
116     BIGNUM *ret;
117     BN_ULONG word;
118     int st = 0;
119
120     if (!TEST_ptr(ret = getBN(s, attribute))
121             || !TEST_ulong_le(word = BN_get_word(ret), INT_MAX))
122         goto err;
123
124     *out = (int)word;
125     st = 1;
126 err:
127     BN_free(ret);
128     return st;
129 }
130
131 static int equalBN(const char *op, const BIGNUM *expected, const BIGNUM *actual)
132 {
133     if (BN_cmp(expected, actual) == 0)
134         return 1;
135
136     TEST_error("unexpected %s value", op);
137     TEST_BN_eq(expected, actual);
138     return 0;
139 }
140
141
142 /*
143  * Return a "random" flag for if a BN should be negated.
144  */
145 static int rand_neg(void)
146 {
147     static unsigned int neg = 0;
148     static int sign[8] = { 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1 };
149
150     return sign[(neg++) % 8];
151 }
152
153
154 static int test_sub(void)
155 {
156     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *c = NULL;
157     int i, st = 0;
158
159     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
160             || !TEST_ptr(b = BN_new())
161             || !TEST_ptr(c = BN_new()))
162         goto err;
163
164     for (i = 0; i < NUM0 + NUM1; i++) {
165         if (i < NUM1) {
166             BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
167             BN_copy(b, a);
168             if (!TEST_int_ne(BN_set_bit(a, i), 0))
169                 goto err;
170             BN_add_word(b, i);
171         } else {
172             BN_bntest_rand(b, 400 + i - NUM1, 0, 0);
173             a->neg = rand_neg();
174             b->neg = rand_neg();
175         }
176         BN_sub(c, a, b);
177         BN_add(c, c, b);
178         BN_sub(c, c, a);
179         if (!TEST_BN_eq_zero(c))
180             goto err;
181     }
182     st = 1;
183 err:
184     BN_free(a);
185     BN_free(b);
186     BN_free(c);
187     return st;
188 }
189
190
191 static int test_div_recip(void)
192 {
193     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *c = NULL, *d = NULL, *e = NULL;
194     BN_RECP_CTX *recp = NULL;
195     int st = 0, i;
196
197     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
198             || !TEST_ptr(b = BN_new())
199             || !TEST_ptr(c = BN_new())
200             || !TEST_ptr(d = BN_new())
201             || !TEST_ptr(e = BN_new())
202             || !TEST_ptr(recp = BN_RECP_CTX_new()))
203         goto err;
204
205     for (i = 0; i < NUM0 + NUM1; i++) {
206         if (i < NUM1) {
207             BN_bntest_rand(a, 400, 0, 0);
208             BN_copy(b, a);
209             BN_lshift(a, a, i);
210             BN_add_word(a, i);
211         } else
212             BN_bntest_rand(b, 50 + 3 * (i - NUM1), 0, 0);
213         a->neg = rand_neg();
214         b->neg = rand_neg();
215         BN_RECP_CTX_set(recp, b, ctx);
216         BN_div_recp(d, c, a, recp, ctx);
217         BN_mul(e, d, b, ctx);
218         BN_add(d, e, c);
219         BN_sub(d, d, a);
220         if (!TEST_BN_eq_zero(d))
221             goto err;
222     }
223     st = 1;
224 err:
225     BN_free(a);
226     BN_free(b);
227     BN_free(c);
228     BN_free(d);
229     BN_free(e);
230     BN_RECP_CTX_free(recp);
231     return st;
232 }
233
234
235 static int test_mod(void)
236 {
237     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *c = NULL, *d = NULL, *e = NULL;
238     int st = 0, i;
239
240     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
241             || !TEST_ptr(b = BN_new())
242             || !TEST_ptr(c = BN_new())
243             || !TEST_ptr(d = BN_new())
244             || !TEST_ptr(e = BN_new()))
245         goto err;
246
247     BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
248     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
249         BN_bntest_rand(b, 450 + i * 10, 0, 0);
250         a->neg = rand_neg();
251         b->neg = rand_neg();
252         BN_mod(c, a, b, ctx);
253         BN_div(d, e, a, b, ctx);
254         BN_sub(e, e, c);
255         if (!TEST_BN_eq_zero(e))
256             goto err;
257     }
258     st = 1;
259 err:
260     BN_free(a);
261     BN_free(b);
262     BN_free(c);
263     BN_free(d);
264     BN_free(e);
265     return st;
266 }
267
268 static const char *bn1strings[] = {
269     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
270     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
271     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
272     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
273     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
274     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
275     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
276     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000000000FFFFFFFF00",
277     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
278     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
279     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
280     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
281     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
282     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
283     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
284     "00000000000000000000000000000000000000000000000000FFFFFFFFFFFFFF",
285     NULL
286 };
287
288 static const char *bn2strings[] = {
289     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
290     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
291     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
292     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
293     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
294     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
295     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
296     "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000000000FFFFFFFF0000000000",
297     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
298     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
299     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
300     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
301     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
302     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
303     "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
304     "000000000000000000000000000000000000000000FFFFFFFFFFFFFF00000000",
305     NULL
306 };
307
308 static char *glue(const char *list[])
309 {
310     size_t len = 0;
311     char *p, *save;
312     int i;
313
314     for (i = 0; list[i] != NULL; i++)
315         len += strlen(list[i]);
316     if (!TEST_ptr(p = save = OPENSSL_malloc(len + 1)))
317             return NULL;
318     for (i = 0; list[i] != NULL; i++)
319         p += strlen(strcpy(p, list[i]));
320     return save;
321 }
322
323 /*
324  * Test constant-time modular exponentiation with 1024-bit inputs, which on
325  * x86_64 cause a different code branch to be taken.
326  */
327 static int test_modexp_mont5(void)
328 {
329     BIGNUM *a = NULL, *p = NULL, *m = NULL, *d = NULL, *e = NULL;
330     BIGNUM *b = NULL, *n = NULL, *c = NULL;
331     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
332     char *bigstring;
333     int st = 0;
334
335     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
336             || !TEST_ptr(p = BN_new())
337             || !TEST_ptr(m = BN_new())
338             || !TEST_ptr(d = BN_new())
339             || !TEST_ptr(e = BN_new())
340             || !TEST_ptr(b = BN_new())
341             || !TEST_ptr(n = BN_new())
342             || !TEST_ptr(c = BN_new())
343             || !TEST_ptr(mont = BN_MONT_CTX_new()))
344         goto err;
345
346     BN_bntest_rand(m, 1024, 0, 1); /* must be odd for montgomery */
347     /* Zero exponent */
348     BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
349     BN_zero(p);
350     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, p, m, ctx, NULL)))
351         goto err;
352     if (!TEST_BN_eq_one(d))
353         goto err;
354
355     /* Regression test for carry bug in mulx4x_mont */
356     BN_hex2bn(&a,
357         "7878787878787878787878787878787878787878787878787878787878787878"
358         "7878787878787878787878787878787878787878787878787878787878787878"
359         "7878787878787878787878787878787878787878787878787878787878787878"
360         "7878787878787878787878787878787878787878787878787878787878787878");
361     BN_hex2bn(&b,
362         "095D72C08C097BA488C5E439C655A192EAFB6380073D8C2664668EDDB4060744"
363         "E16E57FB4EDB9AE10A0CEFCDC28A894F689A128379DB279D48A2E20849D68593"
364         "9B7803BCF46CEBF5C533FB0DD35B080593DE5472E3FE5DB951B8BFF9B4CB8F03"
365         "9CC638A5EE8CDD703719F8000E6A9F63BEED5F2FCD52FF293EA05A251BB4AB81");
366     BN_hex2bn(&n,
367         "D78AF684E71DB0C39CFF4E64FB9DB567132CB9C50CC98009FEB820B26F2DED9B"
368         "91B9B5E2B83AE0AE4EB4E0523CA726BFBE969B89FD754F674CE99118C3F2D1C5"
369         "D81FDC7C54E02B60262B241D53C040E99E45826ECA37A804668E690E1AFC1CA4"
370         "2C9A15D84D4954425F0B7642FC0BD9D7B24E2618D2DCC9B729D944BADACFDDAF");
371     BN_MONT_CTX_set(mont, n, ctx);
372     BN_mod_mul_montgomery(c, a, b, mont, ctx);
373     BN_mod_mul_montgomery(d, b, a, mont, ctx);
374     if (!TEST_BN_eq(c, d))
375         goto err;
376
377     /* Regression test for carry bug in sqr[x]8x_mont */
378     bigstring = glue(bn1strings);
379     BN_hex2bn(&n, bigstring);
380     OPENSSL_free(bigstring);
381     bigstring = glue(bn2strings);
382     BN_hex2bn(&a, bigstring);
383     OPENSSL_free(bigstring);
384     BN_free(b);
385     b = BN_dup(a);
386     BN_MONT_CTX_set(mont, n, ctx);
387     BN_mod_mul_montgomery(c, a, a, mont, ctx);
388     BN_mod_mul_montgomery(d, a, b, mont, ctx);
389     if (!TEST_BN_eq(c, d))
390         goto err;
391
392     /* Regression test for carry bug in bn_sqrx8x_internal */
393     {
394         static const char *ahex[] = {
395                       "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
396             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
397             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
398             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
399             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF8FFEADBCFC4DAE7FFF908E92820306B",
400             "9544D954000000006C0000000000000000000000000000000000000000000000",
401             "00000000000000000000FF030202FFFFF8FFEBDBCFC4DAE7FFF908E92820306B",
402             "9544D954000000006C000000FF0302030000000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
403             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF01FC00FF02FFFFFFFF",
404             "00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00FCFD",
405             "FCFFFFFFFFFF000000000000000000FF0302030000000000FFFFFFFFFFFFFFFF",
406             "FF00FCFDFDFF030202FF00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFF00FCFDFCFFFFFFFFFF",
407             NULL
408         };
409         static const char *nhex[] = {
410                       "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
411             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
412             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
413             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
414             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF8F8F8F8000000",
415             "00000010000000006C0000000000000000000000000000000000000000000000",
416             "00000000000000000000000000000000000000FFFFFFFFFFFFF8F8F8F8000000",
417             "00000010000000006C000000000000000000000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
418             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
419             "00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
420             "FFFFFFFFFFFF000000000000000000000000000000000000FFFFFFFFFFFFFFFF",
421             "FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF",
422             NULL
423         };
424
425         bigstring = glue(ahex);
426         BN_hex2bn(&a, bigstring);
427         OPENSSL_free(bigstring);
428         bigstring = glue(nhex);
429         BN_hex2bn(&n, bigstring);
430         OPENSSL_free(bigstring);
431     }
432     BN_free(b);
433     b = BN_dup(a);
434     BN_MONT_CTX_set(mont, n, ctx);
435     BN_mod_mul_montgomery(c, a, a, mont, ctx);
436     BN_mod_mul_montgomery(d, a, b, mont, ctx);
437     if (!TEST_BN_eq(c, d))
438         goto err;
439
440     /* Zero input */
441     BN_bntest_rand(p, 1024, 0, 0);
442     BN_zero(a);
443     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, p, m, ctx, NULL))
444             || !TEST_BN_eq_zero(d))
445         goto err;
446
447     /*
448      * Craft an input whose Montgomery representation is 1, i.e., shorter
449      * than the modulus m, in order to test the const time precomputation
450      * scattering/gathering.
451      */
452     BN_one(a);
453     BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx);
454     if (!TEST_true(BN_from_montgomery(e, a, mont, ctx))
455             || !TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(d, e, p, m, ctx, NULL))
456             || !TEST_true(BN_mod_exp_simple(a, e, p, m, ctx))
457             || !TEST_BN_eq(a, d))
458         goto err;
459
460     /* Finally, some regular test vectors. */
461     BN_bntest_rand(e, 1024, 0, 0);
462     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(d, e, p, m, ctx, NULL))
463             || !TEST_true(BN_mod_exp_simple(a, e, p, m, ctx))
464             || !TEST_BN_eq(a, d))
465         goto err;
466
467     st = 1;
468
469 err:
470     BN_MONT_CTX_free(mont);
471     BN_free(a);
472     BN_free(p);
473     BN_free(m);
474     BN_free(d);
475     BN_free(e);
476     BN_free(b);
477     BN_free(n);
478     BN_free(c);
479     return st;
480 }
481
482 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
483 static int test_gf2m_add(void)
484 {
485     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *c = NULL;
486     int i, st = 0;
487
488     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
489             || !TEST_ptr(b = BN_new())
490             || !TEST_ptr(c = BN_new()))
491         goto err;
492
493     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
494         BN_rand(a, 512, 0, 0);
495         BN_copy(b, BN_value_one());
496         a->neg = rand_neg();
497         b->neg = rand_neg();
498         BN_GF2m_add(c, a, b);
499         /* Test that two added values have the correct parity. */
500         if (!TEST_false((BN_is_odd(a) && BN_is_odd(c))
501                         || (!BN_is_odd(a) && !BN_is_odd(c))))
502             goto err;
503         BN_GF2m_add(c, c, c);
504         /* Test that c + c = 0. */
505         if (!TEST_BN_eq_zero(c))
506             goto err;
507     }
508     st = 1;
509  err:
510     BN_free(a);
511     BN_free(b);
512     BN_free(c);
513     return st;
514 }
515
516 static int test_gf2m_mod(void)
517 {
518     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL, *e = NULL;
519     int i, j, st = 0;
520
521     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
522             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
523             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
524             || !TEST_ptr(c = BN_new())
525             || !TEST_ptr(d = BN_new())
526             || !TEST_ptr(e = BN_new()))
527         goto err;
528
529     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
530     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
531
532     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
533         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
534         for (j = 0; j < 2; j++) {
535             BN_GF2m_mod(c, a, b[j]);
536             BN_GF2m_add(d, a, c);
537             BN_GF2m_mod(e, d, b[j]);
538             /* Test that a + (a mod p) mod p == 0. */
539             if (!TEST_BN_eq_zero(e))
540                 goto err;
541         }
542     }
543     st = 1;
544  err:
545     BN_free(a);
546     BN_free(b[0]);
547     BN_free(b[1]);
548     BN_free(c);
549     BN_free(d);
550     BN_free(e);
551     return st;
552 }
553
554 static int test_gf2m_mul(void)
555 {
556     BIGNUM *a, *b[2] = {NULL, NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
557     BIGNUM *e = NULL, *f = NULL, *g = NULL, *h = NULL;
558     int i, j, st = 0;
559
560     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
561             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
562             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
563             || !TEST_ptr(c = BN_new())
564             || !TEST_ptr(d = BN_new())
565             || !TEST_ptr(e = BN_new())
566             || !TEST_ptr(f = BN_new())
567             || !TEST_ptr(g = BN_new())
568             || !TEST_ptr(h = BN_new()))
569         goto err;
570
571     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
572     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
573
574     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
575         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
576         BN_bntest_rand(c, 1024, 0, 0);
577         BN_bntest_rand(d, 1024, 0, 0);
578         for (j = 0; j < 2; j++) {
579             BN_GF2m_mod_mul(e, a, c, b[j], ctx);
580             BN_GF2m_add(f, a, d);
581             BN_GF2m_mod_mul(g, f, c, b[j], ctx);
582             BN_GF2m_mod_mul(h, d, c, b[j], ctx);
583             BN_GF2m_add(f, e, g);
584             BN_GF2m_add(f, f, h);
585             /* Test that (a+d)*c = a*c + d*c. */
586             if (!TEST_BN_eq_zero(f))
587                 goto err;
588         }
589     }
590     st = 1;
591
592  err:
593     BN_free(a);
594     BN_free(b[0]);
595     BN_free(b[1]);
596     BN_free(c);
597     BN_free(d);
598     BN_free(e);
599     BN_free(f);
600     BN_free(g);
601     BN_free(h);
602     return st;
603 }
604
605 static int test_gf2m_sqr(void)
606 {
607     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
608     int i, j, st = 0;
609
610     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
611             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
612             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
613             || !TEST_ptr(c = BN_new())
614             || !TEST_ptr(d = BN_new()))
615         goto err;
616
617     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
618     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
619
620     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
621         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
622         for (j = 0; j < 2; j++) {
623             BN_GF2m_mod_sqr(c, a, b[j], ctx);
624             BN_copy(d, a);
625             BN_GF2m_mod_mul(d, a, d, b[j], ctx);
626             BN_GF2m_add(d, c, d);
627             /* Test that a*a = a^2. */
628             if (!TEST_BN_eq_zero(d))
629                 goto err;
630         }
631     }
632     st = 1;
633  err:
634     BN_free(a);
635     BN_free(b[0]);
636     BN_free(b[1]);
637     BN_free(c);
638     BN_free(d);
639     return st;
640 }
641
642 static int test_gf2m_modinv(void)
643 {
644     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
645     int i, j, st = 0;
646
647     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
648             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
649             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
650             || !TEST_ptr(c = BN_new())
651             || !TEST_ptr(d = BN_new()))
652         goto err;
653
654     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
655     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
656
657     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
658         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
659         for (j = 0; j < 2; j++) {
660             BN_GF2m_mod_inv(c, a, b[j], ctx);
661             BN_GF2m_mod_mul(d, a, c, b[j], ctx);
662             /* Test that ((1/a)*a) = 1. */
663             if (!TEST_BN_eq_one(d))
664                 goto err;
665         }
666     }
667     st = 1;
668  err:
669     BN_free(a);
670     BN_free(b[0]);
671     BN_free(b[1]);
672     BN_free(c);
673     BN_free(d);
674     return st;
675 }
676
677 static int test_gf2m_moddiv(void)
678 {
679     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
680     BIGNUM *e = NULL, *f = NULL;
681     int i, j, st = 0;
682
683     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
684             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
685             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
686             || !TEST_ptr(c = BN_new())
687             || !TEST_ptr(d = BN_new())
688             || !TEST_ptr(e = BN_new())
689             || !TEST_ptr(f = BN_new()))
690         goto err;
691
692     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
693     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
694
695     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
696         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
697         BN_bntest_rand(c, 512, 0, 0);
698         for (j = 0; j < 2; j++) {
699             BN_GF2m_mod_div(d, a, c, b[j], ctx);
700             BN_GF2m_mod_mul(e, d, c, b[j], ctx);
701             BN_GF2m_mod_div(f, a, e, b[j], ctx);
702             /* Test that ((a/c)*c)/a = 1. */
703             if (!TEST_BN_eq_one(f))
704                 goto err;
705         }
706     }
707     st = 1;
708  err:
709     BN_free(a);
710     BN_free(b[0]);
711     BN_free(b[1]);
712     BN_free(c);
713     BN_free(d);
714     BN_free(e);
715     BN_free(f);
716     return st;
717 }
718
719 static int test_gf2m_modexp(void)
720 {
721     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
722     BIGNUM *e = NULL, *f = NULL;
723     int i, j, st = 0;
724
725     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
726             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
727             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
728             || !TEST_ptr(c = BN_new())
729             || !TEST_ptr(d = BN_new())
730             || !TEST_ptr(e = BN_new())
731             || !TEST_ptr(f = BN_new()))
732         goto err;
733
734     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
735     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
736
737     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
738         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
739         BN_bntest_rand(c, 512, 0, 0);
740         BN_bntest_rand(d, 512, 0, 0);
741         for (j = 0; j < 2; j++) {
742             BN_GF2m_mod_exp(e, a, c, b[j], ctx);
743             BN_GF2m_mod_exp(f, a, d, b[j], ctx);
744             BN_GF2m_mod_mul(e, e, f, b[j], ctx);
745             BN_add(f, c, d);
746             BN_GF2m_mod_exp(f, a, f, b[j], ctx);
747             BN_GF2m_add(f, e, f);
748             /* Test that a^(c+d)=a^c*a^d. */
749             if (!TEST_BN_eq_zero(f))
750                 goto err;
751         }
752     }
753     st = 1;
754  err:
755     BN_free(a);
756     BN_free(b[0]);
757     BN_free(b[1]);
758     BN_free(c);
759     BN_free(d);
760     BN_free(e);
761     BN_free(f);
762     return st;
763 }
764
765 static int test_gf2m_modsqrt(void)
766 {
767     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
768     BIGNUM *e = NULL, *f = NULL;
769     int i, j, st = 0;
770
771     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
772             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
773             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
774             || !TEST_ptr(c = BN_new())
775             || !TEST_ptr(d = BN_new())
776             || !TEST_ptr(e = BN_new())
777             || !TEST_ptr(f = BN_new()))
778         goto err;
779
780     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
781     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
782
783     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
784         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
785         for (j = 0; j < 2; j++) {
786             BN_GF2m_mod(c, a, b[j]);
787             BN_GF2m_mod_sqrt(d, a, b[j], ctx);
788             BN_GF2m_mod_sqr(e, d, b[j], ctx);
789             BN_GF2m_add(f, c, e);
790             /* Test that d^2 = a, where d = sqrt(a). */
791             if (!TEST_BN_eq_zero(f))
792                 goto err;
793         }
794     }
795     st = 1;
796  err:
797     BN_free(a);
798     BN_free(b[0]);
799     BN_free(b[1]);
800     BN_free(c);
801     BN_free(d);
802     BN_free(e);
803     BN_free(f);
804     return st;
805 }
806
807 static int test_gf2m_modsolvequad(void)
808 {
809     BIGNUM *a = NULL, *b[2] = {NULL,NULL}, *c = NULL, *d = NULL;
810     BIGNUM *e = NULL;
811     int i, j, s = 0, t, st = 0;
812
813     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
814             || !TEST_ptr(b[0] = BN_new())
815             || !TEST_ptr(b[1] = BN_new())
816             || !TEST_ptr(c = BN_new())
817             || !TEST_ptr(d = BN_new())
818             || !TEST_ptr(e = BN_new()))
819         goto err;
820
821     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
822     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
823
824     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
825         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
826         for (j = 0; j < 2; j++) {
827             t = BN_GF2m_mod_solve_quad(c, a, b[j], ctx);
828             if (t) {
829                 s++;
830                 BN_GF2m_mod_sqr(d, c, b[j], ctx);
831                 BN_GF2m_add(d, c, d);
832                 BN_GF2m_mod(e, a, b[j]);
833                 BN_GF2m_add(e, e, d);
834                 /*
835                  * Test that solution of quadratic c satisfies c^2 + c = a.
836                  */
837                 if (!TEST_BN_eq_zero(e))
838                     goto err;
839             }
840         }
841     }
842     if (!TEST_int_ge(s, 0)) {
843         TEST_info("%d tests found no roots; probably an error", NUM0);
844         goto err;
845     }
846     st = 1;
847  err:
848     BN_free(a);
849     BN_free(b[0]);
850     BN_free(b[1]);
851     BN_free(c);
852     BN_free(d);
853     BN_free(e);
854     return st;
855 }
856 #endif
857
858 static int test_kronecker(void)
859 {
860     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *r = NULL, *t = NULL;
861     int i, legendre, kronecker, st = 0;
862
863     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
864             || !TEST_ptr(b = BN_new())
865             || !TEST_ptr(r = BN_new())
866             || !TEST_ptr(t = BN_new()))
867         goto err;
868
869     /*
870      * We test BN_kronecker(a, b, ctx) just for b odd (Jacobi symbol). In
871      * this case we know that if b is prime, then BN_kronecker(a, b, ctx) is
872      * congruent to $a^{(b-1)/2}$, modulo $b$ (Legendre symbol). So we
873      * generate a random prime b and compare these values for a number of
874      * random a's.  (That is, we run the Solovay-Strassen primality test to
875      * confirm that b is prime, except that we don't want to test whether b
876      * is prime but whether BN_kronecker works.)
877      */
878
879     if (!TEST_true(BN_generate_prime_ex(b, 512, 0, NULL, NULL, NULL)))
880         goto err;
881     b->neg = rand_neg();
882
883     for (i = 0; i < NUM0; i++) {
884         if (!TEST_true(BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0)))
885             goto err;
886         a->neg = rand_neg();
887
888         /* t := (|b|-1)/2  (note that b is odd) */
889         if (!TEST_true(BN_copy(t, b)))
890             goto err;
891         t->neg = 0;
892         if (!TEST_true(BN_sub_word(t, 1)))
893             goto err;
894         if (!TEST_true(BN_rshift1(t, t)))
895             goto err;
896         /* r := a^t mod b */
897         b->neg = 0;
898
899         if (!TEST_true(BN_mod_exp_recp(r, a, t, b, ctx)))
900             goto err;
901         b->neg = 1;
902
903         if (BN_is_word(r, 1))
904             legendre = 1;
905         else if (BN_is_zero(r))
906             legendre = 0;
907         else {
908             if (!TEST_true(BN_add_word(r, 1)))
909                 goto err;
910             if (!TEST_int_eq(BN_ucmp(r, b), 0)) {
911                 TEST_info("Legendre symbol computation failed");
912                 goto err;
913             }
914             legendre = -1;
915         }
916
917         if (!TEST_int_ge(kronecker = BN_kronecker(a, b, ctx), -1))
918             goto err;
919         /* we actually need BN_kronecker(a, |b|) */
920         if (a->neg && b->neg)
921             kronecker = -kronecker;
922
923         if (!TEST_int_eq(legendre, kronecker))
924             goto err;
925     }
926
927     st = 1;
928  err:
929     BN_free(a);
930     BN_free(b);
931     BN_free(r);
932     BN_free(t);
933     return st;
934 }
935
936 static int file_sum(STANZA *s)
937 {
938     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *sum = NULL, *ret = NULL;
939     BN_ULONG b_word;
940     int st = 0;
941
942     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
943             || !TEST_ptr(b = getBN(s, "B"))
944             || !TEST_ptr(sum = getBN(s, "Sum"))
945             || !TEST_ptr(ret = BN_new()))
946         goto err;
947
948     if (!TEST_true(BN_add(ret, a, b))
949             || !equalBN("A + B", sum, ret)
950             || !TEST_true(BN_sub(ret, sum, a))
951             || !equalBN("Sum - A", b, ret)
952             || !TEST_true(BN_sub(ret, sum, b))
953             || !equalBN("Sum - B", a, ret))
954         goto err;
955
956     /*
957      * Test that the functions work when |r| and |a| point to the same BIGNUM,
958      * or when |r| and |b| point to the same BIGNUM.
959      * TODO: Test where all of |r|, |a|, and |b| point to the same BIGNUM.
960      */
961     if (!TEST_true(BN_copy(ret, a))
962             || !TEST_true(BN_add(ret, ret, b))
963             || !equalBN("A + B (r is a)", sum, ret)
964             || !TEST_true(BN_copy(ret, b))
965             || !TEST_true(BN_add(ret, a, ret))
966             || !equalBN("A + B (r is b)", sum, ret)
967             || !TEST_true(BN_copy(ret, sum))
968             || !TEST_true(BN_sub(ret, ret, a))
969             || !equalBN("Sum - A (r is a)", b, ret)
970             || !TEST_true(BN_copy(ret, a))
971             || !TEST_true(BN_sub(ret, sum, ret))
972             || !equalBN("Sum - A (r is b)", b, ret)
973             || !TEST_true(BN_copy(ret, sum))
974             || !TEST_true(BN_sub(ret, ret, b))
975             || !equalBN("Sum - B (r is a)", a, ret)
976             || !TEST_true(BN_copy(ret, b))
977             || !TEST_true(BN_sub(ret, sum, ret))
978             || !equalBN("Sum - B (r is b)", a, ret))
979         goto err;
980
981     /*
982      * Test BN_uadd() and BN_usub() with the prerequisites they are
983      * documented as having. Note that these functions are frequently used
984      * when the prerequisites don't hold. In those cases, they are supposed
985      * to work as if the prerequisite hold, but we don't test that yet.
986      * TODO: test that.
987      */
988     if (!BN_is_negative(a) && !BN_is_negative(b) && BN_cmp(a, b) >= 0) {
989         if (!TEST_true(BN_uadd(ret, a, b))
990                 || !equalBN("A +u B", sum, ret)
991                 || !TEST_true(BN_usub(ret, sum, a))
992                 || !equalBN("Sum -u A", b, ret)
993                 || !TEST_true(BN_usub(ret, sum, b))
994                 || !equalBN("Sum -u B", a, ret))
995             goto err;
996         /*
997          * Test that the functions work when |r| and |a| point to the same
998          * BIGNUM, or when |r| and |b| point to the same BIGNUM.
999          * TODO: Test where all of |r|, |a|, and |b| point to the same BIGNUM.
1000          */
1001         if (!TEST_true(BN_copy(ret, a))
1002                 || !TEST_true(BN_uadd(ret, ret, b))
1003                 || !equalBN("A +u B (r is a)", sum, ret)
1004                 || !TEST_true(BN_copy(ret, b))
1005                 || !TEST_true(BN_uadd(ret, a, ret))
1006                 || !equalBN("A +u B (r is b)", sum, ret)
1007                 || !TEST_true(BN_copy(ret, sum))
1008                 || !TEST_true(BN_usub(ret, ret, a))
1009                 || !equalBN("Sum -u A (r is a)", b, ret)
1010                 || !TEST_true(BN_copy(ret, a))
1011                 || !TEST_true(BN_usub(ret, sum, ret))
1012                 || !equalBN("Sum -u A (r is b)", b, ret)
1013                 || !TEST_true(BN_copy(ret, sum))
1014                 || !TEST_true(BN_usub(ret, ret, b))
1015                 || !equalBN("Sum -u B (r is a)", a, ret)
1016                 || !TEST_true(BN_copy(ret, b))
1017                 || !TEST_true(BN_usub(ret, sum, ret))
1018                 || !equalBN("Sum -u B (r is b)", a, ret))
1019             goto err;
1020     }
1021
1022     /*
1023      * Test with BN_add_word() and BN_sub_word() if |b| is small enough.
1024      */
1025     b_word = BN_get_word(b);
1026     if (!BN_is_negative(b) && b_word != (BN_ULONG)-1) {
1027         if (!TEST_true(BN_copy(ret, a))
1028                 || !TEST_true(BN_add_word(ret, b_word))
1029                 || !equalBN("A + B (word)", sum, ret)
1030                 || !TEST_true(BN_copy(ret, sum))
1031                 || !TEST_true(BN_sub_word(ret, b_word))
1032                 || !equalBN("Sum - B (word)", a, ret))
1033             goto err;
1034     }
1035     st = 1;
1036
1037 err:
1038     BN_free(a);
1039     BN_free(b);
1040     BN_free(sum);
1041     BN_free(ret);
1042     return st;
1043 }
1044
1045 static int file_lshift1(STANZA *s)
1046 {
1047     BIGNUM *a = NULL, *lshift1 = NULL, *zero = NULL, *ret = NULL;
1048     BIGNUM *two = NULL, *remainder = NULL;
1049     int st = 0;
1050
1051     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1052             || !TEST_ptr(lshift1 = getBN(s, "LShift1"))
1053             || !TEST_ptr(zero = BN_new())
1054             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1055             || !TEST_ptr(two = BN_new())
1056             || !TEST_ptr(remainder = BN_new()))
1057         goto err;
1058
1059     BN_zero(zero);
1060
1061     if (!TEST_true(BN_set_word(two, 2))
1062             || !TEST_true(BN_add(ret, a, a))
1063             || !equalBN("A + A", lshift1, ret)
1064             || !TEST_true(BN_mul(ret, a, two, ctx))
1065             || !equalBN("A * 2", lshift1, ret)
1066             || !TEST_true(BN_div(ret, remainder, lshift1, two, ctx))
1067             || !equalBN("LShift1 / 2", a, ret)
1068             || !equalBN("LShift1 % 2", zero, remainder)
1069             || !TEST_true(BN_lshift1(ret, a))
1070             || !equalBN("A << 1", lshift1, ret)
1071             || !TEST_true(BN_rshift1(ret, lshift1))
1072             || !equalBN("LShift >> 1", a, ret)
1073             || !TEST_true(BN_rshift1(ret, lshift1))
1074             || !equalBN("LShift >> 1", a, ret))
1075         goto err;
1076
1077     /* Set the LSB to 1 and test rshift1 again. */
1078     if (!TEST_true(BN_set_bit(lshift1, 0))
1079             || !TEST_true(BN_div(ret, NULL /* rem */ , lshift1, two, ctx))
1080             || !equalBN("(LShift1 | 1) / 2", a, ret)
1081             || !TEST_true(BN_rshift1(ret, lshift1))
1082             || !equalBN("(LShift | 1) >> 1", a, ret))
1083         goto err;
1084
1085     st = 1;
1086 err:
1087     BN_free(a);
1088     BN_free(lshift1);
1089     BN_free(zero);
1090     BN_free(ret);
1091     BN_free(two);
1092     BN_free(remainder);
1093
1094     return st;
1095 }
1096
1097 static int file_lshift(STANZA *s)
1098 {
1099     BIGNUM *a = NULL, *lshift = NULL, *ret = NULL;
1100     int n = 0, st = 0;
1101
1102     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1103             || !TEST_ptr(lshift = getBN(s, "LShift"))
1104             || !TEST_ptr(ret = BN_new()))
1105
1106     if (!TEST_true(BN_lshift(ret, a, n))
1107             || !equalBN("A << N", lshift, ret)
1108             || !TEST_true(BN_rshift(ret, lshift, n))
1109             || !equalBN("A >> N", a, ret))
1110         goto err;
1111
1112     st = 1;
1113 err:
1114     BN_free(a);
1115     BN_free(lshift);
1116     BN_free(ret);
1117     return st;
1118 }
1119
1120 static int file_rshift(STANZA *s)
1121 {
1122     BIGNUM *a = NULL, *rshift = NULL, *ret = NULL;
1123     int n = 0, st = 0;
1124
1125     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1126             || !TEST_ptr(rshift = getBN(s, "RShift"))
1127             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1128             || !getint(s, &n, "N"))
1129         goto err;
1130
1131     if (!TEST_true(BN_rshift(ret, a, n))
1132             || !equalBN("A >> N", rshift, ret))
1133         goto err;
1134
1135     /* If N == 1, try with rshift1 as well */
1136     if (n == 1) {
1137         if (!TEST_true(BN_rshift1(ret, a))
1138                 || !equalBN("A >> 1 (rshift1)", rshift, ret))
1139             goto err;
1140     }
1141     st = 1;
1142
1143 err:
1144     BN_free(a);
1145     BN_free(rshift);
1146     BN_free(ret);
1147     return st;
1148 }
1149
1150 static int file_square(STANZA *s)
1151 {
1152     BIGNUM *a = NULL, *square = NULL, *zero = NULL, *ret = NULL;
1153     BIGNUM *remainder = NULL, *tmp = NULL;
1154     int st = 0;
1155
1156     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1157             || !TEST_ptr(square = getBN(s, "Square"))
1158             || !TEST_ptr(zero = BN_new())
1159             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1160             || !TEST_ptr(remainder = BN_new()))
1161         goto err;
1162
1163     BN_zero(zero);
1164     if (!TEST_true(BN_sqr(ret, a, ctx))
1165             || !equalBN("A^2", square, ret)
1166             || !TEST_true(BN_mul(ret, a, a, ctx))
1167             || !equalBN("A * A", square, ret)
1168             || !TEST_true(BN_div(ret, remainder, square, a, ctx))
1169             || !equalBN("Square / A", a, ret)
1170             || !equalBN("Square % A", zero, remainder))
1171         goto err;
1172
1173 #if HAVE_BN_SQRT
1174     BN_set_negative(a, 0);
1175     if (!TEST_true(BN_sqrt(ret, square, ctx))
1176             || !equalBN("sqrt(Square)", a, ret))
1177         goto err;
1178
1179     /* BN_sqrt should fail on non-squares and negative numbers. */
1180     if (!TEST_BN_eq_zero(square)) {
1181         if (!TEST_ptr(tmp = BN_new())
1182                 || !TEST_true(BN_copy(tmp, square)))
1183             goto err;
1184         BN_set_negative(tmp, 1);
1185
1186         if (!TEST_int_eq(BN_sqrt(ret, tmp, ctx), 0))
1187             goto err;
1188         ERR_clear_error();
1189
1190         BN_set_negative(tmp, 0);
1191         if (BN_add(tmp, tmp, BN_value_one()))
1192             goto err;
1193         if (!TEST_int_eq(BN_sqrt(ret, tmp, ctx)))
1194             goto err;
1195         ERR_clear_error();
1196     }
1197 #endif
1198
1199     st = 1;
1200 err:
1201     BN_free(a);
1202     BN_free(square);
1203     BN_free(zero);
1204     BN_free(ret);
1205     BN_free(remainder);
1206     BN_free(tmp);
1207     return st;
1208 }
1209
1210 static int file_product(STANZA *s)
1211 {
1212     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *product = NULL, *ret = NULL;
1213     BIGNUM *remainder = NULL, *zero = NULL;
1214     int st = 0;
1215
1216     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1217             || !TEST_ptr(b = getBN(s, "B"))
1218             || !TEST_ptr(product = getBN(s, "Product"))
1219             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1220             || !TEST_ptr(remainder = BN_new())
1221             || !TEST_ptr(zero = BN_new()))
1222         goto err;
1223
1224     BN_zero(zero);
1225
1226     if (!TEST_true(BN_mul(ret, a, b, ctx))
1227             || !equalBN("A * B", product, ret)
1228             || !TEST_true(BN_div(ret, remainder, product, a, ctx))
1229             || !equalBN("Product / A", b, ret)
1230             || !equalBN("Product % A", zero, remainder)
1231             || !TEST_true(BN_div(ret, remainder, product, b, ctx))
1232             || !equalBN("Product / B", a, ret)
1233             || !equalBN("Product % B", zero, remainder))
1234         goto err;
1235
1236     st = 1;
1237 err:
1238     BN_free(a);
1239     BN_free(b);
1240     BN_free(product);
1241     BN_free(ret);
1242     BN_free(remainder);
1243     BN_free(zero);
1244     return st;
1245 }
1246
1247 static int file_quotient(STANZA *s)
1248 {
1249     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *quotient = NULL, *remainder = NULL;
1250     BIGNUM *ret = NULL, *ret2 = NULL, *nnmod = NULL;
1251     BN_ULONG b_word, ret_word;
1252     int st = 0;
1253
1254     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1255             || !TEST_ptr(b = getBN(s, "B"))
1256             || !TEST_ptr(quotient = getBN(s, "Quotient"))
1257             || !TEST_ptr(remainder = getBN(s, "Remainder"))
1258             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1259             || !TEST_ptr(ret2 = BN_new())
1260             || !TEST_ptr(nnmod = BN_new()))
1261         goto err;
1262
1263     if (!TEST_true(BN_div(ret, ret2, a, b, ctx))
1264             || !equalBN("A / B", quotient, ret)
1265             || !equalBN("A % B", remainder, ret2)
1266             || !TEST_true(BN_mul(ret, quotient, b, ctx))
1267             || !TEST_true(BN_add(ret, ret, remainder))
1268             || !equalBN("Quotient * B + Remainder", a, ret))
1269         goto err;
1270
1271     /*
1272      * Test with BN_mod_word() and BN_div_word() if the divisor is
1273      * small enough.
1274      */
1275     b_word = BN_get_word(b);
1276     if (!BN_is_negative(b) && b_word != (BN_ULONG)-1) {
1277         BN_ULONG remainder_word = BN_get_word(remainder);
1278
1279         assert(remainder_word != (BN_ULONG)-1);
1280         if (!TEST_ptr(BN_copy(ret, a)))
1281             goto err;
1282         ret_word = BN_div_word(ret, b_word);
1283         if (ret_word != remainder_word) {
1284 #ifdef BN_DEC_FMT1
1285             TEST_error(
1286                     "Got A %% B (word) = " BN_DEC_FMT1 ", wanted " BN_DEC_FMT1,
1287                     ret_word, remainder_word);
1288 #else
1289             TEST_error("Got A %% B (word) mismatch");
1290 #endif
1291             goto err;
1292         }
1293         if (!equalBN ("A / B (word)", quotient, ret))
1294             goto err;
1295
1296         ret_word = BN_mod_word(a, b_word);
1297         if (ret_word != remainder_word) {
1298 #ifdef BN_DEC_FMT1
1299             TEST_error(
1300                     "Got A %% B (word) = " BN_DEC_FMT1 ", wanted " BN_DEC_FMT1 "",
1301                     ret_word, remainder_word);
1302 #else
1303             TEST_error("Got A %% B (word) mismatch");
1304 #endif
1305             goto err;
1306         }
1307     }
1308
1309     /* Test BN_nnmod. */
1310     if (!BN_is_negative(b)) {
1311         if (!TEST_true(BN_copy(nnmod, remainder))
1312                 || (BN_is_negative(nnmod)
1313                         && !TEST_true(BN_add(nnmod, nnmod, b)))
1314                 || !TEST_true(BN_nnmod(ret, a, b, ctx))
1315                 || !equalBN("A % B (non-negative)", nnmod, ret))
1316             goto err;
1317     }
1318
1319     st = 1;
1320 err:
1321     BN_free(a);
1322     BN_free(b);
1323     BN_free(quotient);
1324     BN_free(remainder);
1325     BN_free(ret);
1326     BN_free(ret2);
1327     BN_free(nnmod);
1328     return st;
1329 }
1330
1331 static int file_modmul(STANZA *s)
1332 {
1333     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *m = NULL, *mod_mul = NULL, *ret = NULL;
1334     int st = 0;
1335
1336     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1337             || !TEST_ptr(b = getBN(s, "B"))
1338             || !TEST_ptr(m = getBN(s, "M"))
1339             || !TEST_ptr(mod_mul = getBN(s, "ModMul"))
1340             || !TEST_ptr(ret = BN_new()))
1341         goto err;
1342
1343     if (!TEST_true(BN_mod_mul(ret, a, b, m, ctx))
1344             || !equalBN("A * B (mod M)", mod_mul, ret))
1345         goto err;
1346
1347     if (BN_is_odd(m)) {
1348         /* Reduce |a| and |b| and test the Montgomery version. */
1349         BN_MONT_CTX *mont = BN_MONT_CTX_new();
1350         BIGNUM *a_tmp = BN_new();
1351         BIGNUM *b_tmp = BN_new();
1352
1353         if (mont == NULL || a_tmp == NULL || b_tmp == NULL
1354                 || !TEST_true(BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
1355                 || !TEST_true(BN_nnmod(a_tmp, a, m, ctx))
1356                 || !TEST_true(BN_nnmod(b_tmp, b, m, ctx))
1357                 || !TEST_true(BN_to_montgomery(a_tmp, a_tmp, mont, ctx))
1358                 || !TEST_true(BN_to_montgomery(b_tmp, b_tmp, mont, ctx))
1359                 || !TEST_true(BN_mod_mul_montgomery(ret, a_tmp, b_tmp,
1360                                                     mont, ctx))
1361                 || !TEST_true(BN_from_montgomery(ret, ret, mont, ctx))
1362                 || !equalBN("A * B (mod M) (mont)", mod_mul, ret))
1363             st = 0;
1364         else
1365             st = 1;
1366         BN_MONT_CTX_free(mont);
1367         BN_free(a_tmp);
1368         BN_free(b_tmp);
1369         if (st == 0)
1370             goto err;
1371     }
1372
1373     st = 1;
1374 err:
1375     BN_free(a);
1376     BN_free(b);
1377     BN_free(m);
1378     BN_free(mod_mul);
1379     BN_free(ret);
1380     return st;
1381 }
1382
1383 static int file_modexp(STANZA *s)
1384 {
1385     BIGNUM *a = NULL, *e = NULL, *m = NULL, *mod_exp = NULL, *ret = NULL;
1386     BIGNUM *b = NULL, *c = NULL, *d = NULL;
1387     int st = 0;
1388
1389     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1390             || !TEST_ptr(e = getBN(s, "E"))
1391             || !TEST_ptr(m = getBN(s, "M"))
1392             || !TEST_ptr(mod_exp = getBN(s, "ModExp"))
1393             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1394             || !TEST_ptr(d = BN_new()))
1395         goto err;
1396
1397     if (!TEST_true(BN_mod_exp(ret, a, e, m, ctx))
1398             || !equalBN("A ^ E (mod M)", mod_exp, ret))
1399         goto err;
1400
1401     if (BN_is_odd(m)) {
1402         if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont(ret, a, e, m, ctx, NULL))
1403                 || !equalBN("A ^ E (mod M) (mont)", mod_exp, ret)
1404                 || !TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(ret, a, e, m,
1405                                                         ctx, NULL))
1406                 || !equalBN("A ^ E (mod M) (mont const", mod_exp, ret))
1407             goto err;
1408     }
1409
1410     /* Regression test for carry propagation bug in sqr8x_reduction */
1411     BN_hex2bn(&a, "050505050505");
1412     BN_hex2bn(&b, "02");
1413     BN_hex2bn(&c,
1414         "4141414141414141414141274141414141414141414141414141414141414141"
1415         "4141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141"
1416         "4141414141414141414141800000000000000000000000000000000000000000"
1417         "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
1418         "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
1419         "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000001");
1420     if (!TEST_true(BN_mod_exp(d, a, b, c, ctx))
1421         || !TEST_true(BN_mul(e, a, a, ctx))
1422         || !TEST_BN_eq(d, e))
1423         goto err;
1424
1425     st = 1;
1426 err:
1427     BN_free(a);
1428     BN_free(b);
1429     BN_free(c);
1430     BN_free(d);
1431     BN_free(e);
1432     BN_free(m);
1433     BN_free(mod_exp);
1434     BN_free(ret);
1435     return st;
1436 }
1437
1438 static int file_exp(STANZA *s)
1439 {
1440     BIGNUM *a = NULL, *e = NULL, *exp = NULL, *ret = NULL;
1441     int st = 0;
1442
1443     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1444             || !TEST_ptr(e = getBN(s, "E"))
1445             || !TEST_ptr(exp = getBN(s, "Exp"))
1446             || !TEST_ptr(ret = BN_new()))
1447         goto err;
1448
1449     if (!TEST_true(BN_exp(ret, a, e, ctx))
1450             || !equalBN("A ^ E", exp, ret))
1451         goto err;
1452
1453     st = 1;
1454 err:
1455     BN_free(a);
1456     BN_free(e);
1457     BN_free(exp);
1458     BN_free(ret);
1459     return st;
1460 }
1461
1462 static int file_modsqrt(STANZA *s)
1463 {
1464     BIGNUM *a = NULL, *p = NULL, *mod_sqrt = NULL, *ret = NULL, *ret2 = NULL;
1465     int st = 0;
1466
1467     if (!TEST_ptr(a = getBN(s, "A"))
1468             || !TEST_ptr(p = getBN(s, "P"))
1469             || !TEST_ptr(mod_sqrt = getBN(s, "ModSqrt"))
1470             || !TEST_ptr(ret = BN_new())
1471             || !TEST_ptr(ret2 = BN_new()))
1472         goto err;
1473
1474     /* There are two possible answers. */
1475     if (!TEST_true(BN_mod_sqrt(ret, a, p, ctx))
1476             || !TEST_true(BN_sub(ret2, p, ret)))
1477         goto err;
1478
1479     /* The first condition should NOT be a test. */
1480     if (BN_cmp(ret2, mod_sqrt) != 0
1481             && !equalBN("sqrt(A) (mod P)", mod_sqrt, ret))
1482         goto err;
1483
1484     st = 1;
1485 err:
1486     BN_free(a);
1487     BN_free(p);
1488     BN_free(mod_sqrt);
1489     BN_free(ret);
1490     BN_free(ret2);
1491     return st;
1492 }
1493
1494 static int test_bn2padded(void)
1495 {
1496 #if HAVE_BN_PADDED
1497     uint8_t zeros[256], out[256], reference[128];
1498     BIGNUM *n = BN_new();
1499     int st = 0;
1500
1501     /* Test edge case at 0. */
1502     if (n == NULL)
1503         goto err;
1504     if (!TEST_true(BN_bn2bin_padded(NULL, 0, n)))
1505         goto err;
1506     memset(out, -1, sizeof(out));
1507     if (!TEST_true(BN_bn2bin_padded(out, sizeof(out)), n))
1508         goto err;
1509     memset(zeros, 0, sizeof(zeros));
1510     if (!TEST_mem_eq(zeros, sizeof(zeros), out, sizeof(out)))
1511         goto err;
1512
1513     /* Test a random numbers at various byte lengths. */
1514     for (size_t bytes = 128 - 7; bytes <= 128; bytes++) {
1515 #define TOP_BIT_ON 0
1516 #define BOTTOM_BIT_NOTOUCH 0
1517         if (!TEST_true(BN_rand(n, bytes * 8, TOP_BIT_ON, BOTTOM_BIT_NOTOUCH)))
1518             goto err;
1519         if (!TEST_int_eq(BN_num_bytes(n),A) bytes
1520                 || TEST_int_eq(BN_bn2bin(n, reference), bytes))
1521             goto err;
1522         /* Empty buffer should fail. */
1523         if (!TEST_int_eq(BN_bn2bin_padded(NULL, 0, n)), 0)
1524             goto err;
1525         /* One byte short should fail. */
1526         if (BN_bn2bin_padded(out, bytes - 1, n))
1527             goto err;
1528         /* Exactly right size should encode. */
1529         if (!TEST_true(BN_bn2bin_padded(out, bytes, n))
1530                 || TEST_mem_eq(out, bytes, reference, bytes))
1531             goto err;
1532         /* Pad up one byte extra. */
1533         if (!TEST_true(BN_bn2bin_padded(out, bytes + 1, n))
1534                 || !TEST_mem_eq(out + 1, bytes, reference, bytes)
1535                 || !TEST_mem_eq(out, 1, zeros, 1))
1536             goto err;
1537         /* Pad up to 256. */
1538         if (!TEST_true(BN_bn2bin_padded(out, sizeof(out)), n)
1539                 || !TEST_mem_eq(out + sizeof(out) - bytes, bytes,
1540                                 reference, bytes)
1541                 || !TEST_mem_eq(out, sizseof(out) - bytes,
1542                                 zeros, sizeof(out) - bytes))
1543             goto err;
1544     }
1545
1546     st = 1;
1547 err:
1548     BN_free(n);
1549     return st;
1550 #else
1551     return ctx != NULL;
1552 #endif
1553 }
1554
1555 static int test_dec2bn(void)
1556 {
1557     BIGNUM *bn = NULL;
1558     int st = 0;
1559
1560     if (!TEST_int_eq(parsedecBN(&bn, "0"), 1)
1561             || !TEST_BN_eq_word(bn, 0)
1562             || !TEST_BN_eq_zero(bn)
1563             || !TEST_BN_le_zero(bn)
1564             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1565             || !TEST_BN_even(bn))
1566         goto err;
1567     BN_free(bn);
1568     bn = NULL;
1569
1570     if (!TEST_int_eq(parsedecBN(&bn, "256"), 3)
1571             || !TEST_BN_eq_word(bn, 256)
1572             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1573             || !TEST_BN_gt_zero(bn)
1574             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1575             || !TEST_BN_even(bn))
1576         goto err;
1577     BN_free(bn);
1578     bn = NULL;
1579
1580     if (!TEST_int_eq(parsedecBN(&bn, "-42"), 3)
1581             || !TEST_BN_abs_eq_word(bn, 42)
1582             || !TEST_BN_lt_zero(bn)
1583             || !TEST_BN_le_zero(bn)
1584             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1585             || !TEST_BN_even(bn))
1586         goto err;
1587     BN_free(bn);
1588     bn = NULL;
1589
1590     if (!TEST_int_eq(parsedecBN(&bn, "1"), 1)
1591             || !TEST_BN_eq_word(bn, 1)
1592             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1593             || !TEST_BN_gt_zero(bn)
1594             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1595             || !TEST_BN_eq_one(bn)
1596             || !TEST_BN_odd(bn))
1597         goto err;
1598     BN_free(bn);
1599     bn = NULL;
1600
1601     if (!TEST_int_eq(parsedecBN(&bn, "-0"), 2)
1602             || !TEST_BN_eq_zero(bn)
1603             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1604             || !TEST_BN_le_zero(bn)
1605             || !TEST_BN_even(bn))
1606         goto err;
1607     BN_free(bn);
1608     bn = NULL;
1609
1610     if (!TEST_int_eq(parsedecBN(&bn, "42trailing garbage is ignored"), 2)
1611             || !TEST_BN_abs_eq_word(bn, 42)
1612             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1613             || !TEST_BN_gt_zero(bn)
1614             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1615             || !TEST_BN_even(bn))
1616         goto err;
1617
1618     st = 1;
1619 err:
1620     BN_free(bn);
1621     return st;
1622 }
1623
1624 static int test_hex2bn(void)
1625 {
1626     BIGNUM *bn = NULL;
1627     int st = 0;
1628
1629     if (!TEST_int_eq(parseBN(&bn, "0"), 1)
1630             || !TEST_BN_eq_zero(bn)
1631             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1632             || !TEST_BN_even(bn))
1633         goto err;
1634     BN_free(bn);
1635     bn = NULL;
1636
1637     if (!TEST_int_eq(parseBN(&bn, "256"), 3)
1638             || !TEST_BN_eq_word(bn, 0x256)
1639             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1640             || !TEST_BN_gt_zero(bn)
1641             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1642             || !TEST_BN_even(bn))
1643         goto err;
1644     BN_free(bn);
1645     bn = NULL;
1646
1647     if (!TEST_int_eq(parseBN(&bn, "-42"), 3)
1648             || !TEST_BN_abs_eq_word(bn, 0x42)
1649             || !TEST_BN_lt_zero(bn)
1650             || !TEST_BN_le_zero(bn)
1651             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1652             || !TEST_BN_even(bn))
1653         goto err;
1654     BN_free(bn);
1655     bn = NULL;
1656
1657     if (!TEST_int_eq(parseBN(&bn, "cb"), 2)
1658             || !TEST_BN_eq_word(bn, 0xCB)
1659             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1660             || !TEST_BN_gt_zero(bn)
1661             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1662             || !TEST_BN_odd(bn))
1663         goto err;
1664     BN_free(bn);
1665     bn = NULL;
1666
1667     if (!TEST_int_eq(parseBN(&bn, "-0"), 2)
1668             || !TEST_BN_eq_zero(bn)
1669             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1670             || !TEST_BN_le_zero(bn)
1671             || !TEST_BN_even(bn))
1672         goto err;
1673     BN_free(bn);
1674     bn = NULL;
1675
1676     if (!TEST_int_eq(parseBN(&bn, "abctrailing garbage is ignored"), 3)
1677             || !TEST_BN_eq_word(bn, 0xabc)
1678             || !TEST_BN_ge_zero(bn)
1679             || !TEST_BN_gt_zero(bn)
1680             || !TEST_BN_ne_zero(bn)
1681             || !TEST_BN_even(bn))
1682         goto err;
1683     st = 1;
1684
1685 err:
1686     BN_free(bn);
1687     return st;
1688 }
1689
1690 static int test_asc2bn(void)
1691 {
1692     BIGNUM *bn = NULL;
1693     int st = 0;
1694
1695     if (!TEST_ptr(bn = BN_new()))
1696         goto err;
1697
1698     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "0"))
1699             || !TEST_BN_eq_zero(bn)
1700             || !TEST_BN_ge_zero(bn))
1701         goto err;
1702
1703     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "256"))
1704             || !TEST_BN_eq_word(bn, 256)
1705             || !TEST_BN_ge_zero(bn))
1706         goto err;
1707
1708     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "-42"))
1709             || !TEST_BN_abs_eq_word(bn, 42)
1710             || !TEST_BN_lt_zero(bn))
1711         goto err;
1712
1713     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "0x1234"))
1714             || !TEST_BN_eq_word(bn, 0x1234)
1715             || !TEST_BN_ge_zero(bn))
1716         goto err;
1717
1718     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "0X1234"))
1719             || !TEST_BN_eq_word(bn, 0x1234)
1720             || !TEST_BN_ge_zero(bn))
1721         goto err;
1722
1723     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "-0xabcd"))
1724             || !TEST_BN_abs_eq_word(bn, 0xabcd)
1725             || !TEST_BN_lt_zero(bn))
1726         goto err;
1727
1728     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "-0"))
1729             || !TEST_BN_eq_zero(bn)
1730             || !TEST_BN_ge_zero(bn))
1731         goto err;
1732
1733     if (!TEST_true(BN_asc2bn(&bn, "123trailing garbage is ignored"))
1734             || !TEST_BN_eq_word(bn, 123)
1735             || !TEST_BN_ge_zero(bn))
1736         goto err;
1737
1738     st = 1;
1739 err:
1740     BN_free(bn);
1741     return st;
1742 }
1743
1744 static const MPITEST kMPITests[] = {
1745     {"0", "\x00\x00\x00\x00", 4},
1746     {"1", "\x00\x00\x00\x01\x01", 5},
1747     {"-1", "\x00\x00\x00\x01\x81", 5},
1748     {"128", "\x00\x00\x00\x02\x00\x80", 6},
1749     {"256", "\x00\x00\x00\x02\x01\x00", 6},
1750     {"-256", "\x00\x00\x00\x02\x81\x00", 6},
1751 };
1752
1753 static int test_mpi(int i)
1754 {
1755     uint8_t scratch[8];
1756     const MPITEST *test = &kMPITests[i];
1757     size_t mpi_len, mpi_len2;
1758     BIGNUM *bn = NULL;
1759     BIGNUM *bn2 = NULL;
1760     int st = 0;
1761
1762     if (!TEST_ptr(bn = BN_new())
1763             || !TEST_true(BN_asc2bn(&bn, test->base10)))
1764         goto err;
1765     mpi_len = BN_bn2mpi(bn, NULL);
1766     if (!TEST_size_t_le(mpi_len, sizeof(scratch)))
1767         goto err;
1768
1769     if (!TEST_size_t_eq(mpi_len2 = BN_bn2mpi(bn, scratch), mpi_len)
1770             || !TEST_mem_eq(test->mpi, test->mpi_len, scratch, mpi_len))
1771         goto err;
1772
1773     if (!TEST_ptr(bn2 = BN_mpi2bn(scratch, mpi_len, NULL)))
1774         goto err;
1775
1776     if (!TEST_BN_eq(bn, bn2)) {
1777         BN_free(bn2);
1778         goto err;
1779     }
1780     BN_free(bn2);
1781
1782     st = 1;
1783 err:
1784     BN_free(bn);
1785     return st;
1786 }
1787
1788 static int test_rand(void)
1789 {
1790     BIGNUM *bn = NULL;
1791     int st = 0;
1792
1793     if (!TEST_ptr(bn = BN_new()))
1794         return 0;
1795
1796     /* Test BN_rand for degenerate cases with |top| and |bottom| parameters. */
1797     if (!TEST_false(BN_rand(bn, 0, 0 /* top */ , 0 /* bottom */ ))
1798             || !TEST_false(BN_rand(bn, 0, 1 /* top */ , 1 /* bottom */ ))
1799             || !TEST_true(BN_rand(bn, 1, 0 /* top */ , 0 /* bottom */ ))
1800             || !TEST_BN_eq_one(bn)
1801             || !TEST_false(BN_rand(bn, 1, 1 /* top */ , 0 /* bottom */ ))
1802             || !TEST_true(BN_rand(bn, 1, -1 /* top */ , 1 /* bottom */ ))
1803             || !TEST_BN_eq_one(bn)
1804             || !TEST_true(BN_rand(bn, 2, 1 /* top */ , 0 /* bottom */ ))
1805             || !TEST_BN_eq_word(bn, 3))
1806         goto err;
1807
1808     st = 1;
1809 err:
1810     BN_free(bn);
1811     return st;
1812 }
1813
1814 static int test_negzero(void)
1815 {
1816     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *c = NULL, *d = NULL;
1817     BIGNUM *numerator = NULL, *denominator = NULL;
1818     int consttime, st = 0;
1819
1820     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
1821             || !TEST_ptr(b = BN_new())
1822             || !TEST_ptr(c = BN_new())
1823             || !TEST_ptr(d = BN_new()))
1824         goto err;
1825
1826     /* Test that BN_mul never gives negative zero. */
1827     if (!TEST_true(BN_set_word(a, 1)))
1828         goto err;
1829     BN_set_negative(a, 1);
1830     BN_zero(b);
1831     if (!TEST_true(BN_mul(c, a, b, ctx)))
1832         goto err;
1833     if (!TEST_BN_eq_zero(c)
1834             || !TEST_BN_ge_zero(c))
1835         goto err;
1836
1837     for (consttime = 0; consttime < 2; consttime++) {
1838         if (!TEST_ptr(numerator = BN_new())
1839                 || !TEST_ptr(denominator = BN_new()))
1840             goto err;
1841         if (consttime) {
1842             BN_set_flags(numerator, BN_FLG_CONSTTIME);
1843             BN_set_flags(denominator, BN_FLG_CONSTTIME);
1844         }
1845         /* Test that BN_div never gives negative zero in the quotient. */
1846         if (!TEST_true(BN_set_word(numerator, 1))
1847                 || !TEST_true(BN_set_word(denominator, 2)))
1848             goto err;
1849         BN_set_negative(numerator, 1);
1850         if (!TEST_true(BN_div(a, b, numerator, denominator, ctx))
1851                 || !TEST_BN_eq_zero(a)
1852                 || !TEST_BN_ge_zero(a))
1853             goto err;
1854
1855         /* Test that BN_div never gives negative zero in the remainder. */
1856         if (!TEST_true(BN_set_word(denominator, 1))
1857                 || !TEST_true(BN_div(a, b, numerator, denominator, ctx))
1858                 || !TEST_BN_eq_zero(b)
1859                 || !TEST_BN_ge_zero(b))
1860             goto err;
1861         BN_free(numerator);
1862         BN_free(denominator);
1863         numerator = denominator = NULL;
1864     }
1865
1866     /* Test that BN_set_negative will not produce a negative zero. */
1867     BN_zero(a);
1868     BN_set_negative(a, 1);
1869     if (BN_is_negative(a))
1870         goto err;
1871     st = 1;
1872
1873 err:
1874     BN_free(a);
1875     BN_free(b);
1876     BN_free(c);
1877     BN_free(d);
1878     BN_free(numerator);
1879     BN_free(denominator);
1880     return st;
1881 }
1882
1883 static int test_badmod(void)
1884 {
1885     BIGNUM *a = NULL, *b = NULL, *zero = NULL;
1886     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
1887     int st = 0;
1888
1889     if (!TEST_ptr(a = BN_new())
1890             || !TEST_ptr(b = BN_new())
1891             || !TEST_ptr(zero = BN_new())
1892             || !TEST_ptr(mont = BN_MONT_CTX_new()))
1893         goto err;
1894     BN_zero(zero);
1895
1896     if (!TEST_false(BN_div(a, b, BN_value_one(), zero, ctx)))
1897         goto err;
1898     ERR_clear_error();
1899
1900     if (!TEST_false(BN_mod_mul(a, BN_value_one(), BN_value_one(), zero, ctx)))
1901         goto err;
1902     ERR_clear_error();
1903
1904     if (!TEST_false(BN_mod_exp(a, BN_value_one(), BN_value_one(), zero, ctx)))
1905         goto err;
1906     ERR_clear_error();
1907
1908     if (!TEST_false(BN_mod_exp_mont(a, BN_value_one(), BN_value_one(),
1909                                     zero, ctx, NULL)))
1910         goto err;
1911     ERR_clear_error();
1912
1913     if (!TEST_false(BN_mod_exp_mont_consttime(a, BN_value_one(), BN_value_one(),
1914                                              zero, ctx, NULL)))
1915         goto err;
1916     ERR_clear_error();
1917
1918     if (!TEST_false(BN_MONT_CTX_set(mont, zero, ctx)))
1919         goto err;
1920     ERR_clear_error();
1921
1922     /* Some operations also may not be used with an even modulus. */
1923     if (!TEST_true(BN_set_word(b, 16)))
1924         goto err;
1925
1926     if (!TEST_false(BN_MONT_CTX_set(mont, b, ctx)))
1927         goto err;
1928     ERR_clear_error();
1929
1930     if (!TEST_false(BN_mod_exp_mont(a, BN_value_one(), BN_value_one(),
1931                                     b, ctx, NULL)))
1932         goto err;
1933     ERR_clear_error();
1934
1935     if (!TEST_false(BN_mod_exp_mont_consttime(a, BN_value_one(), BN_value_one(),
1936                                   b, ctx, NULL)))
1937         goto err;
1938     ERR_clear_error();
1939
1940     st = 1;
1941 err:
1942     BN_free(a);
1943     BN_free(b);
1944     BN_free(zero);
1945     BN_MONT_CTX_free(mont);
1946     return st;
1947 }
1948
1949 static int test_expmodzero(void)
1950 {
1951     BIGNUM *a = NULL, *r = NULL, *zero = NULL;
1952     int st = 0;
1953
1954     if (!TEST_ptr(zero = BN_new())
1955             || !TEST_ptr(a = BN_new())
1956             || !TEST_ptr(r = BN_new()))
1957         goto err;
1958     BN_zero(zero);
1959
1960     if (!TEST_true(BN_mod_exp(r, a, zero, BN_value_one(), NULL))
1961             || !TEST_BN_eq_zero(r)
1962             || !TEST_true(BN_mod_exp_mont(r, a, zero, BN_value_one(),
1963                                           NULL, NULL))
1964             || !TEST_BN_eq_zero(r)
1965             || !TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(r, a, zero,
1966                                                     BN_value_one(),
1967                                                     NULL, NULL))
1968             || !TEST_BN_eq_zero(r)
1969             || !TEST_true(BN_mod_exp_mont_word(r, 42, zero,
1970                                                BN_value_one(), NULL, NULL))
1971             || !TEST_BN_eq_zero(r))
1972         goto err;
1973
1974     st = 1;
1975 err:
1976     BN_free(zero);
1977     BN_free(a);
1978     BN_free(r);
1979     return st;
1980 }
1981
1982 static int test_smallprime(void)
1983 {
1984     static const int kBits = 10;
1985     BIGNUM *r;
1986     int st = 0;
1987
1988     if (!TEST_ptr(r = BN_new())
1989             || !TEST_true(BN_generate_prime_ex(r, (int)kBits, 0,
1990                                                NULL, NULL, NULL))
1991             || !TEST_int_eq(BN_num_bits(r), kBits))
1992         goto err;
1993
1994     st = 1;
1995 err:
1996     BN_free(r);
1997     return st;
1998 }
1999
2000 static int test_3_is_prime(void)
2001 {
2002     int ret = 0;
2003     BIGNUM *r = NULL;
2004
2005     /*
2006      * For a long time, small primes were not considered prime when
2007      * do_trial_division was set.
2008      */
2009     if (!TEST_ptr(r = BN_new())
2010             || !TEST_true(BN_set_word(r, 3))
2011             || !TEST_int_eq(BN_is_prime_fasttest_ex(r, 3 /* nchecks */, ctx,
2012                                 0 /* do_trial_division */, NULL), 1)
2013             || !TEST_int_eq(BN_is_prime_fasttest_ex(r, 3 /* nchecks */, ctx,
2014                                 1 /* do_trial_division */, NULL), 1))
2015         goto err;
2016
2017     ret = 1;
2018
2019 err:
2020     BN_free(r);
2021     return ret;
2022 }
2023
2024 static int file_test_run(STANZA *s)
2025 {
2026     static const FILETEST filetests[] = {
2027         {"Sum", file_sum},
2028         {"LShift1", file_lshift1},
2029         {"LShift", file_lshift},
2030         {"RShift", file_rshift},
2031         {"Square", file_square},
2032         {"Product", file_product},
2033         {"Quotient", file_quotient},
2034         {"ModMul", file_modmul},
2035         {"ModExp", file_modexp},
2036         {"Exp", file_exp},
2037         {"ModSqrt", file_modsqrt},
2038     };
2039     int numtests = OSSL_NELEM(filetests);
2040     const FILETEST *tp = filetests;
2041
2042     for ( ; --numtests >= 0; tp++) {
2043         if (findattr(s, tp->name) != NULL) {
2044             if (!tp->func(s)) {
2045                 TEST_info("%s:%d: Failed %s test",
2046                           s->test_file, s->start, tp->name);
2047                 return 0;
2048             }
2049             return 1;
2050         }
2051     }
2052     TEST_info("%s:%d: Unknown test", s->test_file, s->start);
2053     return 0;
2054 }
2055
2056 static int run_file_tests(int i)
2057 {
2058     STANZA *s = NULL;
2059     char *testfile = test_get_argument(i);
2060     int c;
2061
2062     if (!TEST_ptr(s = OPENSSL_zalloc(sizeof(*s))))
2063         return 0;
2064     if (!test_start_file(s, testfile)) {
2065         OPENSSL_free(s);
2066         return 0;
2067     }
2068
2069     /* Read test file. */
2070     while (!BIO_eof(s->fp) && test_readstanza(s)) {
2071         if (s->numpairs == 0)
2072             continue;
2073         if (!file_test_run(s))
2074             s->errors++;
2075         s->numtests++;
2076         test_clearstanza(s);
2077     }
2078     test_end_file(s);
2079     c = s->errors;
2080     OPENSSL_free(s);
2081
2082     return c == 0;
2083 }
2084
2085
2086 int setup_tests(void)
2087 {
2088     int n = test_get_argument_count();
2089
2090     if (!TEST_ptr(ctx = BN_CTX_new()))
2091         return 0;
2092
2093     if (n == 0) {
2094         ADD_TEST(test_sub);
2095         ADD_TEST(test_div_recip);
2096         ADD_TEST(test_mod);
2097         ADD_TEST(test_modexp_mont5);
2098         ADD_TEST(test_kronecker);
2099         ADD_TEST(test_rand);
2100         ADD_TEST(test_bn2padded);
2101         ADD_TEST(test_dec2bn);
2102         ADD_TEST(test_hex2bn);
2103         ADD_TEST(test_asc2bn);
2104         ADD_ALL_TESTS(test_mpi, (int)OSSL_NELEM(kMPITests));
2105         ADD_TEST(test_negzero);
2106         ADD_TEST(test_badmod);
2107         ADD_TEST(test_expmodzero);
2108         ADD_TEST(test_smallprime);
2109 #ifndef OPENSSL_NO_EC2M
2110         ADD_TEST(test_gf2m_add);
2111         ADD_TEST(test_gf2m_mod);
2112         ADD_TEST(test_gf2m_mul);
2113         ADD_TEST(test_gf2m_sqr);
2114         ADD_TEST(test_gf2m_modinv);
2115         ADD_TEST(test_gf2m_moddiv);
2116         ADD_TEST(test_gf2m_modexp);
2117         ADD_TEST(test_gf2m_modsqrt);
2118         ADD_TEST(test_gf2m_modsolvequad);
2119 #endif
2120         ADD_TEST(test_3_is_prime);
2121     } else {
2122         ADD_ALL_TESTS(run_file_tests, n);
2123     }
2124     return 1;
2125 }
2126
2127 void cleanup_tests(void)
2128 {
2129     BN_CTX_free(ctx);
2130 }