crypto/openssl/crypto/bn/bn_lcl.h

   1 /* crypto/bn/bn_lcl.h */
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   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
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  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
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  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
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  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
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  52  *
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  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58 /* ====================================================================
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  75  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
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  81  *    openssl-core@openssl.org.
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  85  *    permission of the OpenSSL Project.
  86  *
  87  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  88  *    acknowledgment:
  89  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  90  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
  91  *
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  95  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
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  99  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
 100  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
 101  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
 102  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
 103  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 104  * ====================================================================
 105  *
 106  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
 107  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
 108  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
 109  *
 110  */
 111
 112 #ifndef HEADER_BN_LCL_H
 113 #define HEADER_BN_LCL_H
 114
 115 #include <openssl/bn.h>
 116
 117 #ifdef  __cplusplus
 118 extern "C" {
 119 #endif
 120
 121
 122 /*
 123  * BN_window_bits_for_exponent_size -- macro for sliding window mod_exp functions
 124  *
 125  *
 126  * For window size 'w' (w >= 2) and a random 'b' bits exponent,
 127  * the number of multiplications is a constant plus on average
 128  *
 129  *    2^(w-1) + (b-w)/(w+1);
 130  *
 131  * here  2^(w-1)  is for precomputing the table (we actually need
 132  * entries only for windows that have the lowest bit set), and
 133  * (b-w)/(w+1)  is an approximation for the expected number of
 134  * w-bit windows, not counting the first one.
 135  *
 136  * Thus we should use
 137  *
 138  *    w >= 6  if        b > 671
 139  *     w = 5  if  671 > b > 239
 140  *     w = 4  if  239 > b >  79
 141  *     w = 3  if   79 > b >  23
 142  *    w <= 2  if   23 > b
 143  *
 144  * (with draws in between).  Very small exponents are often selected
 145  * with low Hamming weight, so we use  w = 1  for b <= 23.
 146  */
 147 #if 1
 148 #define BN_window_bits_for_exponent_size(b) \
 149                 ((b) > 671 ? 6 : \
 150                  (b) > 239 ? 5 : \
 151                  (b) >  79 ? 4 : \
 152                  (b) >  23 ? 3 : 1)
 153 #else
 154 /* Old SSLeay/OpenSSL table.
 155  * Maximum window size was 5, so this table differs for b==1024;
 156  * but it coincides for other interesting values (b==160, b==512).
 157  */
 158 #define BN_window_bits_for_exponent_size(b) \
 159                 ((b) > 255 ? 5 : \
 160                  (b) > 127 ? 4 : \
 161                  (b) >  17 ? 3 : 1)
 162 #endif
 163
 164
 165
 166 /* BN_mod_exp_mont_conttime is based on the assumption that the
 167  * L1 data cache line width of the target processor is at least
 168  * the following value.
 169  */
 170 #define MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH      ( 64 )
 171 #define MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_MASK       (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH - 1)
 172
 173 /* Window sizes optimized for fixed window size modular exponentiation
 174  * algorithm (BN_mod_exp_mont_consttime).
 175  *
 176  * To achieve the security goals of BN_mode_exp_mont_consttime, the
 177  * maximum size of the window must not exceed
 178  * log_2(MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH).
 179  *
 180  * Window size thresholds are defined for cache line sizes of 32 and 64,
 181  * cache line sizes where log_2(32)=5 and log_2(64)=6 respectively. A
 182  * window size of 7 should only be used on processors that have a 128
 183  * byte or greater cache line size.
 184  */
 185 #if MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH == 64
 186
 187 #  define BN_window_bits_for_ctime_exponent_size(b) \
 188                 ((b) > 937 ? 6 : \
 189                  (b) > 306 ? 5 : \
 190                  (b) >  89 ? 4 : \
 191                  (b) >  22 ? 3 : 1)
 192 #  define BN_MAX_WINDOW_BITS_FOR_CTIME_EXPONENT_SIZE    (6)
 193
 194 #elif MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH == 32
 195
 196 #  define BN_window_bits_for_ctime_exponent_size(b) \
 197                 ((b) > 306 ? 5 : \
 198                  (b) >  89 ? 4 : \
 199                  (b) >  22 ? 3 : 1)
 200 #  define BN_MAX_WINDOW_BITS_FOR_CTIME_EXPONENT_SIZE    (5)
 201
 202 #endif
 203
 204
 205 /* Pentium pro 16,16,16,32,64 */
 206 /* Alpha       16,16,16,16.64 */
 207 #define BN_MULL_SIZE_NORMAL                     (16) /* 32 */
 208 #define BN_MUL_RECURSIVE_SIZE_NORMAL            (16) /* 32 less than */
 209 #define BN_SQR_RECURSIVE_SIZE_NORMAL            (16) /* 32 */
 210 #define BN_MUL_LOW_RECURSIVE_SIZE_NORMAL        (32) /* 32 */
 211 #define BN_MONT_CTX_SET_SIZE_WORD               (64) /* 32 */
 212
 213 #if !defined(OPENSSL_NO_ASM) && !defined(OPENSSL_NO_INLINE_ASM) && !defined(PEDANTIC)
 214 /*
 215  * BN_UMULT_HIGH section.
 216  *
 217  * No, I'm not trying to overwhelm you when stating that the
 218  * product of N-bit numbers is 2*N bits wide:-) No, I don't expect
 219  * you to be impressed when I say that if the compiler doesn't
 220  * support 2*N integer type, then you have to replace every N*N
 221  * multiplication with 4 (N/2)*(N/2) accompanied by some shifts
 222  * and additions which unavoidably results in severe performance
 223  * penalties. Of course provided that the hardware is capable of
 224  * producing 2*N result... That's when you normally start
 225  * considering assembler implementation. However! It should be
 226  * pointed out that some CPUs (most notably Alpha, PowerPC and
 227  * upcoming IA-64 family:-) provide *separate* instruction
 228  * calculating the upper half of the product placing the result
 229  * into a general purpose register. Now *if* the compiler supports
 230  * inline assembler, then it's not impossible to implement the
 231  * "bignum" routines (and have the compiler optimize 'em)
 232  * exhibiting "native" performance in C. That's what BN_UMULT_HIGH
 233  * macro is about:-)
 234  *
 235  *                                      <appro@fy.chalmers.se>
 236  */
 237 # if defined(__alpha) && (defined(SIXTY_FOUR_BIT_LONG) || defined(SIXTY_FOUR_BIT))
 238 #  if defined(__DECC)
 239 #   include <c_asm.h>
 240 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   (BN_ULONG)asm("umulh %a0,%a1,%v0",(a),(b))
 241 #  elif defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
 242 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   ({      \
 243         register BN_ULONG ret;          \
 244         asm ("umulh     %1,%2,%0"       \
 245              : "=r"(ret)                \
 246              : "r"(a), "r"(b));         \
 247         ret;                    })
 248 #  endif        /* compiler */
 249 # elif defined(_ARCH_PPC) && defined(__64BIT__) && defined(SIXTY_FOUR_BIT_LONG)
 250 #  if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
 251 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   ({      \
 252         register BN_ULONG ret;          \
 253         asm ("mulhdu    %0,%1,%2"       \
 254              : "=r"(ret)                \
 255              : "r"(a), "r"(b));         \
 256         ret;                    })
 257 #  endif        /* compiler */
 258 # elif (defined(__x86_64) || defined(__x86_64__)) && \
 259        (defined(SIXTY_FOUR_BIT_LONG) || defined(SIXTY_FOUR_BIT))
 260 #  if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
 261 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   ({      \
 262         register BN_ULONG ret,discard;  \
 263         asm ("mulq      %3"             \
 264              : "=a"(discard),"=d"(ret)  \
 265              : "a"(a), "g"(b)           \
 266              : "cc");                   \
 267         ret;                    })
 268 #   define BN_UMULT_LOHI(low,high,a,b)  \
 269         asm ("mulq      %3"             \
 270                 : "=a"(low),"=d"(high)  \
 271                 : "a"(a),"g"(b)         \
 272                 : "cc");
 273 #  endif
 274 # elif (defined(_M_AMD64) || defined(_M_X64)) && defined(SIXTY_FOUR_BIT)
 275 #  if defined(_MSC_VER) && _MSC_VER>=1400
 276     unsigned __int64 __umulh    (unsigned __int64 a,unsigned __int64 b);
 277     unsigned __int64 _umul128   (unsigned __int64 a,unsigned __int64 b,
 278                                  unsigned __int64 *h);
 279 #   pragma intrinsic(__umulh,_umul128)
 280 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)           __umulh((a),(b))
 281 #   define BN_UMULT_LOHI(low,high,a,b)  ((low)=_umul128((a),(b),&(high)))
 282 #  endif
 283 # elif defined(__mips) && (defined(SIXTY_FOUR_BIT) || defined(SIXTY_FOUR_BIT_LONG))
 284 #  if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
 285 #   define BN_UMULT_HIGH(a,b)   ({      \
 286         register BN_ULONG ret;          \
 287         asm ("dmultu    %1,%2"          \
 288              : "=h"(ret)                \
 289              : "r"(a), "r"(b) : "l");   \
 290         ret;                    })
 291 #   define BN_UMULT_LOHI(low,high,a,b)  \
 292         asm ("dmultu    %2,%3"          \
 293              : "=l"(low),"=h"(high)     \
 294              : "r"(a), "r"(b));
 295 #  endif
 296 # endif         /* cpu */
 297 #endif          /* OPENSSL_NO_ASM */
 298
 299 /*************************************************************
 300  * Using the long long type
 301  */
 302 #define Lw(t)    (((BN_ULONG)(t))&BN_MASK2)
 303 #define Hw(t)    (((BN_ULONG)((t)>>BN_BITS2))&BN_MASK2)
 304
 305 #ifdef BN_DEBUG_RAND
 306 #define bn_clear_top2max(a) \
 307         { \
 308         int      ind = (a)->dmax - (a)->top; \
 309         BN_ULONG *ftl = &(a)->d[(a)->top-1]; \
 310         for (; ind != 0; ind--) \
 311                 *(++ftl) = 0x0; \
 312         }
 313 #else
 314 #define bn_clear_top2max(a)
 315 #endif
 316
 317 #ifdef BN_LLONG
 318 #define mul_add(r,a,w,c) { \
 319         BN_ULLONG t; \
 320         t=(BN_ULLONG)w * (a) + (r) + (c); \
 321         (r)= Lw(t); \
 322         (c)= Hw(t); \
 323         }
 324
 325 #define mul(r,a,w,c) { \
 326         BN_ULLONG t; \
 327         t=(BN_ULLONG)w * (a) + (c); \
 328         (r)= Lw(t); \
 329         (c)= Hw(t); \
 330         }
 331
 332 #define sqr(r0,r1,a) { \
 333         BN_ULLONG t; \
 334         t=(BN_ULLONG)(a)*(a); \
 335         (r0)=Lw(t); \
 336         (r1)=Hw(t); \
 337         }
 338
 339 #elif defined(BN_UMULT_LOHI)
 340 #define mul_add(r,a,w,c) {              \
 341         BN_ULONG high,low,ret,tmp=(a);  \
 342         ret =  (r);                     \
 343         BN_UMULT_LOHI(low,high,w,tmp);  \
 344         ret += (c);                     \
 345         (c) =  (ret<(c))?1:0;           \
 346         (c) += high;                    \
 347         ret += low;                     \
 348         (c) += (ret<low)?1:0;           \
 349         (r) =  ret;                     \
 350         }
 351
 352 #define mul(r,a,w,c)    {               \
 353         BN_ULONG high,low,ret,ta=(a);   \
 354         BN_UMULT_LOHI(low,high,w,ta);   \
 355         ret =  low + (c);               \
 356         (c) =  high;                    \
 357         (c) += (ret<low)?1:0;           \
 358         (r) =  ret;                     \
 359         }
 360
 361 #define sqr(r0,r1,a)    {               \
 362         BN_ULONG tmp=(a);               \
 363         BN_UMULT_LOHI(r0,r1,tmp,tmp);   \
 364         }
 365
 366 #elif defined(BN_UMULT_HIGH)
 367 #define mul_add(r,a,w,c) {              \
 368         BN_ULONG high,low,ret,tmp=(a);  \
 369         ret =  (r);                     \
 370         high=  BN_UMULT_HIGH(w,tmp);    \
 371         ret += (c);                     \
 372         low =  (w) * tmp;               \
 373         (c) =  (ret<(c))?1:0;           \
 374         (c) += high;                    \
 375         ret += low;                     \
 376         (c) += (ret<low)?1:0;           \
 377         (r) =  ret;                     \
 378         }
 379
 380 #define mul(r,a,w,c)    {               \
 381         BN_ULONG high,low,ret,ta=(a);   \
 382         low =  (w) * ta;                \
 383         high=  BN_UMULT_HIGH(w,ta);     \
 384         ret =  low + (c);               \
 385         (c) =  high;                    \
 386         (c) += (ret<low)?1:0;           \
 387         (r) =  ret;                     \
 388         }
 389
 390 #define sqr(r0,r1,a)    {               \
 391         BN_ULONG tmp=(a);               \
 392         (r0) = tmp * tmp;               \
 393         (r1) = BN_UMULT_HIGH(tmp,tmp);  \
 394         }
 395
 396 #else
 397 /*************************************************************
 398  * No long long type
 399  */
 400
 401 #define LBITS(a)        ((a)&BN_MASK2l)
 402 #define HBITS(a)        (((a)>>BN_BITS4)&BN_MASK2l)
 403 #define L2HBITS(a)      (((a)<<BN_BITS4)&BN_MASK2)
 404
 405 #define LLBITS(a)       ((a)&BN_MASKl)
 406 #define LHBITS(a)       (((a)>>BN_BITS2)&BN_MASKl)
 407 #define LL2HBITS(a)     ((BN_ULLONG)((a)&BN_MASKl)<<BN_BITS2)
 408
 409 #define mul64(l,h,bl,bh) \
 410         { \
 411         BN_ULONG m,m1,lt,ht; \
 412  \
 413         lt=l; \
 414         ht=h; \
 415         m =(bh)*(lt); \
 416         lt=(bl)*(lt); \
 417         m1=(bl)*(ht); \
 418         ht =(bh)*(ht); \
 419         m=(m+m1)&BN_MASK2; if (m < m1) ht+=L2HBITS((BN_ULONG)1); \
 420         ht+=HBITS(m); \
 421         m1=L2HBITS(m); \
 422         lt=(lt+m1)&BN_MASK2; if (lt < m1) ht++; \
 423         (l)=lt; \
 424         (h)=ht; \
 425         }
 426
 427 #define sqr64(lo,ho,in) \
 428         { \
 429         BN_ULONG l,h,m; \
 430  \
 431         h=(in); \
 432         l=LBITS(h); \
 433         h=HBITS(h); \
 434         m =(l)*(h); \
 435         l*=l; \
 436         h*=h; \
 437         h+=(m&BN_MASK2h1)>>(BN_BITS4-1); \
 438         m =(m&BN_MASK2l)<<(BN_BITS4+1); \
 439         l=(l+m)&BN_MASK2; if (l < m) h++; \
 440         (lo)=l; \
 441         (ho)=h; \
 442         }
 443
 444 #define mul_add(r,a,bl,bh,c) { \
 445         BN_ULONG l,h; \
 446  \
 447         h= (a); \
 448         l=LBITS(h); \
 449         h=HBITS(h); \
 450         mul64(l,h,(bl),(bh)); \
 451  \
 452         /* non-multiply part */ \
 453         l=(l+(c))&BN_MASK2; if (l < (c)) h++; \
 454         (c)=(r); \
 455         l=(l+(c))&BN_MASK2; if (l < (c)) h++; \
 456         (c)=h&BN_MASK2; \
 457         (r)=l; \
 458         }
 459
 460 #define mul(r,a,bl,bh,c) { \
 461         BN_ULONG l,h; \
 462  \
 463         h= (a); \
 464         l=LBITS(h); \
 465         h=HBITS(h); \
 466         mul64(l,h,(bl),(bh)); \
 467  \
 468         /* non-multiply part */ \
 469         l+=(c); if ((l&BN_MASK2) < (c)) h++; \
 470         (c)=h&BN_MASK2; \
 471         (r)=l&BN_MASK2; \
 472         }
 473 #endif /* !BN_LLONG */
 474
 475 #if defined(OPENSSL_DOING_MAKEDEPEND) && defined(OPENSSL_FIPS)
 476 #undef bn_div_words
 477 #endif
 478
 479 void bn_mul_normal(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,int na,BN_ULONG *b,int nb);
 480 void bn_mul_comba8(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b);
 481 void bn_mul_comba4(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b);
 482 void bn_sqr_normal(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, int n, BN_ULONG *tmp);
 483 void bn_sqr_comba8(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a);
 484 void bn_sqr_comba4(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a);
 485 int bn_cmp_words(const BN_ULONG *a,const BN_ULONG *b,int n);
 486 int bn_cmp_part_words(const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
 487         int cl, int dl);
 488 void bn_mul_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,int n2,
 489         int dna,int dnb,BN_ULONG *t);
 490 void bn_mul_part_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,
 491         int n,int tna,int tnb,BN_ULONG *t);
 492 void bn_sqr_recursive(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a, int n2, BN_ULONG *t);
 493 void bn_mul_low_normal(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b, int n);
 494 void bn_mul_low_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,int n2,
 495         BN_ULONG *t);
 496 void bn_mul_high(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,BN_ULONG *l,int n2,
 497         BN_ULONG *t);
 498 BN_ULONG bn_add_part_words(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
 499         int cl, int dl);
 500 BN_ULONG bn_sub_part_words(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
 501         int cl, int dl);
 502 int bn_mul_mont(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp, const BN_ULONG *np,const BN_ULONG *n0, int num);
 503
 504 #ifdef  __cplusplus
 505 }
 506 #endif
 507
 508 #endif