961ca67ea1f586792186d965539c46fd96914f97
[dragonfly.git] / crypto / openssl-0.9 / crypto / bn / bn_mont.c
1 /* crypto/bn/bn_mont.c */
2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This package is an SSL implementation written
6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
8  * 
9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
15  * 
16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
17  * the code are not to be removed.
18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
19  * as the author of the parts of the library used.
20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
22  * 
23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
24  * modification, are permitted provided that the following conditions
25  * are met:
26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
32  *    must display the following acknowledgement:
33  *    "This product includes cryptographic software written by
34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
36  *    being used are not cryptographic related :-).
37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from 
38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
40  * 
41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
51  * SUCH DAMAGE.
52  * 
53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
55  * copied and put under another distribution licence
56  * [including the GNU Public Licence.]
57  */
58 /* ====================================================================
59  * Copyright (c) 1998-2006 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
60  *
61  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
62  * modification, are permitted provided that the following conditions
63  * are met:
64  *
65  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
66  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer. 
67  *
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
70  *    the documentation and/or other materials provided with the
71  *    distribution.
72  *
73  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
74  *    software must display the following acknowledgment:
75  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
76  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
77  *
78  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
79  *    endorse or promote products derived from this software without
80  *    prior written permission. For written permission, please contact
81  *    openssl-core@openssl.org.
82  *
83  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
84  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
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  *
92  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
93  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
94  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
95  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
96  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
97  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
98  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
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 /*
113  * Details about Montgomery multiplication algorithms can be found at
114  * http://security.ece.orst.edu/publications.html, e.g.
115  * http://security.ece.orst.edu/koc/papers/j37acmon.pdf and
116  * sections 3.8 and 4.2 in http://security.ece.orst.edu/koc/papers/r01rsasw.pdf
117  */
118
119 #include <stdio.h>
120 #include "cryptlib.h"
121 #include "bn_lcl.h"
122
123 #define MONT_WORD /* use the faster word-based algorithm */
124
125 int BN_mod_mul_montgomery(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b,
126                           BN_MONT_CTX *mont, BN_CTX *ctx)
127         {
128         BIGNUM *tmp;
129         int ret=0;
130
131         BN_CTX_start(ctx);
132         tmp = BN_CTX_get(ctx);
133         if (tmp == NULL) goto err;
134
135         bn_check_top(tmp);
136         if (a == b)
137                 {
138                 if (!BN_sqr(tmp,a,ctx)) goto err;
139                 }
140         else
141                 {
142                 if (!BN_mul(tmp,a,b,ctx)) goto err;
143                 }
144         /* reduce from aRR to aR */
145         if (!BN_from_montgomery(r,tmp,mont,ctx)) goto err;
146         bn_check_top(r);
147         ret=1;
148 err:
149         BN_CTX_end(ctx);
150         return(ret);
151         }
152
153 int BN_from_montgomery(BIGNUM *ret, const BIGNUM *a, BN_MONT_CTX *mont,
154              BN_CTX *ctx)
155         {
156         int retn=0;
157
158 #ifdef MONT_WORD
159         BIGNUM *n,*r;
160         BN_ULONG *ap,*np,*rp,n0,v,*nrp;
161         int al,nl,max,i,x,ri;
162
163         BN_CTX_start(ctx);
164         if ((r = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
165
166         if (!BN_copy(r,a)) goto err;
167         n= &(mont->N);
168
169         ap=a->d;
170         /* mont->ri is the size of mont->N in bits (rounded up
171            to the word size) */
172         al=ri=mont->ri/BN_BITS2;
173         
174         nl=n->top;
175         if ((al == 0) || (nl == 0)) { r->top=0; return(1); }
176
177         max=(nl+al+1); /* allow for overflow (no?) XXX */
178         if (bn_wexpand(r,max) == NULL) goto err;
179         if (bn_wexpand(ret,max) == NULL) goto err;
180
181         r->neg=a->neg^n->neg;
182         np=n->d;
183         rp=r->d;
184         nrp= &(r->d[nl]);
185
186         /* clear the top words of T */
187 #if 1
188         for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
189                 r->d[i]=0;
190 #else
191         memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG)); 
192 #endif
193
194         r->top=max;
195         n0=mont->n0;
196
197 #ifdef BN_COUNT
198         fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
199 #endif
200         for (i=0; i<nl; i++)
201                 {
202 #ifdef __TANDEM
203                 {
204                    long long t1;
205                    long long t2;
206                    long long t3;
207                    t1 = rp[0] * (n0 & 0177777);
208                    t2 = 037777600000l;
209                    t2 = n0 & t2;
210                    t3 = rp[0] & 0177777;
211                    t2 = (t3 * t2) & BN_MASK2;
212                    t1 = t1 + t2;
213                    v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(BN_ULONG) t1);
214                 }
215 #else
216                 v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
217 #endif
218                 nrp++;
219                 rp++;
220                 if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
221                         continue;
222                 else
223                         {
224                         if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
225                         if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
226                         for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
227                         }
228                 }
229         bn_correct_top(r);
230         
231         /* mont->ri will be a multiple of the word size */
232 #if 0
233         BN_rshift(ret,r,mont->ri);
234 #else
235         ret->neg = r->neg;
236         x=ri;
237         rp=ret->d;
238         ap= &(r->d[x]);
239         if (r->top < x)
240                 al=0;
241         else
242                 al=r->top-x;
243         ret->top=al;
244         al-=4;
245         for (i=0; i<al; i+=4)
246                 {
247                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
248                 
249                 t1=ap[i+0];
250                 t2=ap[i+1];
251                 t3=ap[i+2];
252                 t4=ap[i+3];
253                 rp[i+0]=t1;
254                 rp[i+1]=t2;
255                 rp[i+2]=t3;
256                 rp[i+3]=t4;
257                 }
258         al+=4;
259         for (; i<al; i++)
260                 rp[i]=ap[i];
261 #endif
262 #else /* !MONT_WORD */ 
263         BIGNUM *t1,*t2;
264
265         BN_CTX_start(ctx);
266         t1 = BN_CTX_get(ctx);
267         t2 = BN_CTX_get(ctx);
268         if (t1 == NULL || t2 == NULL) goto err;
269         
270         if (!BN_copy(t1,a)) goto err;
271         BN_mask_bits(t1,mont->ri);
272
273         if (!BN_mul(t2,t1,&mont->Ni,ctx)) goto err;
274         BN_mask_bits(t2,mont->ri);
275
276         if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
277         if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
278         if (!BN_rshift(ret,t2,mont->ri)) goto err;
279 #endif /* MONT_WORD */
280
281         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
282                 {
283                 if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) goto err;
284                 }
285         retn=1;
286         bn_check_top(ret);
287  err:
288         BN_CTX_end(ctx);
289         return(retn);
290         }
291
292 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new(void)
293         {
294         BN_MONT_CTX *ret;
295
296         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)OPENSSL_malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
297                 return(NULL);
298
299         BN_MONT_CTX_init(ret);
300         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
301         return(ret);
302         }
303
304 void BN_MONT_CTX_init(BN_MONT_CTX *ctx)
305         {
306         ctx->ri=0;
307         BN_init(&(ctx->RR));
308         BN_init(&(ctx->N));
309         BN_init(&(ctx->Ni));
310         ctx->flags=0;
311         }
312
313 void BN_MONT_CTX_free(BN_MONT_CTX *mont)
314         {
315         if(mont == NULL)
316             return;
317
318         BN_free(&(mont->RR));
319         BN_free(&(mont->N));
320         BN_free(&(mont->Ni));
321         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
322                 OPENSSL_free(mont);
323         }
324
325 int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
326         {
327         int ret = 0;
328         BIGNUM *Ri,*R;
329
330         BN_CTX_start(ctx);
331         if((Ri = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
332         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
333         if (!BN_copy(&(mont->N),mod)) goto err;         /* Set N */
334         mont->N.neg = 0;
335
336 #ifdef MONT_WORD
337                 {
338                 BIGNUM tmod;
339                 BN_ULONG buf[2];
340
341                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
342                 BN_zero(R);
343                 if (!(BN_set_bit(R,BN_BITS2))) goto err;        /* R */
344
345                 buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
346                 buf[1]=0;
347                 tmod.d=buf;
348                 tmod.top = buf[0] != 0 ? 1 : 0;
349                 tmod.dmax=2;
350                 tmod.neg=0;
351                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
352                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
353                         goto err;
354                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
355                 if (!BN_is_zero(Ri))
356                         {
357                         if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
358                         }
359                 else /* if N mod word size == 1 */
360                         {
361                         if (!BN_set_word(Ri,BN_MASK2)) goto err;  /* Ri-- (mod word size) */
362                         }
363                 if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
364                 /* Ni = (R*Ri-1)/N,
365                  * keep only least significant word: */
366                 mont->n0 = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
367                 }
368 #else /* !MONT_WORD */
369                 { /* bignum version */
370                 mont->ri=BN_num_bits(&mont->N);
371                 BN_zero(R);
372                 if (!BN_set_bit(R,mont->ri)) goto err;  /* R = 2^ri */
373                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
374                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&mont->N,ctx)) == NULL)
375                         goto err;
376                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,mont->ri)) goto err; /* R*Ri */
377                 if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
378                                                         /* Ni = (R*Ri-1) / N */
379                 if (!BN_div(&(mont->Ni),NULL,Ri,&mont->N,ctx)) goto err;
380                 }
381 #endif
382
383         /* setup RR for conversions */
384         BN_zero(&(mont->RR));
385         if (!BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2)) goto err;
386         if (!BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx)) goto err;
387
388         ret = 1;
389 err:
390         BN_CTX_end(ctx);
391         return ret;
392         }
393
394 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
395         {
396         if (to == from) return(to);
397
398         if (!BN_copy(&(to->RR),&(from->RR))) return NULL;
399         if (!BN_copy(&(to->N),&(from->N))) return NULL;
400         if (!BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni))) return NULL;
401         to->ri=from->ri;
402         to->n0=from->n0;
403         return(to);
404         }
405
406 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_set_locked(BN_MONT_CTX **pmont, int lock,
407                                         const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
408         {
409         int got_write_lock = 0;
410         BN_MONT_CTX *ret;
411
412         CRYPTO_r_lock(lock);
413         if (!*pmont)
414                 {
415                 CRYPTO_r_unlock(lock);
416                 CRYPTO_w_lock(lock);
417                 got_write_lock = 1;
418
419                 if (!*pmont)
420                         {
421                         ret = BN_MONT_CTX_new();
422                         if (ret && !BN_MONT_CTX_set(ret, mod, ctx))
423                                 BN_MONT_CTX_free(ret);
424                         else
425                                 *pmont = ret;
426                         }
427                 }
428         
429         ret = *pmont;
430         
431         if (got_write_lock)
432                 CRYPTO_w_unlock(lock);
433         else
434                 CRYPTO_r_unlock(lock);
435                 
436         return ret;
437         }