Import OpenSSL-1.0.1d.
[dragonfly.git] / crypto / openssl / crypto / bn / bn_lcl.h
1 /* crypto/bn/bn_lcl.h */
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
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29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
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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)"
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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
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43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
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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
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56  * [including the GNU Public Licence.]
57  */
58 /* ====================================================================
59  * Copyright (c) 1998-2000 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
60  *
61  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
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70  *    the documentation and/or other materials provided with the
71  *    distribution.
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73  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
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75  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
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81  *    openssl-core@openssl.org.
82  *
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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
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97  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
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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 #   if __GNUC__>=4 && __GNUC_MINOR__>=4 /* "h" constraint is no more since 4.4 */
286 #     define BN_UMULT_HIGH(a,b)          (((__uint128_t)(a)*(b))>>64)
287 #     define BN_UMULT_LOHI(low,high,a,b) ({     \
288         __uint128_t ret=(__uint128_t)(a)*(b);   \
289         (high)=ret>>64; (low)=ret;       })
290 #   else
291 #     define BN_UMULT_HIGH(a,b) ({      \
292         register BN_ULONG ret;          \
293         asm ("dmultu    %1,%2"          \
294              : "=h"(ret)                \
295              : "r"(a), "r"(b) : "l");   \
296         ret;                    })
297 #     define BN_UMULT_LOHI(low,high,a,b)\
298         asm ("dmultu    %2,%3"          \
299              : "=l"(low),"=h"(high)     \
300              : "r"(a), "r"(b));
301 #    endif
302 #  endif
303 # endif         /* cpu */
304 #endif          /* OPENSSL_NO_ASM */
305
306 /*************************************************************
307  * Using the long long type
308  */
309 #define Lw(t)    (((BN_ULONG)(t))&BN_MASK2)
310 #define Hw(t)    (((BN_ULONG)((t)>>BN_BITS2))&BN_MASK2)
311
312 #ifdef BN_DEBUG_RAND
313 #define bn_clear_top2max(a) \
314         { \
315         int      ind = (a)->dmax - (a)->top; \
316         BN_ULONG *ftl = &(a)->d[(a)->top-1]; \
317         for (; ind != 0; ind--) \
318                 *(++ftl) = 0x0; \
319         }
320 #else
321 #define bn_clear_top2max(a)
322 #endif
323
324 #ifdef BN_LLONG
325 #define mul_add(r,a,w,c) { \
326         BN_ULLONG t; \
327         t=(BN_ULLONG)w * (a) + (r) + (c); \
328         (r)= Lw(t); \
329         (c)= Hw(t); \
330         }
331
332 #define mul(r,a,w,c) { \
333         BN_ULLONG t; \
334         t=(BN_ULLONG)w * (a) + (c); \
335         (r)= Lw(t); \
336         (c)= Hw(t); \
337         }
338
339 #define sqr(r0,r1,a) { \
340         BN_ULLONG t; \
341         t=(BN_ULLONG)(a)*(a); \
342         (r0)=Lw(t); \
343         (r1)=Hw(t); \
344         }
345
346 #elif defined(BN_UMULT_LOHI)
347 #define mul_add(r,a,w,c) {              \
348         BN_ULONG high,low,ret,tmp=(a);  \
349         ret =  (r);                     \
350         BN_UMULT_LOHI(low,high,w,tmp);  \
351         ret += (c);                     \
352         (c) =  (ret<(c))?1:0;           \
353         (c) += high;                    \
354         ret += low;                     \
355         (c) += (ret<low)?1:0;           \
356         (r) =  ret;                     \
357         }
358
359 #define mul(r,a,w,c)    {               \
360         BN_ULONG high,low,ret,ta=(a);   \
361         BN_UMULT_LOHI(low,high,w,ta);   \
362         ret =  low + (c);               \
363         (c) =  high;                    \
364         (c) += (ret<low)?1:0;           \
365         (r) =  ret;                     \
366         }
367
368 #define sqr(r0,r1,a)    {               \
369         BN_ULONG tmp=(a);               \
370         BN_UMULT_LOHI(r0,r1,tmp,tmp);   \
371         }
372
373 #elif defined(BN_UMULT_HIGH)
374 #define mul_add(r,a,w,c) {              \
375         BN_ULONG high,low,ret,tmp=(a);  \
376         ret =  (r);                     \
377         high=  BN_UMULT_HIGH(w,tmp);    \
378         ret += (c);                     \
379         low =  (w) * tmp;               \
380         (c) =  (ret<(c))?1:0;           \
381         (c) += high;                    \
382         ret += low;                     \
383         (c) += (ret<low)?1:0;           \
384         (r) =  ret;                     \
385         }
386
387 #define mul(r,a,w,c)    {               \
388         BN_ULONG high,low,ret,ta=(a);   \
389         low =  (w) * ta;                \
390         high=  BN_UMULT_HIGH(w,ta);     \
391         ret =  low + (c);               \
392         (c) =  high;                    \
393         (c) += (ret<low)?1:0;           \
394         (r) =  ret;                     \
395         }
396
397 #define sqr(r0,r1,a)    {               \
398         BN_ULONG tmp=(a);               \
399         (r0) = tmp * tmp;               \
400         (r1) = BN_UMULT_HIGH(tmp,tmp);  \
401         }
402
403 #else
404 /*************************************************************
405  * No long long type
406  */
407
408 #define LBITS(a)        ((a)&BN_MASK2l)
409 #define HBITS(a)        (((a)>>BN_BITS4)&BN_MASK2l)
410 #define L2HBITS(a)      (((a)<<BN_BITS4)&BN_MASK2)
411
412 #define LLBITS(a)       ((a)&BN_MASKl)
413 #define LHBITS(a)       (((a)>>BN_BITS2)&BN_MASKl)
414 #define LL2HBITS(a)     ((BN_ULLONG)((a)&BN_MASKl)<<BN_BITS2)
415
416 #define mul64(l,h,bl,bh) \
417         { \
418         BN_ULONG m,m1,lt,ht; \
419  \
420         lt=l; \
421         ht=h; \
422         m =(bh)*(lt); \
423         lt=(bl)*(lt); \
424         m1=(bl)*(ht); \
425         ht =(bh)*(ht); \
426         m=(m+m1)&BN_MASK2; if (m < m1) ht+=L2HBITS((BN_ULONG)1); \
427         ht+=HBITS(m); \
428         m1=L2HBITS(m); \
429         lt=(lt+m1)&BN_MASK2; if (lt < m1) ht++; \
430         (l)=lt; \
431         (h)=ht; \
432         }
433
434 #define sqr64(lo,ho,in) \
435         { \
436         BN_ULONG l,h,m; \
437  \
438         h=(in); \
439         l=LBITS(h); \
440         h=HBITS(h); \
441         m =(l)*(h); \
442         l*=l; \
443         h*=h; \
444         h+=(m&BN_MASK2h1)>>(BN_BITS4-1); \
445         m =(m&BN_MASK2l)<<(BN_BITS4+1); \
446         l=(l+m)&BN_MASK2; if (l < m) h++; \
447         (lo)=l; \
448         (ho)=h; \
449         }
450
451 #define mul_add(r,a,bl,bh,c) { \
452         BN_ULONG l,h; \
453  \
454         h= (a); \
455         l=LBITS(h); \
456         h=HBITS(h); \
457         mul64(l,h,(bl),(bh)); \
458  \
459         /* non-multiply part */ \
460         l=(l+(c))&BN_MASK2; if (l < (c)) h++; \
461         (c)=(r); \
462         l=(l+(c))&BN_MASK2; if (l < (c)) h++; \
463         (c)=h&BN_MASK2; \
464         (r)=l; \
465         }
466
467 #define mul(r,a,bl,bh,c) { \
468         BN_ULONG l,h; \
469  \
470         h= (a); \
471         l=LBITS(h); \
472         h=HBITS(h); \
473         mul64(l,h,(bl),(bh)); \
474  \
475         /* non-multiply part */ \
476         l+=(c); if ((l&BN_MASK2) < (c)) h++; \
477         (c)=h&BN_MASK2; \
478         (r)=l&BN_MASK2; \
479         }
480 #endif /* !BN_LLONG */
481
482 #if defined(OPENSSL_DOING_MAKEDEPEND) && defined(OPENSSL_FIPS)
483 #undef bn_div_words
484 #endif
485
486 void bn_mul_normal(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,int na,BN_ULONG *b,int nb);
487 void bn_mul_comba8(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b);
488 void bn_mul_comba4(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b);
489 void bn_sqr_normal(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, int n, BN_ULONG *tmp);
490 void bn_sqr_comba8(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a);
491 void bn_sqr_comba4(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a);
492 int bn_cmp_words(const BN_ULONG *a,const BN_ULONG *b,int n);
493 int bn_cmp_part_words(const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
494         int cl, int dl);
495 void bn_mul_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,int n2,
496         int dna,int dnb,BN_ULONG *t);
497 void bn_mul_part_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,
498         int n,int tna,int tnb,BN_ULONG *t);
499 void bn_sqr_recursive(BN_ULONG *r,const BN_ULONG *a, int n2, BN_ULONG *t);
500 void bn_mul_low_normal(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b, int n);
501 void bn_mul_low_recursive(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,int n2,
502         BN_ULONG *t);
503 void bn_mul_high(BN_ULONG *r,BN_ULONG *a,BN_ULONG *b,BN_ULONG *l,int n2,
504         BN_ULONG *t);
505 BN_ULONG bn_add_part_words(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
506         int cl, int dl);
507 BN_ULONG bn_sub_part_words(BN_ULONG *r, const BN_ULONG *a, const BN_ULONG *b,
508         int cl, int dl);
509 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);
510
511 #ifdef  __cplusplus
512 }
513 #endif
514
515 #endif