b5d35d10be829f419f0d19212e6888e70da5f485
[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
180         r->neg=a->neg^n->neg;
181         np=n->d;
182         rp=r->d;
183         nrp= &(r->d[nl]);
184
185         /* clear the top words of T */
186 #if 1
187         for (i=r->top; i<max; i++) /* memset? XXX */
188                 r->d[i]=0;
189 #else
190         memset(&(r->d[r->top]),0,(max-r->top)*sizeof(BN_ULONG)); 
191 #endif
192
193         r->top=max;
194         n0=mont->n0;
195
196 #ifdef BN_COUNT
197         fprintf(stderr,"word BN_from_montgomery %d * %d\n",nl,nl);
198 #endif
199         for (i=0; i<nl; i++)
200                 {
201 #ifdef __TANDEM
202                 {
203                    long long t1;
204                    long long t2;
205                    long long t3;
206                    t1 = rp[0] * (n0 & 0177777);
207                    t2 = 037777600000l;
208                    t2 = n0 & t2;
209                    t3 = rp[0] & 0177777;
210                    t2 = (t3 * t2) & BN_MASK2;
211                    t1 = t1 + t2;
212                    v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(BN_ULONG) t1);
213                 }
214 #else
215                 v=bn_mul_add_words(rp,np,nl,(rp[0]*n0)&BN_MASK2);
216 #endif
217                 nrp++;
218                 rp++;
219                 if (((nrp[-1]+=v)&BN_MASK2) >= v)
220                         continue;
221                 else
222                         {
223                         if (((++nrp[0])&BN_MASK2) != 0) continue;
224                         if (((++nrp[1])&BN_MASK2) != 0) continue;
225                         for (x=2; (((++nrp[x])&BN_MASK2) == 0); x++) ;
226                         }
227                 }
228         bn_correct_top(r);
229         
230         /* mont->ri will be a multiple of the word size and below code
231          * is kind of BN_rshift(ret,r,mont->ri) equivalent */
232         if (r->top <= ri)
233                 {
234                 ret->top=0;
235                 retn=1;
236                 goto err;
237                 }
238         al=r->top-ri;
239
240 # define BRANCH_FREE 1
241 # if BRANCH_FREE
242         if (bn_wexpand(ret,ri) == NULL) goto err;
243         x=0-(((al-ri)>>(sizeof(al)*8-1))&1);
244         ret->top=x=(ri&~x)|(al&x);      /* min(ri,al) */
245         ret->neg=r->neg;
246
247         rp=ret->d;
248         ap=&(r->d[ri]);
249
250         {
251         size_t m1,m2;
252
253         v=bn_sub_words(rp,ap,np,ri);
254         /* this ----------------^^ works even in al<ri case
255          * thanks to zealous zeroing of top of the vector in the
256          * beginning. */
257
258         /* if (al==ri && !v) || al>ri) nrp=rp; else nrp=ap; */
259         /* in other words if subtraction result is real, then
260          * trick unconditional memcpy below to perform in-place
261          * "refresh" instead of actual copy. */
262         m1=0-(size_t)(((al-ri)>>(sizeof(al)*8-1))&1);   /* al<ri */
263         m2=0-(size_t)(((ri-al)>>(sizeof(al)*8-1))&1);   /* al>ri */
264         m1|=m2;                 /* (al!=ri) */
265         m1|=(0-(size_t)v);      /* (al!=ri || v) */
266         m1&=~m2;                /* (al!=ri || v) && !al>ri */
267         nrp=(BN_ULONG *)(((size_t)rp&~m1)|((size_t)ap&m1));
268         }
269
270         /* 'i<ri' is chosen to eliminate dependency on input data, even
271          * though it results in redundant copy in al<ri case. */
272         for (i=0,ri-=4; i<ri; i+=4)
273                 {
274                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
275                 
276                 t1=nrp[i+0];
277                 t2=nrp[i+1];
278                 t3=nrp[i+2];    ap[i+0]=0;
279                 t4=nrp[i+3];    ap[i+1]=0;
280                 rp[i+0]=t1;     ap[i+2]=0;
281                 rp[i+1]=t2;     ap[i+3]=0;
282                 rp[i+2]=t3;
283                 rp[i+3]=t4;
284                 }
285         for (ri+=4; i<ri; i++)
286                 rp[i]=nrp[i], ap[i]=0;
287         bn_correct_top(r);
288         bn_correct_top(ret);
289 # else
290         if (bn_wexpand(ret,al) == NULL) goto err;
291         ret->top=al;
292         ret->neg=r->neg;
293
294         rp=ret->d;
295         ap=&(r->d[ri]);
296         al-=4;
297         for (i=0; i<al; i+=4)
298                 {
299                 BN_ULONG t1,t2,t3,t4;
300                 
301                 t1=ap[i+0];
302                 t2=ap[i+1];
303                 t3=ap[i+2];
304                 t4=ap[i+3];
305                 rp[i+0]=t1;
306                 rp[i+1]=t2;
307                 rp[i+2]=t3;
308                 rp[i+3]=t4;
309                 }
310         al+=4;
311         for (; i<al; i++)
312                 rp[i]=ap[i];
313 # endif
314 #else /* !MONT_WORD */ 
315         BIGNUM *t1,*t2;
316
317         BN_CTX_start(ctx);
318         t1 = BN_CTX_get(ctx);
319         t2 = BN_CTX_get(ctx);
320         if (t1 == NULL || t2 == NULL) goto err;
321         
322         if (!BN_copy(t1,a)) goto err;
323         BN_mask_bits(t1,mont->ri);
324
325         if (!BN_mul(t2,t1,&mont->Ni,ctx)) goto err;
326         BN_mask_bits(t2,mont->ri);
327
328         if (!BN_mul(t1,t2,&mont->N,ctx)) goto err;
329         if (!BN_add(t2,a,t1)) goto err;
330         if (!BN_rshift(ret,t2,mont->ri)) goto err;
331 #endif /* MONT_WORD */
332
333 #if !defined(BRANCH_FREE) || BRANCH_FREE==0
334         if (BN_ucmp(ret, &(mont->N)) >= 0)
335                 {
336                 if (!BN_usub(ret,ret,&(mont->N))) goto err;
337                 }
338 #endif
339         retn=1;
340         bn_check_top(ret);
341  err:
342         BN_CTX_end(ctx);
343         return(retn);
344         }
345
346 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_new(void)
347         {
348         BN_MONT_CTX *ret;
349
350         if ((ret=(BN_MONT_CTX *)OPENSSL_malloc(sizeof(BN_MONT_CTX))) == NULL)
351                 return(NULL);
352
353         BN_MONT_CTX_init(ret);
354         ret->flags=BN_FLG_MALLOCED;
355         return(ret);
356         }
357
358 void BN_MONT_CTX_init(BN_MONT_CTX *ctx)
359         {
360         ctx->ri=0;
361         BN_init(&(ctx->RR));
362         BN_init(&(ctx->N));
363         BN_init(&(ctx->Ni));
364         ctx->flags=0;
365         }
366
367 void BN_MONT_CTX_free(BN_MONT_CTX *mont)
368         {
369         if(mont == NULL)
370             return;
371
372         BN_free(&(mont->RR));
373         BN_free(&(mont->N));
374         BN_free(&(mont->Ni));
375         if (mont->flags & BN_FLG_MALLOCED)
376                 OPENSSL_free(mont);
377         }
378
379 int BN_MONT_CTX_set(BN_MONT_CTX *mont, const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
380         {
381         int ret = 0;
382         BIGNUM *Ri,*R;
383
384         BN_CTX_start(ctx);
385         if((Ri = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) goto err;
386         R= &(mont->RR);                                 /* grab RR as a temp */
387         if (!BN_copy(&(mont->N),mod)) goto err;         /* Set N */
388         mont->N.neg = 0;
389
390 #ifdef MONT_WORD
391                 {
392                 BIGNUM tmod;
393                 BN_ULONG buf[2];
394
395                 mont->ri=(BN_num_bits(mod)+(BN_BITS2-1))/BN_BITS2*BN_BITS2;
396                 BN_zero(R);
397                 if (!(BN_set_bit(R,BN_BITS2))) goto err;        /* R */
398
399                 buf[0]=mod->d[0]; /* tmod = N mod word size */
400                 buf[1]=0;
401                 tmod.d=buf;
402                 tmod.top = buf[0] != 0 ? 1 : 0;
403                 tmod.dmax=2;
404                 tmod.neg=0;
405                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
406                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&tmod,ctx)) == NULL)
407                         goto err;
408                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,BN_BITS2)) goto err; /* R*Ri */
409                 if (!BN_is_zero(Ri))
410                         {
411                         if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
412                         }
413                 else /* if N mod word size == 1 */
414                         {
415                         if (!BN_set_word(Ri,BN_MASK2)) goto err;  /* Ri-- (mod word size) */
416                         }
417                 if (!BN_div(Ri,NULL,Ri,&tmod,ctx)) goto err;
418                 /* Ni = (R*Ri-1)/N,
419                  * keep only least significant word: */
420                 mont->n0 = (Ri->top > 0) ? Ri->d[0] : 0;
421                 }
422 #else /* !MONT_WORD */
423                 { /* bignum version */
424                 mont->ri=BN_num_bits(&mont->N);
425                 BN_zero(R);
426                 if (!BN_set_bit(R,mont->ri)) goto err;  /* R = 2^ri */
427                                                         /* Ri = R^-1 mod N*/
428                 if ((BN_mod_inverse(Ri,R,&mont->N,ctx)) == NULL)
429                         goto err;
430                 if (!BN_lshift(Ri,Ri,mont->ri)) goto err; /* R*Ri */
431                 if (!BN_sub_word(Ri,1)) goto err;
432                                                         /* Ni = (R*Ri-1) / N */
433                 if (!BN_div(&(mont->Ni),NULL,Ri,&mont->N,ctx)) goto err;
434                 }
435 #endif
436
437         /* setup RR for conversions */
438         BN_zero(&(mont->RR));
439         if (!BN_set_bit(&(mont->RR),mont->ri*2)) goto err;
440         if (!BN_mod(&(mont->RR),&(mont->RR),&(mont->N),ctx)) goto err;
441
442         ret = 1;
443 err:
444         BN_CTX_end(ctx);
445         return ret;
446         }
447
448 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_copy(BN_MONT_CTX *to, BN_MONT_CTX *from)
449         {
450         if (to == from) return(to);
451
452         if (!BN_copy(&(to->RR),&(from->RR))) return NULL;
453         if (!BN_copy(&(to->N),&(from->N))) return NULL;
454         if (!BN_copy(&(to->Ni),&(from->Ni))) return NULL;
455         to->ri=from->ri;
456         to->n0=from->n0;
457         return(to);
458         }
459
460 BN_MONT_CTX *BN_MONT_CTX_set_locked(BN_MONT_CTX **pmont, int lock,
461                                         const BIGNUM *mod, BN_CTX *ctx)
462         {
463         int got_write_lock = 0;
464         BN_MONT_CTX *ret;
465
466         CRYPTO_r_lock(lock);
467         if (!*pmont)
468                 {
469                 CRYPTO_r_unlock(lock);
470                 CRYPTO_w_lock(lock);
471                 got_write_lock = 1;
472
473                 if (!*pmont)
474                         {
475                         ret = BN_MONT_CTX_new();
476                         if (ret && !BN_MONT_CTX_set(ret, mod, ctx))
477                                 BN_MONT_CTX_free(ret);
478                         else
479                                 *pmont = ret;
480                         }
481                 }
482         
483         ret = *pmont;
484         
485         if (got_write_lock)
486                 CRYPTO_w_unlock(lock);
487         else
488                 CRYPTO_r_unlock(lock);
489                 
490         return ret;
491         }