d0_bignum-openssl.c

   1 /*
   2  * FILE:        d0_bignum-openssl.c
   3  * AUTHOR:      Rudolf Polzer - divVerent@xonotic.org
   4  *
   5  * Copyright (c) 2010, Rudolf Polzer
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. Neither the name of the copyright holder nor the names of contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTOR(S) ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTOR(S) BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  * $Format:commit %H$
  33  * $Id$
  34  */
  35
  36 /* NOTE: this file links against openssl (http://www.openssl.org), which is
  37  * under the OpenSSL License. You may have to abide to its terms too if you use
  38  * this file.
  39  * To alternatively link to GMP, provide the option --without-openssl to
  40  * ./configure.
  41  */
  42
  43 #include "d0_bignum.h"
  44
  45 #include <assert.h>
  46 #include <string.h>
  47 #include <openssl/bn.h>
  48
  49 struct d0_bignum_s
  50 {
  51         BIGNUM z;
  52 };
  53
  54 static d0_bignum_t temp;
  55 static BN_CTX *ctx;
  56
  57 #include <time.h>
  58 #include <stdio.h>
  59
  60 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_bignum_INITIALIZE(void)
  61 {
  62         ctx = BN_CTX_new();
  63         d0_bignum_init(&temp);
  64         return 1;
  65 }
  66
  67 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  68 {
  69         d0_bignum_clear(&temp);
  70         BN_CTX_free(ctx);
  71         ctx = NULL;
  72 }
  73
  74 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  75 {
  76         static unsigned char numbuf[65536];
  77         size_t count = 0;
  78         numbuf[0] = BN_is_zero(&bignum->z) ? 0 : BN_is_negative(&bignum->z) ? 3 : 1;
  79         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  80         {
  81                 count = BN_num_bytes(&bignum->z);
  82                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  83                         return 0;
  84                 BN_bn2bin(&bignum->z, numbuf+1);
  85         }
  86         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  87 }
  88
  89 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
  90 {
  91         static unsigned char numbuf[65536];
  92         size_t count = sizeof(numbuf);
  93         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
  94                 return NULL;
  95         if(count < 1)
  96                 return NULL;
  97         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
  98         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
  99         {
 100                 BN_bin2bn(numbuf+1, count-1, &bignum->z);
 101                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 102                         BN_set_negative(&bignum->z, 1);
 103         }
 104         else // zero
 105         {
 106                 BN_zero(&bignum->z);
 107         }
 108         return bignum;
 109 }
 110
 111 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 112 {
 113         size_t count;
 114         count = BN_num_bytes(&bignum->z);
 115         if(count > bufsize)
 116                 return -1;
 117         if(bufsize > count)
 118         {
 119                 // pad from left (big endian numbers!)
 120                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 121                 buf += bufsize - count;
 122         }
 123         BN_bn2bin(&bignum->z, buf);
 124         return bufsize;
 125 }
 126
 127 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 128 {
 129         size_t count;
 130         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 131         BN_bin2bn(buf, bufsize, &bignum->z);
 132         return bignum;
 133 }
 134
 135 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 136 {
 137         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 138         BN_init(&b->z);
 139         return b;
 140 }
 141
 142 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 143 {
 144         BN_free(&a->z);
 145         d0_free(a);
 146 }
 147
 148 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 149 {
 150         BN_init(&b->z);
 151 }
 152
 153 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 154 {
 155         BN_free(&a->z);
 156 }
 157
 158 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 159 {
 160         return BN_num_bits(&r->z);
 161 }
 162
 163 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 164 {
 165         return BN_cmp(&a->z, &b->z);
 166 }
 167
 168 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 169 {
 170         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 171         BN_sub(&temp.z, &max->z, &min->z);
 172         BN_rand_range(&r->z, &temp.z);
 173         BN_add(&r->z, &r->z, &min->z);
 174         return r;
 175 }
 176
 177 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 178 {
 179         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 180         BN_rand(&r->z, n, -1, 0);
 181         return r;
 182 }
 183
 184 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 185 {
 186         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 187         BN_rand(&r->z, n, 0, 0);
 188         return r;
 189 }
 190
 191 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 192 {
 193         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 194         BN_zero(&r->z);
 195         return r;
 196 }
 197
 198 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 199 {
 200         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 201         BN_one(&r->z);
 202         return r;
 203 }
 204
 205 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 206 {
 207         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 208         BN_set_word(&r->z, n);
 209         return r;
 210 }
 211
 212 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 213 {
 214         if(r == a)
 215                 return r; // trivial
 216         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 217         BN_copy(&r->z, &a->z);
 218         return r;
 219 }
 220
 221 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 222 {
 223         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 224         if(r != a)
 225                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 226         BN_set_negative(&r->z, !BN_is_negative(&r->z));
 227         return r;
 228 }
 229
 230 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 231 {
 232         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 233         if(n > 0)
 234                 BN_lshift(&r->z, &a->z, n);
 235         else if(n < 0)
 236                 BN_rshift(&r->z, &a->z, -n);
 237         else if(r != a)
 238                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 239         return r;
 240 }
 241
 242 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 243 {
 244         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 245         BN_add(&r->z, &a->z, &b->z);
 246         return r;
 247 }
 248
 249 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 250 {
 251         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 252         BN_sub(&r->z, &a->z, &b->z);
 253         return r;
 254 }
 255
 256 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 257 {
 258         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 259         BN_mul(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 260         return r;
 261 }
 262
 263 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 264 {
 265         if(!q && !m)
 266                 m = d0_bignum_new();
 267         if(q)
 268         {
 269                 if(m)
 270                         BN_div(&q->z, &m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 271                 else
 272                         BN_div(&q->z, NULL, &a->z, &b->z, ctx);
 273                 assert(!"I know this code is broken (rounds towards zero), need handle negative correctly");
 274         }
 275         else
 276                 BN_nnmod(&m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 277         if(m)
 278                 return m;
 279         else
 280                 return q;
 281 }
 282
 283 d0_bignum_t *d0_bignum_mod_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b, const d0_bignum_t *m)
 284 {
 285         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 286         BN_mod_add(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 287         return r;
 288 }
 289
 290 d0_bignum_t *d0_bignum_mod_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b, const d0_bignum_t *m)
 291 {
 292         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 293         BN_mod_mul(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 294         return r;
 295 }
 296
 297 d0_bignum_t *d0_bignum_mod_pow(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b, const d0_bignum_t *m)
 298 {
 299         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 300         BN_mod_exp(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 301         return r;
 302 }
 303
 304 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 305 {
 306         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 307         return !!BN_mod_inverse(&r->z, &a->z, &m->z, ctx);
 308 }
 309
 310 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 311 {
 312         if(param <= 0)
 313                 return BN_is_prime_fasttest(&r->z, 1, NULL, ctx, NULL, 1);
 314         else
 315                 return BN_is_prime(&r->z, param, NULL, ctx, NULL);
 316 }
 317
 318 d0_bignum_t *d0_bignum_gcd(d0_bignum_t *r, d0_bignum_t *s, d0_bignum_t *t, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 319 {
 320         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 321         if(s)
 322                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 323         else if(t)
 324                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 325         else
 326                 BN_gcd(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 327         return r;
 328 }
 329
 330 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 331 {
 332         if(base == 10)
 333                 return BN_bn2dec(&x->z);
 334         else if(base == 16)
 335                 return BN_bn2hex(&x->z);
 336         else
 337                 assert(!"Other bases not implemented");
 338 }