d0_bignum-gmp.c

   1 /*
   2 Blind-ID library for user identification using RSA blind signatures
   3 Copyright (C) 2010  Rudolf Polzer
   4
   5 This library is free software; you can redistribute it and/or
   6 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   7 License as published by the Free Software Foundation; either
   8 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
   9
  10 This library is distributed in the hope that it will be useful,
  11 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13 Lesser General Public License for more details.
  14
  15 You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  16 License along with this library; if not, write to the Free Software
  17 Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  18 */
  19
  20 #ifdef WIN32
  21 #include <windows.h>
  22 #include <wincrypt.h>
  23 #endif
  24
  25 #include "d0_bignum.h"
  26
  27 #include <gmp.h>
  28 #include <string.h>
  29 #include <stdlib.h>
  30
  31 struct d0_bignum_s
  32 {
  33         mpz_t z;
  34 };
  35
  36 static gmp_randstate_t RANDSTATE;
  37 static d0_bignum_t temp;
  38
  39 #include <time.h>
  40 #include <stdio.h>
  41
  42 void d0_bignum_INITIALIZE(void)
  43 {
  44         FILE *f;
  45         unsigned char buf[256];
  46         d0_bignum_init(&temp);
  47         gmp_randinit_mt(RANDSTATE);
  48         gmp_randseed_ui(RANDSTATE, time(NULL));
  49         * (time_t *) (&buf[0]) = time(0); // if everything else fails, we use the current time + uninitialized data
  50 #ifdef WIN32
  51         {
  52                 HCRYPTPROV hCryptProv;
  53                 if(CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT))
  54                 {
  55                         if(!CryptGenRandom(hCryptProv, sizeof(buf), (PBYTE) &buf[0]))
  56                                 fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptGenRandom failed)\n");
  57                         CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  58                 }
  59                 else
  60                 {
  61                         if(CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT | CRYPT_NEWKEYSET))
  62                         {
  63                                 if(!CryptGenRandom(hCryptProv, sizeof(buf), (PBYTE) &buf[0]))
  64                                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptGenRandom failed)\n");
  65                                 CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  66                         }
  67                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptAcquireContext failed)\n");
  68                 }
  69         }
  70 #else
  71         f = fopen("/dev/urandom", "rb");
  72         if(!f)
  73                 f = fopen("/dev/random", "rb");
  74         if(f)
  75         {
  76                 setbuf(f, NULL);
  77                 if(fread(buf, sizeof(buf), 1, f) != 1)
  78                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (read from random device failed)\n");
  79                 fclose(f);
  80         }
  81         else
  82                 fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (no random device found)\n");
  83 #endif
  84
  85         mpz_import(temp.z, sizeof(buf), 1, 1, 0, 0, buf);
  86         gmp_randseed(RANDSTATE, temp.z);
  87 }
  88
  89 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  90 {
  91         d0_bignum_clear(&temp);
  92         gmp_randclear(RANDSTATE);
  93 }
  94
  95 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  96 {
  97         static unsigned char numbuf[65536];
  98         size_t count = 0;
  99         numbuf[0] = mpz_sgn(bignum->z) & 3;
 100         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
 101         {
 102                 count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
 103                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
 104                         return 0;
 105                 mpz_export(numbuf+1, &count, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
 106         }
 107         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
 108 }
 109
 110 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
 111 {
 112         static unsigned char numbuf[65536];
 113         size_t count = sizeof(numbuf);
 114         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
 115                 return NULL;
 116         if(count < 1)
 117                 return NULL;
 118         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 119         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
 120         {
 121                 mpz_import(bignum->z, count-1, 1, 1, 0, 0, numbuf+1);
 122                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 123                         mpz_neg(bignum->z, bignum->z);
 124         }
 125         else // zero
 126         {
 127                 mpz_set_ui(bignum->z, 0);
 128         }
 129         return bignum;
 130 }
 131
 132 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 133 {
 134         size_t count;
 135         count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
 136         if(count > bufsize)
 137                 return -1;
 138         if(bufsize > count)
 139         {
 140                 // pad from left (big endian numbers!)
 141                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 142                 buf += bufsize - count;
 143         }
 144         bufsize = count;
 145         mpz_export(buf, &bufsize, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
 146         if(bufsize > count)
 147         {
 148                 // REALLY BAD
 149                 // mpz_sizeinbase lied to us
 150                 // buffer overflow
 151                 // there is no sane way whatsoever to handle this
 152                 abort();
 153         }
 154         if(bufsize < count)
 155         {
 156                 // BAD
 157                 // mpz_sizeinbase lied to us
 158                 // move the number
 159                 if(bufsize == 0)
 160                 {
 161                         memset(buf, 0, count);
 162                 }
 163                 else
 164                 {
 165                         memmove(buf + count - bufsize, buf, bufsize);
 166                         memset(buf, 0, count - bufsize);
 167                 }
 168         }
 169         return bufsize;
 170 }
 171
 172 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 173 {
 174         size_t count;
 175         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 176         mpz_import(bignum->z, bufsize, 1, 1, 0, 0, buf);
 177         return bignum;
 178 }
 179
 180 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 181 {
 182         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 183         mpz_init(b->z);
 184         return b;
 185 }
 186
 187 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 188 {
 189         mpz_clear(a->z);
 190         d0_free(a);
 191 }
 192
 193 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 194 {
 195         mpz_init(b->z);
 196 }
 197
 198 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 199 {
 200         mpz_clear(a->z);
 201 }
 202
 203 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 204 {
 205         return mpz_sizeinbase(r->z, 2);
 206 }
 207
 208 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 209 {
 210         return mpz_cmp(a->z, b->z);
 211 }
 212
 213 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 214 {
 215         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 216         mpz_sub(temp.z, max->z, min->z);
 217         mpz_urandomm(r->z, RANDSTATE, temp.z);
 218         mpz_add(r->z, r->z, min->z);
 219         return r;
 220 }
 221
 222 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 223 {
 224         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 225         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n);
 226         return r;
 227 }
 228
 229 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 230 {
 231         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 232         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n-1);
 233         mpz_setbit(r->z, n-1);
 234         return r;
 235 }
 236
 237 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 238 {
 239         return d0_bignum_int(r, 0);
 240 }
 241
 242 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 243 {
 244         return d0_bignum_int(r, 1);
 245 }
 246
 247 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 248 {
 249         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 250         mpz_set_si(r->z, n);
 251         return r;
 252 }
 253
 254 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 255 {
 256         if(r == a)
 257                 return r; // trivial
 258         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 259         mpz_set(r->z, a->z);
 260         return r;
 261 }
 262
 263 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 264 {
 265         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 266         mpz_neg(r->z, a->z);
 267         return r;
 268 }
 269
 270 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 271 {
 272         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 273         if(n > 0)
 274                 mpz_mul_2exp(r->z, a->z, n);
 275         else if(n < 0)
 276                 mpz_fdiv_q_2exp(r->z, a->z, -n);
 277         else
 278                 mpz_set(r->z, a->z);
 279         return r;
 280 }
 281
 282 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 283 {
 284         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 285         mpz_add(r->z, a->z, b->z);
 286         return r;
 287 }
 288
 289 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 290 {
 291         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 292         mpz_sub(r->z, a->z, b->z);
 293         return r;
 294 }
 295
 296 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 297 {
 298         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 299         mpz_mul(r->z, a->z, b->z);
 300         return r;
 301 }
 302
 303 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 304 {
 305         if(!q && !m)
 306                 m = d0_bignum_new();
 307         if(q)
 308                 if(m)
 309                         mpz_fdiv_qr(q->z, m->z, a->z, b->z);
 310                 else
 311                         mpz_fdiv_q(q->z, a->z, b->z);
 312         else
 313                 mpz_fdiv_r(m->z, a->z, b->z);
 314         if(m)
 315                 return m;
 316         else
 317                 return q;
 318 }
 319
 320 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)
 321 {
 322         r = d0_bignum_add(r, a, b);
 323         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 324         return r;
 325 }
 326
 327 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)
 328 {
 329         r = d0_bignum_mul(r, a, b);
 330         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 331         return r;
 332 }
 333
 334 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)
 335 {
 336         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 337         mpz_powm(r->z, a->z, b->z, m->z);
 338         return r;
 339 }
 340
 341 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 342 {
 343         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 344         return mpz_invert(r->z, a->z, m->z);
 345 }
 346
 347 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 348 {
 349         return mpz_probab_prime_p(r->z, param);
 350 }
 351
 352 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)
 353 {
 354         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 355         if(s)
 356                 mpz_gcdext(r->z, s->z, t ? t->z : NULL, a->z, b->z);
 357         else if(t)
 358                 mpz_gcdext(r->z, t->z, NULL, b->z, a->z);
 359         else
 360                 mpz_gcd(r->z, a->z, b->z);
 361         return r;
 362 }
 363
 364 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 365 {
 366         return mpz_get_str(NULL, base, x->z);
 367 }