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                 }
  58                 else
  59                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptAcquireContext failed)\n");
  60         }
  61 #else
  62         f = fopen("/dev/urandom", "rb");
  63         if(!f)
  64                 f = fopen("/dev/random", "rb");
  65         if(f)
  66         {
  67                 setbuf(f, NULL);
  68                 if(fread(buf, sizeof(buf), 1, f) != 1)
  69                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (read from random device failed)\n");
  70                 fclose(f);
  71         }
  72         else
  73                 fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (no random device found)\n");
  74 #endif
  75
  76         mpz_import(temp.z, sizeof(buf), 1, 1, 0, 0, buf);
  77         gmp_randseed(RANDSTATE, temp.z);
  78 }
  79
  80 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  81 {
  82         d0_bignum_clear(&temp);
  83         gmp_randclear(RANDSTATE);
  84 }
  85
  86 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  87 {
  88         static unsigned char numbuf[65536];
  89         size_t count = 0;
  90         numbuf[0] = mpz_sgn(bignum->z) & 3;
  91         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  92         {
  93                 count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
  94                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  95                         return 0;
  96                 mpz_export(numbuf+1, &count, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
  97         }
  98         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  99 }
 100
 101 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
 102 {
 103         static unsigned char numbuf[65536];
 104         size_t count = sizeof(numbuf);
 105         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
 106                 return NULL;
 107         if(count < 1)
 108                 return NULL;
 109         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 110         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
 111         {
 112                 mpz_import(bignum->z, count-1, 1, 1, 0, 0, numbuf+1);
 113                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 114                         mpz_neg(bignum->z, bignum->z);
 115         }
 116         else // zero
 117         {
 118                 mpz_set_ui(bignum->z, 0);
 119         }
 120         return bignum;
 121 }
 122
 123 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 124 {
 125         size_t count;
 126         count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
 127         if(count > bufsize)
 128                 return -1;
 129         if(bufsize > count)
 130         {
 131                 // pad from left (big endian numbers!)
 132                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 133                 buf += bufsize - count;
 134         }
 135         bufsize = count;
 136         mpz_export(buf, &bufsize, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
 137         if(bufsize > count)
 138         {
 139                 // REALLY BAD
 140                 // mpz_sizeinbase lied to us
 141                 // buffer overflow
 142                 // there is no sane way whatsoever to handle this
 143                 abort();
 144         }
 145         if(bufsize < count)
 146         {
 147                 // BAD
 148                 // mpz_sizeinbase lied to us
 149                 // move the number
 150                 if(bufsize == 0)
 151                 {
 152                         memset(buf, 0, count);
 153                 }
 154                 else
 155                 {
 156                         memmove(buf + count - bufsize, buf, bufsize);
 157                         memset(buf, 0, count - bufsize);
 158                 }
 159         }
 160         return bufsize;
 161 }
 162
 163 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 164 {
 165         size_t count;
 166         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 167         mpz_import(bignum->z, bufsize, 1, 1, 0, 0, buf);
 168         return bignum;
 169 }
 170
 171 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 172 {
 173         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 174         mpz_init(b->z);
 175         return b;
 176 }
 177
 178 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 179 {
 180         mpz_clear(a->z);
 181         d0_free(a);
 182 }
 183
 184 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 185 {
 186         mpz_init(b->z);
 187 }
 188
 189 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 190 {
 191         mpz_clear(a->z);
 192 }
 193
 194 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 195 {
 196         return mpz_sizeinbase(r->z, 2);
 197 }
 198
 199 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 200 {
 201         return mpz_cmp(a->z, b->z);
 202 }
 203
 204 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 205 {
 206         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 207         mpz_sub(temp.z, max->z, min->z);
 208         mpz_urandomm(r->z, RANDSTATE, temp.z);
 209         mpz_add(r->z, r->z, min->z);
 210         return r;
 211 }
 212
 213 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 214 {
 215         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 216         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n);
 217         return r;
 218 }
 219
 220 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 221 {
 222         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 223         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n-1);
 224         mpz_setbit(r->z, n-1);
 225         return r;
 226 }
 227
 228 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 229 {
 230         return d0_bignum_int(r, 0);
 231 }
 232
 233 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 234 {
 235         return d0_bignum_int(r, 1);
 236 }
 237
 238 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 239 {
 240         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 241         mpz_set_si(r->z, n);
 242         return r;
 243 }
 244
 245 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 246 {
 247         if(r == a)
 248                 return r; // trivial
 249         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 250         mpz_set(r->z, a->z);
 251         return r;
 252 }
 253
 254 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 255 {
 256         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 257         mpz_neg(r->z, a->z);
 258         return r;
 259 }
 260
 261 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 262 {
 263         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 264         if(n > 0)
 265                 mpz_mul_2exp(r->z, a->z, n);
 266         else if(n < 0)
 267                 mpz_fdiv_q_2exp(r->z, a->z, -n);
 268         else
 269                 mpz_set(r->z, a->z);
 270         return r;
 271 }
 272
 273 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 274 {
 275         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 276         mpz_add(r->z, a->z, b->z);
 277         return r;
 278 }
 279
 280 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 281 {
 282         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 283         mpz_sub(r->z, a->z, b->z);
 284         return r;
 285 }
 286
 287 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 288 {
 289         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 290         mpz_mul(r->z, a->z, b->z);
 291         return r;
 292 }
 293
 294 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 295 {
 296         if(!q && !m)
 297                 m = d0_bignum_new();
 298         if(q)
 299                 if(m)
 300                         mpz_fdiv_qr(q->z, m->z, a->z, b->z);
 301                 else
 302                         mpz_fdiv_q(q->z, a->z, b->z);
 303         else
 304                 mpz_fdiv_r(m->z, a->z, b->z);
 305         if(m)
 306                 return m;
 307         else
 308                 return q;
 309 }
 310
 311 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)
 312 {
 313         r = d0_bignum_add(r, a, b);
 314         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 315         return r;
 316 }
 317
 318 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)
 319 {
 320         r = d0_bignum_mul(r, a, b);
 321         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 322         return r;
 323 }
 324
 325 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)
 326 {
 327         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 328         mpz_powm(r->z, a->z, b->z, m->z);
 329         return r;
 330 }
 331
 332 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 333 {
 334         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 335         return mpz_invert(r->z, a->z, m->z);
 336 }
 337
 338 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 339 {
 340         return mpz_probab_prime_p(r->z, param);
 341 }
 342
 343 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)
 344 {
 345         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 346         if(s)
 347                 mpz_gcdext(r->z, s->z, t ? t->z : NULL, a->z, b->z);
 348         else if(t)
 349                 mpz_gcdext(r->z, t->z, NULL, b->z, a->z);
 350         else
 351                 mpz_gcd(r->z, a->z, b->z);
 352         return r;
 353 }
 354
 355 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 356 {
 357         return mpz_get_str(NULL, base, x->z);
 358 }