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 #include "d0_bignum.h"
  21
  22 #include <gmp.h>
  23
  24 struct d0_bignum_s
  25 {
  26         mpz_t z;
  27 };
  28
  29 static gmp_randstate_t RANDSTATE;
  30 static d0_bignum_t temp;
  31
  32 #include <time.h>
  33 #include <stdio.h>
  34 void d0_bignum_INITIALIZE(void)
  35 {
  36         FILE *f;
  37         d0_bignum_init(&temp);
  38         gmp_randinit_mt(RANDSTATE);
  39         gmp_randseed_ui(RANDSTATE, time(NULL));
  40         f = fopen("/dev/urandom", "rb");
  41         if(!f)
  42                 f = fopen("/dev/random", "rb");
  43         if(f)
  44         {
  45                 unsigned char buf[256];
  46                 setbuf(f, NULL);
  47                 if(fread(buf, sizeof(buf), 1, f) == 1)
  48                 {
  49                         mpz_import(temp.z, sizeof(buf), 1, 1, 0, 0, buf);
  50                         gmp_randseed(RANDSTATE, temp.z);
  51                 }
  52                 fclose(f);
  53         }
  54 }
  55
  56 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  57 {
  58         d0_bignum_clear(&temp);
  59         gmp_randclear(RANDSTATE);
  60 }
  61
  62 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  63 {
  64         static unsigned char numbuf[65536];
  65         size_t count = 0;
  66         numbuf[0] = mpz_sgn(bignum->z) & 3;
  67         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  68         {
  69                 count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
  70                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  71                         return 0;
  72                 mpz_export(numbuf+1, &count, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
  73         }
  74         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  75 }
  76
  77 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
  78 {
  79         static unsigned char numbuf[65536];
  80         size_t count = sizeof(numbuf);
  81         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
  82                 return NULL;
  83         if(count < 1)
  84                 return NULL;
  85         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
  86         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
  87         {
  88                 mpz_import(bignum->z, count-1, 1, 1, 0, 0, numbuf+1);
  89                 if(numbuf[0] & 2) // negative
  90                         mpz_neg(bignum->z, bignum->z);
  91         }
  92         else // zero
  93         {
  94                 mpz_set_ui(bignum->z, 0);
  95         }
  96         return bignum;
  97 }
  98
  99 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 100 {
 101         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 102         mpz_init(b->z);
 103         return b;
 104 }
 105
 106 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 107 {
 108         mpz_clear(a->z);
 109         d0_free(a);
 110 }
 111
 112 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 113 {
 114         mpz_init(b->z);
 115 }
 116
 117 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 118 {
 119         mpz_clear(a->z);
 120 }
 121
 122 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 123 {
 124         return mpz_sizeinbase(r->z, 2);
 125 }
 126
 127 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 128 {
 129         return mpz_cmp(a->z, b->z);
 130 }
 131
 132 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 133 {
 134         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 135         mpz_sub(temp.z, max->z, min->z);
 136         mpz_urandomm(r->z, RANDSTATE, temp.z);
 137         mpz_add(r->z, r->z, min->z);
 138         return r;
 139 }
 140
 141 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 142 {
 143         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 144         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n);
 145         return r;
 146 }
 147
 148 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 149 {
 150         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 151         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n-1);
 152         mpz_setbit(r->z, n-1);
 153         return r;
 154 }
 155
 156 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 157 {
 158         return d0_bignum_int(r, 0);
 159 }
 160
 161 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 162 {
 163         return d0_bignum_int(r, 1);
 164 }
 165
 166 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 167 {
 168         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 169         mpz_set_si(r->z, n);
 170         return r;
 171 }
 172
 173 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 174 {
 175         if(r == a)
 176                 return r; // trivial
 177         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 178         mpz_set(r->z, a->z);
 179         return r;
 180 }
 181
 182 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 183 {
 184         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 185         mpz_neg(r->z, a->z);
 186         return r;
 187 }
 188
 189 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 190 {
 191         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 192         if(n > 0)
 193                 mpz_mul_2exp(r->z, a->z, n);
 194         else if(n < 0)
 195                 mpz_fdiv_q_2exp(r->z, a->z, -n);
 196         else
 197                 mpz_set(r->z, a->z);
 198         return r;
 199 }
 200
 201 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 202 {
 203         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 204         mpz_add(r->z, a->z, b->z);
 205         return r;
 206 }
 207
 208 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 209 {
 210         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 211         mpz_sub(r->z, a->z, b->z);
 212         return r;
 213 }
 214
 215 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 216 {
 217         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 218         mpz_mul(r->z, a->z, b->z);
 219         return r;
 220 }
 221
 222 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 223 {
 224         if(!q && !m)
 225                 m = d0_bignum_new();
 226         if(q)
 227                 if(m)
 228                         mpz_fdiv_qr(q->z, m->z, a->z, b->z);
 229                 else
 230                         mpz_fdiv_q(q->z, a->z, b->z);
 231         else
 232                 mpz_fdiv_r(m->z, a->z, b->z);
 233         if(m)
 234                 return m;
 235         else
 236                 return q;
 237 }
 238
 239 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)
 240 {
 241         r = d0_bignum_add(r, a, b);
 242         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 243         return r;
 244 }
 245
 246 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)
 247 {
 248         r = d0_bignum_mul(r, a, b);
 249         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 250         return r;
 251 }
 252
 253 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)
 254 {
 255         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 256         mpz_powm(r->z, a->z, b->z, m->z);
 257         return r;
 258 }
 259
 260 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 261 {
 262         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 263         return mpz_invert(r->z, a->z, m->z);
 264 }
 265
 266 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 267 {
 268         return mpz_probab_prime_p(r->z, param);
 269 }
 270
 271 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)
 272 {
 273         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 274         if(s)
 275                 mpz_gcdext(r->z, s->z, t ? t->z : NULL, a->z, b->z);
 276         else if(t)
 277                 mpz_gcdext(r->z, t->z, NULL, b->z, a->z);
 278         else
 279                 mpz_gcd(r->z, a->z, b->z);
 280         return r;
 281 }
 282
 283 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 284 {
 285         return mpz_get_str(NULL, base, x->z);
 286 }