d0_bignum-gmp.c

   1 #include "d0_bignum.h"
   2
   3 #include <gmp.h>
   4
   5 struct d0_bignum_s
   6 {
   7         mpz_t z;
   8 };
   9
  10 static gmp_randstate_t RANDSTATE;
  11
  12 #include <time.h>
  13 void d0_bignum_INITIALIZE()
  14 {
  15         gmp_randinit_default(RANDSTATE);
  16         gmp_randseed_ui(RANDSTATE, time(NULL)); // TODO seed
  17 }
  18
  19 void d0_bignum_SHUTDOWN()
  20 {
  21         // free RANDSTATE
  22 }
  23
  24 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  25 {
  26         static unsigned char numbuf[65536];
  27         size_t count = 0;
  28         numbuf[0] = mpz_sgn(bignum->z) & 3;
  29         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  30         {
  31                 count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
  32                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  33                         return 0;
  34                 mpz_export(numbuf+1, &count, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
  35         }
  36         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  37 }
  38
  39 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
  40 {
  41         static unsigned char numbuf[65536];
  42         size_t count = sizeof(numbuf);
  43         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
  44                 return NULL;
  45         if(count < 1)
  46                 return NULL;
  47         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
  48         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
  49         {
  50                 mpz_import(bignum->z, count-1, 1, 1, 0, 0, numbuf+1);
  51                 if(numbuf[0] & 2) // negative
  52                         mpz_neg(bignum->z, bignum->z);
  53         }
  54         else // zero
  55         {
  56                 mpz_set_ui(bignum->z, 0);
  57         }
  58         return bignum;
  59 }
  60
  61 d0_bignum_t *d0_bignum_new()
  62 {
  63         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
  64         mpz_init(b->z);
  65         return b;
  66 }
  67
  68 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
  69 {
  70         mpz_clear(a->z);
  71         d0_free(a);
  72 }
  73
  74 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
  75 {
  76         mpz_init(b->z);
  77 }
  78
  79 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
  80 {
  81         mpz_clear(a->z);
  82 }
  83
  84 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
  85 {
  86         return mpz_sizeinbase(r->z, 2);
  87 }
  88
  89 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
  90 {
  91         return mpz_cmp(a->z, b->z);
  92 }
  93
  94 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
  95 {
  96         static d0_bignum_t *temp = NULL; if(!temp) temp = d0_bignum_new();
  97         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
  98         mpz_sub(temp->z, max->z, min->z);
  99         mpz_urandomm(r->z, RANDSTATE, temp->z);
 100         mpz_add(r->z, r->z, min->z);
 101         return r;
 102 }
 103
 104 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 105 {
 106         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 107         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n);
 108         return r;
 109 }
 110
 111 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 112 {
 113         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 114         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n-1);
 115         mpz_setbit(r->z, n-1);
 116         return r;
 117 }
 118
 119 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 120 {
 121         return d0_bignum_int(r, 0);
 122 }
 123
 124 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 125 {
 126         return d0_bignum_int(r, 1);
 127 }
 128
 129 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 130 {
 131         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 132         mpz_set_si(r->z, n);
 133         return r;
 134 }
 135
 136 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 137 {
 138         if(r == a)
 139                 return r; // trivial
 140         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 141         mpz_set(r->z, a->z);
 142         return r;
 143 }
 144
 145 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 146 {
 147         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 148         mpz_neg(r->z, a->z);
 149         return r;
 150 }
 151
 152 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 153 {
 154         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 155         if(n > 0)
 156                 mpz_mul_2exp(r->z, a->z, n);
 157         else if(n < 0)
 158                 mpz_fdiv_q_2exp(r->z, a->z, -n);
 159         else
 160                 mpz_set(r->z, a->z);
 161         return r;
 162 }
 163
 164 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 165 {
 166         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 167         mpz_add(r->z, a->z, b->z);
 168         return r;
 169 }
 170
 171 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 172 {
 173         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 174         mpz_sub(r->z, a->z, b->z);
 175         return r;
 176 }
 177
 178 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 179 {
 180         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 181         mpz_mul(r->z, a->z, b->z);
 182         return r;
 183 }
 184
 185 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 186 {
 187         if(!q && !m)
 188                 m = d0_bignum_new();
 189         if(q)
 190                 if(m)
 191                         mpz_fdiv_qr(q->z, m->z, a->z, b->z);
 192                 else
 193                         mpz_fdiv_q(q->z, a->z, b->z);
 194         else
 195                 mpz_fdiv_r(m->z, a->z, b->z);
 196         if(m)
 197                 return m;
 198         else
 199                 return q;
 200 }
 201
 202 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)
 203 {
 204         r = d0_bignum_add(r, a, b);
 205         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 206         return r;
 207 }
 208
 209 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)
 210 {
 211         r = d0_bignum_mul(r, a, b);
 212         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 213         return r;
 214 }
 215
 216 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)
 217 {
 218         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 219         mpz_powm(r->z, a->z, b->z, m->z);
 220         return r;
 221 }
 222
 223 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 224 {
 225         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 226         return mpz_invert(r->z, a->z, m->z);
 227 }
 228
 229 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 230 {
 231         return mpz_probab_prime_p(r->z, param);
 232 }
 233
 234 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)
 235 {
 236         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 237         if(s)
 238                 mpz_gcdext(r->z, s->z, t ? t->z : NULL, a->z, b->z);
 239         else if(t)
 240                 mpz_gcdext(r->z, t->z, NULL, b->z, a->z);
 241         else
 242                 mpz_gcd(r->z, a->z, b->z);
 243         return r;
 244 }
 245
 246 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 247 {
 248         return mpz_get_str(NULL, base, x->z);
 249 }