add d0_rijndael.pc
[xonotic/d0_blind_id.git] / 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 #include <string.h>
24 #include <stdlib.h>
25
26 struct d0_bignum_s
27 {
28         mpz_t z;
29 };
30
31 static gmp_randstate_t RANDSTATE;
32 static d0_bignum_t temp;
33
34 #include <time.h>
35 #include <stdio.h>
36 void d0_bignum_INITIALIZE(void)
37 {
38         FILE *f;
39         d0_bignum_init(&temp);
40         gmp_randinit_mt(RANDSTATE);
41         gmp_randseed_ui(RANDSTATE, time(NULL));
42         f = fopen("/dev/urandom", "rb");
43         if(!f)
44                 f = fopen("/dev/random", "rb");
45         if(f)
46         {
47                 unsigned char buf[256];
48                 setbuf(f, NULL);
49                 if(fread(buf, sizeof(buf), 1, f) == 1)
50                 {
51                         mpz_import(temp.z, sizeof(buf), 1, 1, 0, 0, buf);
52                         gmp_randseed(RANDSTATE, temp.z);
53                 }
54                 fclose(f);
55         }
56 }
57
58 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
59 {
60         d0_bignum_clear(&temp);
61         gmp_randclear(RANDSTATE);
62 }
63
64 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
65 {
66         static unsigned char numbuf[65536];
67         size_t count = 0;
68         numbuf[0] = mpz_sgn(bignum->z) & 3;
69         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
70         {
71                 count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
72                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
73                         return 0;
74                 mpz_export(numbuf+1, &count, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
75         }
76         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
77 }
78
79 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
80 {
81         static unsigned char numbuf[65536];
82         size_t count = sizeof(numbuf);
83         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
84                 return NULL;
85         if(count < 1)
86                 return NULL;
87         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
88         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
89         {
90                 mpz_import(bignum->z, count-1, 1, 1, 0, 0, numbuf+1);
91                 if(numbuf[0] & 2) // negative
92                         mpz_neg(bignum->z, bignum->z);
93         }
94         else // zero
95         {
96                 mpz_set_ui(bignum->z, 0);
97         }
98         return bignum;
99 }
100
101 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
102 {
103         size_t count;
104         count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
105         if(count > bufsize)
106                 return -1;
107         if(bufsize > count)
108         {
109                 // pad from left (big endian numbers!)
110                 memset(buf, 0, bufsize - count);
111                 buf += bufsize - count;
112         }
113         bufsize = count;
114         mpz_export(buf, &bufsize, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
115         if(bufsize > count)
116         {
117                 // REALLY BAD
118                 // mpz_sizeinbase lied to us
119                 // buffer overflow
120                 // there is no sane way whatsoever to handle this
121                 abort();
122         }
123         if(bufsize < count)
124         {
125                 // BAD
126                 // mpz_sizeinbase lied to us
127                 // move the number
128                 if(bufsize == 0)
129                 {
130                         memset(buf, 0, count);
131                 }
132                 else
133                 {
134                         memmove(buf + count - bufsize, buf, bufsize);
135                         memset(buf, 0, count - bufsize);
136                 }
137         }
138         return bufsize;
139 }
140
141 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
142 {
143         size_t count;
144         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
145         mpz_import(bignum->z, bufsize, 1, 1, 0, 0, buf);
146         return bignum;
147 }
148
149 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
150 {
151         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
152         mpz_init(b->z);
153         return b;
154 }
155
156 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
157 {
158         mpz_clear(a->z);
159         d0_free(a);
160 }
161
162 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
163 {
164         mpz_init(b->z);
165 }
166
167 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
168 {
169         mpz_clear(a->z);
170 }
171
172 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
173 {
174         return mpz_sizeinbase(r->z, 2);
175 }
176
177 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
178 {
179         return mpz_cmp(a->z, b->z);
180 }
181
182 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
183 {
184         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
185         mpz_sub(temp.z, max->z, min->z);
186         mpz_urandomm(r->z, RANDSTATE, temp.z);
187         mpz_add(r->z, r->z, min->z);
188         return r;
189 }
190
191 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
192 {
193         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
194         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n);
195         return r;
196 }
197
198 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
199 {
200         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
201         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n-1);
202         mpz_setbit(r->z, n-1);
203         return r;
204 }
205
206 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
207 {
208         return d0_bignum_int(r, 0);
209 }
210
211 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
212 {
213         return d0_bignum_int(r, 1);
214 }
215
216 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
217 {
218         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
219         mpz_set_si(r->z, n);
220         return r;
221 }
222
223 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
224 {
225         if(r == a)
226                 return r; // trivial
227         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
228         mpz_set(r->z, a->z);
229         return r;
230 }
231
232 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
233 {
234         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
235         mpz_neg(r->z, a->z);
236         return r;
237 }
238
239 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
240 {
241         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
242         if(n > 0)
243                 mpz_mul_2exp(r->z, a->z, n);
244         else if(n < 0)
245                 mpz_fdiv_q_2exp(r->z, a->z, -n);
246         else
247                 mpz_set(r->z, a->z);
248         return r;
249 }
250
251 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
252 {
253         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
254         mpz_add(r->z, a->z, b->z);
255         return r;
256 }
257
258 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
259 {
260         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
261         mpz_sub(r->z, a->z, b->z);
262         return r;
263 }
264
265 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
266 {
267         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
268         mpz_mul(r->z, a->z, b->z);
269         return r;
270 }
271
272 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
273 {
274         if(!q && !m)
275                 m = d0_bignum_new();
276         if(q)
277                 if(m)
278                         mpz_fdiv_qr(q->z, m->z, a->z, b->z);
279                 else
280                         mpz_fdiv_q(q->z, a->z, b->z);
281         else
282                 mpz_fdiv_r(m->z, a->z, b->z);
283         if(m)
284                 return m;
285         else
286                 return q;
287 }
288
289 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)
290 {
291         r = d0_bignum_add(r, a, b);
292         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
293         return r;
294 }
295
296 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)
297 {
298         r = d0_bignum_mul(r, a, b);
299         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
300         return r;
301 }
302
303 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)
304 {
305         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
306         mpz_powm(r->z, a->z, b->z, m->z);
307         return r;
308 }
309
310 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
311 {
312         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
313         return mpz_invert(r->z, a->z, m->z);
314 }
315
316 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
317 {
318         return mpz_probab_prime_p(r->z, param);
319 }
320
321 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)
322 {
323         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
324         if(s)
325                 mpz_gcdext(r->z, s->z, t ? t->z : NULL, a->z, b->z);
326         else if(t)
327                 mpz_gcdext(r->z, t->z, NULL, b->z, a->z);
328         else
329                 mpz_gcd(r->z, a->z, b->z);
330         return r;
331 }
332
333 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
334 {
335         return mpz_get_str(NULL, base, x->z);
336 }