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