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