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