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