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 #ifdef WIN32
  21 #include <windows.h>
  22 #include <wincrypt.h>
  23 #endif
  24
  25 #include "d0_bignum.h"
  26
  27 #include <gmp.h>
  28 #include <string.h>
  29 #include <stdlib.h>
  30
  31 struct d0_bignum_s
  32 {
  33         mpz_t z;
  34 };
  35
  36 static gmp_randstate_t RANDSTATE;
  37 static d0_bignum_t temp;
  38
  39 #include <time.h>
  40 #include <stdio.h>
  41
  42 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_bignum_INITIALIZE(void)
  43 {
  44         FILE *f;
  45         BOOL ret = 1;
  46         unsigned char buf[256];
  47         d0_bignum_init(&temp);
  48         gmp_randinit_mt(RANDSTATE);
  49         gmp_randseed_ui(RANDSTATE, time(NULL));
  50         * (time_t *) (&buf[0]) = time(0); // if everything else fails, we use the current time + uninitialized data
  51 #ifdef WIN32
  52         {
  53                 HCRYPTPROV hCryptProv;
  54                 if(CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT))
  55                 {
  56                         if(!CryptGenRandom(hCryptProv, sizeof(buf), (PBYTE) &buf[0]))
  57                         {
  58                                 fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptGenRandom failed)\n");
  59                                 ret = 0;
  60                         }
  61                         CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  62                 }
  63                 else if(CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT | CRYPT_NEWKEYSET))
  64                 {
  65                         if(!CryptGenRandom(hCryptProv, sizeof(buf), (PBYTE) &buf[0]))
  66                         {
  67                                 fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptGenRandom failed)\n");
  68                                 ret = 0;
  69                         }
  70                         CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  71                 }
  72                 else
  73                 {
  74                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (CryptAcquireContext failed)\n");
  75                         ret = 0;
  76                 }
  77         }
  78 #else
  79         f = fopen("/dev/urandom", "rb");
  80         if(!f)
  81                 f = fopen("/dev/random", "rb");
  82         if(f)
  83         {
  84                 setbuf(f, NULL);
  85                 if(fread(buf, sizeof(buf), 1, f) != 1)
  86                 {
  87                         fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (read from random device failed)\n");
  88                         ret = 0;
  89                 }
  90                 fclose(f);
  91         }
  92         else
  93         {
  94                 fprintf(stderr, "WARNING: could not initialize random number generator (no random device found)\n");
  95                 ret = 0;
  96         }
  97 #endif
  98
  99         mpz_import(temp.z, sizeof(buf), 1, 1, 0, 0, buf);
 100         gmp_randseed(RANDSTATE, temp.z);
 101
 102         return ret;
 103 }
 104
 105 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
 106 {
 107         d0_bignum_clear(&temp);
 108         gmp_randclear(RANDSTATE);
 109 }
 110
 111 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
 112 {
 113         static unsigned char numbuf[65536];
 114         size_t count = 0;
 115         numbuf[0] = mpz_sgn(bignum->z) & 3;
 116         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
 117         {
 118                 count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
 119                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
 120                         return 0;
 121                 mpz_export(numbuf+1, &count, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
 122         }
 123         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
 124 }
 125
 126 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
 127 {
 128         static unsigned char numbuf[65536];
 129         size_t count = sizeof(numbuf);
 130         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
 131                 return NULL;
 132         if(count < 1)
 133                 return NULL;
 134         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 135         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
 136         {
 137                 mpz_import(bignum->z, count-1, 1, 1, 0, 0, numbuf+1);
 138                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 139                         mpz_neg(bignum->z, bignum->z);
 140         }
 141         else // zero
 142         {
 143                 mpz_set_ui(bignum->z, 0);
 144         }
 145         return bignum;
 146 }
 147
 148 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 149 {
 150         size_t count;
 151         count = (mpz_sizeinbase(bignum->z, 2) + 7) / 8;
 152         if(count > bufsize)
 153                 return -1;
 154         if(bufsize > count)
 155         {
 156                 // pad from left (big endian numbers!)
 157                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 158                 buf += bufsize - count;
 159         }
 160         bufsize = count;
 161         mpz_export(buf, &bufsize, 1, 1, 0, 0, bignum->z);
 162         if(bufsize > count)
 163         {
 164                 // REALLY BAD
 165                 // mpz_sizeinbase lied to us
 166                 // buffer overflow
 167                 // there is no sane way whatsoever to handle this
 168                 abort();
 169         }
 170         if(bufsize < count)
 171         {
 172                 // BAD
 173                 // mpz_sizeinbase lied to us
 174                 // move the number
 175                 if(bufsize == 0)
 176                 {
 177                         memset(buf, 0, count);
 178                 }
 179                 else
 180                 {
 181                         memmove(buf + count - bufsize, buf, bufsize);
 182                         memset(buf, 0, count - bufsize);
 183                 }
 184         }
 185         return bufsize;
 186 }
 187
 188 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 189 {
 190         size_t count;
 191         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 192         mpz_import(bignum->z, bufsize, 1, 1, 0, 0, buf);
 193         return bignum;
 194 }
 195
 196 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 197 {
 198         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 199         mpz_init(b->z);
 200         return b;
 201 }
 202
 203 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 204 {
 205         mpz_clear(a->z);
 206         d0_free(a);
 207 }
 208
 209 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 210 {
 211         mpz_init(b->z);
 212 }
 213
 214 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 215 {
 216         mpz_clear(a->z);
 217 }
 218
 219 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 220 {
 221         return mpz_sizeinbase(r->z, 2);
 222 }
 223
 224 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 225 {
 226         return mpz_cmp(a->z, b->z);
 227 }
 228
 229 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 230 {
 231         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 232         mpz_sub(temp.z, max->z, min->z);
 233         mpz_urandomm(r->z, RANDSTATE, temp.z);
 234         mpz_add(r->z, r->z, min->z);
 235         return r;
 236 }
 237
 238 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 239 {
 240         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 241         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n);
 242         return r;
 243 }
 244
 245 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 246 {
 247         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 248         mpz_urandomb(r->z, RANDSTATE, n-1);
 249         mpz_setbit(r->z, n-1);
 250         return r;
 251 }
 252
 253 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 254 {
 255         return d0_bignum_int(r, 0);
 256 }
 257
 258 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 259 {
 260         return d0_bignum_int(r, 1);
 261 }
 262
 263 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 264 {
 265         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 266         mpz_set_si(r->z, n);
 267         return r;
 268 }
 269
 270 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 271 {
 272         if(r == a)
 273                 return r; // trivial
 274         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 275         mpz_set(r->z, a->z);
 276         return r;
 277 }
 278
 279 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 280 {
 281         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 282         mpz_neg(r->z, a->z);
 283         return r;
 284 }
 285
 286 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 287 {
 288         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 289         if(n > 0)
 290                 mpz_mul_2exp(r->z, a->z, n);
 291         else if(n < 0)
 292                 mpz_fdiv_q_2exp(r->z, a->z, -n);
 293         else
 294                 mpz_set(r->z, a->z);
 295         return r;
 296 }
 297
 298 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 299 {
 300         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 301         mpz_add(r->z, a->z, b->z);
 302         return r;
 303 }
 304
 305 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 306 {
 307         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 308         mpz_sub(r->z, a->z, b->z);
 309         return r;
 310 }
 311
 312 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 313 {
 314         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 315         mpz_mul(r->z, a->z, b->z);
 316         return r;
 317 }
 318
 319 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 320 {
 321         if(!q && !m)
 322                 m = d0_bignum_new();
 323         if(q)
 324                 if(m)
 325                         mpz_fdiv_qr(q->z, m->z, a->z, b->z);
 326                 else
 327                         mpz_fdiv_q(q->z, a->z, b->z);
 328         else
 329                 mpz_fdiv_r(m->z, a->z, b->z);
 330         if(m)
 331                 return m;
 332         else
 333                 return q;
 334 }
 335
 336 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)
 337 {
 338         r = d0_bignum_add(r, a, b);
 339         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 340         return r;
 341 }
 342
 343 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)
 344 {
 345         r = d0_bignum_mul(r, a, b);
 346         mpz_fdiv_r(r->z, r->z, m->z);
 347         return r;
 348 }
 349
 350 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)
 351 {
 352         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 353         mpz_powm(r->z, a->z, b->z, m->z);
 354         return r;
 355 }
 356
 357 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 358 {
 359         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 360         return mpz_invert(r->z, a->z, m->z);
 361 }
 362
 363 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 364 {
 365         return mpz_probab_prime_p(r->z, param);
 366 }
 367
 368 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)
 369 {
 370         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 371         if(s)
 372                 mpz_gcdext(r->z, s->z, t ? t->z : NULL, a->z, b->z);
 373         else if(t)
 374                 mpz_gcdext(r->z, t->z, NULL, b->z, a->z);
 375         else
 376                 mpz_gcd(r->z, a->z, b->z);
 377         return r;
 378 }
 379
 380 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 381 {
 382         return mpz_get_str(NULL, base, x->z);
 383 }