d0_bignum-openssl.c

   1 /*
   2  * FILE:        d0_bignum-openssl.c
   3  * AUTHOR:      Rudolf Polzer - divVerent@xonotic.org
   4  *
   5  * Copyright (c) 2010, Rudolf Polzer
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. Neither the name of the copyright holder nor the names of contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTOR(S) ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTOR(S) BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  * $Id$
  33  */
  34
  35 /* NOTE: this file links against openssl (http://www.openssl.org), which is
  36  * under the OpenSSL License. You may have to abide to its terms too if you use
  37  * this file.
  38  * To alternatively link to GMP, provide the option --without-openssl to
  39  * ./configure.
  40  */
  41
  42 #include "d0_bignum.h"
  43
  44 #include <assert.h>
  45 #include <string.h>
  46 #include <openssl/bn.h>
  47
  48 struct d0_bignum_s
  49 {
  50         BIGNUM z;
  51 };
  52
  53 static d0_bignum_t temp;
  54 static BN_CTX *ctx;
  55
  56 #include <time.h>
  57 #include <stdio.h>
  58
  59 WARN_UNUSED_RESULT BOOL d0_bignum_INITIALIZE(void)
  60 {
  61         ctx = BN_CTX_new();
  62         d0_bignum_init(&temp);
  63         return 1;
  64 }
  65
  66 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  67 {
  68         d0_bignum_clear(&temp);
  69         BN_CTX_free(ctx);
  70         ctx = NULL;
  71 }
  72
  73 BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  74 {
  75         static unsigned char numbuf[65536];
  76         size_t count = 0;
  77         numbuf[0] = BN_is_zero(&bignum->z) ? 0 : BN_is_negative(&bignum->z) ? 3 : 1;
  78         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  79         {
  80                 count = BN_num_bytes(&bignum->z);
  81                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  82                         return 0;
  83                 BN_bn2bin(&bignum->z, numbuf+1);
  84         }
  85         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  86 }
  87
  88 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
  89 {
  90         static unsigned char numbuf[65536];
  91         size_t count = sizeof(numbuf);
  92         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
  93                 return NULL;
  94         if(count < 1)
  95                 return NULL;
  96         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
  97         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
  98         {
  99                 BN_bin2bn(numbuf+1, count-1, &bignum->z);
 100                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 101                         BN_set_negative(&bignum->z, 1);
 102         }
 103         else // zero
 104         {
 105                 BN_zero(&bignum->z);
 106         }
 107         return bignum;
 108 }
 109
 110 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 111 {
 112         size_t count;
 113         count = BN_num_bytes(&bignum->z);
 114         if(count > bufsize)
 115                 return -1;
 116         if(bufsize > count)
 117         {
 118                 // pad from left (big endian numbers!)
 119                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 120                 buf += bufsize - count;
 121         }
 122         BN_bn2bin(&bignum->z, buf);
 123         return bufsize;
 124 }
 125
 126 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 127 {
 128         size_t count;
 129         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 130         BN_bin2bn(buf, bufsize, &bignum->z);
 131         return bignum;
 132 }
 133
 134 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 135 {
 136         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 137         BN_init(&b->z);
 138         return b;
 139 }
 140
 141 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 142 {
 143         BN_free(&a->z);
 144         d0_free(a);
 145 }
 146
 147 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 148 {
 149         BN_init(&b->z);
 150 }
 151
 152 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 153 {
 154         BN_free(&a->z);
 155 }
 156
 157 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 158 {
 159         return BN_num_bits(&r->z);
 160 }
 161
 162 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 163 {
 164         return BN_cmp(&a->z, &b->z);
 165 }
 166
 167 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 168 {
 169         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 170         BN_sub(&temp.z, &max->z, &min->z);
 171         BN_rand_range(&r->z, &temp.z);
 172         BN_add(&r->z, &r->z, &min->z);
 173         return r;
 174 }
 175
 176 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 177 {
 178         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 179         BN_rand(&r->z, n, -1, 0);
 180         return r;
 181 }
 182
 183 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 184 {
 185         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 186         BN_rand(&r->z, n, 0, 0);
 187         return r;
 188 }
 189
 190 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 191 {
 192         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 193         BN_zero(&r->z);
 194         return r;
 195 }
 196
 197 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 198 {
 199         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 200         BN_one(&r->z);
 201         return r;
 202 }
 203
 204 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 205 {
 206         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 207         BN_set_word(&r->z, n);
 208         return r;
 209 }
 210
 211 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 212 {
 213         if(r == a)
 214                 return r; // trivial
 215         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 216         BN_copy(&r->z, &a->z);
 217         return r;
 218 }
 219
 220 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 221 {
 222         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 223         if(r != a)
 224                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 225         BN_set_negative(&r->z, !BN_is_negative(&r->z));
 226         return r;
 227 }
 228
 229 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 230 {
 231         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 232         if(n > 0)
 233                 BN_lshift(&r->z, &a->z, n);
 234         else if(n < 0)
 235                 BN_rshift(&r->z, &a->z, -n);
 236         else if(r != a)
 237                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 238         return r;
 239 }
 240
 241 d0_bignum_t *d0_bignum_add(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 242 {
 243         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 244         BN_add(&r->z, &a->z, &b->z);
 245         return r;
 246 }
 247
 248 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 249 {
 250         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 251         BN_sub(&r->z, &a->z, &b->z);
 252         return r;
 253 }
 254
 255 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 256 {
 257         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 258         BN_mul(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 259         return r;
 260 }
 261
 262 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 263 {
 264         if(!q && !m)
 265                 m = d0_bignum_new();
 266         if(q)
 267         {
 268                 if(m)
 269                         BN_div(&q->z, &m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 270                 else
 271                         BN_div(&q->z, NULL, &a->z, &b->z, ctx);
 272                 assert(!"I know this code is broken (rounds towards zero), need handle negative correctly");
 273         }
 274         else
 275                 BN_nnmod(&m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 276         if(m)
 277                 return m;
 278         else
 279                 return q;
 280 }
 281
 282 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)
 283 {
 284         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 285         BN_mod_add(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 286         return r;
 287 }
 288
 289 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)
 290 {
 291         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 292         BN_mod_mul(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 293         return r;
 294 }
 295
 296 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)
 297 {
 298         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 299         BN_mod_exp(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 300         return r;
 301 }
 302
 303 BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 304 {
 305         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 306         return !!BN_mod_inverse(&r->z, &a->z, &m->z, ctx);
 307 }
 308
 309 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 310 {
 311         return BN_is_prime(&r->z, param, NULL, ctx, NULL);
 312 }
 313
 314 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)
 315 {
 316         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 317         if(s)
 318                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 319         else if(t)
 320                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 321         else
 322                 BN_gcd(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 323         return r;
 324 }
 325
 326 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 327 {
 328         if(base == 10)
 329                 return BN_bn2dec(&x->z);
 330         else if(base == 16)
 331                 return BN_bn2hex(&x->z);
 332         else
 333                 assert(!"Other bases not implemented");
 334 }